1、第十六章第十六章 羧酸衍生物涉及碳负离子的反应及羧酸衍生物涉及碳负离子的反应及在合成中的应用在合成中的应用1.一些化合物一些化合物-H的酸性的酸性16.1 -H的酸性和互变异构的酸性和互变异构CH3C-CH2-C-O C2H5OOCH3C-CH-C-O C2H5 +HOO-+OH-影响影响-H酸性的主要原因：酸性的主要原因：1.拉电子基团的能力越强，离解的负离子越稳定，拉电子基团的能力越强，离解的负离子越稳定，酸性越强：例如，酸性越强：例如，NO2比比CO2CH3拉电子能力拉电子能力强，硝基甲烷酸性胜过乙酸甲酯。强，硝基甲烷酸性胜过乙酸甲酯。2.当同一碳联有两个拉电子基团时，负离子因共轭当同一
2、碳联有两个拉电子基团时，负离子因共轭分散电子而十分稳定，酸性明显增强。见表分散电子而十分稳定，酸性明显增强。见表161CH3CH2OOC2H5OCHOCH3HOOC2H5酮式烯醇式100%9%2、互变异构、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=COH。=有OH；酮式酮式 烯醇式是普遍现象烯醇式是普遍现象CCNHNHCCNCHONCO H亚 硝 基肟CCNH CCCNH2亚胺烯胺但不同的化合物达到平衡时，烯醇式的含量是不同的。但不同的化合物达到平衡时，烯醇式的含量是不同的。CH
3、3CCH3OC6H5CCH3OCH2(COOC2H5)2pKa 201613烯醇含量 1.5*10-43.5*10-20.77CH3CCH2COOC2H5OCH3CCH2CCH3OOCH3CCH2CC6H5OO119896.489.2 与产生移位的质子的酸性有关，还与与产生移位的质子的酸性有关，还与H-键，空间因素有关。键，空间因素有关。16.2 酯缩合反应酯缩合反应 及在合成中的应用及在合成中的应用RCH2CORORCHCORORCH2COCHCORORH+HOROR-羰基酯一、酯缩合反应一、酯缩合反应酯中的酯中的-H显弱酸性显弱酸性,在醇钠的作用下可与另一分子酯发生类似在醇钠的作用下可与另
4、一分子酯发生类似于羟醛缩合的反应于羟醛缩合的反应,称为称为Claisen（酯）缩合反应（酯）缩合反应碱碱 用用 量量大大于于化化学学计计量量：反反应应可可进进行行完完全全（为为什什么么？）催催 化化 量量：反反应应可可逆逆（为为什什么么？）其其它它常常用用碱碱（弱弱亲亲核核性性强强碱碱）NaH,NaNH2,LDA,Ph3CNa,t-BuOKClaisen 缩合机理缩合机理RCHCOORHRORCHCOORRCH2COORRCHCOORRCH2COORCCOORRCH2CORHROCCOORRCH2COR较较稳稳定定的的烯烯醇醇负负离离子子ROCH3COCH2CO O C2H5-OC2H5N a
5、+pK a 11CH3COCH CO O C2H5Claisen 缩合举例缩合举例CH3COOC2H52（1）Na/C2H5OHCOOC2H5CH3CO乙乙酰酰乙乙酸酸乙乙酯酯（2）50%HOAcCH2NaOC2H5CH3(CH2)3COCHCO2C2H5CH2CH2CH32CH3CH2CHCO2C2H5CH3Ph3C NaCH3CH2CHCCH3COCH3CH2CH3CO2C2H52CH3(CH2)3CO2C2H5只有一个只有一个-H的酯缩合需要强碱，如的酯缩合需要强碱，如Ph3CNa。分子内酯缩合（分子内酯缩合（W.Dieekmann缩合）缩合）,p508COOC2H5COOC2H5Na少
