四川大学有机化学市公开课获奖课件

1、/10/10第十章 羧酸 及其衍生物(Carboxylic acid and its Derivatives) 阿司匹林 一.命名、物性和波谱特性 酒石酸 马来酸 布洛芬-乙氧基醋酸第1页第1页/10/104-甲基-4-苯基-2-戊烯酸 (1R, 3R)-1,3-环己烷二羧酸 丙醛酸（3-氧代丙酸或3-羰基丙酸） 3-丁酮酸（3-氧代丁酸或乙酰乙酸） 羧酸是极性化合物， 沸点高于相应分子质量醇。第2页第2页/10/10 二聚体（氢键缔合） 二. 羧酸结构与酸性 波谱特性 p530540 两个碳氧键键长不同 四电子三中心分子轨道 两个碳氧键键长等同。 第3页第3页/10/10羧酸酸性强弱取决于电

2、离后所形成羧酸根负离子(即共轭碱)相对稳定性 。为何RCOOH酸性比ROH酸性大？三. 诱导效应、共轭效应对酸性影响 1. 诱导效应影响第4页第4页/10/10诱导效应含有加和性。诱导效应是一个短程效应。 二元羧酸酸性第5页第5页/10/10 2. 共轭效应影响分析第6页第6页/10/10邻位效应 邻位基团对活性中心影响 邻位取代基空间位阻使苯环与-COOH共轭削弱。 邻位取代苯甲酸, (取代基是吸电子基或给电子基), 均使 酸性增强。C6H5给电子共轭效应超出了吸电子诱导效应第7页第7页/10/10共轭碱分子内形成氢键，减少了共轭碱碱性，增强了相应试分析富马酸K2不小于其顺式异构体马来酸K2

3、原因。通常酸性氢原子参与形成氢键时，其酸性削弱。共轭酸酸性。第8页第8页/10/10四. 羧酸反应 1. 羧基氢反应可用于分离提纯； 当R较大时，称这种盐为“肥皂”。 2.羧羟基取代反应酰氧键断裂，羟基被取代。1）酯化 酸催化第9页第9页/10/10 反应机制：（酸催化羰基氧原子发生质子化） mol: 1 : 8 第10页第10页/10/10 2) 形成酰卤 亚硫酰氯(二氯亚砜) SOCl2，PCl3、PCl5第11页第11页/10/10 3) 形成酸酐 羧酸失水。加热、脱水剂：醋酸酐或P2O5等。第12页第12页/10/10 4) 形成酰胺 3. 羧基被还原 LiAlH4是还原羧酸为醇最好试

4、剂第13页第13页/10/10 4. -H卤代反应 5. 羧酸脱羧反应 -H活性：羧酸小于醛酮。 PCl3、PBr3 或红磷(P)等催化。 形成份子内氢键第14页第14页/10/10 在结构上，两个吸电子基连在同一个碳上化合物，热力学 上是不稳定，加热易脱羧。 通常-碳上连有吸电子基羧酸，加热容易脱羧。第15页第15页/10/10芳香酸脱羧： 羧酸盐脱羧反应 将RCOOH转变为RXHunsdiecker反应，即重金属羧酸盐(如Ag+)和卤素(如Br2)反应第16页第16页/10/10 6. 二元羧酸热分解反应 Blanc规则：在也许形成环状化合物条件下，总是比较容易 (布朗克) 形成五元或六元

5、环状化合物(即五、六元环容易形 成)。 第17页第17页/10/10 五. 羟基羧酸和卤代羧酸 1. 羟基羧酸第18页第18页/10/10Reformatsky反应 羟基酸反应 -羟基酸 受热发生分子间失水生成交酯。第19页第19页/10/10试判断由乳酸生成环状二酯(内酯)有几种立体异构体？ -第20页第20页/10/10 - 聚酯 2. 卤代羧酸第21页第21页/10/10六. 羧酸制备1. 氧化反应 1）1o醇、醛和芳烃氧化 2）烯烃、炔烃氧化断裂 3）甲基酮卤仿反应 2. Grignard试剂与CO2反应 3. 水解反应第22页第22页/10/10讨论 1. 合成化合物：a, b, c

