chapt13取代羧酸PPT課件

1、University of Science and Technology of China chapt13取代羧酸 第十三章第十三章 取取 代代 羧羧 酸酸 Organic Chem chapt13取代羧 酸 羧酸碳鏈或環(huán)上的氫原子被其他羧酸碳鏈或環(huán)上的氫原子被其他 原子或基團(tuán)取代的化合物原子或基團(tuán)取代的化合物 RC(H)COOH X (OH , NH2 , =O) 鹵代酸，羥基酸，氨基酸，羰基酸鹵代酸，羥基酸，氨基酸，羰基酸 Organic Chem chapt13取代羧 酸 一、鹵代酸一、鹵代酸 Dazen 反應(yīng)：反應(yīng)： C O PhC2H5 ClCH CO2C2H5 RNaOC2H5 o

2、r NaNH2 CC R Cl CO2C2H5 C2H5 Ph O - HCl 6264% C O C C2H5R PhCO2C2H5 C O C C2H5R Ph C 1) OH- - CO2 CH C O RC2H5 Ph 2) H3O O O H C OH C C2H5R Ph ClC CO2C2H5 R Organic Chem chapt13取代羧 酸 二、羥基酸二、羥基酸 1. 1. 命名命名 廣泛存在于自然界，常按來源命名廣泛存在于自然界，常按來源命名 CHCH3COOH OH CHPhCOOH OH COOH OH CHHOOCCH2COOH OH COOH HC OH HC

3、OH COOH C CH2COOH HOCOOH CH2COOH 檸檸檬檬酸酸 杏杏仁仁酸酸乳乳酸酸 水水楊楊酸酸 蘋蘋果果酸酸 酒酒石石酸酸 Organic Chem chapt13取代羧 酸 2. 2. 羥基酸的反應(yīng)羥基酸的反應(yīng) 兼具醇和酸的性質(zhì)，又互相影響兼具醇和酸的性質(zhì)，又互相影響 a. a. 酸性酸性 CH3CH2COOH HOCH2CH2COOH CH3CH(OH)COOH pKa 4.88 4.51 3.86 pKa 3.00 4.12 4.54 4.17 COOH OH COOH OH COOH HO COOH Organic Chem chapt13取代羧 酸 b. 脫水脫水

4、 -羥基酸羥基酸 -羥基酸羥基酸 (R)CH3CH C O OH H OO CH C CH3(R) HOO H CH C O CH C O(R)CH3 O O CH3(R) CHCH3 OH CH2COOHCH3CH CH COOH H+ + H2O ,-不飽和酸 Organic Chem chapt13取代羧 酸 -羥基酸羥基酸 -羥基酸：羥基酸：-內(nèi)酯較難形成內(nèi)酯較難形成 -羥基酸：羥基酸： 聚酯，聚酯，x4 HOCH2CH2CH2COOH O O - H2O HOCH2(CH2)xCOOHH OCH2(CH2)xC O OH n n Organic Chem chapt13取代羧 酸 c

5、. c. 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) d. 脫脫 羧羧 R CH OH COOHR C O COOH O 土土倫倫試試劑劑 - CO2 RCHO R CH OH CH2COOHR C O CH2COOHR C O CH3 O- CO2 R CH OR COOH R CH O COOH C R O RCHO 高高產(chǎn)產(chǎn)率率 Organic Chem chapt13取代羧 酸 e. 與醛的反應(yīng)與醛的反應(yīng) RCHCOOH OH RCHO+ OO OR R OO OR R RCHCH2CHOOH OH RCHO+ Organic Chem chapt13取代羧 酸 3. 3. 羥基酸的制備羥基酸的制備 a. 鹵代

6、酸水解鹵代酸水解 b. 腈醇水解腈醇水解 c. reformatsky反應(yīng)反應(yīng) XCH2COONaHOCH2COONa H2O PhCHO NaCN NaHCO3 PhCH OH CN HCl 5052% PhCH OH COOH BrCH2COOC2H5BrZnCH2COOC2H5 RCHO CHCH2COOC2H5R OH Zn Organic Chem chapt13取代羧 酸 d. 由由KolbeSchmidt反應(yīng)制酚酸反應(yīng)制酚酸 ONa CO2 180200OC OH COONa OH OH NaHCO3 煮煮沸沸 OH OH COOH CO2 Organic Chem chapt1

