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第 十 六 章
带 官 能 团 的 羧 酸 衍 生 物
§16.1 不 饱 和 羧 酸
如 果 含 碳 碳 双 键 和 羧 基 但 相 隔 较 远 , 双 键 和 羧 基 之 间 就 没 什 么
相 互 作 用 ; 但 如 果 羧 基 和 碳 碳 双 键 直 接 相 连 , 则 双 键 和 羧 基 成
共 轭 体 系 , 称 为 α,β- 不 饱 和 羧 酸 , 这 种 羧 酸 是 我 们 在 这 里 要
讨 论 的 对 象 。
C
O
C
C
因 为 有 碳 碳 双 键 , 所 以 α,β- 不 饱 和 羧 酸 有 顺 反 异 构 现 象 ,
CH 3
H
H
COOH
巴 豆 酸 , mp. 72 o C
CH 3
H
COOH
H
异 巴 豆 酸 , mp. 15 o C
O
Ph
H
H
COOH
Ph
肉 桂 酸 , mp. 133 o C 异 肉 桂 酸 , mp. 68 o C
H
COOH
H
1

COOH
H
H
H
H
油 酸 , mp.16 o C
COOH
反 油 酸 , mp.51 o C
HOOC
H
HOOC
COOH
H
COOH
富 马 酸
Fumaric acid mp.287 o C
H
H
马 来 酸
Maleic acid mp.131 o C
不 饱 和 羧 酸 的 制 法 : 可 以 看 成 有 两 条 路 线 : 双 键 导 入 法 和 羧 基
导 入 法 , 具 体 方 法 很 多 , 从 下 面 的 一 些 例 子 可 以 体 会 一 些 不 饱
和 羧 酸 的 制 备 方 法 :
CH 2 CHCH 2 Cl CN CH 2 CHCH 2 CN H 2O
CH 2 CHCH 2 CO 2 H + NH 3
CH 2
CHCH 2 Br
Mg/Et 2 O
CO 2
CH 2 CHCH 2 MgBr CH 2 CHCH 2 CO 2 H
CH 3
喹 啉
CH 3 (CH 2 ) 9 C CO 2 CH 3
CH
160~170
Br
o 3 (CH) 8 CH C CO 2CH 3
C
CH 3
2- 甲 基 -2- 十 二 碳 烯 酸 甲 酯 , 70~85%
O
C 6 H 5 CH O + (CH 3 C) 2 O
CH 3CO 2 Na
C 6 H 5 CH CHCO 2 H
(E)- 肉 桂 酸 , 55%
这 是 一 个 人 名 反 应 , 称 为 Perkin 反 应 , 其 机 理 如 下 :
2

CH 3
CH 3
C
C
O
CH 3 CO 2 Na
O
O
CH 2
CH 3
C
C
O
O
O
CH 2
CH 3
C
C
O
PhCHO
O
O
H
C 6 H 5 C CH2
O C O
H 3 C C O
H
C 6 H 5 C CH2
O C O
H 3 C C O
(CH 3 CO) 2 O
O
H
CH
C 6 H 5 CH
O
C O
H 3 C
C
O
OCOCH 3
O
H C
C 6 H 5 C C O H 2 O C 6 H 5
H
OCOCH 3
COOH
Perkin 反 应 往 往 需 时 较 长 , 温 度 较 高 , 所 以 产 率 往 往 不 高 。 所 以
往 往 采 用 改 进 的 方 法 合 成 。 例 如 芳 醛 , 特 别 是 取 代 的 芳 醛 , 在
有 机 碱 的 作 用 下 与 丙 二 酸 反 应 , 可 以 在 较 低 的 温 度 下 缩 合 , 产
率 较 高 :
O
O
H 2 C
O
CH 2 (COOH) 2
吡 啶 / 六 氢 吡 啶
CHO
H 2 C
O
C
H C COOH
COOH
-CO 2
O
H 2 C
O
胡 椒 丙 烯 酸
C
H
C H
COOH
3

