高等有機(jī)化工工藝學(xué)9羧酸的合成課件

第九章羧酸的合成第一節(jié)氧化反應(yīng)制備羧酸羧酸具有較高的氧化態(tài)。因此，多種有機(jī)化合物如不飽和烴、醇、碳基化合物等均可氧化成羧酸。一、伯醇及醛的氧化（自學(xué)）醇和醛可直接氧化成羧酸，它是合成羧酸的重要方法之一。氧化伯醇及醛成羧酸，可采用催化氧化法或化學(xué)試劑氧化法。催化氧化法中，鉑、鈀等貴金屬是常用的催化劑。水溶性的醇進(jìn)行催化氧化時(shí)，水是良好的溶劑；而不溶于水的醇氧化時(shí)，可采用苯或烷烴為溶劑。催化氧化法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)環(huán)境污染，有些情況下，有良好的選擇性，適宜于多官能團(tuán)化合物的選擇性氧化，廣泛用于糖類、甾族化合物中的有關(guān)合成在化學(xué)試劑氧化法中，有許多氧化劑可供選擇。在酸性、堿性或中性溶液中高錳酸鉀是氧化醇或醛成羧酸的常用試劑。用重鉻酸鉀硫酸溶液氧化伯醇時(shí)，往往伴隨有生成酯的副反應(yīng)，但是三氧化鉻的硫酸溶液(Jones試劑)卻是性能溫和、選擇性好的氧化醇成羧酸的優(yōu)良試劑。在反應(yīng)過(guò)程中，分子中若存在碳碳雙鍵、叁鍵，均不會(huì)受到影響。次氯酸鈉及亞氯酸鈉亦能有效地氧化伯醇成羧酸，此時(shí)分子中存在的仲羥基不受影響。過(guò)氧化物能使醛氧化成羧酸。過(guò)氧化氫水溶液是這一轉(zhuǎn)變的良好試劑。它既能氧化脂肪醛、α，β-不飽和醛，又能氧化芳醛或雜芳醛成相應(yīng)的羧酸。

二、烯、炔烴的氧化（自學(xué)）三、芳烴的側(cè)鏈氧化芳烴的側(cè)鏈氧化不僅是合成芳酸的常用方法，而且可用于確定取代芳烴中烴基取代的位置。高錳酸鉀、重鉻酸鈉(鉀)和硝酸均為常用的氧化劑。由于酚對(duì)氧化劑甚為敏感，因此，烷基取代的酚氧化時(shí)。一般須將酚的羥基先行保護(hù)然而，采用二氧化鉛作氧化劑時(shí)，多種甲基酚可直接氧化成酚酸。在三氯化釕催化下，次氯酸鈉能氧化芳烴側(cè)鏈成相應(yīng)的羧醛，如對(duì)氯苯甲酸的合成98%烷基苯的液相催化氧化是工業(yè)上合成芳香酸的重要方法。乙酸鈷、乙酸錳及乙酸鉛是有效的催化劑。在乙酸鉆催化下，對(duì)二甲苯被空氣氧化成對(duì)苯二甲酸。在乙酸鉆催化下，對(duì)甲基異丙基苯氧化時(shí)，與化學(xué)試劑氧化法相反，甲基優(yōu)先被選擇性地氧化。四、醛分子間的氧化還原(Cannizzaro反應(yīng))（自學(xué)）五、環(huán)酮的裂解氧化脂酮的裂解氧化一般不作為羧酸的制備方法，但某些環(huán)酮的氧化卻是制備羧酸的一種方法。在五氧化二釩的催化下，環(huán)己酮與濃硝酸反應(yīng)，生成己二酸。具有兩個(gè)α-氫的酮亦可發(fā)生類似的反應(yīng)，它的過(guò)程是：若要保持芳環(huán)的烴基側(cè)鏈不被氧化，則可用碘、吡啶及堿作為試劑。第二節(jié)水解反應(yīng)一、酰鹵和酸酐的水解雖然酰鹵、酸酐甚易水解，高產(chǎn)率地生成羧酸，但是酰鹵、酸酐通常要由羧酸來(lái)制備，因此，本法的應(yīng)用并不普遍，只適用于那些酞鹵、酸酐比相應(yīng)的羧酸更易獲得的場(chǎng)合。89%二、酯的水解在堿性或酸性催化劑存在下，酯發(fā)生水解反應(yīng)生成酸及醇。若在過(guò)量的堿存在下，生成的酸立即轉(zhuǎn)變成鹽，使酯全部水解，因此酯的堿性水解法的應(yīng)用更為普遍。通常是將醇與氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液或醇溶液共熱即可水解，再經(jīng)酸化生成羧酸。由于酯廣泛存在于自然界中，以及形成酯通常作為羧基的保護(hù)方法，因此酯的水解是形成羧酸的重要方法。