6、量乙醇H+OCOOC2H5C2H5O2CCH2CH2CHCHCH3CO2C2H5CO2C2H5NaOC2H5H+1)2)CH3OCO2C2H5C2H5O2C二、交叉酯缩合二、交叉酯缩合CH2COOC2H5RCH2COOC2H5R+碱碱四种产物无合成意义均有 氢CH2COOC2H5RRCOOC2H5强强碱碱（化化学学计计量量）R 无 氢CHCOOC2H5CORR产物单一CHCOOC2H5R交叉酯缩合举例：交叉酯缩合举例：CH2CO2EtCH2CO2Et+CO2EtCO2EtNaOEtHCCO2EtH2CCO2EtCOCO2EtNCO2C2H5CH3(CH2)2CO2Et+NCOCHCO2EtCH
7、2CH3NaH具有具有-H的酮也可与酯在碱作用下发生交叉酯缩合，的酮也可与酯在碱作用下发生交叉酯缩合，由于酮的由于酮的-H酸性较酯的强，酮生成碳负离子，结酸性较酯的强，酮生成碳负离子，结果酯酰基导入酮的果酯酰基导入酮的 位。位。NaHH+1)2)CH3COCH3CH3(CH2)4CO2C2H5CH3(CH2)4COCH2CCH3+OC2H5OCOC2H5O+NaHH+1)2)OCOOC2H5三、酯缩合在合成中的应用：制备三、酯缩合在合成中的应用：制备1 1，3 3官能团化合物，官能团化合物，如如1 1，3 3二酮，二酮，1 1，3 3二酯二酯，酮酸酯等酮酸酯等2CH3COOC2H5CH3COC
8、H2COOC2H5NaOC2H5例:1、C6H5COOCH3 +CH3CH2COOC2H5 C6H5CCHOCOOC2H5CH31)NaOH2、C2H5OCOCOOC2H52)H+C6H5CH2COOC2H51)NaOH2)H+C6H5CHCOOC2H5CCOOC2H5OC6H5CHCOOC2H5COOC2H5175。C80-85%CH2CH2CO2C2H5CO2C2H5NaOC2H5H+1)2)OC2H5O2C1)H+2)NaOHO 酮酸酯受热可进一步分解为酮，因此可用来制备酮酸酯受热可进一步分解为酮，因此可用来制备酮类化合物，尤其是环酮。酮类化合物，尤其是环酮。16.3 丙二酸二乙酯、丙二
9、酸二乙酯、“三乙三乙”和其他酸性氢和其他酸性氢化物的化物的 碳负离子的亲核反应及在合成中的应碳负离子的亲核反应及在合成中的应用用一、丙二酸二乙酯的烃基化寄在合成中的应用制法CH2COONaClNaCNOHCH2COONaCNC2H5OHH2SO4CH2COOC2H5COOC2H5特点：具有双重特点：具有双重 氢，呈现明显酸性氢，呈现明显酸性1）烃基化及产物的脱羧CH2COOC2H5COOC2H5C2H5ONaCHCOOC2H5COOC2H5Na+RXCHCOOC2H5COOC2H5RNaOHH2OCHCOONaCOONaR R CH2COOHH+-CO2EtOCCH2COEt+EtONaOOE
10、tOCCHCOEtOO-EtOCOCCOOEtHNa+CH2COOC2H5COOC2H5C2H5ONaCHCOOC2H5COOC2H5_CH3CH2BrCH3CH2CHCOOC2H5COOC2H51)C2H5ONa2)CH3ICH3CH2CCH3COOC2H5COOC2H51)OH-2)H+CH3CH2CCH3COOHCOOH-CO2CH3CH2CHCOOHCH32 CH2(COOC2H5)2C2H5ONa2 CH(COOC2H5)2_BrCH2CH2BrCH2CH(COOC2H5)2CH2CH(COOC2H5)2CH2CH2COOHCH2CH2COOH1)OH-2)H+-CO2CH2(COO
11、C2H5)22 C2H5ONaBr(CH2)4BrCOOC2H5COOC2H51)OH-2)H+COOH2）合成羧酸中的应用a、取代乙酸的制备丙二酸二乙酯 +单卤代烃CH3CH2CH2CH2CH2COOHCH2(COOC2H5)21、C2H5ONa2、CH3CH2CH2CH2ClCH3CH2CH2CH2CH(COOC2H5)21、OH /H2O2、H ,+CH3CH2CH2CH2CH2COOH制备b、二元羧酸的制备丙二酸二乙酯 +二卤代烃 （醇钠）2mol1mol 2mol2CH2(COOC2H5)22CH(COOC2H5)22CH3CH2ONaHOOCCH2CH2CH2CH2COOH制备Br
