清华大学有机化学李艳梅老师课件第十六章.ppt

Unsaturated Carboxylic acid and Unsaturated Carboxylic acid and Substituted Carboxylic acid Substituted Carboxylic acid 第十六章第十六章不饱和羧酸和取代羧酸不饱和羧酸和取代羧酸Organic Chemistry A(2)By Prof.Li Yan-MeiTsinghua University16.1 不饱和羧酸不饱和羧酸 Unsaturated Carboxylic Acid16.2 卤代酸卤代酸 Halogenated Acid16.3 醇酸醇酸 Hydroxyl Alcoholic Acid16.4 酚酸酚酸 Phenolic Acid16.5 羰基酸羰基酸 Carbonyl Acid16.6 -酮酸酯酮酸酯 -Keto Acid EsterContentContentContentContent16.1 16.1 不饱和羧酸不饱和羧酸Unsaturated Carboxylic Acid不饱和羧酸不饱和键的类型羧基与不饱和键的相对位置烯 酸炔 酸,不饱和羧酸 ,不饱和羧酸16.1.1 ,-不饱和羧酸的结构不饱和羧酸的结构(Structureof,-UnsaturatedCarboxylicAcid)一定的共轭稳定作用由于羟基氧原子上的p电子已与 C=O共轭，使其不再与烯键共轭，而使稳定性增加得不是十分显著。Across Conjugated System交叉共轭体系生成热值生成热值 (Heat of Formation)390.2 2.9387.7 3.8385.6 2.6kJ/molCOOEt顺顺/反异构体反异构体 (Trans/Cis Isomers)(E)-3-苯基丙烯酸苯基丙烯酸(E)-3-phenylacrylic acid肉桂酸肉桂酸Cinnamic acidM.P.133oC(Z)-3-苯基丙烯酸苯基丙烯酸(Z)-3-phenylacrylic acid异肉桂酸异肉桂酸Isocinnamic acidM.P.68oC反式比顺式能更紧密地排列在晶格中反式比顺式能更紧密地排列在晶格中,因此具有较高的熔点因此具有较高的熔点.顺式在水中溶解度大于反式顺式在水中溶解度大于反式 Cis isomer is more easily dissolved than trans isomer.16.1.216.1.2 不饱和羧酸的制备不饱和羧酸的制备 Preparation of Unsaturated Carboxylic Acid（自学）（自学）16.1.3 ,-不饱和羧酸的反应不饱和羧酸的反应(Reactions of,-Unsaturated Carboxylic Acid)(1).1,4-1,4-加成反应加成反应 亲核加成亲核加成 1234 类似于类似于,-不饱和醛酮不饱和醛酮 eg.形式上为形式上为3,4-加成，实际上为加成，实际上为1,4-加成。加成。(2).DielsAldel 反应反应+亲双烯体亲双烯体 16.1.4 重要的重要的,-不饱和羧酸及其应用不饱和羧酸及其应用 Important,-Unsaturated Carboxylic Acids and Their Applications(自学自学)16.2 16.2 卤代酸卤代酸 Halogenated Acid命名命名 Nomenclature-溴丁酸溴丁酸-溴丁酸溴丁酸-溴戊酸溴戊酸*卤原子在碳链的末端羧基的另一端16.2.1 卤代酸的制备卤代酸的制备(自学自学)16.2.2 卤代酸的反应卤代酸的反应1.