二氫香豆素可由水楊醛與乙酸鈉及乙酸酐發(fā)生Perkin反應(yīng)，繼而還原而得。它與40％氫氧化鈉水溶液加熱回流，即生成鄰羧基氫化肉桂酸。內(nèi)酯在鹵化氫作用下，水解開(kāi)環(huán)，是合成ω-鹵代酸的一種方法。五、三鹵化物的水解脂肪族三鹵化物可由烯烴與四氯化碳或三氯溴甲烷進(jìn)行調(diào)聚反應(yīng)制得。它們進(jìn)一步水解是合成脂肪族羧酸的良好方法。在過(guò)氧化苯甲酰催化下，1，5-環(huán)辛二烯與氯仿反應(yīng)，生成2-三氯甲基雙環(huán)[3.3.0]辛烷，繼而用85％的磷酸水解，生成雙環(huán)[3.3.0]辛烷-2-羧酸。在Friedel-Crafts反應(yīng)條件下，芳烴與三氯乙醛反應(yīng)可得1-芳基三氯乙醇，由它可合成多種α-取代芳基乙酸。第三節(jié)羧化及羰化反應(yīng)一、有機(jī)金屑化合物與二氧化碳的羧化有機(jī)金屬化合物的羧化反應(yīng)是鹵化物轉(zhuǎn)變成增加一個(gè)碳原子羧酸的有效方法。有機(jī)鎂試劑是常用的有機(jī)金屬，但近年來(lái)有機(jī)鋰試劑的應(yīng)用日漸廣泛。二、芳烴的直接羧化(Friedel—Crafts反應(yīng))在三氯化鋁催化下，1，3，5—三甲苯與草酰氯于10一15℃反應(yīng)，以良好產(chǎn)率生成2，4，6—三甲基苯甲酸。此法適用于多種烴基取代的芳酸的合成。三、酚或芳酸與二氧化碳的羧化(Kolbe反應(yīng)、Henkel反應(yīng)）酚比芳烴易于發(fā)生親電取代反應(yīng)，甚至二氧化碳亦可與酚鈉進(jìn)行親電取代反應(yīng)，結(jié)果是芳環(huán)上導(dǎo)人羧酸，是酚酸的重要合成法。反應(yīng)若在較低的溫度下進(jìn)行，則優(yōu)先形成鄰位異構(gòu)產(chǎn)物；若在較高的溫度下反應(yīng)，發(fā)生羧基的轉(zhuǎn)移，則幾乎全部生成對(duì)位異構(gòu)的產(chǎn)物。酚的羧化反應(yīng)被稱為Kolbe反應(yīng)。在鎘或鋅催化下，鄰苯二甲酸鉀于400一420℃加熱，發(fā)生羧基轉(zhuǎn)移．生成對(duì)苯二甲酸，其他二元芳酸如1，8—二萘甲酸，2，2’—聯(lián)苯二甲酸等亦可發(fā)生類似反應(yīng)。這一反應(yīng)是工業(yè)上合成對(duì)苯二甲酸的重要方法，稱為Henkel法。五、鹵代烴與一氧化碳的羰化在過(guò)渡金屬催化下，鹵代烴可與一氧化碳進(jìn)行羰化反應(yīng)，生成羧酸。常用的催化劑為羰基鎳、羰基鈷、碳基鐵以及鈀等。鹵代烴的活性為RI＞RBr＞RCl。在四碳基鎳及氫氧化鈣催化下，鄰甲氧基溴代苯在二甲基甲酰胺中與1atm的一氧化碳于110一120℃反應(yīng)，生成鄰甲氧基苯甲酸在八羰基二鈷的催化下，轉(zhuǎn)化鹵代烴成羧酸三氟甲磺酸酯是比鹵代烴更活潑的一種易發(fā)生羰化的起始原料，借以方便地轉(zhuǎn)化成羧酸。