chapt13取代羧酸ppt課件

1、University of Science and Technology of China第十三章第十三章取取 代代 羧羧 酸酸有機化學Organic Chem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取代的化合物原子或基團取代的化合物RC(H)COOHX (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一、鹵代酸一、鹵代酸Dazen 反響：反響：COPhC2H5ClCH CO2C2H5RNaOC2H5or NaNH2CCRClCO2C2H5C2H5PhO- HCl6264%COCC2H5RPhCO2C2

2、H5COCC2H5RPhC1) OH- CO2CH CORC2H5Ph2) H3OOOHCOHCC2H5RPhClC CO2C2H5ROrganic Chem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CHCH3COOHOHCHPhCOOHOHCOOHOHCHHOOCCH2COOHOHCOOHHC OHHC OHCOOHCCH2COOHHOCOOHCH2COOH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 Chem2. 2. 羥基酸的反響羥基酸的反響 兼具醇和酸的性質，又相互影響兼具醇和酸的性質，

3、又相互影響 a. a. 酸性酸性 CH3CH2COOH HOCH2CH2COOH CH3CH(OH)COOHpKa 4.88 4.51 3.86pKa 3.00 4.12 4.54 4.17COOHOHCOOHOHCOOHHOCOOHOrganic Chemb. 脫水脫水 -羥基酸羥基酸 -羥基酸羥基酸 (R)CH3CHCOOHHOO CHCCH3(R)HOOHCHCOCHCO(R)CH3OOCH3(R)CHCH3OHCH2COOHCH3CH CH COOHH+ H2O,-不飽和酸Organic Chem-羥基酸羥基酸-羥基酸：羥基酸：-內酯較難構成內酯較難構成-羥基酸：羥基酸：聚酯，聚酯，x

4、4HOCH2CH2CH2COOHOO- H2OHOCH2(CH2)xCOOHH OCH2(CH2)xCOOHnnOrganic Chemc. c. 氧化反響氧化反響 d. 脫脫羧羧R CHOHCOOHR COCOOHO土土倫倫試試劑劑- CO2RCHOR CHOHCH2COOHR COCH2COOHR COCH3O- CO2R CHORCOOHR CHOCOOHC RORCHO高高產產率率Organic Cheme. 與醛的反響與醛的反響 RCHCOOHOHRCHO+OOORROOORRRCHCH2CHOOHOHRCHO+Organic Chem3. 3. 羥基酸的制備羥基酸的制備a. 鹵代酸

5、水解鹵代酸水解b. 腈醇水解腈醇水解c. reformatsky反響反響XCH2COONaHOCH2COONaH2OPhCHONaCNNaHCO3PhCHOHCNHCl5052%PhCHOHCOOHBrCH2COOC2H5BrZnCH2COOC2H5RCHOCHCH2COOC2H5ROHZnOrganic Chemd. 由由KolbeSchmidt反響制酚酸反響制酚酸ONaCO2180200OCOHCOONaOHOHNaHCO3煮煮沸沸OHOHCOOHCO2Organic Chem三、羰基酸三、羰基酸 ,-,-羰基酸不穩(wěn)定羰基酸不穩(wěn)定 COCH2COOHCOCH3- CO2CH3CH3COCH

6、2COOC2H5CH3Organic Chem1. 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COCH3OC2H5NaOC2H5COCH3CH2COOC2H52COCH3CH2COOC2H5-OC2H5COCH3CHCHOOC2H5-pKa=11COCH3OC2H5CO-CH2OC2H5+CO-CH3CH2COOC2H5OC2H5COCH3OC2H5CO-CH2OC2H5-OC2H5+ C2H5OHpKa=24pKa=17Organic Chem 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，故反響能進展完全。 假設酯的-碳上只需一個H，那么