-卤代酸卤代酸 -Halogenated Acid 卤原子受羰基影响，反应活性增强，因此易与各种卤原子受羰基影响，反应活性增强，因此易与各种亲核试剂发生亲核试剂发生SN2反应，生成反应，生成-取代羧酸取代羧酸2.-,-,-卤代酸卤代酸 -,-,-Halogenated Acid 1,6-1,6-己内酯在碱作用下，易生成内酯在碱作用下，易生成内酯-卤代酸卤代酸16.2.3 16.2.3 重要的卤代酸及用途重要的卤代酸及用途ImportantHalogenatedAcidsandTheirApplications1.氯乙酸氯乙酸 Chloroacetic Acid 合成中间体合成中间体制备制备三氯乙烯2.氟乙酸氟乙酸 Fluoroacetic Acid 含含氟氟乙乙酰酰基基的的化化合合物物或或在在生生物物体体内内能能氧氧化成氟乙酸的化合物都有剧毒，如：化成氟乙酸的化合物都有剧毒，如：曾用于杀虫剂；毒性大；中毒死亡的动物尸体也有毒性，被称为曾用于杀虫剂；毒性大；中毒死亡的动物尸体也有毒性，被称为 “二次毒药二次毒药”制备制备邱满囤是无极县郝庄乡陈村农民，后在陕西大荔县东七乡观音渡村定居。1981年，河北无极县农民邱满囤宣布研究“邱氏诱鼠剂”获得成功。许多新闻媒体一轰而上，把这件事炒得火热。一本无极之路1990年出版，一部53集电视报告文学无极之路1992年先后在17个省市播映，据不完全统计，中外几百家媒体对邱满囤进行了报道。1992年4月，汪诚信、原农业部全国植保总站高级农艺师赵桂芝等5位中国植保协会鼠害防治专业委员会的主要成员、全国鼠害防治专家，联合撰写文章呼吁新闻媒介要科学灭鼠，先后在健康报、沧州日报、中国乡镇企业报等报刊发表。他们收集到的11个邱氏鼠药样品经军事医学科学院微生物流行病研究所分析，均含有国家明令禁用的氟乙酰胺等剧毒药品。1992年8月12日，邱满囤向北京市海淀区人民法院起诉汪诚信等5位专家侵犯名誉权。9月10日，河北省联合调查组将4种样品送国家农药质检中心化验，均未验出氟乙酰胺。10月14日，海淀区法院开庭审判此案。12月29日，海淀区法院一审判决邱满囤胜诉。12月31日，5专家召开几十家首都新闻单位记者座谈会，宣布诱鼠剂风波难平。1994年1月10日，汪诚信等5专家向北京市中级人民法院提出上诉。1月11日，5专家再次召开了记者座谈会。中国青年报等10余家报纸刊出记者座谈会报道。1994年12月26日，北京市中级法院开庭二审。1995年1月18日300多位两院院士评出1994年中国十大科技新闻，其中第二条是：“邱氏鼠药案”一审判决5位科学家败诉，在科技界引起强烈反响。朱光亚等200多位政协委员呼吁，严禁非法生产销售使用剧毒灭鼠药物。卢嘉锡等14位院士呼吁：维护科学尊严，确保执法公正，建议建立科技陪审团制度。1995年2月22日北京市中级人民法院二审做出终审判决。二审认为，5位专家文章并未侵害邱满囤的名誉权。其上诉理由成立，应予支持。原判不当，应予纠正。邱氏鼠药案邱满囤败诉。1995年4月，国务院办公厅专门下文查禁邱氏鼠药。人民日报1995年4月12日报道：国务院办公厅日前发出通知，同意化工部等5个部门联合调查组对邱氏鼠药厂违章生产鼠药的意见，并责成国家工商局和国家技术监督局通知各地，没收和销毁正在市场上销售的邱氏鼠药。“四二四”C4S2N4思考：写出“四二四”的结构（提示：没有不饱和键）3.