由于反應(yīng)通過(guò)碳正離子中間體進(jìn)行的，因此反應(yīng)過(guò)程會(huì)發(fā)生碳鏈重排，伯、仲、叔醇反應(yīng)時(shí)均生成叔烷基取代的甲酸。烯烴與濃硫酸加成亦可形成碳正離中間體，因此，烯烴亦能發(fā)生上述類似的反應(yīng)，生成羧酸。2—甲基環(huán)己醇在96％硫酸中與甲酸反應(yīng)，高產(chǎn)率地生成1-甲基環(huán)己烷羧酸七、叔烷烴的羰化(Koch—Haff反應(yīng))叔丁醇與濃硫酸作用形成碳正離子。它可奪取叔烷烴(R3CH)的氫，產(chǎn)生新的叔碳正離子，然后與由甲酸形成的一氧化碳進(jìn)行羰化，生成羧酸?！?/p>

金剛烷、甲酸、叔丁醇和96％硫酸在四氯化碳中于17—25℃反應(yīng)，生成金剛烷—1—羧酸。56%在三氯化鋁存在下，苯與γ-內(nèi)酯或δ-內(nèi)酯反應(yīng)時(shí)，烴化反應(yīng)比?；磻?yīng)優(yōu)先發(fā)生，生成ω-苯基取代的羧酸。有時(shí)，利用本法合成某些取代羧團(tuán)時(shí)，要比采用芳烴與二元酸酐或二元酸酰鹵進(jìn)行酰化，再還原的路線較簡(jiǎn)便。如苯基丁酸的合成2、1,1-二氯乙烯的烴化(Bott反應(yīng)）鹵代徑、醇或烯在80％一90％的硫酸中能與1，1—二氯乙烯反應(yīng)，繼而水解，提供了種增加兩個(gè)碳原子的羧酸的合成方法。反應(yīng)過(guò)程是鹵代烴、醇或烯首先形成碳正離子，進(jìn)步再與1，1—二氯乙烯進(jìn)行親電加成。由于反應(yīng)首先形成碳正離子，因此易子形成碳正離子的化合物如叔醇、叔鹵代烴、芐鹵、叔醇形成的酯、多取代烯烴等進(jìn)行上述反應(yīng)，均能獲得較為滿意的產(chǎn)率。80%X=Cl,OH,3、烯烴與羧酸的光加成光催化下，α-鹵代酸可與烯烴發(fā)生加成生成羧酸。本法是以烯烴為原料合成增加兩個(gè)碳原子羧酸的簡(jiǎn)便方法。反應(yīng)按自由基歷程進(jìn)行。在過(guò)氧化物存在下，烯烴可直接與羧酸加成生成羧酸，反應(yīng)亦按自由基歷程進(jìn)行，過(guò)氧化叔丁基、過(guò)氧化碳酸雙異丙酯，均為反應(yīng)有效的引發(fā)劑。二、酰化反應(yīng)1、芳香族化合物與二元酸酐的?；?Friede-crafts反應(yīng))在lewis酸的催化下，芳香族化合物與一元酸酐、一元酰鹵的?；呛铣煞枷阃牡闹匾椒ā．?dāng)用二元酸酐?；瘯r(shí)，則得到芳酮酸，再經(jīng)還原，可以合成芳基取代的長(zhǎng)鏈羧酸。若用比較活潑的芳香族化合物或一些芳雜環(huán)化合物進(jìn)行反應(yīng)，酮酸的產(chǎn)率可達(dá)50％-100％。2、噻吩的?；绶员缺揭装l(fā)生Friedel—crafts反應(yīng)。它與二元酸酐或二元酸酯單酰鹵進(jìn)行?；?，生成的酮酸再經(jīng)Clemmensen法或Kisher-wolff-黃嗚龍法還原則得噻吩取代的長(zhǎng)鏈羧酸。更有價(jià)值的是噻吩環(huán)可被活性鎳脫硫加氫，而使羧酸的碳鏈至少再增加四個(gè)碳原子。通過(guò)下列反應(yīng)，可使羧酸的碳鏈增加五個(gè)碳原子若用聯(lián)噻吩進(jìn)行乙酰化，再經(jīng)氧化、還原后，則得癸二酸三、縮合反應(yīng)1、羰基化合物與酸酐的結(jié)合(Perkin反應(yīng))2、羰基化合物與丙二酸縮合〔Doebner反應(yīng))四、重排反應(yīng)1、重氮酮的重排(A