清华有机化学李艳梅老师课件第16章

UnsaturatedCarboxylicacidandSubstitutedCarboxylicacid第十六章不饱和羧酸和取代羧酸OrganicChemistryA(2)ByProf.LiYan-MeiTsinghuaUniversity16.1不饱和羧酸UnsaturatedCarboxylicAcid16.2卤代酸HalogenatedAcid16.3醇酸HydroxylAlcoholicAcid16.4酚酸PhenolicAcid16.5羰基酸CarbonylAcid16.6β-酮酸酯β-KetoAcidEsterContent16.1不饱和羧酸UnsaturatedCarboxylicAcid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α,β–不饱和羧酸β,γ–不饱和羧酸16.1.1α,β-不饱和羧酸的结构(Structureofα,β-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。OOHRCCCHHAcrossConjugatedSystem交叉共轭体系生成热值(HeatofFormation)CH2CHCH2COOEtHCH3HCOOEtH3CHH390.2±2.9387.7±3.8385.6±2.6kJ/molαγβαβαβCOOEtHHCOOHHCOOHH顺/反异构体(Trans/CisIsomers)(E)-3-苯基丙烯酸(E)-3-phenylacrylicacid肉桂酸CinnamicacidM.P.133oC(Z)-3-苯基丙烯酸(Z)-3-phenylacrylicacid异肉桂酸IsocinnamicacidM.P.68oC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.顺式在水中溶解度大于反式Cisisomerismoreeasilydissolvedthantransisomer.HH3CHCH3HH3CCH3H16.1.2不饱和羧酸的制备PreparationofUnsaturatedCarboxylicAcid（自学）16.1.3α,β-不饱和羧酸的反应(Reactionsofα,β-UnsaturatedCarboxylicAcid)(1).1,4-加成反应——亲核加成1234类似于α,β-不饱和醛酮CCCOOHNuECCCOEOHNuCCCOOHNu+Eeg.H2CCHOOH+HXH2CHCCOOHXHH2CCHOOH+HOHH2CHCCOOHOHHH2CCHOOH+HCNH2CHCCOOHCNHH2CCHOOH+NH3H2CHCCOOHNH2H形式上为3,4-加成，实际上为1,4-加成。(2).Diels—Aldel反应+COOEt+COOHCOOH亲双烯体OC6H5C6H5+CCCOOHCOOHOC6H5C6H5COOHCOOHOC6H5C6H5COOHCOOHOC6H5C6H5OC6H5C6H5OC6H5C6H5COOHCOOH+16.1.4重要的α,β-不饱和羧酸及其应用Importantα,β-UnsaturatedCarboxylicAcidsandTheirApplications(自学)16.2卤代酸HalogenatedAcid命名Nomenclatureβ-溴丁酸α-溴丁酸ω-溴戊酸H2CH2CH2CCOOHH3CHCH2CCOOHH3CH2CHCCBrOOHBrBrH2CH2CH2CCOOHH2CBr*卤原子在碳链的末端－羧基的另一端16.2.1卤代酸的制备(自学)16.2.2卤代酸的反应1.-卤代酸-HalogenatedAcidCH2COOHCl+Nu-CH2COOHNu+Cl-Nu=-OH,-CN,-NHR'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SN2反应，生成α-取代羧酸2.-,-,-卤代酸-,-,-HalogenatedAcidBr(CH2)5COOHH2O,Ag2OOO+HO(CH2)5COOH1,6-己内酯在碱作用下，易生成内酯-卤代酸H2CCH2ClCOOHH2CHCCOOH16.2.3重要的卤代酸及用途ImportantHalogenatedAcidsandTheirApplications1.氯乙酸ChloroaceticAcidClH2CCOOHClH2CCOOHClHCCCl2H2SO4H2O合成中间体制备三氯乙烯2.