这 类 反 应 称 为 E. Knoevenagel 反 应 , 所 用 的 碱 一 般 为 二 级 胺 。 一
般 来 说 这 类 反 应 中 必 须 要 有 两 个 吸 电 子 基 与 活 性 亚 甲 基 相 连 ,
因 为 用 的 是 弱 碱 , 所 以 亚 甲 基 氢 要 足 够 活 泼 , 才 能 产 生 足 够 浓
度 的 碳 负 离 子 发 生 亲 核 加 成 , 另 一 氢 也 要 足 够 活 泼 , 才 能 在 弱
碱 的 作 用 下 从 分 子 中 除 去 , 形 成 碳 碳 双 键 , 使 反 应 朝 有 利 于 生
成 产 物 的 方 进 行 :
H
Ph C
O
O + H 2 C
+ H 2 C
COOH
COOH
H
H H
B Ph C C COOH
BH
O
Ph C C(COOH) 2
COOH
CN
NH 4 OAc
COOH
-CO 2
PhHC
COOH
CN
H
H
Ph C C COOH
OH
COOH
CHCOOH
65~76%
B
α,β- 不 饱 和 羧 酸 及 其 衍 生 物 与 不 饱 和 醛 酮 相 似 , 容 易 起 1,4-
加 成 反 应 :
CH 2 CHCOOH + HX XCH 2 CH 2 COOH
CH 2 CHCOOH + H 2 O HOCH 2 CH 2 COOH
CH 2 CHCOOH + HCN NCCH 2 CH 2 COOH
CH 2 CHCOOH + NH 3 H 2 NCH 2 CH 2 COOH
CH 2 CHCOOH + H 2 NCH 2 CH 2 COOH HN(CH 2 CH 2 COOH) 2
不 饱 和 酸 酯 常 用 作 亲 二 烯 体 与 共 轭 二 烯 烃 起 Diels-Alder 反
应 :
COOCH 3
CO 2 CH 3
+
3- 环 己 烯 基 甲 酸 甲 酯
4

§16.2 醇 酸
羧 酸 的 脂 肪 链 上 含 羟 基 的 称 为 醇 酸 。 许 多 醇 酸 作 为 生 化 过 程 的
中 间 产 物 而 存 在 于 自 然 界 中 , 因 此 有 的 醇 酸 就 根 据 它 们 的 来 源
有 了 俗 名 :
CH 3 CHCOOH C 6 H 5 CHCOOH HOOCCH CHCOOH
OH
OH
OH OH
乳 酸 扁 桃 酸 酒 石 酸
COOH
HC OH
CH 2 COOH
苹 果 酸
HO
CH 2 COOH
C COOH
CH 2 COOH
柠 檬 酸
根 据 分 子 中 羟 基 与 羧 基 之 间 位 置 的 不 同 , 不 同 的 醇 酸 有 一 些
不 同 的 特 殊 的 反 应 , 但 其 主 要 的 共 同 点 是 如 何 脱 水 。
α- 醇 酸 易 两 分 子 脱 水 成 交 酯 :
-H 2 O
-H
CH 3 CHCOOH CH 3 CHCOOH
2 O
OH
OCOCH(OH)CH 3
乳 酰 乳 酸
O
CH 3 CH
O C
O
交 酯
C
O
CHCH 3
这 个 反 应 在 乳 酸 储 存 时 就 会 发 生 , 也 不 仅 生 成 交 酯 , 也 生 成
线 性 的 聚 合 物 :
CH 3 CH 3
CH 3
-H 2 O -H 2 O
CH 3 CHCOOH CH 3 CHCOOH
HOCHCO[OCHCO]n OCHCOOH
OH
OCOCH(OH)CH 3
加 热 时 脱 水 速 度 更 快 , 同 时 也 发 生 分 解 反 应 , 生 成 甲 酸 和 醛 :
CH 3 CHCOOH
OH
RCHO + HCO 2 H
5

α- 烷 氧 基 羧 酸 和 酰 化 的 α- 羟 基 酸 在 加 热 时 更 易 分 解 , 得 到 高
产 率 的 醛
RCHCOOH
OR'
RCHCOOH
RCHO
OCOR'
如 果 α- 羟 基 所 在 的 碳 原 子 为 叔 碳 , 则 在 加 热 时 有 不 同 的 分 解 方
式 : 与 上 面 的 分 解 方 式 相 同 的 是 生 成 酮 , 但 也 有 直 接 脱 水 成 α,
β- 不 饱 和 烯 酸 的 产 物 生 成 :
R 2 R 2
R 1 CH 2 CCOOH
OH
R 1 CH 2 COR 2 + R 1 CH CCOOH
β- 醇 酸 加 热 时 易 脱 水 成 α, β- 不 饱 和 酸 ,
RCHCH 2 COOH RCH CHCOOH + H 2 O
OH
γ- 羟 基 酸 极 易 脱 水 成 环 状 的 γ- 丁 内 酯 :
HOCH 2 CH 2 CH 2 COOH
O
O + H 2 O
γ- 丁 内 酯
γ- 羟 基 酸 只 能 以 盐 的 形 式 存 在 , 自 由 的 酸 很 快 自 动 变 成 内 酯 。
δ- 醇 酸 如 生 成 内 酯 是 六 元 环 , 在 有 机 反 应 中 , 最 易 生 成 的 是 五
元 环 , 确 实 δ- 醇 酸 较 难 生 成 内 酯 , 生 成 的 δ- 内 酯 也 容 易 开 环 。
ε- 醇 酸 及 羟 基 更 远 的 醇 酸 性 质 上 都 差 不 多 的 , 即 加 热 时 生 成 线
性 聚 酯 和 不 饱 和 酸 。
6

