不饱和羧酸和取代羧酸

第十六章不饱和羧酸和取代羧酸UnsaturatedandSubstitutedCarboxylicAcid第一节不饱和羧酸不饱和羧酸包括烯酸和炔酸，就是分子内含有烯键和炔键的羧酸。分子内含有两类官能团，即：=，≡和–COOH.根据不饱和键和羧基相对位置的不同，不饱和羧酸可分为α,β-和β,γ-不饱和羧酸，我们主要讨论羧基和烯键直接相连的α,β-不饱和羧酸。一.不饱和羧酸的结构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，而使稳定性增加的不是十分显著。一些α,β-不饱和羧酸有顺反异构体：反式比顺式能更紧密地排列在晶格中，所以其熔点较高。二.不饱和羧酸的制备：1.水解法2.卤代酸酯去卤化氢3.芳环的缩合反应：类似于羟醛缩和反应Perkin反应：醛作为受者，酸酐以负离子的形式作为给者，亲和加成，脱去一分子羧酸。Knoevenagel反应：有机碱催化，较低温度下进行，产率较高。4.Witting反应三.不饱和羧酸的反应分子中含有共轭双键体系，容易起1,4加成反应和Diels-Alder反应2.Diels-Alder反应：四.不饱和羧酸的用途丁炔二酸是良好的亲二烯体，可以用来合成结构特殊的化合物。第二节卤代酸本节只讨论卤素在碳链上的卤代酸。卤代酸我们并不陌生。例如：ClCH2COOH是工业上常用的合成中间体。FCH2COONa是一种威力极大的杀鼠剂等。人们习惯于用希腊字母来表示卤素在碳链上的位置。如：α,β-卤代酸。卤素在羧基另一端的，称为ω-卤代酸。一.卤代酸的合成1.α-卤代酸的合成：1).Hell-Volhard-Zelinski反应：反应可能是通过酰卤进行的2).2.β-卤代酸的合成：二.卤代酸的反应卤代酸具有卤代烃和羧酸的双重反应。由于卤素的影响，卤代酸的酸性比相应的羧酸强。α-C上卤原子的累积使羧基更容易失去了；在羧基的影响下，卤原子的性质也有一些变化，卤素更容易被取代了。如：五元环内酯最稳定双分子亲核取代第三节.醇酸羧酸分子中饱和碳原子上有羟基的酸成为醇酸。除IUPAC的命名法则外，醇酸可根据羟基与羧基的相对位置称为α-,β-和γ-羟基酸。与卤代酸一样，羟基连在碳链末端时，称为ω–羟基酸。由于许多醇酸做为生化过程的中间体而存在与天然产物中，所以，在生物科学中，以俗名命名也很常见。2-羟基丙酸α-羟基丙酸乳酸3-羟基-3-羧基戊二酸β-羟基-β-羧基戊二酸柠檬酸一.醇酸的合成1.二元醇的控制氧化2.卤代酸的水解3.羟基睛的水解分子中同时含有-OH和-CN,如何制备？4.Reformatsky反应α-卤代酸酯与醛或酮的混合物在乙醚，苯，甲苯等惰性溶剂中与锌粉反应产物水解后得到β-醇酸酯反应机理合成β-羟基酸酯和β-羟基酸的重要方法请问：在Reformataky反应中，能否用金属镁代替锌？在Reformataky反应中，生成烯醇盐的一步并不完全。如果用活性较高的镁代替锌，生成的烯醇镁盐不仅可以和活性高的醛，酮分子中的羰基反应，甚至还会与溶液中的原料酯反应，影响产物的纯度和产率。方法改进：二异丙氨基锂(LDA)碱性强，位阻大的LDA使烯醇化完全，而其本身又不与酯反应？5.环酮的氧化练习二.醇酸的性质和反应酸性：醇酸含有羟基和羧基两种官能团，由于羟基具有吸电子效应并能生成氢键，醇酸的酸性较母体羧酸强，水溶性也较大。羟基离羧基越近，其酸性越强。2.脱水反应1).α-醇酸：两分子相互酯化，生成六元环交酯2).β-醇酸：分子内脱水生成α,β-不饱和酸3).γ-醇酸受热易发生分子内的脱水反应，生成内酯3.与醛的反应：α-和β-醇酸与醛一起加热，生成环状化合物相当于羟醛缩和反应4.α-和β-醇酸的降解？合成比原料少一个碳原子的醛酮3.醇酸的用途第四节.酚酸羟基和羧基连在芳环上的羟基酸称为酚酸。酚酸以芳香酸为母体，羟基作为取代基。酸性的比较：>>>羟基和羧基邻位效应；共轭碱能生成分子内氢键，其稳定性增加。pKa=2.69一.酚酸的合成：Kolbe-Schmidt反应二.酚酸的反应第五节.羰基酸羰基酸是分子中同时含有羰基和羧基的一类化合物。一.羰基酸的分类和命名根据羰基的结构，羰基酸可分为醛酸和酮酸；按照羰基和羧基的相对位置，酮酸又可分为α-酮酸和β-酮酸。