氟乙酸FluoroaceticAcid含氟乙酰基的化合物或在生物体内能氧化成氟乙酸的化合物都有剧毒，如：FH2CCOOHFCH2COONaFCH2COONH2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”ClCH2COOEtKFFCH2COOEtNaOHFCH2COONaHHFCH2COOH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TrifluoroaceticAcidNotes:三个吸电子基，酸性类似于无机酸(pKa=0.23)三氟乙酸的酯及酰胺比一般羧酸酯和酰胺更易水解，因此可用于NH2及OH的保护基FCCOOHFFNH2CH2COOHCF3COOHCF3CONHCH2COOHH2O/OHorHCF3COOH+NH2CH2COOH例如酸性强弱C2H6C2H4NH3CH≡CHCH3COCH3ROHH2OH2CO3RCOOHH3PO4F3CCOOHOHpKa~50~4434~252015.915.74pKa106.54~52.10.2316.3醇酸HydroxylAlcoholicAcidCOOHCH3HHOCOOHCH3OHH(S)(R)乳酸LacticAcid醇酸——烃链上有羟基的羧酸来源：酸奶等用途:医药及食品工业HOOCCH2CH2COOHCOOHCH2COOHHHOCOOHCH2COOHOHH(S)(R）苹果酸MalicAcid来源：苹果HOOCCH—CHCOOHOHOHCOOHCOOHOHHHHOCOOHCOOHOHHHHOCOOHCOOHOHHHHO酒石酸TartaricAcid来源：酒等用途:食品工业柠檬酸CitricAcid来源：柠檬及其它水果或是人乳及血中用途:食品工业16.3.2醇酸的性质RHCOHCOOH醇酸兼有羟基和羧基的特性，两基团相互影响，具有一些特殊性质。16.3.1醇酸的制备Preparation(自学)1.酸性AcidityCH3COOHHOCH2COOHpKa4.763.85羟基的吸电子效应增强了酸性2.脱水反应-羟基酸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。H3CHCCOOOHHCH3CHCOOOHHCHOCCHOOOCH3H3C半交酯两分子间相互酯化脱水。交酯β-羟基酸分子内脱水，生成α,β-不饱和酸。RHCCHCOHOHOHH(d)orOH(d)RHCCHCOHO酸性较强γ-与δ-羟基酸分子内脱水，生成五元、六元环的内酯。OOHOHOOγ-丁内酯δ-戊内酯羟基与羧基相隔五碳以上的羟基酸加热后发生分子间脱水，生成链状结构的聚酯。n≥5mHO(CH2)nCOOHO(CH2)nCOOHHOm+(m-1)H2O3.与醛反应当α-或β-醇酸与醛一起加热时，均生成环状化合物α-羟基酸RHCCOOHOH+R'CHORHCCOOOCHR'HCH2CCOOH+R'CHORCHCOOOCHR'ROHH2C类似于缩醛的结构β-羟基酸4.α-醇酸与金属离子成螯合物Reactionsbetweenα-HydroxylAcidsandmetalironsRHCCOOHOH2+Cu2+OH-OOORCuOOOR螯合物5.α-和β-醇酸的降解α-醇酸H2SO4（稀）H2SO4（浓）RCCOOHOHR'ROR'+HCOOHRCCOOHOHR'ROR'+H2O+CO2H2SO4(稀)H2SO4(浓)用途：由羧酸经过α溴代、水解后合成少一个碳的醛或酮。RH2COOHPBr3,Br2RHCOOHBrOH-H2ORHCOOHOHH2SO4RCHO+HCOOHβ-醇酸ROR'RCH2CCOHOHOHorOHR'+CH3COOH可视为羟醛缩合的逆反应16.3.3内酯－环酯RCOOHROHRCH2CCROHOOHOOORRRRβ-内酯α-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。16.4酚酸PhenolicAcid羟基在芳环上的羟基酸16.4.1水杨酸1.合成（科尔伯－施密特）反应Kolbe-SchmidtReactionONaCO2OHCO2NaOCONaOH3+OOHCO2HOHCO2H邻羟基苯甲酸机理OOHCO2NaOCONaOOCOOHOONa第一步第二步第一步,需要在较低温下进行。第二步,温度控制在120-145oC.2.性质Properties显色的反应与FeCl3作用，显紫色酸性COOHOHpKa=2.96共轭碱分子内氢键稳定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OHCOOHOH+CO2溴代OHCOOHOH+CO2Br2BrBrBr羧基被溴原子取代白色沉淀3.应用Applications用于染料中间体以及药物合成在食品及医药方面，用作消毒剂，防腐剂，杀菌剂OCOCH3COOHAspirin(阿司匹林,乙酰水杨酸)解热镇痛OHCOOHH2NPAS(对氨基水杨酸)抗结核16.4.2对羟基苯甲酸p-HydroxylBenzoicAcid1.制备OK1)CO2,2)H3OOHCOOH比合成水杨酸温度更高(190oC-200oC)，可能羧酸又迁