除 了 脱 水 以 外 , 羟 基 酸 也 还 有 一 些 看 来 较 “ 特 别 ” 的 反 应 , 例 如
α- 和 β- 羟 基 酸 与 醛 一 起 加 热 都 生 成 环 状 化 合 物 , 仔 细 推 导 ,
这 类 化 合 物 中 一 边 是 半 缩 醛 形 式 , 另 一 边 是 内 酯 的 形 式 , 都 是
我 们 巳 经 熟 悉 的 反 应 :
O
RCHCOOH +R'CHO RCH C
OH
O O
CH
R'
RCHCH 2 COOH
+R'CHO
RCH
H 2
C
C
O
OH
O
CH
O
R'
又 如 α- 羟 基 酸 与 浓 硫 酸 共 热 时 分 解 为 醛 酮 、 一 氧 化 碳 和 水 ,
如 与 稀 硫 酸 一 起 加 热 , 分 解 为 醛 酮 和 甲 酸 :
RR'CCOOH
H 2 SO 4
R C R' + CO + H 2 O
OH
O
RR'CCOOH
H 2 SO 4 ( 稀 )
R C R' + HCO 2 H
OH
O
利 用 这 个 反 应 可 以 用 脂 肪 水 解 所 得 的 高 级 脂 肪 酸 来 制 备 高 级
醛 :
RCH 2 COOH PCl 3
Br 2
RCHCOOH
Br
H 2 O
H 2 SO 4
RCHCOOH
OH
RCHO
7

β- 醇 酸 可 以 发 生 逆 羟 醛 缩 合 反 应 :
R 2 R 1 C
OH
CH 2 CO 2 H H+ (OH - )
它 们 的 机 理 可 能 如 下 :
R 1 COR 2 + CH 3 COOH
R 2 R 1 C CH 2 CO 2 H
HO
R 2 R 1 C CH 2 CO 2 H R 1 COR 2 + CH 2 COOH
OH
O
CH 3 COO
OH
OH
H
R 2 R 1 C CH 2 CO 2 H R2 R 1 C CH 2 C OH R 1 CR 2 +
OH
OH
CH 2
C
OH
OH
CH 2
C
OH
OH
CH 3
C
O
OH
一 些 重 要 的 羟 基 酸 :
乳 酸 : 最 初 是 从 酸 牛 奶 中 发 现 的 , 所 以 称 为 乳 酸 。 牛 奶 中 的 乳
糖 经 细 菌 作 用 发 酵 成 乳 酸 。
COOH
COOH
HO
C H H C OH
CH 3 CH 3
S (+) R (-)
在 人 体 中 , 肌 肉 运 动 时 也 产 生 乳 酸 , 特 别 是 肌 肉 经 过 剧 烈 运 动
后 乳 酸 的 含 量 更 多 , 因 此 肌 肉 感 觉 酸 胀 。 乳 酸 是 由 肝 糖 经 一 连
串 反 应 而 产 生 , 同 时 放 出 能 量 供 给 运 动 所 需 。 当 肌 肉 恢 复 时 ,
所 生 成 的 乳 酸 1/5 被 氧 化 成 二 氧 化 碳 和 水 , 放 出 的 能 量 供 其 余
8

4/5 的 乳 酸 复 变 为 肝 糖 。 许 多 水 果 中 也 含 有 乳 酸 。 在 工 业 上 由
乳 糖 、 麦 芽 糖 或 葡 萄 糖 的 发 酵 生 产 乳 酸 ; 选 用 不 同 的 菌 种 ,
可 以 得 到 S-(+)- 乳 酸 或 R-(-)- 乳 酸 。
乳 酸 有 很 强 的 吸 湿 性 , 水 及 能 与 水 混 溶 的 溶 剂 都 能 与 乳 酸 混
溶 。 乳 酸 及 其 衍 生 物 主 要 用 于 医 药 及 食 品 工 业 中 , 例 如 乳 酸
钙 是 补 充 体 内 钙 质 的 药 物 。
酒 石 酸 : 酒 石 酸 较 广 分 布 在 植 物 中 , 尤 以 葡 萄 中 量 为 最 多 ; 常
以 酒 石 酸 氢 钾 的 形 式 存 在 。 当 葡 萄 发 酵 制 酒 时 , 随 着 酒 精 浓
度 的 增 大 , 发 酵 液 中 右 旋 的 酒 石 酸 氢 钾 由 于 溶 解 度 减 小 而 结
晶 析 出 , 叫 做 酒 石 , 酒 石 酸 的 名 称 即 由 此 而 来 。
COOH
COOH
COOH
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
COOH
COOH
COOH
(2R,3R)-(+)- 酒 石 酸 (2S,3S)-(-)- (2R,3S)-(±)-
酒 石 酸 多 用 于 食 品 工 业 中 , 也 用 于 医 药 中 , 例 如 酒 石 酸 的 氧 锑
钾 盐 [KOOCCH(OH)CH(OH)COOSbO] 2·H 2
O 又 叫 吐 酒 石 , 用 作
催 吐 剂 , 也 是 医 治 我 国 血 吸 虫 病 的 一 种 特 效 药 。
柠 檬 酸 : 又 叫 枸 椽 酸 , 柠 檬 中 的 含 量 约 为 7%, 工 业 上 是 用 葡
萄 糖 、 麦 芽 糖 、 糊 精 用 柠 檬 酸 酶 (Citromyces) 发 酵 而 得 。
HO
CH 2 COOH
C
COOH
CH 2 COOH
柠 檬 酸
柠 檬 酸 加 热 到 150 ºC 则 分 子 内 失 水 形 成 双 键 , 生 成 3- 羧 基 -1,5-
戊 烯 二 酸 ( 顺 乌 头 酸 ), 后 者 加 水 又 可 生 成 柠 檬 酸 和 异 柠 檬 酸 两
种 异 构 体 ; 生 物 体 内 的 糖 、 脂 肪 及 蛋 白 质 代 谢 过 程 中 , 都 要
发 生 通 过 柠 檬 酸 经 过 顺 乌 头 酸 转 化 为 异 柠 檬 酸 的 过 程 。
9

