University of Science and Technology of China
第十三章
取 代 羧 酸




Organic Chem
羧酸碳链或环上的氢原子被其他原或原子团取代的化合物
R C ( H ) C O O H
X ( O H,N H 2,= O )
卤代酸,羟基酸,氨基酸,羰基酸
Organic Chem
卤代酸的 Dazen 反应:
C
6
H
5
C
O
C H
3 C l C H C O O C
2
H
5
R ( H )
C C
R ( H )
C l
C O O C
2
H
5
H
2
C
5
C
6
H
5
O H
C C
R ( H )
C O O C
2
H
5
H
2
C
5
C
6
H
5
O
C C
R ( H )
C O O H
H
2
C
5
C
6
H
5
O
C H C
R ( H )
H
2
C
5
C
6
H
5
O
N a O C
2
H
5
或 N a N H
2
— H C l
6 2 - 6 4 %
H
2
O / O H
-
— C O
2
+
Organic Chem
§ 二、羟基酸
一、广泛存在于自然界,常按来源命名:
C H
3
C H C O O H
O H
C
6
H
5
C H
O H
C O O H
C O O H
O H H O O C C H
O H
C H
2
C O O H
H O O C C H
O H
C H
O H
C O O H
H O C
C H
2
C O O H
C O O H
C H
2
C O O H
乳 酸
杏 仁 酸
水 杨 酸
苹 果 酸
酒 石 酸
柠 檬 酸
Organic Chem
二、羟基酸的反应:具有醇和酸的一般性质,有互相影响
1、酸性:
CH3CH2COOH HOCH2CH2COOH CH3CH(OH)COOH
pKa,4.88 4.51 3.86
C O O H
O H
O H
C O O H C O O H
O H
C O O H
p K a 3, 0 0 4, 1 2 4, 5 4 4, 1 7
Organic Chem
2、脱水:
( R ) C H 3 C H O H H O O C
C O O H C HH O C H 3 ( R )
H C
O
C H
O O
O C H 3 ( R )
( R ) C H 3
? — 羟 基 酸
— 羟 基 酸?
C H 3 C H
O H
C O O H C H 3 C H C H C O O H + H 2 O
? ? ?? — 不 饱 和 酸 )
H +

? — 羟 基 酸 H O C H 2 C H 2 C O O H — H 2 O
O O
? ? — 戊 内 酯 ( 较 难 )
W — 羟 基 酸 n C H 2 C H 2 x C O O H
O H
H O C H 2 C H 2 C O H
O
nx
聚 酯 x > 4
Organic Chem
R C H C O O H
O H
O
吐 伦 试 剂
R C C O O H
O
R C H O
— C O 2
R C H C H — C O O H
O H
O
R C H C H — C O O H
O
— C O 2
R C C H 3
O
3、氧化反应:
4、脱羧:
R C H C O O H
O R '
R C H C O O H
O C R '
O
R C H O
高 效 率
Organic Chem
5、与醛的反应:
R C H C O O H
O H
+ R ' C H O
O O
R O
R '
R C H C H
2
C O O H
O H
+ R ' C H O
O O
O
R '
R
Organic Chem
三、羟基酸的制备:
1、由卤代酸水解:
X C H 2 C O O N a H O C H 2 C O O N aH 2 O
2、由腈醇水解:
C 6 H 5 C H O C 6 H 5 C H C N
O H
C 6 H 5 C H
O H
C O O H
N a C N
N a H C O 3
H C l
5 0 - 5 2 %
3,reformatsky反应:
B r C H 2 C O O C 2 H 5 B r Z n C H 2 C O O C 2 H 5 R C H O R C H C H 2 C O O C 2 H 5
O HZ n
Organic Chem
4、由 Kolbe—— Schmidt反应制酚酸:
O N a O N a
C O O N a
C O 2
1 8 0 - 2 0 0 。 C
O H
O H
O H
O H
C O O H
C O 2
N a H C O 3
煮 沸
Organic Chem
§ 三、羰基酸
α, β — 羰酸不稳定:
C H 3 C C H 2
O
C O O H C H 3 C C H 3
O
C O 2
酯 化
C H 3 C C H 2
O
C O O C 2 H 5
Organic Chem
一,羰基酸的制备:
2 C H 3 C
O
O C 2 H 5 C H 3 C
O
C H 2 C
O
O C 2 H 5
N a O C 2 H 5