三氟乙酸三氟乙酸 Trifluoroacetic Acid Notes:l 三三个个吸吸电电子子基基，酸酸性性类类似似于于无无机机酸酸(pKa=0.23)l 三三氟氟乙乙酸酸的的酯酯及及酰酰胺胺比比一一般般羧羧酸酸酯酯和和酰酰胺胺更更易易水解，因此可用于水解，因此可用于NH2及及OH的保护基的保护基例如酸性强弱酸性强弱C2H6C2H4NH3CHCHCH3COCH3ROHH2OH2CO3RCOOHH3PO4F3CCOOHpKa 50 44 34 25 20 15.9 15.74pKa 10 6.5 45 2.1 0.2316.3 16.3 醇酸醇酸 Hydroxyl Alcoholic Acid(S)(R)乳酸Lactic Acid 醇酸醇酸 烃链上有羟基的羧酸烃链上有羟基的羧酸 来源：酸奶等来源：酸奶等用途用途:医药及食品工业医药及食品工业HOOCCH2CH2COOH(S)(R）苹果酸Malic Acid来源：苹果来源：苹果 HOOCCHCHCOOHOHOH酒石酸Tartaric Acid来源：酒等来源：酒等用途用途:食品工业食品工业柠檬酸柠檬酸 Citric Acid来源：柠檬及其它水果来源：柠檬及其它水果 或是人乳及血中或是人乳及血中用途用途:食品工业食品工业 16.3.2 16.3.2 醇酸的性质醇酸的性质醇醇酸酸兼兼有有羟羟基基和和羧羧基基的的特特性性，两两基基团团相相互互影影响响，具具有有一一些些特特殊殊性质。性质。16.3.1 16.3.1 醇酸的制备醇酸的制备 Preparation(自学)1.1.酸性酸性 AcidityCH3COOHHOCH2COOHpKa4.763.85羟基的吸电子效应增强了酸性羟基的吸电子效应增强了酸性2.2.脱水反应脱水反应-羟基酸羟基酸 羟基酸受热或与脱水剂共热时，由于羟基和羟基酸受热或与脱水剂共热时，由于羟基和羧基的相对位置不同，脱水产物亦不同。羧基的相对位置不同，脱水产物亦不同。半交酯两分子间相互酯化脱水。交酯-羟基酸基酸分子内脱水，生成分子内脱水，生成,-不饱和酸。不饱和酸。酸性较强酸性较强-与与-羟基酸基酸分子内脱水，生成分子内脱水，生成五元、六元环的内酯。五元、六元环的内酯。-丁内酯-戊内酯羟基与基与羧基相隔五碳以上的基相隔五碳以上的羟基酸基酸 加热后发生分子间脱水，生成链状结构的聚酯。加热后发生分子间脱水，生成链状结构的聚酯。n 53.3.与醛反应与醛反应当当 -或或 -醇酸与醇酸与醛一起加一起加热时，均生成，均生成环状化合物状化合物-羟基酸羟基酸 类似于缩醛的结构-羟基酸基酸4.4.-醇酸与金属离子成螯合物醇酸与金属离子成螯合物 Reactions between-Hydroxyl Acids and metal irons螯合物5.-5.-和和-醇酸的降解醇酸的降解 -醇酸醇酸H2SO4（稀稀）H2SO4（浓浓）H2SO4(稀)H2SO4(浓)用途用途：由羧酸经过由羧酸经过溴代、水解后合成少一个碳的溴代、水解后合成少一个碳的醛或酮醛或酮。-醇酸醇酸可视为羟醛缩合的逆反应可视为羟醛缩合的逆反应16.3.3 16.3.3 内酯环酯内酯环酯-内酯内酯-内酯内酯 高级醇酸在非常稀的溶液中，分子间成酯的可能性减小时，亦能高级醇酸在非常稀的溶液中，分子间成酯的可能性减小时，亦能生成大环内酯，许多抗菌素为大环内酯。生成大环内酯，许多抗菌素为大环内酯。内酯与醇酸形成动态平衡，平衡位置与环的大小及取代基有关内酯与醇酸形成动态平衡，平衡位置与环的大小及取代基有关。16.4 16.4 酚酸酚酸 Phenolic Acid羟基在芳环上的羟基酸16.4.1 16.4.1 水杨酸水杨酸1.1.合成合成（科尔伯施密特）反应（科尔伯施密特）反应 Kolbe-Schmidt Reaction邻羟基苯甲酸机理机理第一步第一步第二步第二步l 第一步第一步,需要在较低温下进行。需要在较低温下进行。l 第二步第二步,温度控制在温度控制在120-145oC.2.2.性质性质 Properties显色的反应显色的反应与与 FeCl3作用，显作用，显紫色紫色酸性酸性pKa=2.96 共轭碱共轭碱 分子内氢键分子内氢键 稳定稳定 平衡右移平衡右移具有酚及羧酸的性质，其中酚的性质：烯醇式含量很高受热脱羧受热脱羧 溴代溴代羧羧基基被被溴溴原子取代原子取代白色沉淀3.3.