HO
CH 2 COOH
C COOH
150 o C
CCHOOH
C COOH
HO CHCOOH
HC COOH
CH 2 COOH
CH 2 COOH
CH 2 COOH
柠 檬 酸
乌 头 酸
异 柠 檬 酸
柠 檬 酸 内 服 有 清 凉 解 渴 的 作 用 , 在 食 品 工 业 中 用 作 糖 果 及 清 凉
饮 料 的 调 味 品 。 在 医 药 上 柠 檬 酸 的 镁 盐 是 温 和 的 泻 药 , 钠 盐 具
有 防 血 凝 和 利 尿 作 用 , 柠 檬 酸 铁 铵 是 常 用 的 补 血 剂 。
§16.3 α- 卤 代 酸
有 一 个 人 名 反 应 ( 达 成 反 应 ), 是 合 成 α,β- 环 氧 酸 的 方 法 。
RCHO
O
ROK
+ XCH 2 COOEt R CH CHCO 2 Et
ROH
XCH 2 COOEt
CH 3 O
CH 3 O
RO
O
XCHCOOEt R C
CHO ClCH2 CO 2 R
R
CH 3 O
CH 3 O
O
R
C
R
XCHCOOEt
O
CH CHCO 2 R
O
R CH CHCO 2 Et
KOH
CH 3 O
CH 3 O
O
CH CHCO 2 Na
KH 2 PO 4
rt.
CH 3 O
CH 3 O
CH 2 CHO
10

§16.3 羰 基 酸
最 简 单 的 α- 羰 基 酸 是 乙 醛 酸 。 乙 醛 酸 存 在 于 未 成 熟 的 水 果
中 , 果 实 成 熟 , 糖 分 增 加 , 乙 醛 酸 即 消 失 。 乙 醛 酸 可 由 草 酸 还
原 或 二 氯 乙 酸 水 解 得 到 :
COOH
COOH
Mg, H 2 SO 4 COOH
CHO
Cl 2 CHCO 2 H
H 2O
OHCCO 2 H
丙 酮 酸 是 最 简 单 的 α- 酮 酸 , 它 是 动 植 物 体 内 碳 水 化 合 物 和 蛋
白 质 代 谢 的 中 间 产 物 , 因 此 是 生 物 化 学 变 化 过 程 中 的 一 个 重 要
中 间 体 。 化 学 上 可 以 由 下 列 方 法 制 备 :
O
O
NaCN
H 3 O + O
CH 3 CCl
CH 3 CCN CH 3 CCO 2 H
丙 酮 酸 为 无 色 液 体 , 沸 点 165ºC, 能 与 水 混 溶 , 酸 性 比 丙 酸
强 ; 丙 酮 酸 能 还 原 土 伦 试 剂 , 用 硝 酸 氧 化 则 生 成 草 酸 :
O
CH 3 CCO 2 H
O
CH 3 CCO 2 H
Ag(NH 3 ) 2
+
HNO 3
O
CH 3 COH
HO 2 CCO 2 H
+ CO 2
+ CO 2
丙 酮 酸 与 稀 硫 酸 一 起 加 热 , 脱 羧 生 成 乙 醛 ; 与 浓 硫 酸 一 起 加 热
则 生 成 乙 酸 , 这 是 α- 酮 酸 的 特 征 反 应 。
CH 3 CCO 2 H
O
O
CH 3 CCO 2 H
H 2 SO 4 , H 2 O
H 2 SO 4
CH 3 CHO
CH 3 CO 2 H
+ CO 2
+ CO
11