6、, d，你将选择下列哪条路线？试由乙醇制备2-甲基丁酸 第23页第23页/10/10一. 结构、命名与物性 碳-杂原子键具 一些双键性质羧酸衍生物第24页第24页/10/10 酰卤 2-溴丁酰溴 4-( 氯甲酰 )苯甲酸 酸酐 苯甲(酸)酐 乙丙酐 1,2,3,4-环己四甲酸 -1,2-酐第25页第25页/10/10 酯 内酯需标明羟基位次。 -氯丙酸苯酯-甲基 -丁内酯(3-甲基-4-丁内酯) Erythromycin A (红霉素) A Vitamin C第26页第26页/10/10 酰胺 N,3-二甲基戊酰胺 N,N-二甲基甲酰胺 (DMF) 4-乙酰氨基-1- 萘甲酸 氮原子上有取代基

7、, 在取代基名称前加N标出。 -内酰胺 青霉素 ( penicillin )第27页第27页/10/101. 活泼性二. 羧酸衍生物中主要反应基团性能比较 2. 羰基氧碱性 酯或酰胺酸催化时，H+加到羰基氧上还是加到烷氧基氧上？第28页第28页/10/10电荷转移使羰基氧含有一定碱性, 易接受质子。质子化发生在羰基氧上。 羰基与烷氧基不发生p-共轭， 质子化发生在哪个原子上？第29页第29页/10/103. 羧羰基亲核取代反应活性影响反应活性原因：1) 与羰基相连基团(Y) 吸电子能力；第30页第30页/10/102) 与羰基相连基团(Y) 空间体积； 3) 与羰基相连基团(Y) 拜别能力；

8、4) 反应物稳定化程度。 拜别基团拜别能力：羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序： 三. 羧酸衍生物反应 1. 亲核取代第31页第31页/10/10亲核加成消除 总结果：亲核取代。1) 水解 酸、碱催化。生成相应羧酸。第32页第32页/10/10酯水解反应，键断裂发生在酰氧键还是烷氧键？大多数2o和 1o醇羧酸酯水解发生酰氧键断裂； 3o醇羧酸酯水解发生烷氧键断裂。酸催化：第33页第33页/10/10 碱催化：3o醇羧酸酯水解：SN1机制试写出化合物(A)和(B)用H2O18在酸催化下水解产物。第34页第34页/10/10 2) 醇解 形成酯第35页第35页/10/10酰卤-H比酯-H活泼。第36页

9、第36页/10/10 酯醇解（酯互换） 3) 氨(胺)解4) 羧酸衍生物互相转化第37页第37页/10/10第38页第38页/10/10 2. 羧酸衍生物还原反应1) LiAlH4酰卤、酸酐和酯被还原成伯醇;酰胺和腈被还原成胺。第39页第39页/10/10 2) Na-ROH 酯 伯醇 3) 羧酸酯还原缩合反应 产物：a-羟基酮第40页第40页/10/104) Rosenmund(罗森孟)还原法 酰氯 醛3. 酯热消除 通过环状过渡态顺式消除(酰氧基与-H同时拜别)第41页第41页/10/10产物以酸性大、位阻小-H消除为主。第42页第42页/10/10 4. Reformatsky,S.(瑞

10、福马斯基)反应 -羟基酸酯 醛或酮、-卤代酸酯、锌，在惰性溶剂中反应。第43页第43页/10/10 2-甲基-3-苯基-3-羟基丙酸乙酯讨论第44页第44页/10/10 凡有酯参与缩合反应统称Claisen酯缩合反应。 两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成-羰基酯。5. 酯缩合 (Claisen酯缩合)反应 1) 酯缩合 第45页第45页/10/10第46页第46页/10/102）交叉酯缩合 3）分子内酯缩合（ Dieckmann缩合） 建立五、六元脂环系 两种不同酯，其中一个不含-H。第47页第47页/10/10 环化方向 含两种不同-H时, 酸性较大-H优先被碱夺去。第48页第48页/10/

11、10酮-H比酯-H活泼。4) 酮酯缩合第49页第49页/10/106. 酰胺酸碱性与霍夫曼降解第50页第50页/10/10Hofmann(霍夫曼)降解反应 酰胺在碱性溶液中与卤素作用，失去二氧化碳，重排得一级胺。第51页第51页/10/107. Perkin(普尔金)反应和Knoevenagel(脑文格)反应 含活泼亚甲基化合物缩合反应第52页第52页/10/108、羧酸衍生物与有机金属化合物反应1）、酰卤与有机金属化合物反应改用有机镉试剂制备酮，产率高。有机镉试剂活性比格氏试剂活性低，与酰卤能反应，但与酮反应很慢，与酯不反应，因此可用于酮、酮酯合成。第53页第53页/10/102)、酯与有机

