不飽和羧酸和取代羧酸

1、第十六章不飽和羧酸和取代羧酸§ 1.不飽和酸酸1. a , B 不飽和羧酸的制法鹵代酸去鹵化氫 a -鹵代酸酯在堿性試劑存在下脫去鹵化氫， 生成a , B 不飽和羧酸酯。例如:CH 3ch3ch (ch ) Ccc ch quinoline160170CH 3(CH 2)9cc° 2CH3OH 3C(H 2C) 9HC 二 CCO 2CH 3Br160170 OC芳香醛的縮合Knoevenagel反應(yīng)：芳醛在含少量的六氫吡啶的吡啶催化下，與丙二酸起回流，直接得到a , B不飽和羧酸。C6H5CHO + CH 2(CO2H)2piperidine, pyridine110&#

2、176;C,1hC6H5HXCHCO2H + CO 2 + H2OPerkin反應(yīng):OIIOIIC6H5CH=O + H3C COC CH3CH3CO2-Na +180°C,5hC6H5HC 二 CHCO2H2. a ,B -不飽和羧酸的反應(yīng)1, 4-加成HXOXCH2CH2COHOH3+OitHOCH 2CH2COHO11H2C二CHCOHHCNHOONCCH 2CH2COHNH3OIIH2NCH2CH2COHOIIH2NCH2CH2COH” HN(CH 2CH2CO2H)2與共軛二烯烴反應(yīng)CO 2CH3 一 CO 2CH 31.鹵代酸的制法§ 2鹵代酸a -鹵代酸用郝?tīng)?/p>

3、-沃耳霍德-澤林斯基反應(yīng)制備，例如:B -鹵代酸由a , B -不飽和羧酸與鹵代氫的加成得到:ORHC 二 ChCoH + HXRCHCH 2COOHIX2.鹵代酸的反應(yīng)a -鹵代酸及其衍生物中路原子在羰基的影響下，活性增強(qiáng)，容易與各種親核親核試劑起Sn2反應(yīng)，生成a -取代羧酸OIICICH2COR + NuONUCH2COR + CI-Nu- = HO - ,-CN , -NHR'§ 3.醇酸羧酸分子中飽和碳原子上有羥基的稱(chēng)謂醇酸。一般根據(jù)其來(lái)源命名如：CH 3CH(OH)COOHC6H5CH(OH)COOHHOOCH(OH)CH2COOH扁桃酸蘋(píng)果酸乳酸HOOCCH(O

4、H)CH(OH)COOHHOOCCH 2COH(COOH)CH 2COOH酒石酸檸檬酸1. 醇酸的性質(zhì)和反應(yīng)：醇酸分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的能參與氫鍵形成的官能團(tuán)。它們一般能溶于水，疏水支鏈或碳環(huán)的存在則使水溶性降低。醇酸兼有醇和羧酸的反應(yīng)，羥基與羧基的相對(duì)位置不同，還產(chǎn)生一些特殊的反應(yīng)：(1) 脫水0- H2002Ch3chcoh-CH3CHC0HI-HQH3CHCO辛 OO 二 Cp”CHCH33,6-dimethyl-1,4-dioxa ne-2,5-dio ne如a-羥基所在的碳原子為叔碳原子，則在加熱時(shí)生成a , B -不飽和羧和銅的混合物:R20R1H2CC cOH OhR2O,1

5、1RiHC二CCOH +OIIRiH2CC一 R2B -醇酸在加熱時(shí)容易脫水生成不飽和羧:O11 ARHCH 2C-C-OH HOOIIRHC 二 CH COH + H 20Y -醇酸極易脫水變?yōu)榄h(huán)狀的內(nèi)酯:OIIHOCH2CH2CH2COH OIICO + H2O丫 -內(nèi)酯為穩(wěn)定的中性化合物，但遇熱堿變?yōu)?丫 -醇酸鹽:OIICO + NaOH- +HOCH2CH2CH2CO2Na(2)與醛反應(yīng):a -和B -醇酸與醛一起加熱，都生成環(huán)狀化合物:OIIRCHCOH + R'CHOIOHRHC- C OO OCHIR'(3) a -和B -醇酸的降解:OIIRR'CCO