12、CH2CH2Br(C2H5OOC)2CH CH2CH2 CH（COOH)21、OH /H2O2、H ,+HOOCCH2 CH2CH2CH2COOHC、环烷酸的制备 丙二酸二乙酯 +二卤代烃 （醇钠）1mol1mol2mol制备COOHCH2COOC2H5COOC2H52C2H5ONaCCOOC2H5COOC2H5 2 BrCH2CH2CH2BrCOOC2H5COOC2H51、OH /H2O2、H ，+COOHCOOHCOOHCOOHCOOH制备2CH2(COOC2H5)2+BrCH2CH2CH2Br2C2H5ONa(CH2)3CH(COOC2H5)2CH(COOC2H5)2C2H5ONaCH2
13、I2COOC2H5COOC2H5COOC2H5COOC2H51、OH /H2O2、H ，+COOHCOOHd、1，4 官能团化合物的制备当采用-卤代化合物进行上述反应，可以成功地合成1，4 官能团化合物RCOCH2Cl +CH(COOC2H5)2RCOCH2CH2COOHC2H5O CCH2Cl +CH2(COOC2H5)2OHOOCCH2CH2COOH1、OH /H2O2、H ，+1、OH /H2O2、H ，+e、1，5 二羰基化合物的制备麦克尔(Michael)反应 碳负离子和-不饱和羰基化化合物的共轭加成。，CH3CH=CHCOOCH3 +CH2(COOC2H5)2C2H5ONaC2H5
14、OH-+CH3CH CH2COOCH3CH(COOC2H5)21)HCl、H2O2）、-CO2CH2COOHCHCH3CH2COOH12345CH3CCH2OCOOC2H5NCCH2CH2CCCH3OCO2C2H5H+CH2CHCNOH-特点：具有活泼特点：具有活泼 氢及双拉电子基团化合物（拉电子氢及双拉电子基团化合物（拉电子基团可为基团可为CO2R,-CN,-COR,-NO2）-不饱和羰基化合物：不饱和羰基化合物：-不饱和酯、不饱和酯、醛、酮、腈等。醛、酮、腈等。是非常有用的合成1，5二羰基化合物的反应CH2(COOC2H5)2 +ONaPC2H5HOC2H5OHCH(COOC2H5)2OC
15、H(COOC2H5)2水解酸化CO2OCH2COOH(90%)Michael反应的另一重要的应用是用来合成环状化合物Robinson关系OCH3+CH2=CHCCH3ONaOC2H5OCH3OCH 3OHO羟醛缩合NaOHH2O草酸CH 3Of、克脑文盖尔(Knoevenagel)反应 在弱碱催化下，含有活性亚甲基化合物与醛酮发生的类似羟基缩合的反应。得到的产物是-不饱和酸。，CHO+CH2(COOC2H5)2(C2H5)2NHH2OCH=C(COOC2H5)2H+CH=CHCOOH【课堂练习】合成下列化合物CH3CH2CH CH COOH CH31、CH2(COOC2H5)2C2H5ONaC
16、H3ICH(COOC2H5)2CH3C2H5ONaCH3CH2CH2ClCH3CH2CH2CH(COOC2H5)2CH31、OH /H2O2、H ，+CH3CH2CH2CH COOH CH32、OCH2COOHOCH2COOHO+CH2(COOC2H5)2C2H5ONaC2H5OHOCH2(COOC2H5)21)HCl、H2O2）、-CO2OCH2COOH 2、乙酰乙酸乙酯的烃基化及在合成中的应用：CH3CCH2OCOOC2H5CH3CCHOCOC2H5ONaOC2H5CH3CCHOCOC2H5ORRX重复上述过程：CH3CCOCOC2H5ORR(R,RAr,活性？）=3。（消除），最好1。酮
