有机化学 Organic Chemistry 延安大学化工学院 有机化学教研室

第 十六 章 不饱和羧酸和取代羧酸 一. 不饱和羧酸 二. 卤代酸 四. 酚酸 三. 醇酸 六. β-酮酸酯 五. 羰基酸 八.迈克尔反应 七.三乙和丙二酸酯合成法 九.碳酸衍生物

羧酸衍生物相互转换图 羧酸衍生物相互转换图

α，β—不饱和羧酸比β，γ—不饱和羧酸稳定。 一、 不饱和羧酸 1 不饱和羧酸的结构 不饱和羧酸——分子中含有烯键和炔键。 1) 根据羧基与重键的相对位置可分为： α，β —或β，γ—不饱和羧酸 α，β—不饱和羧酸比β，γ—不饱和羧酸稳定。 主要是前者形成了共轭体系。当0H，OR，NH2等基团中原子上的ρ电子与羧基共轭，使其不能再有效地与烯键共轭。

2) 不饱和羧酸酯结构与生成热

不饱和羧酸反式比顺式异构体熔点高：

2 不饱和羧酸的制法

1) 佩金(Perkin)反应 2)醇钠催化得到肉桂酸酯

3 α，β—不饱和羧酸的反应 —— 容易起 1，4—加成反应。

α，β—不饱和酸与共轭二烯烃1，4 加成（Diels—Alder） 4 α，β—不饱和羧酸的用途（自学）

甲基丙烯酸甲酯 为无色液体，沸点：100～101℃。 丙酮与 氢氰酸合成——有机玻璃的原料(工业化)

二 卤 代 酸 习惯名称常用希腊字母表示卤素的位置 卤素在碳链的末端的，称为ω—卤代酸 讨论卤素在碳链上的卤代酸。 二 卤 代 酸 习惯名称常用希腊字母表示卤素的位置 讨论卤素在碳链上的卤代酸。 卤原子在芳环上的卤代酸，反应与未取代的羧酸相同。因此， 卤素在碳链的末端的，称为ω—卤代酸

1 卤代酸的制法

2 卤代酸的反应 易起SN 2反应 γ—，δ—和ε—卤代酸在碱作用下，易成内酯 三 、卤代酸的用途（自学）

羟基与羧基邻近的醇酸，其酸性明显增强，α—羧基使pKa值约降低0．45，羟基离羧基更远，对酸性几乎没有影响。 三 醇酸 常按来源命名 酸分子中饱和碳原子上有羟基的称为醇酸。许多作为生化过程的中间产物而存于天然产物中醇酸分子中含有两个或，他们一般能溶于水，疏水支链或碳环的存在则使水溶性降低。 羟基与羧基邻近的醇酸，其酸性明显增强，α—羧基使pKa值约降低0．45，羟基离羧基更远，对酸性几乎没有影响。 醇酸兼有醇和羧酸的反应，羟基与羧基的相对位置不同，还产生一些特殊的反应。 1 性质： 酸性随着羟基与羧基远近由弱变 强; α — 醇酸酸性最强（pKa值约降低0．45）

醇酸兼有醇和羧酸的反应，羟基与羧基的相对位置不同，还产生一些特殊的反应。 2 反应 1) 脱水反应 a α—醇酸易脱水成酯 醇酸兼有醇和羧酸的反应，羟基与羧基的相对位置不同，还产生一些特殊的反应。 两分子α—醇酸之间容易脱水而生成酯。以乳酸为例，它在长期储存时，生成乳酰乳酸、交酯和更高级的聚合物：

b 加热脱水，分解为甲酸和醛 c α—位被—OR或—OCOR取代 时，加热更易分解，并得到高产率的醛

α—羟基与叔碳原子相连，在加热时生成α、β—不饱和酸和酮的混合物： d β—醇酸易脱水成不饱和酸。

a α-和β-醇酸与醛一起加热都生成环状化合物 2)与醛反应 a α-和β-醇酸与醛一起加热都生成环状化合物 加热时，脱水速度更快，同时还有一部分分解为甲酸和醛：

3) α-和β-醇酸的降解 由羧酸经过α—溴代酸可合成高级醛

β—醇酸酯容易脱水而转变为α，β—不饱和酸酯 4) 醇酸酯的反应 a Reformatsky反应 通常用α—溴代酸酯作原料，乙醚、苯、甲苯等作溶剂。生成的β—醇酸酯容易脱水而转变为α，β—不饱和酸酯。 在反应中锌粉先与α—溴代酸酯生成烯醇酯，由于其反应活性较低，只能与醛酮分子中活性较大的羰基加成，而不致与用作原料的酯加成。 β—醇酸酯容易脱水而转变为α，β—不饱和酸酯