6、HOHH2SO4RCR' + co + h 2o oOIIRR'CCOHOHHA。4 ,出0. rc_R + hco2Ho利用這個(gè)反應(yīng),可以從羧酸經(jīng)過(guò)a -溴代酸合成高級(jí)醛:OIIRCH 2COHPCl3,Br2OI'.1RCHCOHBrOh2o2 RCHCOHIOHh2so4RCHO0HOCOCH(OH)CH 32. 醇酸的制法：（1）一般法 醇酸可由二元醇的控制氧化或二元酸的還原得到：OHOCH2CH2OH hno3,H2ohoch2CohHHO2 C（CH2 ）n COORHOCH 2（CH2）nCOOR催化劑（2）氰醇水解：C6H5CHO NaHSgNaCN c

7、6h5CHCN HCI,H2O C6H5CHCO2H OhOhHOCH2CH2CI NaCN HOCH2CH2CN H2° . HpCH2CH2CO2H（3）環(huán)氧酮的氧化：水楊酸:OHCO2COOHHOHCOOH加熱時(shí)脫羧OHA+CO2共軛堿能生成分子內(nèi)氫鍵，其酸性增強(qiáng)水楊酸在工業(yè)上有苯酚鈉在加壓下與二氧化碳反應(yīng)得到水楊酸鈉，酸化后生成水楊酸為無(wú)色晶體，微溶于水，與鐵離子顯紅色，其酸性較強(qiáng)，可能是由于它的1.水楊酸§ 4酚酸O-Na +CH3 OCF3COOHOHv-COOHCH3 H3° +O+ H +Na°H,C 2H5°H . CH 3c

8、h（ch 2）4COHOHOHCO2Na H3O+OO溴化時(shí)，羧基被溴取代:乙酰水楊酸即阿匹斯林OHCOOH+ (CH 3CO)2OOHCOOHBr（止痛藥）的制備:OCOCH3COOHC5H5N2.對(duì)羥基苯甲酸對(duì)羥基苯甲酸在工業(yè)上由苯酚鉀在190200 C和加壓下與二氧化碳反應(yīng)得到:OK(1)CO2, 4OHOHCOOHCOOH對(duì)羥基苯甲酸在硝化時(shí)生成+CO2出0+§ 5醛酸和酮酸（自學(xué)）§ 6. B -酮酸酯B -酮酸酯分子中羰基和酯基之間的亞甲基，受兩個(gè)吸電子基團(tuán)的影響而有 很高的反應(yīng)活性，稱(chēng)為活性亞甲基。活性亞甲基上起烴化和?；磻?yīng)， 從而轉(zhuǎn)變 為多種類(lèi)型的化合物，

9、在有機(jī)合成上有重要用途。1. B -酮酸酯的合成（1） Claisen 合成法:2 CH3COEt (1)NaOEt,EtOCH3CCH2COEt + CH3CH2OH(2)CH3CO2H,H2OO(1)NaOEt,EtOHCH3CH2COCH2CH3- (2)CH3CO2H,H2OO OII 11CH3CH2CCCOCH 2CH3CH3OCH3COEt + CHsCH2。OIICH2COEt+ CH3CH2OHO-OH3CCCH2COCH 2CH3 X IOCH2CH3OIIOCH3CCH2COEt+ EtODieckmann縮合法：分子內(nèi)的酯縮合反應(yīng)。OOIIIIc-OCH2CH3CH3C

10、H2O-CZOCH 2CH3H2C CH2CO2CH2CH3H2C CHCO 2CH2CH3l_JI°C°CH2CH3CH3CH2O-CHCOOCH 2CH3OUCH3CH2O-H2C CH -COOCH 2CH3H3OCOOCH 2CH3COOCH 2CH3(3)酮和酯的縮合：有a -H的酮所產(chǎn)生的烯醇鹽可以同沒(méi)有 a -H的酯縮合:OO1)NaOHH20O11CH3CH2OCOCH2CH3 +OCOCH2CH3反應(yīng)歷程為:如用別的沒(méi)有a -H的酯和酮縮合，則得到B -二酮:OOC-OCH2CH3+ H3CCO11C-CH2-CO§ 7 乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯在