7、生成的-羰基酯中兩個羰基之間的C原子上已無H原子，不能與堿作用生成穩(wěn)定的鹽，反響便無法進展。必需用更強的堿，如三苯甲基鈉為催化劑，使反響物全部生成-負碳離子，平衡向右，反響方能進展：COOC2H5(CH3)2CHCOOC2H5(CH3)2CHCOOC2H5(Ph)3C NaCOOC2H5(CH3)2CCOOC2H5(CH3)2CCO(CH3)2CHCH3CCH3Organic ChemCOOC2H5COOC2H5H3CC2H5ONaH3CCOOC2H5OCH3COOC2H5OC2123456H,C2 C6C2H5ONa,C5H,C5 C1XOrganic Chemb. 兩種不同酯的縮合兩種不同

8、酯的縮合兩種不同的酯的縮合兩種不同的酯的縮合 產物有四種，無制備意義產物有四種，無制備意義假設選擇一種酯不含假設選擇一種酯不含-H，只做親核進攻受體，只做親核進攻受體 產物獨一產物獨一 PhCOOCH3 + CH3CH2COOC2H51) NaOH2) H+PhC CHO CH3COOC2H5例例i.ii.C2H5OCOCOC2H5O+ PhCH2COOC2H5COPhCHCOOC2H58085%COOC2H5PhCHCOOC2H51) NaOH2) H+175OCCOOC2H5Organic Chemc. c. 分子內酯縮合分子內酯縮合W.DieekmannW.Dieekmann縮合縮合CO

9、OC2H5COOC2H5Na少量乙醇H+OCOOC2H5太活潑太活潑聚合聚合iii.HCOOC2H5 + CH3COOC2H51) NaOH2) H2OOHCCH2COOC2H5- 3 H2OC2H5OOCCOOC2H5COOC2H5Organic Chem2. 乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯a. 互變異構互變異構 同時存在烯醇和酮的證據(jù)：同時存在烯醇和酮的證據(jù)： 與與NaCN加成加成 與與NaHSO3反響反響 與與Na反響反響H2 Br2褪色褪色 FeCl3顏色反響顏色反響=闡明有闡明有 C=O=有有C=C =有有C=COH =有有OH iiiCH3CH2OC2H5OOCH3CHOC2H5OOH9

10、2%8%Organic Chem酮式酮式 烯醇式互變是普遍景象烯醇式互變是普遍景象亞胺亞胺 烯胺烯胺亞硝基亞硝基 肟肟NOCHNOHCCNHCHCNH2CC CHNHN C COrganic Chem不同化合物的烯醇含量不同化合物的烯醇含量 與產生移位的質子的酸性、H-鍵、空間要素等有關pKa 20 16 1311 98 76.4 89.2烯醇含量烯醇含量 1.510-4 3.510-2 0.77COCH3CH3COCH3PhCH2(COOC2H5)2CH3CCH2OCOC2H5OCH3CCH2OCPhOCH3CCH2OCCH3OOrganic Chemb. 乙酰乙酸乙酯在合成中的運用乙酰乙酸

11、乙酯在合成中的運用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) )，最最好好為為1 1o oCH3CH2OC2H5CCOONaOC2H5CH3CHOC2H5CCOOCH3CHOC2H5CCOORRXCH3COC2H5CCOORRX重重復復上上述述過過程程：ROrganic Chem酮式分解在有機合成中非常有用酮式分解在有機合成中非常有用幾乎與格氏反響和付幾乎與格氏反響和付- -克反響齊名克反響齊名 CH3COCHRCOC2H5OCH3COCHRCOHOCH3COCH2R+ CO2CH3COOH + RCH2COOH (酸酸式式分分解解）（酮酮式式分分解解）（常常伴

12、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二元取代二元取代CH3 C CH COC2H5OO+OCRXCH2CH3CHRXOCOC OROCXRRCH2CH2OCORXCH2CH3OC CH2CH3OC CH2CH3OC CH2CH2OC ROC RNaH, C2H5ONa Organic Chem假設要在假設要在-位烷基化或?；栌梦煌榛蝓；?，需用2mol強堿：強堿：CH3 C CH COC2H5OORXOCRCH3 C CH2 COC2H5OONaNH2NH3(NaNH2NH3(CH2 C CH COC2H5OORXRCH2