讨论

b 二异丙氨基锂与酯反应(LDA) 酯分子中的α—氢有很弱的酸性，二异丙氨基锂是一个很强的碱，它可以将酯完全转变为烯醇盐，在溶液中没有游离的酯，这样，烯醇盐就不会与用作原料的酯缩合。同时，由于两个异丙基的体积较大，可以阻碍二异丙氨基锂与羰基起加成反应。在反应混合物中加入醛或酮，烯醇盐立即与它们起加成反应，生成β—醇酸酯：生成的烯醇盐除与醛酮缩合外，还可以与卤代烷反应，在α—位导入烷基。例如：

环酮的拜尔—维利格氧化，生成内酯，后者水解得到醇酸。例如： 生成的烯醇盐除与醛酮缩合外，还可以与卤代烷反应，在α—位导入烷基 环酮的氧化 环酮的拜尔—维利格氧化，生成内酯，后者水解得到醇酸。例如： 3 醇酸的用途（自学）掌握 乳酸 、苹果酸、酒石酸 、柠檬酸、扁桃酸、内酯的结构、用途。

180一200℃下加热，除了水杨酸二钠外，还生成苯酚 四 酚 酸 　　羟基在芳环上的羧酸称为酚酸： 1 水杨酸 180一200℃下加热，除了水杨酸二钠外，还生成苯酚 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，后者酸化后生成水杨酸：180一200℃下加热，除了水杨酸二钠外，还生成苯酚：水杨酸的产率不超过60％。施密特发现：在较低的温度下，苯酚钠吸收二氧化碳，生成碳酸苯酯的钠盐，后者在120一145℃下加热，即转变为水杨酸钠，产率接近100%。

科尔伯—施密特(Kolbe-Schmidt)反应 施密特发现：在较低的温度下，苯酚钠吸收二氧化碳，生成碳酸苯酯的钠盐，后者在120一145℃下加热，即转变为水杨酸钠，产率接近100%。

水杨酸在加热时脱羧 溴化时，羧基被溴原子取代： 水杨酸用于染料及药物合成中，其钠盐有抑菌和杀苗作用。 乙酰水杨即阿斯匹灵，由水杨酸和乙酐在吡啶培存在下加热得到，可用作止痛剂和解热剂。

2　对羟基苯甲酸

3 　棓 酸 棓酸即3，4，5—三羧基苯甲酸，熔点：202℃。加热时容易脱羧：

最简单的α—羧基酸是乙醛酸和丙酮酸。乙醛酸存于末成熟的水果中，果实成熟，糖分增加，乙醛酸即消失。 五 羰基酸——醛酸和酮酸 1 乙醛酸和丙酮酸 最简单的α—羧基酸是乙醛酸和丙酮酸。乙醛酸存于末成熟的水果中，果实成熟，糖分增加，乙醛酸即消失。 乙醛酸由草酸还原成二氯乙酸水解得到：丙酮酸是最简单的α—酮酸，由相应的腈水解得到：

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。 丙酮酸能还原土伦试剂 α—酮酸的特性反应 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。 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。

2 β—酮酸是不稳定的化合物，易脱羧变为酮 多环β—酮酸加热时不脱羧, β—酮酸的酯稳定，合成上有重要用途 最简单的β—酮酸为乙酰乙酸，它是脂肪酸的代谢产物，与丙酮一起存于糖尿病患者的尿中。乙酰乙酸和其他的β—酮酸是不稳定的化合物，容易脱羧而转变为酮。脱羧可能是通过环状过渡态进行的，先生成烯醇，再转变为酮

3 γ—酮酸

β—酮酸酯可以在活性亚甲基上起烃化和酰化反应， 六 β—酮酸酯 　　β—酮酸酯可以在活性亚甲基上起烃化和酰化反应， 从而转变为多种类型的化合物，在合成上有重途。 β—酮酸酯分子中酯基和羰基之间的亚甲基，受两个吸电子基团的影响而有很高的反应活性，称为活性亚甲基。

1)克莱森缩合 ——是制备β—酮酸酯的重要方法。 β—酮酸酯合成 1)克莱森缩合 ——是制备β—酮酸酯的重要方法。 凡有酯参与的缩合反应统称Claisen酯缩合反应。两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成-羰基酯。 如：两分子乙酸乙酯在乙醇钠存在下，起分子间的缩合反应，酸化后得到乙酰乙酸乙酯： 其他有两个α—氢的羧酸酯也可以在乙醇钠存在下缩合，酸化后得到β—酮酸酯。