羰基酸的普通命名，是选择包括羰基和羧基的最长链为主链，称为“某酮（醛）酸”。若是酮酸，需用阿拉伯数字或希腊字母标记羰基的位置（习惯上多用希腊字母）。也可用酰基命名，称为“某酰某酸”。例如：β-丁酮酸,乙酰乙酸二.羰基酸的化学性质1.α-酮酸：丙酮酸是最简单的α-酮酸α-酮酸的特征反应生物体内，丙酮酸在缺氧时，在酶的作用下也会发生脱羧反应生成乙醛2.β-酮酸最简单的β-酮酸是乙酰乙酸。β-酮酸是不稳定的化合物，容易脱羧成酮。β-酮酸酯是稳定的，在合成上有重要的用途。第六节.β-酮酸酯β-酮酸酯是一类稳定的化合物，在有机合成上有重要意义。β-酮酸酯分子中羰基和酯基之间的亚甲基，受两个羰基的影响，具有很高的反应活性，称活性亚甲基。β-酮酸酯可以在活性亚甲基起酰化和烃化反应，从而转化为多种类型的化合物。一.β-酮酸酯的合成ClaisenCondensation:含有两个α-H的羧酸酯在乙醇钠作用下，起分子间缩合反应，酸化后得到β-酮酸酯反应机理乙酰乙酸乙酯较强的酸性是推动ClaisenCondensation的真正动力交叉克莱森缩合两种酯的混合物起克莱森缩合反应，可以得到四种β-酮酸酯的混合物，没有什么合成价值。但如果两种酯中有一种没有α-氢，只能提供羰基，那么用等摩尔的酯起缩合反应，可以使交叉缩合产物成为主产物。DieckmannCondensation:己二酸酯和庚二酸酯，分子内酯缩合生成环状β-酮酸酯反应机理：二.β-酮酸酯的酮-烯醇平衡乙酰乙酸乙酯是简单的β-酮酸酯，具有一些特殊的性质1)能和HCN,NaHSO3等亲核试剂发生加成或缩合反应2)能使溴水褪色3)有烯醇式结构能使溴水褪色，并能和三氯化铁发生颜色反应具有羰基含有不饱和键具有烯醇式结构互变平衡体系可通过下述试验得到证明:出现紫红色紫红色消失一般烯醇式不稳定，而乙酰乙酸乙酯的烯醇式能稳定存在，为什么？(1)酮式中亚甲基上的氢原子同时受羰基和酯基的影响很活泼，很容易转移到羰基氧上形成烯醇式。(2)醇式中的双键的π键与酯基中的π键形成π-π共轭体系，使电子离域，降低了体系的能量。(3)烯醇式通过分子内氢键的缔合形成了一个较稳定的六员环结构问：活性亚甲基上有大的取代基，或是以CF3代替CH3,分别会对烯醇的含量有什么影响？三.β-酮酸酯的烃化和酰化R=伯卤代烷，而仲卤代烷和叔卤代烷在碱性条件下易发生消去反应C-烃化产物O-烃化产物C-酰化产物四.β-酮酸酯的水解成酸水解成酮水解两种水解方式乙酰乙酸乙酯烃基化，酰基化后，与水解，脱羧结合进行，可得到一系列的化合物第七节.乙酰乙酸乙酯的合成法和丙二酸酯的合成法一.乙酰乙酸乙酯(EthylAcetoacetate)的合成法(EAA)1)制备甲基酮先大后小先惰后活2)制备各种二酮2,6-庚二酮2,5–己二酮1-苯基-1,3-丁二酮3)制备环烷基酮1)2)3)其它结构的β-酮酸酯也可以进行烃化，水解和脱羧反应，生成各种结构的酮。4)制备高级酮酸羰基酸二元酸二.丙二酸酯的合成法(EM)1)制备取代乙酸比较结构2)制备二元酸3)制备环烷酸能否用EM法合成下列化合物？第八节.迈克尔反应(Michael)碳负离子与活性双键的加成称为迈克尔(Michael)反应。C=C易接受亲电试剂的进攻，但当C=C上连有吸电子的取代基时，其亲电性减弱，亲核性增加。取代基对活性双键的活化能力的大小次序：乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯等在碱性催化剂的存在下都能与双键起加成反应反应机理如：第九节碳酸衍生物二.硫代碳酸衍生物一.碳酸衍生物本章重点1.Perkin反应:醛与酐反应生成不饱和酸的反应。2.Knoevenagel反应：醛与丙二酸反应生成不饱和酸的反应。3.Reformatsky反应:α-卤代酸酯与醛或酮的混合物和锌粉生成β-羟基酸酯和β-羟基酸的反应。4.ClasienCondensation:含有两个α-H的羧酸酯在碱作用下分子间缩合，生成β-酮酸酯的反应。5.DIeckmannCondensation:二元酸酯分子内缩合生成环状的β-酮酸酯的反应。6.Michael反应：活性双键的加成。7.EAA合成法8.EM合成法作业：习题2,4学习指导：3，5，6，8