17、式分解酮式分解CH3C-CH2-COC2H5OO乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯CH3C-CH2-C-OC2H5O-O-OHOHH+-CO2CH3C-CH3OCH3C-CH2-COHOO-OH（稀）（稀）乙酰乙酸乙酯的酮式分解和酸式分解乙酰乙酸乙酯的酮式分解和酸式分解酸式分解酸式分解CH3C-CH2-COC2H5OOCH3C-CH2-C-OC2H5O-O-OHOHCH3-COHO+-CH2-COH +C2H5O-OH2OH2OCH3-COHOC2H5OH-OH（浓）（浓）RX（卤代烃）CH3CCH2OR（甲基酮）XCH2CORCH3CCH2OCH2COR (-二酮）XCH2COROCH3CCH2OCH
18、2COOR XCR OCH3CCH2OCRO(-二酮）生成CH用NaOH,避免C2H5ONa与RCXO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CHMgOC2H5+CH3C CH C OC2H5OO+CH3C-CH-COC2H5OOCOCH3CH3CCHCOC2H5OOCH3CCHCOC2H5OOCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3COCCH3O OCH3COOC2H5C2H5ONa-C2H5OHNa+CH3INaH-H2Na+CH3COClCH3CCH2COC2H5OOCH3C-CH-COC2H5OOCH3羧酸、酯、腈羧酸、酯、腈 碳负
19、离子的生成、反应和应用碳负离子的生成、反应和应用1.羧酸羧酸 碳负离子的亲核取代反应的生成和烷基化碳负离子的亲核取代反应的生成和烷基化RCH2CO2HRC-HCO2-Li+H2OCHCO2HRRR XLi+LDACHCO2HRRLDAH2O1)2)THF/己烷CH3(CH2)3BrCCH3CH3CO2HCH3(CH2)32.酯和腈酯和腈 碳负离子生成及反应碳负离子生成及反应CH3CH2CO2CH3CH3CH2CHCO2CH3CH2CH3LDA/THFCH3CH2I1)2)LDA/THFCH3I1)2)CH3CH2CH2CNCH3CH2CHCNCH33.酸和酯的间接烃基化酸和酯的间接烃基化RCH
20、2CO2HH2O/H2SO4CHCO2HRRR XCH3CH3H2NHOONRCH2CH3CH3CH3(CH2)3LiONRCH-CH3CH3ONRCH2CH3CH3HOC2H5/H+CHCO2C2H5RR+达尔森（达尔森（Darzen）反应）反应醛酮与醛酮与卤代酸酯在强碱存在下反应生成卤代酸酯在强碱存在下反应生成,环氧酸环氧酸酯的反应酯的反应,该反应产物可进一步脱羧制备醛酮。该反应产物可进一步脱羧制备醛酮。RCO(H)RClCH2CO2C2H5RC(H)RCH2CO2C2H5O+NaOC2H5ClCH2CO2C2H5C6H5CCH3CH2CO2C2H5O+NaOC2H5C6H5CCH3O1)
21、2)OH-/H2OH+C6H5CCH3CH2CO2HOCCH3COHCHCH3CHO Perkin反应反应 芳醛与含芳醛与含-H 的脂肪族酸酐，在相应的羧酸盐存在的脂肪族酸酐，在相应的羧酸盐存在下共热，发生缩合生成下共热，发生缩合生成,-不饱和酸，该反应称为不饱和酸，该反应称为珀金珀金(Perkin)反应。反应。反应机理见反应机理见p522C6H5CHO+(CH3CO)2OCH3COOK170C6H5CH=CHCOOH+CH3COOH与克脑文盖尔与克脑文盖尔(Knoevenagel)反应的区别：反应的区别：醛、酮与丙二酸二乙酯在弱碱催化下的反应。醛、酮与丙二酸二乙酯在弱碱催化下的反应。合成应用
