化学竞赛PPT-第十五章 羧酸衍生物-第15章取代2

四、 醇酸
1、β-醇酸加热时容易脱水生成α, β-不饱和酸，往往还生成 β, γ-不饱和酸：
O
O
RCHCH2COH
RCH CHCOH + H2O
OH
2、γ-醇酸极易脱水而转变为内酯：
五元环内 酯相对稳
定
3、δ-醇酸生成内酯较难，生成的δ-内酯也容易开环。
4、α-醇酸的降解
与浓硫酸一起加热时，分解为醛酮，CO和水； 如与稀硫酸一起加热，分解为醛酮和甲酸：
2、在酸碱催化剂下，则迅速进行。
化合物
OO
OEt OO
OEt CH3 OO
OEt C2H5 OO
OEt CH(CH3)2 OO
OEt CF3
pKa 10.65 12.25 12.50 13.50
烯醇含量/%
8（液态） 0.39（水溶液）
5 （液态） 0.29（水溶液）
1（液态） 0.17（水溶液）
OH CO2H
苯酚钠
水杨酸钠
水杨酸
科尔伯将无水苯酚钠与CO2在180~200℃下加热， 除了水杨酸二钠外，还生成苯酚：
OH CO2Na C6H5ONa
ONa
OH
CO2Na +
施密特发现在较低温度下，苯酚钠吸收二氧化碳，生成碳
酸苯酯的钠盐，后者在120~145℃下加热即转变为水杨酸钠，
产率接近100%。
CO2CH3
+
CO2CH3
1,3-丁二烯 丙烯酸甲酯
3-环己烯基甲酸甲酯
三、卤代酸
1、α-卤代酸及其衍生物中卤原子在羰基的影响 下，活性增强，容易与各种亲核试剂起SN2反应，生 成α-取代羧酸。
2、β-卤代酸容易消去卤化氢得到α,β-不饱和羧酸。 3、γ-，δ- 和ε-卤代酸在碱的作用下，容易生成内酯：
OO CH3COCCH3
O CH3CNH2
H+ CH2 C O
CH2 C OH Nu
Nu CH2 C OH
CH2 C O H Nu
CH3 C O Nu
结论2：烯酮是一类高效的酰化剂，特别是乙烯酮，它迅速 与水、醇、羧酸和氨反应，分别生成羧酸、酯、酐和酰胺：
CH2 C O + Br2
CH2 C O + HBr
碳负离子与活性双键的加成反应，称为迈克尔反 应。 碳-碳双键上有吸引电子的取代基时，其亲电性减 弱而亲核性增强，能够接受亲核试剂的进攻。
取代基对双键的活化能力的大小次序为：
乙酰乙酸乙酯，丙二酸酯在碱性催化剂存在下 都能与活性双键起加成反应：
反应机理为：
碱只作催化剂，反应是可逆的。活化基团除了使碳-碳双 键上的电子密度减小，容易接受亲核进攻外，还能使碳负离 子带来的电荷更加分散，是反应能以合理的速率进行。
交叉共轭体系
可能是由于α,β-不饱和羧酸中含有交叉共轭体系。这 种交叉共轭体系中，OH、OR、NH2等基团中O或N原子
上的p电子已与羰基共轭，使其不再能有效地与烯键共轭。
2、 α,β-不饱和羧酸的反应
α, β-不饱和羧酸及其衍生物分子中含有共轭双键体 系，与α, β-不饱和醛酮相似，容易起1,4-加成反应。
比E-型更稳定。
二、β-酮酸酯的水解
成酮水解
成酸水解
成酮水解
条件：稀碱(冷)水解、酸化，加热；或者酸性条件下，加热 本质：酯水解得到的酮酸脱羧得酮
成酸水解
条件：浓碱中加热，酸化，酸化得两分子酸 本质：克莱森缩合的逆反应
成酸水解机理：
由于乙酸根负离子很稳定，平衡移向右边，即完全水 解成乙酸盐。
O
利用这个反应，可以从羧酸经α-溴代酸合成高级醛:
5、β-醇酸的降解 在酸或碱催化下，β-醇酸可以发生逆羟基醛缩合反应：
五 、酚酸
羟基在芳环上的羟基羧酸称为酚酸。 1、水杨酸
水杨酸在工业上由苯酚钠在加压下与二氧化碳反 应，得到水杨酸钠，后者酸化或生成水杨酸：
O-Na+ CO2
OH CO2-Na+ H3O+
？
丙酮酸是最简单的α-酮酸，由相应的腈水解得到：
O CH3CCl 乙酰氯
NaCN
O CH3CCN
H3O+
O CH3CCO2H
丙酮酸
丙酮酸为无色液体，沸点 165℃。能与水混溶。
丙酮酸能还原土伦试 剂，同时氧化成乙酸和二
氧化碳，用硝酸氧化，则生 成草酸。
O CH3CCO2H
丙酮酸
丙酮酸与稀硫酸一起加热， 脱羧而生成乙醛，与浓硫酸 一起加热，则生成乙酸，这 是α-酮酸的特性反应。
注意3
β- 酮 酸 酯 的 平 衡
中以酮式为主，烯醇含 量较少；烯醇式的含量 与亚甲基上的连接基有 关系。