11、合成中的應(yīng)用一、乙酰乙酸乙酯1 乙酰乙酸乙脂的互變異構(gòu)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)事實(shí)： 乙酰乙酸乙酯與羰基試劑(苯胺羥氨等)反應(yīng)，說(shuō)明含有羰基。 可與金屬鈉反應(yīng)放出氫氣，生成鈉鹽，說(shuō)明分子中含有活性氫。 可使溴的四氯化碳溶液褪色，說(shuō)明分子中含有不飽和鍵。 與三氯化鐵呈紫色反應(yīng)，說(shuō)明分子中具有烯醇式結(jié)構(gòu),-,I。OH0“ CH3cCH COC2H5U93%若爾（L.Knorr）把乙酰乙酸乙酯冷到-78C得到一種結(jié)晶形的化合物，熔點(diǎn) 為-39C，不和溴發(fā)生加成反應(yīng)，不和三氯化鐵發(fā)生顏色反應(yīng)，但有酮的加成反應(yīng)，這個(gè)化合物是酮式。將乙酰乙酸乙酯與鈉生成的化合物在-78 r用稍不足量的鹽酸分解，將得到另一種結(jié)晶化合物，

12、不和羰基試劑反應(yīng)，使溴水褪色，這個(gè) 化合物是烯醇式。Knorr證明了酮式或烯醇式在低溫時(shí)互變的速度很慢。因此在 低溫時(shí)，純的酮式或烯醇式可以保留一個(gè)時(shí)期。CH3另外，乙酰丙酮，由于氫原子的轉(zhuǎn)移，也存在著酮式和烯醇式的互變。CH3-%h-CH3764%它們之所以能形成穩(wěn)定的烯醇型結(jié)構(gòu)，一方面是由于兩個(gè)羰基使亞甲基的氫 特別活化，容易轉(zhuǎn)移。另一方面是由于烯醇型可以通過(guò)分子內(nèi)氫鍵形成較穩(wěn)定的 六元環(huán)，使體系能量降低。事實(shí)上酮類(lèi)也有這樣的互變異構(gòu)的傾向，但烯醇型不穩(wěn)定，平衡強(qiáng)烈的偏于 酮的一方。丙酮中僅含2.5 X0"4 %的烯醇型。2 乙酰乙酸乙酯在合成上的應(yīng)用:乙酰乙酸乙酯的亞甲基很活潑

13、，可以被其他基團(tuán)取代，另一方面乙酰乙酸乙酯在不同的反應(yīng)條件下可以分解成酸或酮。 由于以上特點(diǎn)，它成為有機(jī)合成的重要試劑。n0 A一色#CH3 + C2H5OH（呈化后失幾）ch3cqok + ch3cook + c2h5oh（酸式分解）出。:Ich3cch3-CO20ch3-C：4ch2-c-oc2h5 逾尹CH3COOK + CHsCOOK + C2H5 OH用稀堿時(shí)，OH 較少，它只與酯基作用生成 ？一羰基酸，?-羰基酸和丙二 酸相似，對(duì)熱不穩(wěn)定，要脫羧成甲基酮。用濃堿時(shí)， OH-較多，他除了和酯基作 用外，還和酮基作用，這樣使乙酰乙酸乙酯在酮基處破裂生成兩分子羧酸鹽。 由 于酸式水解時(shí)往

14、往伴隨著一些酮式水解，因此，合成羧酸最好是丙二酸酯合成法, 乙酰乙酸乙酯合成法主要用于制甲基酮。a）亞甲基的取代i.與鹵代烷0也込qh3-c-oc2h5 Na+o0IICHgCCHCOCHg0IRCH2COH酮式分郁（濃 KOH）（稀 KOH）酸式分0IICH3CCH2R甲基酮取代乙酸CH3 CCH2-C-OC2H5第二個(gè)口氫也可以被氐代? SCH3CCHCOC2H51 Naoc CH2- R>tol II4 ch3c-chrf? RRCHCOH 濃KOH稀KOH例：O0IIIICH2C-OC池CH3°N% CH3COCHCO2C2H5Na 匹坦 ch3ohcCIVOH_NaO

15、HH20H.CHj-C-C H 1- Oj Ns0 Cl-hphHCI 卜 CH3CCHiCFtph4一荼基酮具有止咳、袪痰的作用ii.與酰鹵OOC亠丄2焉NaRCOXHICI-OHCijIIc-oc2h5o=CIR酮式分舉0II酸式井腥0flCH3C-CHCR專(zhuān)9II(IRCCHjC H13-S 酮b_酮酸與a-鹵代酮0II0CHgCC H COCjHgJOCRIICICH2SCH 0 H C05也(JH2oU酮式分解0CH3cCH?CH?CR酸式分解RC一CHCHgCOH Vc(Y 一酮酸Robi nson成環(huán)反應(yīng):0tDhC02EtEtQ-uACO2Etn叭A+ 1人0（或二元酸）CtE