位阻很大的格利雅试剂不能与羰基加成，但可以夺取活性氢，也可以用来使羧酸酯变成烯醇盐：

2） 分子内酯缩合——迪克曼缩合（ Dieckmann） 交叉酯缩合（两种不同的酯，其中一个不含-H）。 2） 分子内酯缩合——迪克曼缩合（ Dieckmann） 两种酯的混合物起克莱森缩合，得到四种β—酮酸的混合物，没有合成价值。 当两种酯：一种无α—氢，只提供羰基，产物减少到两种，等摩尔的酯起缩合反应，可使交叉缩合产物成为主产物。 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—酮酸的混合物： 合成五、六元环

环化方向 　　含两种不同-H时, 酸性较大的-H优先被碱夺去。

有α—氢的酮在强碱作用下，可以与无α—氢的酯缩合，则产物为β—酮酸酯或β—二酮： 3） 酮与酯的缩合 有α—氢的酮在强碱作用下，可以与无α—氢的酯缩合，则产物为β—酮酸酯或β—二酮： 酮生成的烯醇盐虽然可以与酮羰基缩合，但平衡位置不利于羟基酮的生成。 如用别的没有α—氢的酯与酮缩合，则得到β—二酮。例如：

有α—氢的酮、酯相互缩合时，酮的-H比酯的-H活泼。

酮式-烯醇式互变异构体 （具有酮和烯醇的双重反应性） 2 β—酮酸酯——酮—烯醇平衡 β—酮酸酯中活性亚甲基上的氢有酸性，存在着酮—烯醇平衡。在酸碱催化下，则迅速进行. 乙酰乙酸乙酯是酮—烯醇互变异构的典型例子，酮式和烯醇式的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，而在酸碱催化下，则迅速进行。纯粹的酮式和烯醇式可以分别分离开来，它们的沸点分别为： 16．6 β—酮酸酯 β—酮酸酯分子中酯基和羰基之间的亚甲基，受两个吸电子基团的影响而有很高的反应活性，称为活性亚甲基。β—酮酸酯可以在活性亚甲基上起烃化和酰化反应，从而转变为多种类型的化合物，在合成上有重要用途。 酮式-烯醇式互变异构体 （具有酮和烯醇的双重反应性）

乙酰乙酸乙酯中烯醇的含量在液态下为8％，在水溶液中为 ０.39％，在环已烷的稀溶液中为5l％，溶剂的极性小，烯醇的含量较高。 酮式和烯醇式的沸点分别为 　　乙酰乙酸乙酯中烯醇的含量在液态下为8％，在水溶液中为 ０.39％，在环已烷的稀溶液中为5l％，溶剂的极性小，烯醇的含量较高。 烯醇式沸点较低是由于其中含有分子内氢键。 β—酮酸酯中以酮式为主,溶剂对平衡位置有显著的影响。 酮—烯醇平衡中烯醇式的含量可以用核磁共振法测定。 β—酮酸酯中以酮式为主，烯醇含量较少，正好与β—二酮的情况相反。 溶剂对平衡位置有显著的影响。例如：乙酰乙酸乙酯中烯醇的含量在液态下为8％，在水溶液中为o．39％，在环已烷的稀溶液中为5l％，溶剂的极性小，烯醇的含量较高。 乙酰乙酸乙酯中活性亚甲基体积大的烷基，烯醇式的含量较低，如有三氟甲基，则烯醇式的含量增加：

乙酰乙酸乙酯中活性亚甲基体积大的烷基，烯醇式的含量较低，如有三氟甲基，则烯醇式的含量增加：

3 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—烃化产物：

产物中99%为C—烃化，只有1% 为O—烃化。 C—烃化产物可继续烃化，生成二烃化产物

三乙的烯醇盐与酰氯反应，主要生成C—酯化产物：

4 β—酮酸酯的水解 β—酮酸酯有两种水解方式即成酮水解和成酸水解 1）成酮水解 三乙在冷和稀的碱溶液中再酸化，加热脱羧后，即得到丙酮：

成酸水解是克莱森缩合的逆反应 。三乙的α—烃基或α，α—二烃基取代物也能起这两种类型的水解反应。 2）成酸水解 三乙与浓碱在乙醇溶液中加热，则生成乙酸。 成酸水解是克莱森缩合的逆反应 。三乙的α—烃基或α，α—二烃基取代物也能起这两种类型的水解反应。 将乙酰乙酸乙酯烃化后再水解，可以得到各种甲基酮或羧酸。由于成酸水解产物中也可能有成酮水解产物，因此，乙酰乙酸乙酯在甲基酮的合成中更有用。 成酸水解产物中也有成酮水解产物 乙酰乙酸乙酯在甲基酮的合成中更有用