0.04（水溶液）
89 （液态）
4、纯粹的酮式和烯醇式可以分别分离开来，它们的沸点不同。
烯醇式沸点较低是由于其中含有分子内氢键。
5、烯醇式有顺反异构体：
E- 型 约占15%，Z-
型分子中有内氢键，
OK
COOH 对羟基苯甲酸
OH
OH
+ HNO3 H2SO4 NO2
NO2 + CO2
COOH 对羟基苯甲酸
NO2 2,4,6-三硝基苯酚
§16.5 羰基酸
羰基酸是碳链上有羰基的羧酸，即醛酸和酮酸。它们兼有醛酮和羧酸的 性质，羰基与羧基距离较近时，还因相互影响产生一些特殊的性质。
16.5.1 乙醛酸和丙酮酸
O
CH3CCO2H 丙酮酸
Ag(NH3)2 HNO3
CH3CO2H + CO2 乙酸
HO2CCO2H + CO2 草酸
H2SO4, H2O
CH3CHO + CO2 乙醛
H2SO4
O CH3COH + CO
乙酸
3-异丁基-2-庚酮 82%
2、酰基化
OO CH3 C CH C OC2H5 Na
RCOX -NaX
OO CH3 C CH C OC2H5
COR
3、其它β-酮酸酯在合成中的应用
由克莱森缩合和迪克曼缩合得到的其它β-酮酸酯经
烃化，水解和脱羧后，生成各种结构的酮、环酮等。
五、丙二酸酯合成法
丙二酸酯在碱性试剂存在下也可以烃化，产物经水 解和脱羧后生成羧酸。用这种方法可以合成
乙酐 水杨酸
C5H5N
OCOCH3 CO2H
乙酰水杨酸
水杨酸甲酯用做香料。水杨酸苯酯
OH
又名萨罗，是温和的抗菌剂。
对羟基苯甲酸在工业上由苯酚钾在
加 热 和 加 压 下 与 CO2 反 应 得 到 ， mp.213℃。
苯酚钾
对羟基苯甲酸在硝化时生成2,4,6-三硝基苯酚：
1. CO2,
2. H3O+
型的羧酸。其中丙二酸二乙酯贡献的是乙酸的结构单元。
注意1：用两摩尔碱和两摩尔卤代烃可以一次导入两个相同 的烃基。例如：
注意2：如用适当的二卤代烷作烃化剂，可以合成酯环族羧酸
•注意3：用卤代酸作烃化剂，再水解、脱羧，则可得到 二元羧酸
思考： 以丙二酸二乙酯为原料，合成以下物质？
回顾：迈克尔加成反应
第五节 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯
一、 β-酮酸酯的酮-烯醇平衡
二、β-酮酸酯的成酮、成酯水解 三、β-酮酸酯的烃化和酰化 四、乙酰乙酸乙酯合成法 五、丙二酸酯合成法
一、β-酮酸酯的酮-烯醇平衡
与三氯化铁发生显色反应 使溴水褪色 与金属钠作用产生氢气
1、酮式和烯醇式互变在没有催化剂存在时，即使在较高温 度下，也进行得很慢。
O
O-Na+ CO2
O C O-Na+
O H CO2-Na+
OH CO2-Na+
苯酚钠
碳酸苯酯钠
水杨酸钠
因此，这个反应称为科尔伯-施密特（Kolbe-Schmidt）反应。
水杨酸为无色晶体，熔点159℃，微溶于水，与铁离子显红色，酸性强
（pKa=2.96），可能是由于它的共轭碱生成分子内氢键，稳定性增加：
一、烯酮
烯酮是结构与累积二烯烃相似的羰基化合物，可分为醛 式烯酮和酮式烯酮两类:
H2C C O
乙烯酮
RCH C O
醛式烯酮
R2C C O
酮式烯酮
O Δ
CH3COH
CH2 C O + H2O
结论1：烯酮可以看作羧酸的内酐。
CH2 C O
H2O
ROH O
CH3COH
NH3
O CH3COH
O CH3COR
O BrCH2CBr
O CH3CBr
结论3：烯酮还具有C=C双键的性质，例如能与卤素 和卤化氢起加成反应。
二、不饱和羧酸
1、不饱和羧酸的结构
α,β-不饱和羧酸中烯键与羧基组成共轭体系，比β,γ-不饱
和羧酸稳定。一些不饱和羧酸酯的生成热为：
可见，α,β-烯键能使羧酸稳定，但效果甚微。
C C
O
C O
最简单的α-羰基酸是乙醛酸和丙酮酸。乙醛酸存在于未成熟的水果中， 果实成熟，糖分增加乙醛酸即消失。
乙醛酸由草酸还原或二氯乙酸水解得到：
HO2CCO2H Mg, H2SO4 草酸
OHCCO2H 乙醛酸
Cl2CHCO2H H2O 二氯乙酸
Байду номын сангаас
OHCCO2H 乙醛酸
乙醛酸能生成稳定的水合物：(HO)2CHCO2H。
(1) H2O, KOH
CH3CCH2COOEt
?