β- 酮 酸 : 最 简 单 的 β- 酮 酸 是 乙 酰 乙 酸 , 它 是 脂 肪 代 谢 的 产
物 。 糖 尿 病 患 者 脂 肪 的 新 陈 代 谢 不 能 正 常 进 行 , 在 尿 中 排 泄 出
乙 酰 乙 酸 和 丙 酮 来 。
乙 酰 乙 酸 和 其 他 的 β- 酮 酸 是 不 稳 定 的 化 合 物 , 稍 受 热 容 易 脱
羧 而 变 成 酮 ( 羧 酸 的 脱 羧 反 应 :α- 位 有 吸 电 子 取 代 基 的 羧 酸 容
易 脱 羧 )。
γ- 酮 酸 :4- 戊 酮 酸 是 最 简 单 的 γ- 酮 酸 。 为 无 色 晶 体 , 熔 点
34ºC, 加 热 时 脱 水 生 成 烯 内 酯 :
CH 3
C
O
C
OH
O
CH 3
HO
O
O
+
CH
O
3 CH
O
3 O O
§16.4 β- 酮 酸 酯 (β- 二 羰 基 化 合 物 ) 及 其 在 合 成 中 的 应 用
β- 酮 酸 酯 分 子 中 羰 基 和 酯 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 或 酰 化 反 应 , 从 而 转 变 成 多 种 类
型 的 化 合 物 , 在 合 成 上 有 重 要 用 途 。
一 、β- 酮 酸 酯 的 合 成
可 用 酯 缩 合 反 应 (Claisen Condensation) 合 成 。 乙 酸 乙 酯 在 乙 醇
钠 的 作 用 下 , 两 分 子 缩 合 , 酸 化 后 得 乙 酰 乙 酸 乙 酯 :
1. NaOEt / EtOH
2 CH 3 COOC 2 H 5 CH 3 COCH 2 CO 2 C 2 H 5 + C 2 H 5 OH
2. H / H 2 O
bp. 181 o C, 75%
其 他 有 两 个 α- 氢 的 酯 也 可 以 缩 合 :
12

2 CH 3 CH 2 COOC 2 H 5
1. NaOEt / EtOH
2. H / H 2 O
CH 3 CH 2 COCHCO 2 C 2 H 5 + C 2 H 5 OH
CH 3
2- 甲 基 -3- 戊 酮 酸 乙 酯
这 是 制 备 β- 酮 酸 酯 的 重 要 方 法 , 称 为 Claisen Condensation.
己 二 酸 酯 和 庚 二 酸 酯 在 碱 性 试 剂 作 用 下 可 以 起 分 子 内 的 酯 缩 合
反 应 , 生 成 环 状 的 β- 酮 酸 酯 , 称 为 Dieckmann Condensation. 但
分 子 内 缩 合 一 般 只 适 合 于 合 成 5、6- 元 环 的 化 合 物 。
O
CO 2 Et
1. NaOEt / EtOH
CO 2 Et
+ C 2 H 5 OH
CO 2 Et 2. H / H 2 O
缩 合 反 应 的 机 理 如 下 :
2- 环 戊 酮 甲 酸 乙 酯 , 75~80%
CH 3 CO 2 C 2 H 5 + C 2 H 5 O CH 2 COC 2 H 5
O
O
CH 2 C OC 2 H 5
+ C 2 H 5 OH
O
CH 3 C +
OC 2 H 5
O
CH 2 COC 2 H 5
CH 3
O
C CH 2 CO 2 C 2 H 5
OC 2 H 5
CH 3
O
C CH 2 CO 2 C 2 H 5 CH 3 COCH 2 CO 2 C 2 H 5
OC 2 H 5
O
CH 3 COCH 2 CO 2 C 2 H 5 + C 2 H 5 O CH 3 C CHCO 2 C 2 H 5 + CH 3 CH 2 OH
pK a 10.65 15.9
13

