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第十五章 羧酸衍生物,,exit,,第一节 羧酸衍生物的命名、物性和光谱性质 第二节 羧酸衍生物的结构和反应性能 第三节 羧酸及其衍生物的制备 第四节 羧酸衍生物的其它反应 第五节 与酯缩合 、酯的烷基化、 酰基化反应 第六节 β-二羰基化合物的特性及应用,本章提纲,,第一节 羧酸衍生物的命名、物性和光谱性质,1 酰卤的命名: 在命名时可作为酰基的卤化物,在酰基后加卤素的名称即可。,普通命名法:-溴丁酰溴 对氯甲酰苯甲酸IUPAC 命名法:2-溴丁酰溴 4-氯甲酰苯甲酸,常用英文命名,一 羧酸衍生物的命名,,,2 酸酐的命名 单酐:在羧酸的名称后加酐字; 混酐:将简单的酸放前面,复杂的酸放后面再加酐字; 环酐:在二元酸的名称后加酐字。,普通命名法:醋酸酐 乙丙酸酐 丁二酸酐IUPAC 命名法:乙酸酐 乙丙酸酐 丁二酸酐,,,,3 酯的命名 酯可看作将羧酸的羧基氢原子被烃基取代的产物。命名时把羧酸名称放在前面,烃基的名称放在后面,再加一个酯字。内酯命名时,用内酯二字代替酸字并标明羟基的位置。,普通命名法:醋酸苯甲酯 -甲基--丁内酯 IUPAC 命名法:乙酸苯甲酯 2-甲基-4-丁内酯,,,,4 酰胺的命名 命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可;,普通命名法:异丁酰胺 N,N-二甲基戊酰胺 IUPAC 命名法:2-甲基丙酰胺 N,N-二甲基戊酰胺,,,,N,N-,5 腈的命名 腈命名时要把CN中的碳原子计算在内,并从此碳原子开始编号;氰基作为取代基时,氰基碳原子不计在内。,普通命名法:-甲基戊腈 -氰基丁酸 己二腈 IUPAC 命名法:3-甲基戊腈 2-氰基丁酸 己二腈,,,,二 羧酸衍生物的物性,低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体,高级的为固体; 低级的酯具有芳香的气味,可作为香料;十四碳酸以下 的甲酯和乙酯均为液体; 酰胺除甲酰胺外,由于分子内形成氢键,均是固体; 而当酰胺的氮上有取代基时为液体; 羧酸衍生物可溶于有机溶剂; 酰氯和酸酐不溶于水,低级的遇水分解; 酯在水中溶解度很小; 低级酰胺可溶于水。,,,,三 羧酸衍生物的光谱性质,见核磁共振和红外光谱一章,,,第二节 羧酸衍生物的结构和反应性能,,,,氧的碱性,-H的活性,羰基的活性,离去基团,,,,,,,,,,-H的活性减小( -H的 pka 值增大),羰基的活性减小(取决于综合电子效应),W的离去能力减小(离去基团的稳定性减小),,,一 羧酸衍生物的羰基的亲核加成--消除机理二 羧酸及衍生物的关系三 酰卤的制备四 酸酐的制备五 羧酸的制备六 酯的制备七 酰胺的酸碱性及制备八 腈的制备,,第三节 羧酸及其衍生物的制备,,该取代反应需要在碱或酸的催化作用下进行。,碱性催化的反应机制为:,取代反应,,,一 羧酸衍生物的羰基的亲核加成-消除反应,催化剂,,,,酸催化的反应机制为:,这是一个可逆反应,要使反应向右方进行,其条件是:(1)羰基的活性(2)离去基团的活性 W - Nu -(3)改变影响平衡移 动的其它因素。,,,,二 羧酸及其衍生物的转换关系概貌,腈,,,,芳烃,氧化,酸酐,羧酸,酰卤,,酸酐,酯,酯,酰胺,,,,H2O,羧酸,RX,,NaCN,+,,RMgX,+,CO2,,,,,,三 酰卤的制备,实 例,说明: (i) 反应原料是羧酸,反应试剂是SOCl2、PCl3、PCl5。 (ii) 反应需在无水条件下进行。 (iii) 产物酰卤通常都通过蒸馏方法提纯,所以试剂、副产物与产物的沸点要有较大的差别。 (iv) 反应机制与醇的卤代类似。