1,Claisen缩合:(同种酯的缩合)
C H 3 C
O
O C 2 H 5
- O C 2 H 5
C H 2 C
O
O C 2 H 5 + C 2 H 5 O H
p K a 2 4 p K a 1 7
C H 3 C
O
O C 2 H 5 C H 2 C
O
O C 2 H 5 C H 3 C
O
C H 2 C O O C 2 H 5
O C 2 H 5
C H 3 C
O
C H 2 C O O C 2 H 5
- O C 2 H 5
C H 3 C
O
C H C O O C 2 H 5
N a +p K a 1 1
Organic Chem
2、两种酯的缩合:
两种不同的酯的缩合 —— >产物有两种,无制备意义。
若选择一种酯不含 α — H,—— 只做烯酮受体 —— >产物唯一。例, 1, C
6
H
5
C O O C H
3
+ C H
3
C H
2
C O O C
2
H
5
C
6
H
5
C C H
O
C O O C
2
H
5
C H
3
1
) N a O H
2, C
2
H
5
O C
O
C
O
O C
2
H
5
2 ) H +
+ C 6 H 5 C H 2 C O O C 2 H 5 1
) N a O H
2 ) H +
C 6 H 5 C H C O O C 2 H 5
C C O O C 2 H 5O
C 6 H 5 C H C O O C 2 H 5
C O O C 2 H 5
1 7 5 。 C
8 0 - 8 5 %
Organic Chem
- 3 H 2 O
C O O C 2 H 5
C O O C 2 H 5
C O O C 2 H 5
3, H C O O C 2 H 5 + C H 3 C O O C 2 H 5 1
) N a O H
2 ) H 2 O
C H O C H 2 C O O C 2 H 5
引 发 — — 聚 合
3、分子内酯缩合( W.Dieekmann缩合)
C O O C 2 H 5
C O O C 2 H 5
N a
少 量 乙 醇
H + O
C O O C 2 H 5
Organic Chem
二、乙酰乙酸乙酯
C H 3 C H 2
O
O C 2 H 5
O
C H
O
C H 3
H
O
O C 2 H 5
酮 式 烯 醇 式
9 2 %
8 %
1、互变异构
同时存在烯和醇的证据:
a:与 NaCN加成;
与 NaHSO3反应
b:与 Na反应 H2↑
Br2褪色
FeCl3颜色反应
=>说明有 C=O;
=>有 C=C;
=>有 C=C— OH。
=>有 OH;
Organic Chem
酮式 <—— >烯醇式是普遍现象
C C
N H
N H C C
N C
HO
N C
O H
亚 硝 基 月 亏
C C
N H C
C C
N H 2
亚 胺 烯 胺
Organic Chem
但不同的化合物达到平衡时,烯醇式的含量的不同的。
C H 3 C C H 3
O
C 6 H 5 C C H 3
O
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
p K a 2 0 1 6 1 3
烯 醇 含 量 1, 5 * 1 0 - 4 3, 5 * 1 0 - 2 0, 7 7
C H 3 C C H 2 C O O C 2 H 5
O
C H 3 C C H 2 C C H 3
O O
C H 3 C C H 2 C C 6 H 5
O O
1 1 9
8 9 6, 4 8 9, 2
与产生移位的质子的酸性有关,还与 H-键,空间因素有关。
Organic Chem
2、乙酰乙酸乙酯在合成中的应用:
C H 3 C C H 2
O
C O O C 2 H 5 C H 3 C C H
O
C O C 2 H 5
O
N a O C 2 H 5
C H 3 C C H
O
C O C 2 H 5
OR
R X
重 复 上 述 过 程, C H 3 C C
O
C O C 2 H 5
OR
R '
( R,R ' A r,,活 性? ) = 3 。 ( 消 除 ), 最 好 1 。 。
Organic Chem
C H 3 C C H
O
C O C 2 H 5
OR
稀 碱
浓 碱
C H 3 C C H
O
C O H
OR
C H 3 C C H 2
O R
+ C O 2
C H 3 C O O H + C 2 H 5 O H + R C H 2 C O O H
( 酮 式 分 解 )
( 酸 式 分 解 )
( 常 伴 有 酮 式 分 解, 用 丙 一 酸 酯 法 更 好 )
酮式分解在有机合成中非常有用,
几乎与 格氏反应 和 付克反应 齐名。
Organic Chem
R X ( 卤 代 烃 ) C H
3
C C H
2
O R
( 甲 基 酮 )
X C H
2
C
O
R C H
3
C C H
2
O
C H
2
C
O
R ?(
- -
二 酮 )
X C H
2
C O R '
O
C H
3
C C H
2
O
C H
2
C
O
O R '
X C R
O
C H
3
C C H
2
O
C R
O
(
?