应用应用 Applicationsl用于染料中间体以及药物合成l在食品及医药方面，用作消毒剂，防腐剂，杀菌剂Aspirin(阿司匹林,乙酰水杨酸)解热镇痛PAS(对氨基水杨酸)抗结核16.4.2 16.4.2 对羟基苯甲酸对羟基苯甲酸 p-Hydroxyl Benzoic Acid 1.1.制备制备比合成水杨酸温度更高比合成水杨酸温度更高(190oC-200oC)，可能羧酸又迁移了一次可能羧酸又迁移了一次2.2.性质性质 Properties溴代可能类似溴代可能类似 16.4.3 16.4.3 棓酸棓酸 性质性质 Properties棓酸棓酸加热时容易脱羧加热时容易脱羧根根据据羰羰基基与与羧基的距离羧基的距离-羰基酸羰基酸-羰基酸基酸-羰基酸基酸16.5 16.5 羰基酸羰基酸 Carbonyl Acid碳链上有羰基的羧酸，又称碳链上有羰基的羧酸，又称“醛酸醛酸”“”“酮酸酮酸”16.5.1 16.5.1 羰基酸羰基酸 -CarbonylAcid1.乙醛酸乙醛酸 Glyoxalic Acid制备制备乙醛酸存在于未成熟的果实中。果实成熟，糖分增加，乙醛酸即消失。乙醛酸乙醛酸乙二酸乙二酸二氯乙酸二氯乙酸特性特性能生成稳定的水合物能生成稳定的水合物2.丙酮酸丙酮酸制制 备备特特 性性H2SO4(稀稀)H2SO4(浓浓)类似于类似于-醇酸醇酸16.5.2 -酮酸酮酸l最简单的最简单的-酮酸是乙酰乙酸酮酸是乙酰乙酸 l-酮酸均不稳定，易脱羧转变为酮酮酸均不稳定，易脱羧转变为酮 有有分分子子内内氢氢键键，易成六元环易成六元环六元环的过渡态六元环的过渡态16.5.3 16.5.3-酮酸酮酸l最简单的最简单的 -酮酸是酮酸是4-4-戊酮酸。戊酮酸。l4-戊酮酸加热时脱水生成戊酮酸加热时脱水生成-或或-当归内酯，如下当归内酯，如下-当归内酯-当归内酯-酮酸不稳定，易脱羧；但酮酸不稳定，易脱羧；但-酮酸酯较稳定。酮酸酯较稳定。受受两两个个吸吸电电子子基基团团影影响响，具具有有很很高的反应活性高的反应活性可作为亲可作为亲核试剂进核试剂进行反应行反应EtONa合成上具有重要用途。合成上具有重要用途。16.6 16.6-酮酮酸酸酯酯16.6.1-酮酮酸酸酯酯的制的制备备（自学）（自学）16.6.2-酮酸酯的化学性质酮酸酯的化学性质 Chemical Properties1.酸性酸性具有酸性具有酸性p pK Ka=11.0a=11.0例如例如:酸性强弱排序酸性强弱排序反应反应 理论上讲，只要能生成比乙酰乙酸乙酯弱的酸的反应均可进行，即理论上讲，只要能生成比乙酰乙酸乙酯弱的酸的反应均可进行，即均可用于制备乙酰乙酸乙酯的烯醇盐（成为亲核试剂），但合成时为成均可用于制备乙酰乙酸乙酯的烯醇盐（成为亲核试剂），但合成时为成本计，一般用本计，一般用醇钠醇钠。2.-酮酸酯的酮式烯醇平衡酮酸酯的酮式烯醇平衡 在在无无催催化化剂剂存存在在下下，即即使使在在较较高高温温度度下下，亦进行得很慢；在酸碱催化下则迅速进行。亦进行得很慢；在酸碱催化下则迅速进行。平衡平衡酮式烯醇平衡的证据酮式烯醇平衡的证据A烯醇式烯醇式p与金属钠反应，放出氢气。与金属钠反应，放出氢气。p与乙酰氯作用生成酯。与乙酰氯作用生成酯。p使溴的四氯化碳溶液褪色。使溴的四氯化碳溶液褪色。p与与FeCl3 水溶液作用，显紫红色水溶液作用，显紫红色分子中具有醇羟基：分子中具有醇羟基：“活泼氢活泼氢”分子中有双键分子中有双键具有烯醇式结构具有烯醇式结构B具有酮的性质具有酮的性质p与与HCN 和和 NaHSO3等发生加成反应等发生加成反应p与羟胺，苯肼等羰基试剂反应，生成苯腙与羟胺，苯肼等羰基试剂反应，生成苯腙具有酮具有酮的性质的性质Cp酮式和烯醇式动态平衡共存酮式和烯醇式动态平衡共存Dp纯粹的酮式和烯醇式已被分离出纯粹的酮式和烯醇式已被分离出 烯醇式烯醇式 33oC (2mmHg)分子内氢键，故沸点较低分子内氢键，故沸点较低酮式酮式 41oC(2mmHg)例如：乙酰乙酸乙酯例如：乙酰乙酸乙酯介质纯液态H2O环己烷烯醇式含量8%0.39%51%一般地，溶剂极性越小，烯醇式含量越高。