22、实例合成应用实例eg 1:以乙酸乙酯为原料合成以乙酸乙酯为原料合成4-苯基苯基-2-丁酮丁酮CH3CCHCOOC2H5ONa+CH3CCHCOOC2H5OCH2C6H5CH3CCHCOOHOCH2C6H5CH3CCH2CH2C6H5OCH3COOC2H5RONa(1mol)C6H5CH2Cl1 稀稀OH-2 H+-CO2CH3CCH2CH2C6H5Oeg 2:选用不超过选用不超过4个个碳的碳的合适原料制备合适原料制备CH3CCHCOOC2H5O(CH2)4BrBrCH3CCCOOC2H5O2 CH3COOC2H5C2H5ONaCH3CCHCOOC2H5ONa+C2H5ONaCH3COCOOC2
23、H5CH3COCOOHBr(CH2)4Br亲核取代亲核取代 稀稀-OHH+-CO2CCH3OCCH3Oeg 3:乙酰乙酸乙酯与乙酰乙酸乙酯与BrCH2CH2CH2Br在醇钠作用下反应，在醇钠作用下反应，主要得到主要得到 而不是而不是 。请解释原因。请解释原因。OCOOC2H5H3CCOCH3COOC2H5有张力有张力无张力无张力慢慢主要主要CH3CCH2COEtOOEtO-Br(CH2)3BrCH3CCHCOEtOOEtO-CH2CH2CH2BrBrCO2EtOBrCO2EtCH3CEtO2COCH3COOH-H+OOCO2Eteg 4:制备制备 CH3C-C-COOEtOCH3CH2CH2C
24、H3CH3CH2CH2CHCOOHCH3CH3CH2CH2CHCOOHCH3H+NaOEtEtOHNaOEtEtOHCH3ICH3CH2CH2BrOH-（浓）（浓）+CH3COOH酸式分解酸式分解CH3CCH2COC2H5OOeg 5:选用合适的原料制备下列结构的化合物。选用合适的原料制备下列结构的化合物。CH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2COEtOCH3C-CH-COOEtOCH2CH2COOC2H5OH-H+H2O-CO2CH3CCH2CH2CH2CCH3 +CH3COOHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2CCH3OC
25、H3C-CH-COO EtOCH2CH2CCH3OH-H+H2O-CO2OCH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2CH2CH2CCH3OOCH2(CO2Et)22EtO-EtOHBrCH2(CH2)nCH2BrOH-H+-CO2SOCl2CH2(CO2Et)22EtO-eg 6：合成螺环化合物：合成螺环化合物还原还原I2在在 eg 7中的作用中的作用2 CH2(CO2Et)22 EtO-BrCH2CH2CH2BrCH(CO2Et)2CH(CO2Et)22 EtO-COOHCOOHH+I2OH-Eg 7：用简单的有机原料合成用简单的有机原料合成COOHCOOH(COOEt)2(COOEt)2CH3CHO +3CH2OCO2HHO2C2 CH2(COOEt)2 +BrBrBrBrCO2EtCO2EtEtO2CEtO2C(螺环二元羧酸螺环二元羧酸)CO2HHO2C(HOCH2)3C-CHOOHHOOHHOBrBrBrBr-CO2EtO-HO-H+HO-HO-HBreg 8 用简单的有机原料合成用简单的有机原料合成浓浓OOOOEg 9 用简单的有机原料合成用简单的有机原料合成CH2(CO2Et)2EtO-O分子内酯交换分子内酯交换EtO-分子内酯交换分子内酯交换O