7、3取代羧 酸 三、羰基酸三、羰基酸 ,-,-羰基酸不穩(wěn)定羰基酸不穩(wěn)定 C O CH2COOHC O CH3 - CO2 CH3CH3 C O CH2COOC2H5CH3 Organic Chem chapt13取代羧 酸 1. 1. 羰基酸的制備羰基酸的制備 a. Claisen酯縮合（同種酯的縮合）酯縮合（同種酯的縮合） C O CH3OC2H5 NaOC2H5 C O CH3CH2C O OC2H52 C O CH3CH2COOC2H5 -OC2H5 C O CH3CHCHOOC2H5 - pKa=11 C O CH3OC2H5C O -CH2 OC2H5 + C O- CH3 CH2CO

8、OC2H5 OC2H5 C O CH3OC2H5C O -CH2 OC2H5 -OC2H5 + C2H5OH pKa=24pKa=17 Organic Chem chapt13取代羧 酸 前三個平衡度大大偏向左邊，但最后一個平衡大前三個平衡度大大偏向左邊，但最后一個平衡大 大偏向右邊，故反應(yīng)能進(jìn)行完全。大偏向右邊，故反應(yīng)能進(jìn)行完全。 若酯的若酯的-碳上只有一個碳上只有一個H H，則生成的，則生成的-羰羰 基酯中兩個羰基之間的基酯中兩個羰基之間的C C原子上已無原子上已無H H原子，不能原子，不能 與堿作用生成穩(wěn)定的鹽，反應(yīng)便無法進(jìn)行。必須與堿作用生成穩(wěn)定的鹽，反應(yīng)便無法進(jìn)行。必須 用更強(qiáng)的堿，

9、如三苯甲基鈉為催化劑，使反應(yīng)物用更強(qiáng)的堿，如三苯甲基鈉為催化劑，使反應(yīng)物 全部生成全部生成-負(fù)碳離子，平衡向右，反應(yīng)方能進(jìn)負(fù)碳離子，平衡向右，反應(yīng)方能進(jìn) 行：行： C O OC2H5(CH3)2CH C O OC2H5(CH3)2CH C O OC2H5 (Ph)3C Na C O OC2H5(CH3)2C C O OC2H5(CH3)2C C O (CH3)2CHC H3CCH3 Organic Chem chapt13取代羧 酸 COOC2H5 COOC2H5 H3C C2H5ONa H3C COOC2H5 O CH3 COOC2H5 O C2 1 2 3 4 5 6 H, C2 C6 C

10、2H5ONa, C5H, C5 C1 X Organic Chem chapt13取代羧 酸 b. 兩種不同酯的縮合兩種不同酯的縮合 兩種不同的酯的縮合兩種不同的酯的縮合 產(chǎn)物有四種，無制備意義產(chǎn)物有四種，無制備意義 若選擇一種酯不含若選擇一種酯不含-H，只做親核進(jìn)攻受體，只做親核進(jìn)攻受體 產(chǎn)物唯一產(chǎn)物唯一 PhCOOCH3 + CH3CH2COOC2H5 1) NaOH 2) H+ PhC CH O CH3 COOC2H5 例例 i. ii. C2H5OC O COC2H5 O + PhCH2COOC2H5 CO PhCHCOOC2H5 8085% COOC2H5 PhCHCOOC2H5 1

11、) NaOH 2) H+ 175OC C O OC2H5 Organic Chem chapt13取代羧 酸 c. c. 分子內(nèi)酯縮合（分子內(nèi)酯縮合（W.Dieekmann縮合）縮合） COOC2H5 COOC2H5 Na 少量乙醇 H+ O COOC2H5 太活潑太活潑 聚合聚合 iii. HCOOC2H5 + CH3COOC2H5 1) NaOH 2) H2O OHCCH2COOC2H5 - 3 H2O C2H5OOCCOOC2H5 COOC2H5 Organic Chem chapt13取代羧 酸 2. 乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯 a. 互變異構(gòu)互變異構(gòu) 同時存在烯醇和酮的證據(jù)同時存在烯醇

12、和酮的證據(jù)： 與與NaCN加成加成 與與NaHSO3反應(yīng)反應(yīng) 與與Na反應(yīng)反應(yīng)H2 Br2褪色褪色 FeCl3顏色反應(yīng)顏色反應(yīng) =說明有說明有 C=O =有有C=C =有有C=COH =有有OH i ii CH3 CH2OC2H5 OO CH3CH OC2H5 OO H 92% 8% Organic Chem chapt13取代羧 酸 酮式酮式 烯醇式互變是普遍現(xiàn)象烯醇式互變是普遍現(xiàn)象 亞胺亞胺 烯胺烯胺 亞硝基亞硝基 肟肟 N O C H N OH C C NH C H C NH2 C C C H NHN C C Organic Chem chapt13取代羧 酸 不同化合物的烯醇含量不同化