13、 C CH COC2H5OONH4ClH2ORCH2 C CH2 COC2H5OORCH2 C CH COC2H5OOROCXRCH2 C CH COC2H5OOOCRCH2 C CH COC2H5OOOCRCH2 C CH2 COC2H5OORONH4ClH2OOCXROrganic Chem3. 丙二酸酯丙二酸酯 a. 丙二酸酯的制法 ClCH2COOHNaCNNaOHNCCH2COONaC2H5OHH2SO4CH2(COOC2H5)2b. 丙二酸酯在合成上的運用丙二酸酯在合成上的運用CH2(COOC2H5)2NaOC2H5RXRCH(COOC2H5)2NaOHH3+ORCH(COOH)2

14、- CO2RCH2COOH-CH(COOC2H5)2Na+Organic Chem 丙二酸酯可以丙二酸酯可以 一次導入兩個一樣一次導入兩個一樣R基基例例1：CH2(COOC2H5)21. 2 NaOC2H52. 2 C2H5Br(C2H5)2C(COOC2H5)2- CO2(C2H5)2CHCOOH86%水水解解酸酸化化Organic Chem例例2： PhCH2C(COOC2H5)2Na+BrCH2COOC2H596%C(COOC2H5)2CH2COOC2H5PhCH21. NaOH2. HClC(COOH)2CH2COOHPhCH2CHCOOHCH2COOHPhCH2- CO2Organi

15、c Chem假設用二鹵代烴取代，假設用二鹵代烴取代，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 NaOH2) Br(CH2)3BrCH2(COOC2H5)2CH2(COOC2H5)21) 水水解解2) 酸酸化化- CO2CH2COOHCH2COOH2 CH2(COOC2H5)2CH2(COOC2H5)21) NaOC2H52) Br(CH2)3ClCOOH2) Br(CH2)2BrCOOH1) NaOC2H5Organic Chem 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響二羰基化合物的反響CH(COOC2H

16、5)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- CO2水水解解酸酸化化+NaOC2H5HOC2H5OOHCH(COOC2H5)2OCH(COOC2H5)2OCH2COOH90%Organic ChemMichael反響的另一重要的運用是反響的另一重要的運用是用來合成環(huán)狀化合物用來合成環(huán)狀化合物 Robinson關環(huán)關環(huán)羥羥醛醛縮縮合合草草酸酸OCH3CH2CH COCH3NaOC2H5OOCH3NaOHCH3HOO- H2OO+Organic Chem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：HOROXOX = Cl

17、, OR, OOCRCNNO2P(OR)2OOrganic Chem 上述上述MichaelMichael加成總是發(fā)生在加成總是發(fā)生在 有烷基有烷基取代的取代的-位。位。1 烷基添加了烯醇離子的活性烷基添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 加成產物，逆向易加成產物，逆向易 被破壞被破壞能夠的解釋：能夠的解釋：Organic Chem 思索題思索題用丙二酸酯為原料合成以下化合物：用丙二酸酯為原料合成以下化合物：COOHHOOCCOOHOOOO(1)(2)(3)Organic Chem四、縮合反響小結四、縮合反響小結 縮合反響是生成新的縮合反響是生成新的C-C鍵，

18、實現(xiàn)碳鏈增長的最重鍵，實現(xiàn)碳鏈增長的最重 要的方法。已討論過的縮合反響包括：要的方法。已討論過的縮合反響包括： 1、羥醛縮合、羥醛縮合aldol反響反響 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 OO OH HOH- - H H2 2O O2 2C CH H3 3C CH HC CH H2 2C CH HO OC CH H3 3C CH HC CH HC CH HO OC COH3CCH32 2B Ba a( (O OH H) )2 2C COHCH2CH3H3CC COCH3- - H H2 2O OC CH3CH3CCH C COCH3O