(2) H3O+
O
(1) KOH
CH3CCH2COOEt
?
(2) H3O+
三、β-酮酸酯的烃化和酰化
β- 酮 酸 酯 与 碱 作 用 生 成 烯 醇 盐 ， 后 者 与 伯 卤 代 烷 起 SN2反应，主要生成C-烃基化产物；与酰卤起亲核取代反 应，主要生成C-酰基化产物。
O
1. EtONa, EtOH
O
2. KOH, EtOH, H2O
CH2CCH3
3. H3O+,
3-(2-氧丙基)环庚酮52%
丙烯腈容易与含活性氢的氨，醇，酚，伯胺，仲 胺，酰胺以及含活性α-氢的酮，醛，丙二酸酯等起加 成反应，生成的－CH2CH2CN基团，一般称为氰乙 基化反应。例如：
第六节 其他的一些衍生物
CH2 CHCO2H
HX H2O OHHCN NH3
XCH2CH2CO2H HOCH2CH2CO2H CNCH2CH2CO2H
NH2CH2CH2CO2H
NH2CH2CH2CO2H NH(CH2CH2CO2H)2
NH(CH2CH2CO2H)2 N(CH2CH2CO2H)3
还可作为亲二烯体与共轭二烯烃发生D-A反应：
H
OH
OO
CO2H
O + H+
水杨酸在加热时脱羧：
OH
OH
CO2H
+ CO2
溴化时，羧基被溴原子取代：
OH CO2H
OH
Br
Br
+ CO2
水杨酸
Br 2,4,6-三溴苯酚
水杨酸用于染料及药物合成中，其钠 盐有抑菌作用。
乙酰水杨酸即阿斯匹林，由水杨酸和乙酐得到，可造镇痛剂和解热剂。
冬青油
OH
CO2H + (CH3CO)2O
和脱羧：
OO
1. (CH3)3COK, (CH3)3COH
OC(CH3)3 2. n-C4H9I 乙酰乙酸叔丁酯
O
1. (CH3)3COK, (CH3)3COH
2. iso-C4H9I O
i-C4H9 CO2C(CH3)3 62%
O CO2C(CH3)3
CH3C6H4SO3H
+ H2C C(CH3)2 + CO2 异丁烯
思考：试写出下列反应的可能机理？
β-二酮和简单的酮也能与活性双键加成。
O
+ H2C CHCO2Et O
EtOH, EtONa
O CH2CH2CO2Et
O
CH3
H + H2C CHCOC6H5 O `
EtOH, EtONa Et2O
CH3 CH2CH2COC6H5 O
O +
2-环庚烯酮
O CH3CCH2CO2Et 乙酰乙酸乙酯
四、乙酰乙酸乙酯合成法
1、乙酰乙酸乙酯的烃化，水解和脱羧结合进行，可以 得到各种甲基酮，其中三乙贡献的是乙酰基。
例如：
在合成
型的甲基酮时，在
水解的一步，由于位阻增加，需要较强的碱或更
高的温度，但在这种情况下，有可能发生成酸水
解。解决这个问题的一种方法是用乙酰乙酸叔丁
酯作原料，经过烃化后，在酸性条件下进行水解