,,SOCl2 (bp 77oC),,,PCl3 (bp 74.2oC),(160oC升华),PCl5,+ SO2 + HCl,+ H3PO3,+ POCl3,(bp 197oC),(bp 80oC),(bp 196oC),(bp 107oC),(200oC分解),,,,,,亲核取代,各类卤化反应的归纳总结,,,,,,,,,,,,,卤化反应的类别,卤化试剂,反应条件及催化剂,反应机理,烷烃的卤化,X2,光照,自由基取代,芳烃的卤化,X2,路易斯酸 FeX3,亲电取代(加成消除),烯丙位苯甲位的卤代,NBS *1,或X2+光照,自由基取代,醇的卤化,SOCl2 PCl5 PCl3 PBr3 HX (HIHBrHCl),X-,醛、酮、酸的-H卤化,X2,PX3,烯醇化 加成,羧酸羟基的卤化,卤代烃中卤素的交换,*3 醇能用HX取代, 羧酸不行,SOCl2 PCl5 PCl3 *2,亲核取代,汉斯狄克法 、克利斯脱法、珀脱法 、柯齐反应,烯烃、炔烃的加成,X2, HX, HOX,亲电加成,自由基反应,羧酸的脱羧卤化,,,,,,四 酸酐的制备,1. 混合酸酐法(酰卤和羧酸盐的反应),2. 羧酸的脱水(甲酸除外)--制备单纯的羧酸,,,,4. 乙酸酐的特殊制法,,,,,700-800oC,700-740oC,AlPO4,乙烯酮,互变异构,3. 芳烃的氧化,,V2O5,400oC,,,,+ 3 O2(空气),五 羧酸的制备,1. 氧化法 2. 金属有机化合物与二氧化碳的反应 3. 羧酸衍生物的水解反应,,,,HCl,NH3,NH3,},},室温,加热,长时间回流,请同学考虑: 反应是否需要催化剂?需要什么催化剂?为什么?,(1) 水解反应的一般情况,,,,,,,,,3. 羧酸衍生物的水解反应,,*1.,HNO2,-H+,CH3COOH,,H2SO4,H2O,35oC,,亚硝酸在酰胺制酸中的作用,,,,(2) 酯的水解反应,*1. 碱性水解(又称皂化反应),同位素跟踪结果表明: 碱性水解时,发生酰氧键断裂。,,,,四面体中间体 是负离子,反应机理,慢,快,,,,碱性水解的讨论,1. 碱性水解速率与 [-OH]成正比。2. 羰基活性越大,-C空阻越小,酯基空阻越小,反应速率越快。,CH3COOCMe3 Me3CCOOEt CH3COOEt ClCH2COOEt V相对 0.002 0.01 1 296,3. 形成的四面体中间体能量越低,反应速度越快。 (能分散负电荷的取代基对反应是有利的) 4. 酯的碱性水解是不可逆的。 5. 碱的用量要超过催化量。,,,,*2. 酸性水解,同位素跟踪结果表明:酸性水解时,也发生酰氧键断裂。,反应机理,四面体中间体是正离子,,,,,1. 酸在反应中的作用有二:①活化羧基②使OH、OR形成 盐而更易离去。,2 在酯 (RCOOR’)中,R有吸电子基团虽能活化羧羰基,但会使关键中间体正离子能量升高,R为给电子基团亦有两种相反的作用,故表现不出明显的影响。,酸性水解的讨论,,,,3. 酯的酸性水解和酯化反应互为逆反应,平衡的移动取决于反应的条件。体系中有大量水存在,发生酯的水解。若有大量醇存在,并采取去水措施,则有利于酯化反应。,,,,4. 在RCOOR1中,R对速率的影响是: 一级 二级 三级R1对速率的影响是: 三级 一级 二级,CH3COOR1在盐酸中,于25OC时水解的相对速率v的 实验数据如下:R1: CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3v: 1 0.97 0.53 1.15(机理不同),,,,*3 酯的酸性水解和碱性水解的异同点,不 同 点1 催化剂用量不同。碱大于1 mol,酸只需要催化量。2 碱催化反应是不可逆的,酸催化反应是可逆的。3 吸电子取代剂对碱性催化有利。对酸性催化没有明显的影响。4 碱性催化:1oROH 2oROH 3oROH酸性催化:3oROH 1oROH 2oROH,相同点 1 都是经过加成消除机理进行的,增大空阻,对反应不利。 2 都发生酰氧键断裂,3oROH的水解只能用新的机理来解释。,,,,*4 3o醇酯的酸性水解历程,通过同位素跟踪可以证明上述反应机制,反应式,反 应 机 理,,,关键中间体,,,,A 制备羧酸和醇 B 测定酯的结构,*5 酯水解的应用,,,,六 酯的制备,1. 酯化反应 2. 羧酸盐+卤代烷 3. 羧酸+重氮甲烷,参见羧酸一章,4. 