13、合物的烯醇含量 與產(chǎn)生移位的質(zhì)子的酸性、與產(chǎn)生移位的質(zhì)子的酸性、H-鍵、空間因素等有關(guān)鍵、空間因素等有關(guān) pKa 20 16 13 11 9 8 76.4 89.2 烯醇含量烯醇含量 1.510-4 3.510-2 0.77 C O CH3CH3C O CH3Ph CH2(COOC2H5)2 CH3CCH2 O COC2H5 O CH3CCH2 O CPh O CH3CCH2 O CCH3 O Organic Chem chapt13取代羧 酸 b. 乙酰乙酸乙酯在合成中的應(yīng)用乙酰乙酸乙酯在合成中的應(yīng)用 R,R芳芳基基、烯烯基基（活活性性差差）或或3 3o o ( (消消除除) )，最最好好為

14、為1 1o o CH3CH2 OC2H5 CC OO NaOC2H5 CH3CH OC2H5 CC O O CH3CH OC2H5 CC O OR RX CH3C OC2H5 CC O OR RX 重重復(fù)復(fù)上上述述過過程程： R Organic Chem chapt13取代羧 酸 酮式分解在有機(jī)合成中非常有用酮式分解在有機(jī)合成中非常有用 幾乎與格氏反應(yīng)和付幾乎與格氏反應(yīng)和付- -克反應(yīng)齊名克反應(yīng)齊名 CH3C O CH R COC2H5 O CH3C O CH R COH O CH3C O CH2 R + CO2 CH3COOH + RCH2COOH (酸酸式式分分解解） （酮酮式式分分解解）

15、 （常常伴伴有有酮酮式式分分解解，用用丙丙二二酸酸酯酯法法更更好好） 稀稀堿堿 濃濃堿堿 Organic Chem chapt13取代羧 酸 二元取代二元取代 CH3 C CH COC2H5 OO + O CRXCH2CH3 CH RX O C O C OR O CXR R CH2CH2 O CORXCH2 CH3 O C CH2 CH3 O C CH2 CH3 O C CH2CH2 O C R O C R NaH, C2H5ONa Organic Chem chapt13取代羧 酸 若要在若要在-位烷基化或?；?，需用位烷基化或?；?，需用2mol2mol強(qiáng)堿：強(qiáng)堿： CH3 C CH CO

16、C2H5 OO RX O CR CH3 C CH2 COC2H5 OO NaNH2 NH3( NaNH2 NH3( CH2 C CH COC2H5 OO RX RCH2 C CH COC2H5 OO NH4Cl H2O RCH2 C CH2 COC2H5 OO RCH2 C CH COC2H5 OO R O CXR CH2 C CH COC2H5 OO O CRCH2 C CH COC2H5 OO O CRCH2 C CH2 COC2H5 OO RO NH4Cl H2O O CXR Organic Chem chapt13取代羧 酸 3. 丙二酸酯丙二酸酯 a. 丙二酸酯的制法丙二酸酯的制法

17、ClCH2COOH NaCN NaOH NCCH2COONa C2H5OH H2SO4 CH2(COOC2H5)2 b. 丙二酸酯在合成上的應(yīng)用丙二酸酯在合成上的應(yīng)用 CH2(COOC2H5)2 NaOC2H5RX RCH(COOC2H5)2 NaOH H3+O RCH(COOH)2 - CO2 RCH2COOH -CH(COOC2H5)2Na+ Organic Chem chapt13取代羧 酸 丙二酸酯可以丙二酸酯可以 一次導(dǎo)入兩個相同一次導(dǎo)入兩個相同R基基 例例1： CH2(COOC2H5)2 1. 2 NaOC2H5 2. 2 C2H5Br (C2H5)2C(COOC2H5)2 - C

18、O2 (C2H5)2CHCOOH 86% 水水解解 酸酸化化 Organic Chem chapt13取代羧 酸 例例2： PhCH2C(COOC2H5)2Na+ BrCH2COOC2H5 96% C(COOC2H5)2 CH2COOC2H5 PhCH2 1. NaOH 2. HCl C(COOH)2 CH2COOH PhCH2CHCOOH CH2COOH PhCH2 - - CO2 Organic Chem chapt13取代羧 酸 如果用二鹵代烴取代，如果用二鹵代烴取代， 根據(jù)條件不同，可以生成二酸或環(huán)狀酸。根據(jù)條件不同，可以生成二酸或環(huán)狀酸。 例：例： 1) 2 NaOH 2) Br(C