- -
二 酮 )
生 成 C H 用 N a O H,避 免 C
2
H
5
O N a 与 R C X
O
反 应 。
常 用 非 质 子 溶 剂, 醇 镁 代 替 醇 钠, 溶 于 非 质 子 溶 剂, 加 速 反 应
C H
M g O C
2
H
5
+
C H
3
C C H C O C
2
H
5
O O
+
二元取代 ………………………………………………
Organic Chem
三、丙二酸酯
1、丙二酸酯的制法:
C l C H 2 C O O H N a C NN a O H N C C H 2 C O O N a
C 2 H 5 O H
H 2 S O 4
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
2、丙二酸酯在合成上的应用:
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2 N a C 2 H 5 C H ( C O O C
2 H 5 ) 2 N a +
R X
R C H ( C O O C 2 H 5 ) 2
N a O H
H 3 O +
R C H ( C O O H ) 2
- - C O 2
R C H 2 C O O H
Organic Chem
与乙酸乙酰乙酯不同,可以一次导入两个相同 R基。
例:
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2 1, 2 N a O C 2 H 5
2, 2 C 2 H 5 B r
( C 2 H 5 ) 2 C ( C O O C 2 H 5 ) 2 水 解
- - C O 2
( C 2 H 5 ) 2 C H C O O H
8 6 %
例:
( C 6 H 5 C H 2 C ( C O O C 2 H 5 ) 2 N a +
B r C H 2 C O O C 2 H 5
9 6 %
C 6 H 5 C H 2 C ( C O O C 2 H 5 ) 2
C H 2 C O O C 2 H 5
1, N a O H
2, H C l
C 6 H 5 C H 2 C ( C O O C 2 H 5 ) 2
C H 2 C O O H
- - C O 2
C 6 H 5 C H 2 C H C O O H
C H 2 C O O H
Organic Chem
如果二卤代烃取代,根据条件不同,可以生成二酸或环状羧酸。
例:
2 C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2
2 N a O H
B r ( C H
2
)
3
B r
( C H
2
)
5
( C O O C
2
H
5
)
2
水 解 酸 化 - - C O
2
( C H
2
)
5
( C O O H )
2
8 1 %
C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2
2 N a O C
2
H
5
B r ( C H
2
)
3
B r
B r ( C H
2
)
2
B r
C O O H
C O O H
5 3 - - 5 5 %
C O O H
C O O H
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
亲 核 取 代
亲 核 加 成 (, — 不 饱 和 醛 酮 的 加 成?
? M i c h a e l 加 成
Organic Chem
是非常有用的合成 1,5— 二羰基化合物的反应
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2 +
O
N a P C 2 H 5
H O C 2 H 5
O H
C H ( C O O C 2 H 5 ) 2
O
C H ( C O O C 2 H 5 ) 2
水 解 酸 化 — C O 2
O
C H 2 C O O H
( 9 0 % )
Michael反应的另一重要的应用是用来合成环状化合物
?Robinson关系
O
C H 3
+ C H 2 = C H C C H 3
O
N a O C 2 H 5
O
C H 3
O
C H 3
O H
O
羟 醛 缩 合
N a O H
— H 2 O
草 酸 C H 3
O
Organic Chem
☆ 上述 michael加成总是发生在有羟基取代的 α — 位。
?可能解释:
烷基增加了烯醇离子的活性
Michael加成可逆 —— 取代少的加成产物,逆向易 —— >被破坏
Organic Chem