乙 酸 乙 酯 中 α- 甲 基 氢 的 酸 性 与 乙 醇 接 近 。 因 此 用 乙 醇 钠 作 碱
性 试 剂 时 , 只 有 很 小 一 部 分 乙 酸 乙 酯 变 成 烯 醇 负 离 子 , 即 第 一
步 是 个 平 衡 反 应 。 但 生 成 乙 酰 乙 酸 乙 酯 后 , 活 性 亚 甲 基 上 的 氢
的 pKa=10.65, 具 有 较 强 的 酸 性 , 因 此 在 乙 醇 钠 的 作 用 下 , 生
成 的 乙 酰 乙 酸 乙 酯 几 乎 全 变 成 了 相 应 的 烯 醇 盐 , 从 而 使 反 应 向
生 成 乙 酰 乙 酸 乙 酯 的 方 向 移 动 而 趋 于 完 成 。 因 此 , 酯 缩 合 反 应
要 求 有 两 个 α- 氢 。 对 于 只 有 一 个 - 氢 的 酯 , 酯 缩 合 反 应 必 须 在
更 强 碱 的 作 用 下 才 能 完 成 。
(CH 3 ) 2 CHCO 2 C 2 H 5 + (C 6 H 5 ) 3 C Na (CH 3 ) 2 CCO 2 C 2 H 5 + (C 6 H 5 ) 3 CH
pK a
~15 31.5
(CH 3 ) 2 CHCO 2 C 2 H 5 + (CH 3 ) 2 CCO 2 C 2 H 5 (CH 3 ) 2 CHC
O
CH 3
C
CH 3
CO 2 C 2 H 5
Claisen 缩 合 的 例 子 有
CO 2 C 2 H 5
CONHC 6 H 5
CO 2 C 2 H 5
Na
苯
O
CONHC 6 H 5 67%
1. C 6 H 5 CH 3 , C 2 H 5 OK
2. HCl
N
N
CH 2 CO 2 C 2 H 5 77~82%
(CH 3 ) 2 CH C COOC 2 H
(CH 3 ) 2 CH
5
HC NHCH 2 CO 2 C 2 H 5 NH
O
OH
COOC 2 H 5
14

假 如 两 种 不 同 的 酯 起 Claisen 缩 合 反 应 , 理 论 和 实 际 上 都 是 得 到
4 种 不 同 的 β- 酮 酸 酯 , 因 此 没 有 合 成 价 值 。 但 如 果 一 种 酯 没 有
α- 氢 , 则 可 以 进 行 交 叉 缩 合 , 如
O
B
R'CH 2 COOEt + HCOOEt HC CHCOOEt
R'CH 2 COOEt + CO(OEt) 2
B
R'
R'CH(CO 2 Et) 2
COOEt
R'CH 2 COOEt +
COOEt
CO 2 Et
CH 2 COOEt
H 2 C +
CH 2
COOEt
CO 2 Et
B
B R'CHCO 2 Et
COCO 2 Et
CO 2 Et
CH CO
H 2 C
CH CO
CO 2 Et
显 然 酮 也 可 以 代 替 酯 进 行 缩 合
O
O
1. NaH
+ EtOCOEt
2. H 2 O
O
CO 2 Et
酮 的 烯 醇 盐 虽 然 可 以 与 酮 的 羰 基 缩 合 , 但 平 衡 位 置 不 利 于 羟
基 酮 的 生 成 。 如 用 没 有 α- 氢 的 酯 与 酮 缩 合 , 则 得 β- 二 酮 :
C 6 H 5 COOC 2 H 5 + CH 3 COC 6 H 5
二 、β- 酮 酸 酯 的 酮 式 - 烯 醇 式 平 衡
1. C 2 H 5 O
2. H 3 O
C 6 H 5 COCH 2 COC 6 H 5
60~70%
由 于 β- 酮 酸 酯 的 活 性 亚 甲 基 有 较 强 的 酸 性 , 因 此 容 易 烯 醇 化 。
纯 液 态 的 乙 酰 乙 酸 乙 酯 在 室 温 下 是 由 92.5% 的 酮 式 和 7.5% 的 烯
醇 式 所 组 成 的 混 合 物 ,
15

O
H 3 C C C
H2
酮 式
O
C
OC 2 H 5 H 3 C C C
C OC H
2 H 5
烯 醇 式 (enol)
但 在 各 种 不 同 的 溶 剂 中 , 烯 醇 式 的 含 量 是 不 同 的 , 如 在 乙 醇 中
的 含 量 为 10~13%, 而 在 正 己 烷 中 为 49%。 其 原 因 是 enol 的 极 性
比 酮 式 小 。
在 低 温 下 , 如 -78 ºC, 酮 式 和 烯 醇 式 的 互 变 就 比 较 慢 , 因 此
可 以 用 适 当 的 方 法 将 两 者 分 离 开 。
用 NMR 可 以 测 定 乙 酰 乙 酸 乙 酯 在 室 温 下 和 各 种 温 度 下 酮 式 和
烯 醇 式 的 相 对 含 量 。
不 同 的 二 羰 基 化 合 物 其 酮 式 和 烯 醇 式 的 相 对 含 量 是 不 同 的 , 例
如 :
O
H
O
CH 3 COCH 2 COCH 3 CH 3 COCH 2 CO 2 CH 3
乙 酰 丙 酮 , 24% 酮 式 ( 乙 醇 溶 剂 ) 92.5%( 乙 醇 溶 剂 )
C 2 H 5 OCOCH 2 COOC 2 H 5
丙 二 酸 二 乙 酯 , 绝 大 部 分 为 酮 式
同 是 乙 酰 乙 酸 乙 酯 , 如 在 活 性 亚 甲 基 上 有 体 积 较 大 的 烷 基 , 烯
醇 式 含 量 就 较 低 ; 如 连 有 吸 电 子 基 团 , 烯 醇 式 含 量 就 较 高 ,
16