16、tOHa*CH5-C-C(COOEtNaRX-HaX9EtCNaCH5-C- CEOTEt '-EtOHCH-C-000C2Hs二、丙二酸二乙酯1制法：eiNa-RC-c IR o=c-_uu稀阿T濃 KOH- R-CHCOOH IR-CHCOORCICH2COOHMar¥* NCCHaCOONaNaOHEtOHH2SO4rch22丙二酸二乙酯在合成上的應(yīng)用:其與乙酰乙酸乙酯類(lèi)似，亞甲基上的氫可被醇鈉所取代，本身水解后生成 丙二酸不穩(wěn)定，易于脫羧，這兩條件使丙二酸二乙酯在合成各種類(lèi)型的羧酸中有 廣泛的應(yīng)用。<1>與RX反應(yīng)：CHMOsEth 陀也R-CH(C02E

17、t)2些魴 R-CH- COON,空 R-彈- 000H 二盹COOHCOONaCOOH*RX最好是伯鹵代物，用仲鹵代物時(shí)產(chǎn)量低，由于這里是負(fù)碳離子對(duì)鹵代物進(jìn)行親核取代反應(yīng)（Sn2）乙酰乙酸乙酯制備長(zhǎng)鏈酸，一般來(lái)說(shuō)酸的產(chǎn)率是好的，但按成本計(jì)，丙二酸酯用于合成長(zhǎng)鏈酸更為合算，（科學(xué)技術(shù)百科全書(shū)第8卷P323）<2>與a鹵代酸酯反應(yīng)：CH(C02Et)2C ICHsCOOEtCHaCOOEtCHfOQzEtlach2coohch2coohCH-COOH CH2C00HCOOH<3>與a 2二鹵代物反應(yīng)：例1: 2mol丙二酸酯于Imola, 2二鹵代物反應(yīng)。P+nv CH2

18、-CHO2Et)2 2 CH2(CO2Eth 十 Br-fCHsh-Br 2CH2CO2Et 2Et01k _ /Y CE t ®OH/h2O沁仏” VZC02Et那0広CO2Et例2：等mol的丙二酸酯與a, 2二鹵代物作用CH2(CX)2Et)2 + Br-(d2)3-BrgEtCH2cQ2Et-co2只用于三、四元環(huán)化合物的制備<4>Michacl 加成CHH=CH- CO2CH3 + CH2tC02Eth嚴(yán)5 CH5- CH-CH2 - CO2H -C°2 CH2CO2HEt°Ma » CH3 - CH-CE2-CO2CH3CH(CO

19、2Et)2(CHaCdSH-L-CHa0<5>與水楊醛反應(yīng)CH2(C02Et)2 ohZh2o© H30+ -C02CHO+ CHMOteEtbOHCtfeEt0堿COgEt香豆素-3-幾釀乙酯CH3COOH香豆素由perkin synthesis制得。CHOAc2()OHNaOAc2Coumarin香豆素0c-ci _乙醛<6>丙二酸酯的鎂鹽與酰氯作用OfclCCteEtb *CH(CO2Et)£Et°H MgOEtor丙二酸二乙酯的?；Ｓ面V代替鉀、鈉，反應(yīng)在非質(zhì)子溶劑(苯、乙醚)中進(jìn)行。這是因?yàn)橐掖兼V和活潑亞甲基化合物形成的鎂鹽都可

20、溶于這些溶劑中<7>丙二酸酯鈉鹽與12作用心、12CH(C02Et)2 H30+CH2CO2H2NaCH(C02Et)2 *|-HalCH(CO2Eth - CH2C02H總結(jié):CH3H2C00H0反應(yīng)，可得到相應(yīng)的丙酮取代物和乙酸取代物。C-烷基化和0-烷基化前面提到的乙酰乙酸乙酯烷基化反應(yīng)主要發(fā)生在碳上。實(shí)際上，無(wú)論簡(jiǎn)單的羰基化合物還是1, 3-二羰基化合物，在進(jìn)行烷基化時(shí)，C-烷基化和O-烷基化都有可能。RX發(fā)生雙分子親核職代反應(yīng)張2RC=C-ORC 烷基化（0烷基化若（門(mén)和（ii）都是穩(wěn)定的，彼此不能互變，二者的產(chǎn)量比例取決于二者的 反應(yīng)速度，動(dòng)力學(xué)控制。如果二者可以互變，