羧酸对烯、炔的加成:(1) 酸催化 (2) 亲电加成反应机制(3) 可以制备各种醇的酯 5. 羧酸衍生物的醇解反应,,,,,eg3., -丁内酯(主要产物),-丙内酯(次要产物),eg2.,CH3COOH + HCCH,CH3COOCH=CH2,,H+, HgSO4,75-80oC,(醋酸乙烯酯,维尼纶的单体),eg1.,CH2(COOH)2 + 2(CH3)2C=CH2,CH2(COOCMe3)2,,浓H2SO4,室温,58 % -60%,4. 羧酸对烯、炔的加成,,,,5. 羧酸衍生物的醇解反应,},酯交换,酸催化为主,酸催化,肖特-鲍曼条件,吡啶、三乙胺、N , N-二甲苯胺等弱有机碱反应条件称为肖特-鲍曼条件,,,,,,,,,,,催化剂,催化剂,催化剂,催化剂,催化剂,,,,,,,酯交换的讨论: (1)酯交换用酸(HCl, H2SO4, 对甲苯磺酸)和碱(RONa)等催化均可。 (2)3oROH的酯交换比较困难(因空阻太大)。 (3)常应用于一个低沸点醇的酯转化为高沸点醇的酯,反应过程中将低沸点醇不断蒸出,可移动平 衡。,*RCN醇解的反应机制,,,,H+,亚胺酯的盐,无水条件下能得到。,,,反 应 实 例,实例一:,CHCH + CH3COOH,,H+,CH3COOCH=CH2,,聚合,,,CH3OH,CH3O-,CH2O,维尼纶,实例三:,实例二:,将乙醇不断蒸出。,+ CH3CH2CH2OH,CH3CH2CH2O-,,CH3CH(OH)CH2CH2COOCH2CH2CH3,,,,实例五:,ClCH2COONa,ClCH2COOH,,,NCCH2COONa,C2H5OOCCH2COOC2H5,,Na2CO3,H2O低温,NaCN,,C2H5OH,H2SO4,ClCH2COOH,H2SO4,,C2H5OH,ClCH2COOC2H5,,NaCN,NCCH2COOC2H5,丙二酸二乙酯,氰乙酸乙酯,实例四:,实例六:,,CH3O-,,,,,,七 酰胺的酸碱性和制备,1. 酰胺的酸碱性,CH3CH3 CH2=CH2 NH3 CHCH C2H5OH H2O pKa ~50 ~40 ~34-35 ~25 ~16 ~15.7,pka ~10 9.62 8.3,~15.1,,,,中性,弱酸性,碱性,,,,,,Br2,KOH,+ H2O,HBr +,丁二酰亚胺,N-溴代丁二酰亚胺,丁二酰亚胺的钾盐,酸碱反应,取代反应,,,,(1) 羧酸铵盐的失水(2) 腈的水解,羧酸,,NH3,铵盐,,酰胺,100o~200oC -H2O,H2O 40o~50oC,-H2O,,腈,,,,H2O,,2. 酰胺的制备,,,,利用OOH具有强亲核性,eg 3.,,CH3COOH + NH3,CH3COO-NH4+,+ H2O,,35% HCl,40o~50oC,eg 1.,eg 2.,+ H2O2,,6N NaOH, C2H5OH,40o~50oC, 4小时,+ O2,100oC,,,,3. 羧酸衍生物的氨(胺)解(碱催化),(1) 反应只能碱催化,不能酸催化。 (2) 不溶于水的酰卤可用NaOH水溶液催化,溶于水的酰卤须用有机碱催化。 (3) 3o胺不能发生酰基化反应。,,,,(4) 酰胺交换注意平衡移动,请写出酸酐氨解 的反应机理。,(5) 酸酐氨解的应用,,,,八 腈的制备,1 用卤代烃和氢氰酸盐制备(参见卤代烃)2 酰胺失水(参见酰胺的制备),,,一 羧酸衍生物与有机金属化合物的反应二 羧酸衍生物的还原反应三 酰卤α-氢的卤化四 烯酮的制备和反应五 瑞佛马斯基反应六 酯的热裂七 酯缩合反应八 酯的酰基化反应九 酯的烷基化反应,,第四节 羧酸衍生物的其它反应,,一 羧酸衍生物与有机金属化合物的反应,,,eg 1:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R1MgX,R1Li,R12CuLi,R2Cd,RCOOH,RCOOMg,RR’C=O,RCOX,RR12C-OH,RR’C=O,RR’C=O,RR’C=O,RR’C=O,RR’C=O,RR12C-OH,(RCO)2O*1,RCHO,1oROH,2oROH,3oROH,R2C=O,RCOOR”,RCN,RCONH2*2,,,同左,同左(慢),同左(慢),同左,同左(慢),同左(慢),2oROH,3oROH,同左,,,同左,,,羰基化合物与有机金属化合物的反应归纳,,,,91%,eg 3:,88%,eg 2:,,,,,,,,二 羧酸衍生物的还原反应,1. 