一般地，溶剂极性越小，烯醇式含量越高。之一、溶剂之一、溶剂影响烯醇式含量的因素影响烯醇式含量的因素顺顺/反异构反异构(Z)-烯醇式含量烯醇式含量 15%(E)-烯醇式含量烯醇式含量 85%分子内氢键使分子内氢键使得得E E型比较稳定型比较稳定活泼亚甲基上有给电子基团，烯醇式含量降低活泼亚甲基上有给电子基团，烯醇式含量降低 活泼亚甲基上有吸电子基团，烯醇式含量增加活泼亚甲基上有吸电子基团，烯醇式含量增加之二、结构之二、结构3.酮式分解与酸式分解酮式分解与酸式分解 酮式分解酮式分解酸式分解酸式分解条件：条件：NaOH (5%)NaOH (40%)酮式分解酸式分解克莱森缩合反应的逆反应克莱森缩合反应的逆反应问题问题 OH-进攻的位置进攻的位置?酯水解酯水解 脱羧脱羧酯酯水水解解酸式分解过程酸式分解过程4.作为亲核试剂作为亲核试剂烃化烃化-酮酸酯与碱作用生成烯醇盐，烯醇盐可作为亲核试剂 问题之一：反应机理？问题之一：反应机理？p1o RX，SN2p2o RX，SN2 E2p3o RX，E2p在AgClO4（过氯酸银）/CH3NO2存在下，反应按SN1机理进行得到取代产物问题之二：问题之二：C-烷基化还是烷基化还是O-烷基化烷基化?p 对于乙酰乙酸乙酯对于乙酰乙酸乙酯两个带负电的活性中心I IIIII共振式共振式III贡献较小贡献较小 99%1%p 对于其它的对于其它的-酮酸酮酸l 反应物的结构反应物的结构-H 酸性较大、烯醇式含量较高酸性较大、烯醇式含量较高的化合物，的化合物，O-烃基化易进行。烃基化易进行。l 溶剂溶剂n强质子溶剂（如：CF3CH2OH，易与O形成氢键）即使通常只发生O-烃基化的酚亦可得到含量较高的C-烃基化产物。n质子溶剂（如：H2O,EtOH。O电负性大，电子云密度大，更易被溶剂化）以C-烃基化为主n非质子溶剂（如：DMF,DMSO,正己烷,环己烷）既可发生C-烃基化，又可发生O-烃基化，但更易发生O-烃基化。-+-DMFDMSO只能溶剂化带正电的只能溶剂化带正电的Na+，带负电的，带负电的O及及C均裸露出均裸露出而而O的电负性更大的电负性更大酰化酰化乙酰乙酸乙酯的烯醇盐与酰氯反应，乙酰乙酸乙酯的烯醇盐与酰氯反应，主要生成主要生成C-酰化产物。酰化产物。柯诺瓦诺格（柯诺瓦诺格（Knoevenagel）反应）反应与羰基加成与羰基加成 在弱碱（例如六氢吡啶，乙二胺）催化下，含有活泼亚甲基的化合物与醛酮发生的类似羟醛缩和的反应。迈克尔（迈克尔（Micheal）反应）反应 碳负离子对共轭双键的碳负离子对共轭双键的1,4-1,4-亲核加成。亲核加成。G对C=C的活化能力：例如：例如：16.6.3 乙酰乙酸乙酯合成法乙酰乙酸乙酯合成法 Ethyl Acetoacetate Protocol可用于制备甲基酮，如下：可用于制备甲基酮，如下：化合物化合物(I)(I)的制备的制备(I)(I)酸式分解酸式分解酮式分解酮式分解(I)(II)化合物化合物(II)(II)的制备的制备(II)酮式分解酮式分解酸式分解酸式分解 酸式分解时，常有酮式分解的副反应发生，使产率较低，故在有机合成中，乙酰乙酸乙酯更多地被用来合成酮类。16.6.4 丙二酸二乙酯合成法丙二酸二乙酯合成法 Diethyl Malonate Protocol可用于合成可用于合成 RCH2COOH 和和 RRCHCOOH型的羧酸型的羧酸Thank you!