12、金属化合物反应 甲酸酯与格氏试剂作用得到对称仲醇，其它羧酸酯与格氏试剂作用得到对称叔醇。 酸酐和酰胺也能与格氏试剂作用。第54页第54页/10/10四. 酯烯醇负离子反应1. 在强碱作用下，酯a-位与醛、酮、酰卤、卤代烷等反应第55页第55页/10/10 酮式-烯醇式互变异构 （含有酮和烯醇双重反应性） 成酮分解和成酸分解2. 乙酰乙酸乙酯性质及应用第56页第56页/10/10第57页第57页/10/10 在合成上应用第58页第58页/10/103. 丙二酸酯性质及应用第59页第59页/10/10第60页第60页/10/10 如何完毕下列转变？ 试写出下面反应产物第61页第61页/10/10五

13、. 碳酸衍生物 碳酰氯(光气) 碳酰胺(脲) 硫代碳酰胺(硫脲) 亚氨基脲(胍) 1. 脲第62页第62页/10/10 酮式 烯醇式缩二脲反应鉴定肽键。2. 胍第63页第63页/10/10第64页第64页/10/10六 多环节有机合成Multistep Syntheses （1）如何构建目的化合物碳架结构；（2）如何引入目的化合物中官能团；（3）如何达到高选择性合成（包括立体选择性合成）；第65页第65页/10/10重新划分有机反应：（1） 官能团引入与转化；（2） 碳碳键形成； （3） 官能团保护和去保护。六 多环节有机合成Multistep Syntheses 第66页第66页/10/10

14、官能团引入：官能团转化：官能团引入与转化第67页第67页/10/10官能团转化：官能团引入与转化第68页第68页/10/10官能团转化：官能团引入与转化属于碳-碳键形成反应第69页第69页/10/101、有机金属试剂：RLi，RMgX，R2CuLi 与RX反应：合成烃类化合物（增长碳链）RMgX + RX 常使用活泼RX，如苄基型、烯丙型R2CuLi + RX 使用乙烯型RX，反应中构型保持炔基负离子与RX反应,得到增长碳链炔烃碳-碳键形成反应第70页第70页/10/101、有机金属试剂：RLi，RMgX，R2CuLi 与羰基化合物反应：合成增加碳链醇可得到10，20，30醇可使用醛酮、酯、酰

15、卤等（含环氧）RLi，RMgX，R2CuLi与a，b-不饱和酮反应特点不同，产物不同碳-碳键形成反应第71页第71页/10/102、芳香烃F-C反应 F-C烷基化反应存在重排副反应F-C酰基化反应接羰基还原成亚甲基反应是有效替换办法碳-碳键形成反应第72页第72页/10/103、缩合反应羰基化合物a-H反应能够得到：1,3-二氧化化合物：b-羟基酮， a,b-不饱和酮1,5-二氧化化合物： 1,5-二酮（Michael加成结果）1,2-二氧化化合物： a-羟基酮（苯偶姻反应）1,4-，1,6-二氧化化合物：？碳-碳键形成反应第73页第73页/10/104、建环反应D-A反应环加成电环化Robi

16、nson环合反应分子内各类反应碳-碳键形成反应第74页第74页/10/10官能团保护和去保护第75页第75页/10/10 请判断下列转化是否能实现，请简述理由。 基团保护和去保护 第76页第76页/10/10 请判断下列转化是否能实现，请简述理由。 基团保护和去保护 第77页第77页/10/10 请判断下列转化是否能实现，请简述理由。 基团保护和去保护 第78页第78页/10/10羟基保护 基团保护和去保护第79页第79页/10/10羟基保护 基团保护和去保护第80页第80页/10/10氨基保护 基团保护和去保护第81页第81页/10/10氨基保护 基团保护和去保护第82页第82页/10/10

17、羧基保护 基团保护和去保护第83页第83页/10/10（1） 官能团引入与转化；（2） 碳碳键形成； （3） 官能团保护和去保护。六 多环节有机合成Multistep Syntheses 羟基保护氨基保护羧基保护第84页第84页/10/10（1） 官能团引入与转化；（2） 碳碳键形成； （3） 官能团保护和去保护。六 多环节有机合成Multistep Syntheses 羟基保护氨基保护羧基保护选择性地保护10羟基第85页第85页/10/10（1） 官能团引入与转化；（2） 碳碳键形成； （3） 官能团保护和去保护。六 多环节有机合成Multistep Syntheses 羟基保护氨基保护羧基