化 合 物 pK a
烯 醇 含 量 %
O
H 3 C C C
H2
O
C
OC 2 H 5
10.65 8( 液 态 )
0.39( 水 溶 液 )
O
H 3 C C CH
O
C
OC 2 H 5
12.25 5( 液 态 )
0.29( 水 溶 液 )
CH 3
O O
H 3 C C C
CH
OC 2 H 5
12.50 1( 液 态 )
0.17( 水 溶 液 )
C 2 H 5
O O
C
H 3 C C CH OC 2 H 5
CH(CH 3 ) 2
O O
C
H 3 C C CH
CF 3
OC 2 H 5
13.50 0.04( 水 溶 液 )
89( 液 态 )
三 、β- 二 羰 基 化 合 物 在 有 机 合 成 中 的 应 用
乙 酰 乙 酸 乙 酯 在 碱 的 作 用 下 可 以 变 成 烯 醇 负 离 子 , 该 烯 醇 负 离
子 可 以 对 卤 代 烷 、 酰 氯 等 进 行 亲 核 取 代 , 发 生 烷 基 化 、 酰 基 化
反 应 :
CH 3 COCH 2 CO 2 Et + NaOEt
O
H 3 C C
C H
O
C
O
OC 2 H 5
H 3 C C C H
O
C
OC 2 H 5
O
H 3 C C
C H
O
C
OC 2 H 5
+ RX
CH 3 COCH 2 CO 2 C 2 H 5
1. EtONa / EtOH
2. CH 3 CH 2 CH 2 Br
OR O
CH 3 COCHCO 2 Et + H 3 CC C OC 2 H 5
CH
R
C- 烷 基 化 O- 烷 基 化
CH 3 COCHCO 2 Et
71%
CH 2 CH 2 CH 3
17

由 于 烯 醇 负 离 子 具 有 典 型 的 双 位 反 应 性 能 , 既 可 以 在 碳 止 发 生
烷 基 化 , 也 可 以 在 氧 上 烷 基 化 。 一 般 来 说 , 用 烷 代 烷 作 为 烷 基
化 试 剂 时 在 质 子 溶 剂 中 烷 基 进 入 到 碳 上 为 主 , 用 碘 代 烷 比 用 氯
代 烷 的 碳 烷 基 化 产 率 高 , 使 用 活 性 较 大 的 卤 代 烷 氧 烷 基 化 的 比
例 增 加 ; 此 外 , 反 应 溶 液 的 浓 度 越 稀 , 氧 烷 基 化 的 比 例 也 越
大 。
由 于 β- 二 羰 基 化 合 物 的 烷 基 化 是 在 强 碱 性 溶 液 中 进 行 的 , 所 以
容 易 起 消 去 反 应 的 叔 卤 代 烷 不 能 用 ; 仲 卤 代 烷 在 生 成 烷 基 化 产
物 的 同 时 也 产 生 部 分 消 去 产 物 。 但 叔 卤 代 烷 在 高 氯 酸 银 的 作 用
下 在 硝 基 甲 烷 中 可 以 与 乙 酰 乙 酸 乙 酯 反 应 得 C- 烷 基 化 产 物 :
AgClO 4
CH
CH 3 COCHCO 2 Et
3 COCH 2 CO 2 C 2 H 5 + (CH 3 ) 3 CBr
CH 3 NO 2 C(CH 3 ) 3
酰 基 化 主 要 发 生 在 碳 上 :
CH 3 COCH 2 CO 2 C 2 H 5 + C 6 H 5 COCl CH 3CON(CH 3 ) 2
CH 3 COCHCO 2 Et
COC 6 H 5
会 不 会 在 乙 酰 乙 酸 乙 酯 的 甲 基 上 烷 基 化 呢 在 前 述 的 条 件 下 是
不 会 的 , 因 为 甲 基 和 亚 甲 基 上 氢 的 酸 性 相 差 太 大 。 但 要 在 甲 基
上 烷 基 化 也 是 可 以 的 , 这 时 所 用 碱 的 碱 性 要 更 强 , 并 且 碱 与 乙
酰 乙 酸 乙 酯 的 mole 比 要 2:1。
CH 3 COCH 2 CO 2 C 2 H 5
2 NH 2
l-NH 3
CH 2 COCHCO 2 C 2 H 5
1. RX
2. H
RCH 2 COCH 2 CO 2 C 2 H 5
R = CH 3 I, 37%
R = C 2 H 5 Br, 29%
由 于 端 位 甲 基 氢 的 酸 性 小 , 所 以 成 为 碳 负 离 子 后 其 活 性 大 , 在
烷 基 化 试 剂 为 1mole 的 情 况 下 , 甲 基 碳 负 离 子 优 先 烷 基 化 。
但 烷 基 化 往 往 不 是 最 终 步 骤 。β- 酮 酸 酯 烷 基 化 后 , 如 在 冷 的 稀
碱 溶 液 中 进 行 酯 水 解 , 然 后 再 酸 化 - 加 热 脱 羧 , 即 可 脱 去 羧 基 ,
成 为 酮 , 称 为 成 酮 水 解 :
H 3 C
O
O
OC 2 H 5
1. EtONa / EtOH
2. n-C 4 H 9 Br
H 3 C
O
CO 2 Et
O
1. NaOH / H 2 O
H
2. H 2 SO 3 C
4
18