19、rganic Chem2、酯縮合、酯縮合 同種酯的縮合同種酯的縮合Claisen縮合：縮合：C COH3COC2H52 2C COH3CCH2C COOC2H5N Na aO OC C2 2H H5 5分子內的酯縮合分子內的酯縮合 Dieckmann反響：反響：COOC2H5COOC2H5N Na a苯苯，少少量量乙乙醇醇COOC2H5O3、酸酐與芳醛的縮合、酸酐與芳醛的縮合(Perkin反響反響)：ArCHO+RCH2COO COCH2RRCH2COOHCCHCOOHRAr+RCH2COOOrganic Chem4. Knoevenagel反響反響+CRRO(H)CH2XY弱堿CRR(H)C

20、XYX,Y 可為 CHO, COR, COOR, COOH, CN, NO2 等吸電子基+CArOCH3CH2CArCH3CCNCOOEtCNCOOEtNHHAc例例+PhCHOCH2(COOEt)2NPhCHC(COOEt)2Organic Chem5. Darzen反響反響COR1R2+XCHCOOR4R3RONaOCCR1R2R3COOR4C OPhH3C+COOEtEtONaOCCH3CPhHCOOEtBrCH21. 水解2. HOCCH3CPhHCOHOCO2C CH3CPhOHHCH CHOH3CPh例例+CH2CCOOEtNHOCHOOCH3CCCOOEtOCH3OCHOrgan

21、ic Chem6. 安息香縮合略安息香縮合略五、縮合反響中的擇向問題五、縮合反響中的擇向問題 不同的羰基化合物之間的縮合反響，實際上不同的羰基化合物之間的縮合反響，實際上可以得到多種不同的產物。假設不加控制，得可以得到多種不同的產物。假設不加控制，得到的產物通常很復雜，合成上的運用便大受限到的產物通常很復雜，合成上的運用便大受限制。制。 選擇適宜的催化劑、精細控制反響條件和選擇適宜的催化劑、精細控制反響條件和操作程序，在許多情況下仍能得到一種主要產操作程序，在許多情況下仍能得到一種主要產物，因此合成上有重要運用，現(xiàn)討論如下：物，因此合成上有重要運用，現(xiàn)討論如下：1、不同醛或酮的交叉縮合、不同醛

22、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負離離子子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反反應應Organic Chem- -位位的的羥羥基基更更易易脫脫水水例例PhCHOCH3CHO+CH3CH CH2CHOOHPhCH CH2CHOOHH2OPhCH CHCHO處處在在苯苯基基主主產產物物+H3CCOCHOOCH3OCOHHCHHCCH3OOrganic Chem要想獲得由醛

23、提供要想獲得由醛提供-談負離子，由酮提供羰基的縮合產談負離子，由酮提供羰基的縮合產物，須先將醛轉變成亞胺，然后用物，須先將醛轉變成亞胺，然后用 LDA 奪取亞胺的奪取亞胺的-氫，構成的碳負離子再與酮縮合：氫，構成的碳負離子再與酮縮合：RCH2CHOH2NNRCH2CHLDA0oCNRCHCHCH3COCH3- 78oCNCHCHRCOLiCH3CH3H3OCCHCHOCH3CH3Organic Chem3、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負離離子子N Na aO OR R定定向向- - 二二 酮酮P Ph hC COOEtC COH3CCH3 H H2 2O ONaHPhCH3OO+ +假設酮和酯都有假設酮和酯都有-H, 實際上可生成四中所和產物：實際上可生成四中所和產物：Organic ChemOOEtCOH3CCH3COHCH2CH3H3CCOCH3NaOR+CH3CCOCH2H3CCOCH3COHCH2CH3H3CCOOEtCOCH2H3CCOOEtPka= 9Pka=11生生成成四四種種產產物物的的反反應應都都是是可可逆逆的的，