一般还原反应的归纳:,还原试剂,反应物,反应条件,产物,(1)反应式:,(2)各类化合物还原反应的总结,(3)几点补充说明:,*1 关于酸酐还原的说明,,+ NaBH4,0-25oC,DMF, 1h,,,,*2 关于酰胺还原的说明,,,,,,,,,LiAlH4,LiAlH4,LiAlH4,LiAlH4,LiAlH4,LiAlH4,H2O,H2O,RCH=NH,RCH=NR,RCH=NR2,+,RCH2NH2,RCH2NHR,RCH2NR2,,,,,,,H2O,H2O,H2O,RCH=O,RCH=O,RCH=O,(好控制),(不好控制),(不好控制),加成-消除,加成,加成-消除,,,,2. 特 殊 还 原 法,(1)酯的单分子还原:鲍维特--勃朗克还原,*1 定义:用金属钠和无水乙醇将酯还原成一级醇的反应称为鲍维特--勃朗克还原。,RCOOR1,RCH2OH + R1OH,,Na-无水乙醇,,,,*2 酯单分子还原的反应机理,,,,,(2)酯的双分子还原:酮醇反应(偶姻反应),,,Na,惰性溶剂,H2O,*1 定义:在惰性溶剂中,用金属钠将脂肪酸酯还原成α-羟基酮的反应称为酮醇反应。,,,,+ 2Na,,,,,,2Na,-2R’O-,,H2O,偶联,偶合,互变异构,,*2 酯双分子还原的反应机理,,,,*3.酯双分子还原反应的应用,A 制备α-羟基酮 B 制备α-羟基环酮,C 制备索烃,………………,,,,,三 酰卤α-氢的卤化,请完成下列转换,反应机理:(将赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应头尾除去),,,,,,,KMnO4,(CH3CO)2O,,C2H5OH,SOCl2,C2H5OH,Br2,,,,,四 烯酮的制备和反应,最简单的烯酮是乙烯酮。,CH2=C=O (乙)烯酮 CH3CH=C=O 甲基(乙)烯酮,2 烯酮的制备方法:,(1) α-溴代酰溴脱溴,,RCH=C=O + ZnBr2,Zn,,,,1 定义 羧酸分子内失水后的生成物称为烯酮。,,(3) 甲基酮脱甲烷,(2) 羧酸的脱水,CH3COOH,,,,AlPO4, 700oC,CH2=C=O,RCH2COOH,AlPO4, 700oC,-H2O,-H2O,RCH2=C=O,700-800oC,700-800oC,CH2=C=O,-CH4,-CH4,,RCH2=C=O,,,,,,3. 烯酮的反应,(2) 发生羰基的一般反应。(两个π键成正交,互不共轭,可各自进行反应),CH2=C=O +,H-OHH-XHOOCR,,,,CH3COOH,CH3COX,互变异构,互变异构,互变异构,(1) 形成亚甲基卡宾的反应,,h,:CH2 + CO,,,,氢加在氧上,其余部分加在碳上。,,,,,CH3COOR,CH3CONH2,互变异构,互变异构,互变异构,H2O,H-ORH-NH2RMgBr,CH2=C=O +,,,,这也是乙烯酮的储存方式。,(3) 烯酮和甲醛的反应和乙烯酮的二聚,*1 乙烯酮与甲醛反应形成β-丙内酯,*2 乙烯酮二聚形成取代的β-丙内酯,,ZnCl2,或AlCl3,,,,,*3 -丙内酯的开环反应,在中性或弱酸性条件下,通过烷氧键断裂开环(发生SN2反应),烷氧键断裂开环得到β-取代羧酸。,CH3OH,+,,,,,NaCl,HCl,NaSH,NH3,H2O,H2O,CH3OH,CH3CN,ClCH2CH2COOH (91%),HSCH2CH2COOH (81%),H2NCH2CH2COOH,CH3OCH2CH2COOH (73%),,,,在碱性或强酸性条件下,通过酰氧键断裂开环(加成消除机制),生成β-取代羧酸衍生物。