21、產(chǎn)物比例取決于二者的相對(duì)穩(wěn)定性, 穩(wěn)定性高的為主要產(chǎn)物，熱力學(xué)控制影響C-烷基化和O-烷基化的幾個(gè)因素（動(dòng)力學(xué)控制）：1.溶劑化效應(yīng)（溶劑和分子或離子通過(guò)靜電力而結(jié)合的作用稱(chēng)為溶劑化效應(yīng)）一個(gè)負(fù)離子的親核性在很大程度上決定與溶劑化作用程度，溶劑化程度 較低的親核體的活性比溶劑化程度較高的要強(qiáng)。質(zhì)子溶劑：鹵代烷進(jìn)行烷基化時(shí)，在質(zhì)子溶劑中烷基化一般進(jìn)入到碳上，C-烷基化為主要產(chǎn)物。如：在質(zhì)子溶劑中，乙酰乙酸乙酯的烷基化，主要發(fā)生在碳上。OHCOHCOEtC烷基化為主要產(chǎn)物這是由于烯醇負(fù)離子氧的電負(fù)性大于碳，使負(fù)電荷更多的集中在兩可離子的氧上，使氧更容易與質(zhì)子溶劑生成氫鍵， 從而使氧強(qiáng)烈的溶劑化，而

22、降低了氧的 親核性，從而不易發(fā)生 0-烷基化。要使烷基化能進(jìn)行，烯醇負(fù)離子在某種程度 上必須擺脫周?chē)娜軇┗饔?。而碳?fù)離子溶劑化比較松散，容易被極化，因而, 容易發(fā)生親核取代反應(yīng)，或者說(shuō)容易被親電試劑進(jìn)攻。OHC/、非質(zhì)子極性溶劑：如 DMF、 DMS0,HMPA（六甲基磷酰胺）都是非質(zhì)子極性 溶劑，它們與醇不同，不易放出質(zhì)子。¥容易和正離子溶劑化C CH*7（不能十分有效的與負(fù)離子溶劑化、C出它不穩(wěn)定負(fù)離子擴(kuò)CH3 CH3在DMF中，它的氧負(fù)偶極可以更有效的和正離子發(fā)生溶劑化，而氮正偶極和負(fù)離子的溶劑化很少或不能十分有效的進(jìn)行。這是由于N上的甲基起了一種遮蓋作用，而分子另一頭氧上

23、的電子密度很高，可以比較無(wú)阻礙的和正離子溶劑化。 在這種溶劑中，乙酰乙酸乙制的鉀鹽中，氧負(fù)離子不被溶劑化，而帶正電荷的金 屬離子（K+）發(fā)生強(qiáng)烈的溶劑化，其結(jié)果使乙酰乙酸乙酯鉀鹽中的帶負(fù)電的氧暴 露出來(lái)，成為反應(yīng)的活化中心，因而，能發(fā)生 0-烷基化反應(yīng)。onC4HgClDMF0II*CH5-C-CNCOOEtCH3-C=CM-C00C2KSOC4H94需酚的負(fù)離子也可以看作是一個(gè)烯醇負(fù)離子， 與活潑的烴基化試劑反應(yīng)時(shí)溶劑 的效應(yīng)顯現(xiàn)的特別清楚。GthCHaBrCH2O-0H這是因?yàn)閺?qiáng)質(zhì)子溶劑與酚負(fù)離子中的氧形成強(qiáng)的氫鍵，使氧溶劑化，從而降 低了氧的親核性。2烯醇離子的C和0端的親核性Sn2歷程的親核性是與可極化度有關(guān)的。親核試劑原子核外的電子云越容 易極化變形，親核能力也越強(qiáng)。烯醇負(fù)離子的碳原子，電負(fù)性弱，比氧原子更容 易極化，因此我們可以預(yù)料，負(fù)碳離子的一段親核性較強(qiáng)。3.烯醇物中碳原子的位阻效應(yīng)烯醇物中碳原子的位阻效應(yīng)較大時(shí)，不容易發(fā)生C-烷基化，容易發(fā)生0-烷基化反應(yīng)，特別在非質(zhì)子極性溶劑中是這樣。4烯醇式的含量（穩(wěn)定性）烯醇型含量較高的物質(zhì)，0-烷基化容易發(fā)生。如 禺酮酯，禺二酮、酚等。5烷基化試劑的活