假 如 烷 基 化 后 在 浓 碱 的 乙 醇 溶 液 中 加 热 , 则 生 成 酸 , 称 为 成 酸
水 解 。 成 酸 水 解 是 Claisen 缩 合 的 逆 反 应 。
CH 3 COCH 2 CO 2 C 2 H 5
KOH / EtOH
2. H 3 O
2 CH 3 CO 2 H
CH 3 COCH 2 CO 2 C 2 H 5 + HO CH 3 C CH 2 CO 2 C 2 H 5
O
O
CH 3 C CH 2 CO 2 C 2 H 5
OH
OH
CH 3 CO 2 H + CH 2 CO 2 C 2 H 5
CH 3 CO 2 + CH 3 CO 2 C 2 H 5
CH 3 CO 2 C 2 H 5 + HO CH 3 CO 2 H + C 2 H 5 O
CH 3 CO 2
+
EtOH
整 个 反 应 是 一 个 平 衡 , 但 由 于 乙 酸 根 负 离 子 很 稳 定 , 所 以 平 衡
移 向 右 边 , 即 乙 酰 乙 酸 乙 酯 完 全 水 解 成 乙 酸 盐 。 这 种 从 乙 酰 乙
酸 乙 酯 出 发 合 成 取 代 的 酮 类 或 羧 酸 就 称 为 乙 酰 乙 酸 乙 酯 合 成
法 。
1. KOH / EtOH
CH 3 COCHCO 2 C 2 H 5 CH 3 CO 2 H + RCH 2 CO 2 C 2 H 5
2. H 3 O
R
合 成 羧 酸 也 可 以 用 丙 二 酸 酯 合 成 法 。 丙 二 酸 酯 烷 基 化 后 水 解 脱
羧 即 得 取 代 羧 酸 , 例 如 :
1. EtONa / EtOH
CH 2 (CO 2 Et) 2
CH 3 CH 2 CHCH(CO 2 Et) 2
2. CH 3 CH 2 CHBrCH 3 CH 3 80~81%
H 3 O
CH 3 CH 2 CHCH 2 CO 2 H
CH 3
62~65%
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β- 酮 酸 酯 和 丙 二 酸 酯 合 成 法 是 有 机 合 成 中 极 有 用 的 合 成 法 , 在
应 用 中 根 据 目 标 分 子 的 要 求 , 可 以 灵 活 运 用 ,
1. EtONa / EtOH
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CO 2 C 2 H 5
2. H 3 O
O
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CCHCO 2 C 2 H 5
CH 2 CH 2 CH 3
1. KOH / H2O / 70~80 o C
2. H 3 O
O
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CCH
CH 2 CH 2 CH 3
CO 2 Et
1. NaOEt / EtOH
CO 2 Et 2. H / H 2 O
O
CO 2 Et
1. EtONa / EtOH
2. CH 3 CH 2 CH 2 Br
O
CO 2 Et
HCl(Conc.)
O
H
R C CH 2 + CH 2 (CO 2 Et) 2 R
CHCH 2 CHCO 2 C 2 H 5
O
O C O
如 用 适 当 的 二 卤 代 烃 作 试 剂 , 则 可 以 合 成 脂 环 族 化 合 物 :
CH 2 (CO 2 Et) 2
1. EtONa / EtOH
2. BrCH 2 CH 2 CH 2 Br
CO 2 Et
1. KOH / EtOH
CO 2 Et
2. H 3 O
CO 2 Et
环 丁 基 甲 酸 42~44%
烷 基 化 总 是 在 活 化 基 的 α- 位 :
CH 3 CH 2 CH C(CO 2 C 2 H 5 ) 2
C 2 H 5 O
CH 3 CHCH C(CO 2 C 2 H 5 ) 2
CH 3 CH
CHC(CO 2 C 2 H 5 ) 2
n-C 3 H 7 I
CH 3 CH CHC(CO 2 C 2 H 5 ) 2
C 3 H 7
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