,H+,,,,,,五 瑞佛马斯基反应,醛或酮、α-溴(卤)代酸酯、锌在惰性溶剂中互相作用,得到β-羟基酸酯的反应称为瑞佛马斯基反应。,,Zn,,,1 定义:,,说 明 1 反应需在惰性溶剂中进行; 2 不能用BrMgCH2CO2Et代替BrZnCH2CO2Et; 3 -溴代酸酯的-碳上的取代基空阻太大时,反应不能进行。 4 该反应定向性好。,,,,2 反应机理,,,,H2O,+,,,,,,反应主要用来制备: 1. β-羟基酸酯, 2. β-羟基酸 , 3. α, β-不饱和酸酯 4. α,β-不饱和酸以及由它们衍生的化合物。,,,3 反应的应用,,应用不超过4个碳的醇合成,实 例,,,,,,,,,,,六 酯的热解(裂),酯在400~500℃的高温进行热裂,产生烯和 相应羧酸的反应 称为酯的热解。,CH3COO-CH2CH2-H,CH3COOH + CH2=CH2,,400-500oC,,,,(1)定义:,1 酯的热解,,,,*1 消除反应是通过一个六中心过渡态完成的。,,,CH3COOH +,六中心过渡态,*2 反应机理说明:消除时,与-C相连的酰氧键和与-C相连的H处在同一平面上,发生顺式消除。,,,,(2) 反应机理:,,eg 1.,,,顺式消除,顺式消除,500oC,500oC,,主要 产物,全重叠式,部分重叠式,*3 部分重叠式构象比全重叠式构象稳定,因此以部分重叠 式构象进行顺式消除而得到的反型产物占多数。,,,,CH2=CHCH2CH2CH3 + CH3CH=CHCH2CH3,eg 2.,,500oC,*4 当α-c两侧都有β-H时,以空阻小,酸性大的β-H被消除为主要产物.,,主要产物,,,,以 为起始原料,制备 和,eg 3.,,,,,CH3COCl,,,,-H+,500oC,H+,重排,+ CH3COOH,环外双键,环内双键,,,,,eg 4. 以CH3CH2CH2CH2OH为原料合成CH3CH2CH=CH2,,CH3CH2CH2CH2OH,CH3CH=CHCH3,CH3CH2CH=CH2,,,,HOAc,CH3COOCH2CH2CH2CH3,500oC,~ 100%,末端烯烃,,H+,,,,,合成:,,,,,,,,NaOC2H5,PhCH2Cl,NaOC2H5,H+,H+,,NaOC2H5,,CH3I,,,eg 5.,,,(1) 碳酸及其衍生物; (2) 原(某)酸及其衍生物简解; (3) 黄原酸酯及其衍生物。,2 碳酸,原(某)酸和黄原酸及其衍生物,,,,保留一个羟基的碳酸衍生物均不稳定,易分解。,,,,CO2 + HCl,CO2 + EtOH,CO2 + NH3,碳酸,,(1) 碳酸及其衍生物,,,,,,,,,,,,,,,-HCl,ROH,,NH3,ROH,RNH2,RN=C=O,RNH2,(C2H5)3N,C6H5SO2Cl,RN=C=NR,NH3,-HCl,O=C=NH,HO-CN,NH3,碳二亚胺,光气,氰酸,异氰酸,异氰酸酯,CCl4 + 2SO3,,碳酸衍生物的制备及介绍,,,,二个羟基均被取代的碳酸衍生物十分有用。,(2)原(某)酸及其衍生物简解,碳酸 原碳酸 甲酸 原甲酸 原(某)酸 原(某)酸三酰氯 三甲酯,,原甲酸 三乙酯的制备和应用,HCOOC2H5 + 2C2H5OH,HCCl3 + 3C2H5ONa,,,,,,H3O+,R2C(OC2H5)2 + HCOOC2H5,RCH2CH(OC2H5)2 +C2H5OMgX,RCH2MgX,,R2C=O,缩醛,缩酮,,,,(3)黄原酸酯及其衍生物,黄原酸 烷基黄原酸盐 烷基黄原酸甲酯,*2黄原酸酯的制备,ROH + CS2 + NaOH,,,CH3I,,,,,*1黄原酸酯及其衍生物,,*3 黄原酸酯的热裂,,170oC,,,CH3SH + O=C=S,顺式消除,,+,,,,*4 实 例,,,,碱,1. 克莱森缩合反应,(1)定义:具有-活泼氢的酯,在碱的作用下,两分子酯相互作用,生成β-羰基酯,同时失去一分子醇的反应。,七 酯缩合反应,,,,,,(2)反应机理,,,,(3)在强碱作用下的酯缩合反应,只有一个α-H,必须用强碱作催化剂,才能使反应进行。