1 三乙的合成法（烃化+水解和脱羧）制备各种甲基酮 七 三乙和丙二酸酯合成法 　1 三乙的合成法（烃化+水解和脱羧）制备各种甲基酮 制备各种甲基酮

　由于位阻增加， 需较强的碱或更高的温度，并防止成酸水解。

2 其他β—酮酸在合成中的应用

两摩尔碱和两摩尔卤代烃可以一次加入两个相同的烃基。 3 丙二酸酯合成 两摩尔碱和两摩尔卤代烃可以一次加入两个相同的烃基。

适当的二卤代烷作烃化剂，可以合成脂环族羧酸：

八 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，而亲核性加强，能够接受亲核试剂的进攻。 八 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，而亲核性加强，能够接受亲核试剂的进攻。 碳负离子与活性双链的加成反应，称为迈克尔(Michael)反应。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：

碳负离子与活性双链的加成，称为迈克尔反应 取代基对双键的活化能力的大小次序为 碳—碳双键上有吸引电子的取代基时，其亲电性减弱，而亲核性加强，能够接受亲核试剂的进攻。

1　迈克尔反应的机理为 碱只作为催化剂，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，使反应能以合理的速度进行。

乙酰乙酸乙酯在合成上的应用

如何完成下列的转变？ 试写出下面反应的产物

β—二酮和简单的酮也能与活性双键加成。

丙烯腈易与含活性氢的氨、伯胺、仲胺、酰胺、酰亚胺、醇、酚以及含活性α—氢的醛．酮．丙二酸酯等起加成反应， 氰乙基化反应 丙烯腈易与含活性氢的氨、伯胺、仲胺、酰胺、酰亚胺、醇、酚以及含活性α—氢的醛．酮．丙二酸酯等起加成反应， 丙烯腈容易与含活性氢的氨、伯胺、仲胺、酰胺、酰亚胺、醇、酚以及含活性α—氢的醛．酮．丙二酸酯等起加成反应，生成的产物中含有一CH2CH2CN基团，一般称为氰乙基化反应(cyanoethylation)。例如：

九 碳酸衍生物 碳酸在水溶液中形成动态平衡 碳酸可能有两种酰氯 九 碳酸衍生物 碳酸在水溶液中形成动态平衡 碳酸可能有两种酰氯 平衡偏向右边，碳酸在水溶液中很不稳定，受热即放出二氧化碳。碳酸是一个二元酸，共pKa1和pKa2分为： ＜6．4和10．2。 与羧酸相似，碳酸也可以生成一系列衍生物，其中有的是重要的工业产品，如尿素；有的具有很高的反应活性，是有用的试剂。

工业法上是用活性碳作催化剂使一氧化碳和氯在100—200℃下反应制备： 1　光气 　工业法上是用活性碳作催化剂使一氧化碳和氯在100—200℃下反应制备： 实验室法 　光气非常容易起亲核取代反应 1812年英国化学家戴维首先由一氧化碳和氯气在光照射下得到了碳酸的二酰氯并命名为光气〔phosgene〕。  实验室中制备光气是用四氯化碳与发烟硫酸反应： 光气为无色而能令人窒息的气体，沸点：8．2℃，能引起肺水肿而导致死亡，但在工业上和实验室中则是一种有用的合成原料。 光气分子中一个氯被取代的中间体的活性低于光气本身 。

1） 光气与双官能团化合物反应，能生成含五元环、六元环的化合物或高聚物。

2）光气与醇反应 氯甲酸酯 由光气与醇在0℃左右反应得到：

3）光气与芳烃反应 光气与芳烃在无水氯化铝存在下反应，先生成酰氯，再继续反应生成二芳基酮： 　　只有在芳烃的位阻很大时，才能使反应停留在生成酰氯的一步。

2 碳酸酯 1）制备方法：

碳酸二酯是有香气的液体，不溶于水，容易起酯基转移反应。 碳酸二酯主要用于聚碳酸酯的合成。

3　氨基甲酸的衍生物——氨基甲酸酯 氨基甲酸酯中的烷氧基容易被亲核试剂取代

4 硫代碳酸的衍生物

N—甲基氨基甲酸—2—萘酯则是一种重要的杀虫剂。 氨基甲酸酯中的烷氧基容易被亲核试剂取代 本章结束