19、H2)3Br CH2(COOC2H5)2 CH2(COOC2H5)21) 水水解解 2) 酸酸化化 - CO2 CH2COOH CH2COOH 2 CH2(COOC2H5)2 CH2(COOC2H5)2 1) NaOC2H5 2) Br(CH2)3Cl COOH 2) Br(CH2)2Br COOH 1) NaOC2H5 Organic Chem chapt13取代羧 酸 Michael加成是非常有用的合成加成是非常有用的合成1，5二羰基化合物的反應(yīng)二羰基化合物的反應(yīng) CH(COOC2H5)2 - 親核加成 親核取代 （,-不飽和醛酮的親核加成 Michael加成） CH2(COOC2H5)2

20、 - CO2 水水解解酸酸化化 + NaOC2H5 HOC2H5 OOH CH(COOC2H5)2 O CH(COOC2H5)2 O CH2COOH 90% Organic Chem chapt13取代羧 酸 Michael反應(yīng)的另一重要的應(yīng)用是反應(yīng)的另一重要的應(yīng)用是 用來合成環(huán)狀化合物用來合成環(huán)狀化合物 Robinson關(guān)環(huán)關(guān)環(huán) 羥羥醛醛縮縮合合 草草酸酸 O CH3 CH2CH C O CH3 NaOC2H5 O O CH3 NaOH CH3 HO O - H2O O + Organic Chem chapt13取代羧 酸 其他可做其他可做Michael加成受體的化合物：加成受體的化合物：

21、 H O R O X O X = Cl, OR, OOCR CN NO2 P(OR)2 O Organic Chem chapt13取代羧 酸 上述上述Michael加成總是發(fā)生在加成總是發(fā)生在 有烷基取代的有烷基取代的-位。位。 1 烷基增加了烯醇離子的活性烷基增加了烯醇離子的活性 2 Michael加成可逆加成可逆取代少的取代少的 加成產(chǎn)物，逆向易加成產(chǎn)物，逆向易 被破壞被破壞 可能的解釋：可能的解釋： Organic Chem chapt13取代羧 酸 思考題思考題 用丙二酸酯為原料合成下列化合物：用丙二酸酯為原料合成下列化合物： COOH HOOCCOOH O O O O (1) (2

22、) (3) Organic Chem chapt13取代羧 酸 四、縮合反應(yīng)小結(jié)四、縮合反應(yīng)小結(jié) 縮合反應(yīng)是生成新的縮合反應(yīng)是生成新的C-C鍵，實(shí)現(xiàn)碳鏈增長的最重鍵，實(shí)現(xiàn)碳鏈增長的最重 要的方法。已討論過的縮合反應(yīng)包括：要的方法。已討論過的縮合反應(yīng)包括： 1、羥醛縮合（、羥醛縮合（aldol反應(yīng)）反應(yīng)） 同種醛的縮合：同種醛的縮合： 同種酮的縮合：同種酮的縮合： C CH H3 3C CH HO O O OH H OH - - H H2 2O O 2 2 C CH H3 3C CH H C CH H2 2C CH HO OC CH H3 3C CH HC CH HC CH HO O C C O

23、 H3CCH32 2 B Ba a( (O OH H) )2 2 C C OH CH2 CH3 H3CC C O CH3 - - H H2 2O O C C H3C H3C CH C C O CH3 Organic Chem chapt13取代羧 酸 2、酯縮合、酯縮合 同種酯的縮合（同種酯的縮合（Claisen縮合）：縮合）： C C O H3COC2H52 2 C C O H3CCH2 C C O OC2H5 N Na aO OC C2 2H H5 5 分子內(nèi)的酯縮合（分子內(nèi)的酯縮合（ Dieckmann反應(yīng)）：反應(yīng)）： COOC2H5 COOC2H5 N Na a 苯苯，少少量量乙乙醇醇

24、 COOC2H5 O 3、酸酐與芳醛的縮合、酸酐與芳醛的縮合(Perkin反應(yīng)反應(yīng))： ArCHO + RCH2C O O C O CH2R RCH2COOH CC H COOH R Ar + RCH2COO Organic Chem chapt13取代羧 酸 4. Knoevenagel反應(yīng)反應(yīng) +C R R O (H) CH2 X Y 弱堿 C R R (H) C X Y X,Y 可為 CHO, COR, COOR, COOH, CN, NO2 等吸電子基 +C Ar O CH3 CH2 C Ar CH3 C CN COOEt CN COOEt N H HAc 例例 +PhCHOCH2(C