,,,,在强碱作用下酯缩合的反应机制,,,,,2. 混合酯缩合,(1)甲酸酯,醛基,,,,,,,,,,RO-,NaH,0-25oC,H2O,NaBH4,C2H5OH 25oC,,*1. 甲酸酯中含有醛基、催化剂碱性不能太强,产率不高.*2. 是在分子中引入甲酰基的好方法.*3. 如果用一个环酯和甲酸酯缩合,不能用RO-做催化剂,否则会发生酯 交换而开环.,讨 论,,,,*1. 一个酯羰基的诱导效应,增加了另一个酯羰基的活性,反应顺利,产率好。 *2. 羰基活性好,所以催化剂的碱性不用太强。 *3. 在合成上用来制备 ①丙二酸酯或α-取代的丙二酸酯。②α-羰基酸。,(2)草酸酯,丙二酸酯,α-羰基酸,,,,*1. 羰基活性差,选用强一些碱作催化剂。 *2. 在合成上用来制备丙二酸酯或α-取代的丙二酸酯。,(3) 碳酸酯,,,,*1. 羰基活性差,选用强碱作催化剂。 *2. 在合成上,主要用于在α-C上引入苯甲酰基。,(4) 苯甲酸酯,,,,(5)实 例 剖 析,eg 1. 选用合适原料制备,eg 2. 选用合适的原料制备,合成二:,HCOOEt + C6H5CH2COOEt,,EtONa,70%,,合成一:,EtOOC-COOEt + C6H5CH2COOEt,,,EtONa,-CO,175oC,+ C6H5CH2COOEt,,EtONa,,,,,,,,,合成:,eg 3. 选用合适的原料合成,逆合成分析,,,,,,,-CO2,,EtO-,H+,H+,OH-,,,,,,eg 4. 选用合适的原料合成,逆合成剖析:,具体合成:,,,,,,,3 酮 酯 缩 合,从理论上分析,有可能生成四种化合物。,,,,,,,,,,,,,NaH,EtO-,EtO-,NaH,H2O,H2O,H2O,H2O,-CO,,,,,,,,,酮酯缩合,实 例,实例 1. 选用合适的原料合成,酯缩合,C6H5COOC2H5 + CH3COOC2H5,,,,,{,,1NaH,1NaH,2H+,2H+,-CO,NaH,,,,,,,,,实例 2,,NaH/Et2O,40-55oC,酸性大,空阻小对动力学有利。,稳定性好,对热力学有利。,,,51%,9%,,,,4 狄 克 曼 酯 缩 合 反 应,二元酸酯若分子中的酯基被四个以上的碳原子隔开时,就发生分子中的酯缩合反应,形成五员环或更大环的酯,这种环化酯缩合反应称为狄克曼酯缩合。,实例 1,,,,,,实例 2,实例 3,,,,实例 4,实例 5,发生分子内酮酯缩合时, 总是倾向于形成五元环、六元环。,,,,八 酯的酰基化反应,反应在无质子溶剂中进行。,一元酸酯在强碱作用下,可与酰氯或酸酐进行反应,而在α-C上引入酰基,这称为酯的酰基化反应。,,,,,,,一元酸酯在强碱作用下,与卤代烷发生反应,在α-C上引入烷基,这称为烷基化反应。,九 酯的烷基化反应,,反应在无质子溶剂中进行。,,,,第五节 与酯缩合、酯的烷基化、酰基化相类似的反应,一 酮的类似反应总述 二 酮的烃基化反应 三 酮的酰基化反应 四 酮经烯胺烷基化、酰基化 五 醛的烃基化反应,,,一 酮的类似反应总述,,,,,,,,RX,,B:,,RCOOC2H5,亲核加成,亲核取代,醇醛缩合,酮的烷基化反应,酮的酰基化反应,,,,二 酮的烃基化反应,eg 2,1. 只有一种α-H的酮的烃基化反应,*1. 为了在反应中抑制aldol反应,使用足够强的碱(如NaNH2、Ph3CNa、NaH)将反应物迅速地全部变为碳负离子 *2. 反应要在非质子溶剂中进行。 *3. 烷基化反应主要在碳端发生(C亲核性强,软-软),eg 1,,,,2. 有两种-H的不对称酮的烃基化反应,(1) 用LDA处理,得动力学控制产物,,,,(2) 用三甲基氯硅烷和锂盐处理,得热力学控制产物,ROH + Me3SiCl,ROSiMe3,ROH + Me3SiOH,,-HCl,Et3N,,25oC,H3O+,,DMF 回流,Et3N Me3SiCl,78%,22%,,,,,蒸馏分离,CH3Li,-Me4Si,RX,,,,,三 酮的酰基化反应,1. 酮酯缩合是可逆的,酮与酰卤、酸酐的反应是不可逆的。