18、保护第86页第86页/10/10（1） 官能团引入与转化；（2） 碳碳键形成； （3） 官能团保护和去保护。六 多环节有机合成Multistep Syntheses 羟基保护氨基保护羧基保护第87页第87页/10/10SN2反应Walden构型转换、消去反应中反式共平面消去烯烃顺式加氢、与硼烷顺式加成烯烃与溴反式加成羰基亲核加成Cram规则环加成和电环化立体化学专一性碳正离子重排中反式迁移Beckmann重排反应中反式基团迁移有机合成中立体问题 第88页第88页/10/10线形合成合成策略 合成环节每步产率90%75%50%19075502815625373421246632655318364

19、8131.5第89页第89页/10/10线型合成策略： 收敛型合成策略： 合成策略 第90页第90页/10/10逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第91页第91页/10/10逆合成份析（Retrosynthetic Analysis）20醇20醇第92页第92页/10/10逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第93页第93页/10/10判别一个合成路线优劣及可行性 1、反应步骤尽也许少； 2、每一步产率尽也许高； 3、反应条件尽也许温和，易于达到； 4、中间产物和最终产物分离纯化容易进行；5、起始原料、试剂尽也许廉价易得，反应时 间尽也许少

20、。6、新理念：绿色、原子经济效率等 逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第94页第94页/10/10实例分析1：逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 橙花酮TM1显然路径B更优第95页第95页/10/10实例分析2：逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第96页第96页/10/10实例分析3：逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第97页第97页/10/10实例分析4：醇逆合成份析逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第98页第98页/10/10实例分析5：逆合成份析（Re

21、trosynthetic Analysis） 最佳合成路线是 B第99页第99页/10/10实例分析6： 醇合成中控制问题举例逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第100页第100页/10/10实例分析7： 醇衍生物逆合成份析逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第101页第101页/10/10实例分析8：醇衍生物逆合成份析逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第102页第102页/10/10实例分析9：烯烃逆合成份析逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 利用炔烃达到双键构型控制活化基团第103页

22、第103页/10/10实例分析10：烯烃逆合成份析逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 问题在于羰基存在下炔基负离子形成有困难需要使用保护办法第104页第104页/10/10实例分析11：烯烃逆合成份析逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） TM10合成路线下列：第105页第105页/10/10实例分析12：烯烃逆合成份析逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 最佳合成路线第106页第106页/10/10实例分析13：烯烃逆合成份析逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第107页第107页/10/10实

23、例分析14：羧酸逆合成份析逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） D-A反应是形成六元环主要办法第108页第108页/10/10实例分析15： 羧酸衍生物逆合成份析逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第109页第109页/10/10实例分析16：烷烃逆合成份析逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 对于烷烃合成，尝试增长双键是个不错选择，需要把握分支点第110页第110页/10/10实例分析17： 1，3-位氧化了碳架b-羟基羰基化合物a，b-不饱和羰基化合物b-二羰基化合物逆合成份析（Retrosynthetic Anal

24、ysis） 第111页第111页/10/10实例分析18： 1，3-位氧化了碳架b-羟基羰基化合物逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第112页第112页/10/10实例分析19： 1，3-位氧化了碳架a，b-不饱和羰基化合物逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 无a-氢醛含有a-氢羰基酸主要利用Aldol反应和Aldol缩合第113页第113页/10/10实例分析20： 1，3-位氧化了碳架b-二羰基化合物利用酯缩合、酮酯缩合、 b-二羰基化合物烷基化反应等逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 该路线更优第114页第1

25、14页/10/10实例分析21： 1，3-位氧化了碳架b-二羰基化合物利用酯缩合、酮酯缩合、 b-二羰基化合物烷基化反应等逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 芳基卤代物进行亲核取代反应需要特殊条件第115页第115页/10/10实例分析22： 1，3-位氧化了碳架b-二羰基化合物利用酯缩合、酮酯缩合、 b-二羰基化合物烷基化反应等逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第116页第116页/10/10实例分析23： 1，3-位氧化了碳架逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） a-氢活性更高合成中需要控制，使用Reformat

26、sky反应是适当第117页第117页/10/10实例分析24： 1，3-位氧化了碳架TM24商品生产：逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 扩瞳剂第118页第118页/10/10实例分析25：1，5-位氧化了碳架逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 选择 a 或 b 视详细目的物结构特点而定，有时这种选择是容易。第119页第119页/10/10实例分析26：1，5-位氧化了碳架逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） TM25和TM26共同特性是结构中含有适当活化基团，有助于切断点选择第120页第120页/10/10实例分析27：1，5-位氧化了碳架在适当时候能够考虑引入活化基团逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第121页第121页/10/10实例分析28：1，5-位氧化了碳架有时能够使用Mannich反应逆合成份析（Retrosynthetic Analysis） 第