25、OOEt)2 N PhCHC(COOEt)2 Organic Chem chapt13取代羧 酸 5. Darzen反應(yīng)反應(yīng) CO R1 R2 + XCH COOR4 R3 RONa O CC R1 R2 R3 COOR4 C O Ph H3C +COOEt EtONa O CC H3C Ph H COOEt BrCH2 1. 水解 2. H O CC H3C Ph H C O H O CO2 C C H3C Ph OH H CH CHO H3C Ph 例例 + CH2 C COOEt N H O CHO O CH3 C C COOEt O CH3 O CH Organic Chem chap

26、t13取代羧 酸 6. 安息香縮合（略）安息香縮合（略） 五、縮合反應(yīng)中的擇向問題五、縮合反應(yīng)中的擇向問題 不同的羰基化合物之間的縮合反應(yīng)，理論上可以不同的羰基化合物之間的縮合反應(yīng)，理論上可以 得到多種不同的產(chǎn)物。如果不加控制，得到的產(chǎn)物通得到多種不同的產(chǎn)物。如果不加控制，得到的產(chǎn)物通 常很復(fù)雜，合成上的應(yīng)用便大受限制。常很復(fù)雜，合成上的應(yīng)用便大受限制。 選擇合適的催化劑、精細(xì)控制反應(yīng)條件和操作程選擇合適的催化劑、精細(xì)控制反應(yīng)條件和操作程 序，在許多情況下仍能得到一種主要產(chǎn)物，因此合成序，在許多情況下仍能得到一種主要產(chǎn)物，因此合成 上有重要應(yīng)用，現(xiàn)討論如下：上有重要應(yīng)用，現(xiàn)討論如下： 1、不同

27、醛或酮的交叉縮合、不同醛或酮的交叉縮合(cross aldol condensation) 無無- - H H 的的芳芳醛醛 有有- - H H 的的脂脂肪肪醛醛、酮酮 提提供供羰羰基基 提提供供烯烯醇醇負(fù)負(fù)離離子子 N Na aO OH H 縮縮合合 C Cl la ai is se en n- -S Sc ch hm mi id dt t 反反應(yīng)應(yīng) Organic Chem chapt13取代羧 酸 - -位位的的羥羥基基更更易易脫脫水水 例例 PhCHOCH3CHO + CH3CH CH2CHO OH PhCH CH2CHO OH H2O PhCH CHCHO 處處在在苯苯基基 主主產(chǎn)產(chǎn)

28、物物 + H3C C O CHO O CH3 O C OHH C H H C CH3 O Organic Chem chapt13取代羧 酸 要想獲得由醛提供要想獲得由醛提供-談負(fù)離子，由酮提供羰基的縮合產(chǎn)談負(fù)離子，由酮提供羰基的縮合產(chǎn) 物，須先將醛轉(zhuǎn)變成亞胺，然后用物，須先將醛轉(zhuǎn)變成亞胺，然后用 LDA LDA 奪取亞胺的奪取亞胺的- 氫，形成的碳負(fù)離子再與酮縮合：氫，形成的碳負(fù)離子再與酮縮合： RCH2CHO H2N N RCH2CH LDA 0oC NRCHCH CH3C O CH3 - 78oC NCHCH R C OLi CH3 CH3 H3O CCHCHO CH3 CH3 Orga

29、nic Chem chapt13取代羧 酸 3、酮與酯的交叉縮合、酮與酯的交叉縮合 無無- - H H 的的酯酯 有有- - H H 的的酮酮 提提供供羰羰基基 提提供供烯烯醇醇負(fù)負(fù)離離子子 N Na aO OR R 定定向向 - - 二二 酮酮 P Ph hC C O OEt C C O H3CCH3 H H2 2O ONaH PhCH3 OO + + 如果酮和酯都有如果酮和酯都有-H, -H, 理論上可生成四中所和產(chǎn)物：理論上可生成四中所和產(chǎn)物： Organic Chem chapt13取代羧 酸 O OEt C O H3CCH3 C OH CH2 CH3 H3CC O CH3 NaOR +CH3C C O CH2H3CC O CH3 C OH CH2 CH3 H3CC O OEt C O CH2H3CC O OEt Pka= 9 Pka=11 生生成成四四種種產(chǎn)產(chǎn)物物的的反反應(yīng)應(yīng)都都是是 可可逆逆的的