2. 酸酐、酰卤和空阻大的酯要用强碱催化,在非质子溶剂中进行反应。3. 烯醇负离子是两位负离子,要使酰基化反应在碳端发生,烯醇负离子必须过量。4. 对于不对称酮,有热力学控制与动力学控制两种酰基化产物,通常,空阻大的碱、强碱、低温、非质子溶剂有利于动力学产物产生。,,,,四 酮经烯胺烷基化、酰基化,含有下边结构的化合物称为烯胺,N上有氢的 烯胺是不稳定的, N上没氢的烯胺是稳定的。,,,,1 烯胺结构:,,(1)不对称酮形成烯胺时,双键总是在取代基较少的地方形成。,(2)能形成共轭体系时,双键在共轭处形成。,五原子重叠,空阻大。,,,,稳定的烯胺是含-H的酮与二级胺在酸催化下反应来制备的。,2 烯胺制备:,,3. 烯胺的反应,烯胺具有双位反应性能,,(1 ) 烯胺的烃基化反应,,,,互变异构,使用活泼卤代烷如碘甲烷、烯丙型卤化物、苯甲型卤代物等主要发生碳烃基化产物。,烃基化反应既可以在氮上发生也可以在碳上发生。,,,,酰基化反应一般在碳上发生,(2)烯胺的酰基化反应,,,,,溶剂不同,产物不同,在非质子溶剂中得一取代产物,在质子溶剂中得二取代产物。,(3)与α,β-不饱和酸、酯、腈等发生反应,C2H5OH,+,,H+,,,,,,,CH2=CH-COOCH3,H3O+,2CH2=CH-COOCH3,H3O+,二氧六环,,,,,(4)烯胺在合成中的应用实例,*1. 制备长链脂肪酸,,,,,,*2. 制备长链的二元羧酸,,,,五 醛的烃基化反应,但如能在反应前将醛基予以保护,则烷基化反应还是可以发生的。,醛在碱性条件下,易发生羟醛缩合反应,所以很难使它通过负碳离子直接发生烷基化、酰基化反应。,RR”CHCH=NR’,RCH2CHO,RCH2CH=NR’,RCHCH=NR’,RR”CHCHO,,,,,H+,R’NH2,C2H5MgX,or LDA,R”X,,,,第六节 β-二羰基化合物的特性及应用,一 β-二羰基化合物的酸性及判别二 β-二羰基化合物的烷基化、酰基化三 β-二羰基化合物的酮式分解和酸式分解四 β -二羰基化合物在合成中的应用实例,,,,一 β-二羰基化合物的酸性及判别,化合物 pKa 烯醇式含量 CH3COCH3 20 1.5×10-4(痕量) H2O 16 ROH 15 EtO2CCH2CO2Et 13.3 7.7×10-3 NCCH2CO2Et 9 2.5×10-1 CH3COCH2CO2Et 10.3 7.3(纯液态),气态46.1%, 水0.4% CH3COCH2COCH3 9 76.5 C6H5COCH2COCH3 99 100,*表中的烯醇式含量均在纯净液态(无溶剂)下测定。,,,,,,,,,,,,碳负离子可以写出三个共振式,(1) (2) (3),,,酮式(92.5%) 41oC/2.66bar mp -39oC,烯醇式(7.5%) 32oC/2.66bar,,,在极强碱的作用下,可以形成很不稳定的双负离子,,,,二 β-二羰基化合物的烷基化、酰基化,1 乙酰乙酸乙酯的α-烷基化、 α-酰基化 2 乙酰乙酸乙酯的γ-烷基化、 γ-酰基化 3 β-二酮的γ-烷基化、γ-酰基化,,,,1 乙酰乙酸乙酯的α-烷基化、 α-酰基化,,,,,,CH3COOC2H5,C2H5ONa,-C2H5OH,,Na+,,CH3I,NaH,-H2,,Na+,,,,CH3COCl,,,,,,,,β-二羰基化合物的Na盐在非质子溶剂中不溶,为了改善盐的溶解性能,用可溶性的镁盐代替不溶性的钠盐。,方法一:,方法二:,C2H5OH + Mg + CH2(COOC2H5)2,C2H5OMg + -CH(COOC2H5)2,,,CCl4,C2H5COCl,,,,,,2 乙酰乙酸乙酯的γ-烷基化、γ-酰基化,or 用RLi,惰性溶剂,,NH3(液),NaNH2,Na+,,NaNH2,NH3(液),,,,1mol RX,1mol RX,,,,,,,1mol RCOX,1mol,1mol RCOOEt,1mol RCOX,,,,,,NH4Cl or H2O,,,,,3 β-二酮的γ-烷基化、γ-酰基化,*烷基化用NaNH2-NH3(l),酰基化用RLi-惰性溶剂 其它的β-二羰基化合物(如β-二酮)也能发生同样的反应。例如:,,,,H3O+,2 NaNH2,NH3(l),n-C4H9Br,,,,,对于不对称的β-二酮,有两个γ位,反应总是在质子酸性较大的r位发生。例如:,,,,,2 NaNH2,NH3(l),NH4Cl,RX,,,,三 β-二羰基化合物的酮式分解和酸式分解,1 乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应 2 乙酰乙酸乙酯的酮式分解 3 乙酰乙酸乙酯的酸式分解,,,,1 乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应,+,,,,C2H5O-,,,,2 乙酰乙酸乙酯的酮式分解,乙酰乙酸乙酯的,,,H+,-CO2,,-OH(稀),,,,,3 乙酰乙酸乙酯的酸式分解,,,H2O,H2O,C2H5OH,-OH(浓),,,,,四 β -二羰基化合物在合成中的应用实例,eg 1: 以乙酸乙酯为原料合成4-苯基-2-丁酮,CH3COOC2H5,,RONa (1mol),,,,C6H5CH2Cl,1 稀OH -,2 H+,-CO2,,,,,,,eg 2: 选用不超过4个碳的合适原料制备,2 CH3COOC2H5,,C2H5ONa,,C2H5ONa,,,,,,Br(CH2)4Br,分子内的亲核取代,稀-OH,H+,,-CO2,,,,,,eg 3: 乙酰乙酸乙酯与BrCH2CH2CH2Br在醇钠作用下反应,主要得到 而不是 。请解释原因。,,吡喃衍生物(主要产物),有张力,无张力,慢,主要,稀,,,,,eg 4: 制备,,,,,,,H+,NaOEt,EtOH,NaOEt,EtOH,CH3I,CH3CH2CH2Br,OH-(浓),+ CH3COOH,,,酸式分解,,,,,,eg 5: 选用合适的原料制备下列结构的化合物。,,,,,,,,eg 6: 如何实现下列转换,,,,,,,,,,(CH3)3SiCl,蒸馏分离,1mol n-C4H9Br,CH3Li,n-C4H9Br,,C2H5ONa,HCOOC2H5,(2mol) KNH2,NH3(l),OH-,,引入醛基的目的是帮助定向。,, -烷基化,,,,eg 7: 如何实现下列转换,合成一:,合成二:,+,对甲苯磺酸,,,,,H3O+,LDA,THF -70oC,,,,,,*1. 引入醛基的目的是为了使反应能定向进行。 *2. 若β-二羰基化合物中的一个羰基是醛基,则在稀碱存在下,也能发生酮式分解。,合成三:,,,,,,,,CO2 + H2,,C2H5ONa,HCOOC2H5,1mol KNH2,NH3(l),OH-,OH-,+ HCOOH,,-,,,ROH,,,ROH,,,,CH2(CO2Et)2,,2EtO-,EtOH,,BrCH2(CH2)nCH2Br,,,,,,,,,OH-,H+,-CO2,,SOCl2,CH2(CO2Et)2,2EtO-,eg 8:合成螺环化合物,还原,,,,I2在 eg 9中的作用,2 CH2(CO2Et)2,,2 EtO-,BrCH2CH2CH2Br,CH(CO2Et)2,CH(CO2Et)2,,,,,2 EtO-,H+,I2,OH-,,Eg 9: 用简单的有机原料合成,,,,,CH3CHO + 3CH2O,,2 CH2(COOEt)2 +,,,,,,,(螺环二元羧酸),(HOCH2)3C-CHO,,,,-CO2,EtO-,HO-,H+,,HO-,HO-,HBr,eg 10 用简单的有机原料合成,浓,,,,Eg 11 用简单的有机原料合成,CH2(CO2Et)2,,EtO-,,,,,,分子内酯交换,EtO-,分子内酯交换,,,,本章重点,1 羧酸衍生物的命名、分类 2 羧酸衍生物的反应★:水解反应、醇解、酸解、胺解 3 羧酸衍生物的其它反应:与金属试剂的反应、还原反应、 4 过酸的反应,作业 :习题 1,2,3,4,
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