沈陽藥科大學-有機化學-電子教案第十二節(jié)

1、 主要內容主要內容第一節(jié)第一節(jié) 羧酸衍生物的結構和命名羧酸衍生物的結構和命名第二節(jié)第二節(jié) 羧酸衍生物的物理性質羧酸衍生物的物理性質第三節(jié)第三節(jié) 羧酸及其衍生物的化學性質羧酸及其衍生物的化學性質第四節(jié)第四節(jié) 羧酸衍生物的制備羧酸衍生物的制備第五節(jié)第五節(jié) 乙酰乙酸乙酯在合成上的應用乙酰乙酸乙酯在合成上的應用第六節(jié)第六節(jié) 丙二酸二乙酯在合成上的應用丙二酸二乙酯在合成上的應用第七節(jié)第七節(jié) 碳酸及原酸衍生物碳酸及原酸衍生物RCOOHRCOXRCOORCOORRCONH2(R)CRO酰鹵酸酐酯酰胺第一節(jié)第一節(jié) 羧酸衍生物的結構和命名羧酸衍生物的結構和命名一、一、 分類與結構分類與結構1. 分類分類 碳碳-

2、雜原子鍵具雜原子鍵具 某些雙鍵性質某些雙鍵性質2. 結構結構RCOL （X、O、N）sp2RCOLRCO-L+RCO-L+ HCNH2 CH3ONH2 HCOCH3 CH3OOHCN: 137.6 147.4ppm CO: 133.4 143.0ppm 1. 酰鹵的命名酰鹵的命名:普通命名法：普通命名法： -溴丁酰溴溴丁酰溴 對氯甲酰苯甲酸對氯甲酰苯甲酸IUPAC 命名法：命名法： 2-溴丁酰溴溴丁酰溴 4-氯甲酰苯甲酸氯甲酰苯甲酸二、二、 羧酸衍生物的命名羧酸衍生物的命名CH3CH2CHCBr HOOCBr OCOCl2-Bromobutyryl bromide 4-Chlorocarbon

3、ylbezioc acid 在命名時可作為酰基的鹵化物，在酰基后加在命名時可作為?；柠u化物，在?；蠹欲u素的名稱即可。鹵素的名稱即可。2. 酸酐的命名酸酐的命名單酐：在羧酸的名稱后加酐字；單酐：在羧酸的名稱后加酐字；混酐：將簡單的酸放前面，復雜的酸放后面再加酐字；混酐：將簡單的酸放前面，復雜的酸放后面再加酐字；環(huán)酐：在二元酸的名稱后加酐字。環(huán)酐：在二元酸的名稱后加酐字。CH3COCCH3 CH3COCCH2CH3O OO OOOOAcetic anhydride Aceticpropionic anhydride Succinic anhydride IUPAC 命名法：命名法： 乙酸酐乙酸

4、酐 乙丙酸酐乙丙酸酐 丁二酸酐丁二酸酐3. 酯的命名酯的命名 酯可看作將羧酸的羧基氫原子被烴基取代的產物。命酯可看作將羧酸的羧基氫原子被烴基取代的產物。命名時把羧酸名稱放在前面，烴基的名稱放在后面，再加一名時把羧酸名稱放在前面，烴基的名稱放在后面，再加一個酯字。內酯命名時，用內酯二字代替酸字并標明羥基的個酯字。內酯命名時，用內酯二字代替酸字并標明羥基的位置。位置。IUPAC 命名法：命名法： 乙酸苯甲酯乙酸苯甲酯 2-甲基甲基-4-丁內酯丁內酯CH3COCH2C6H5OOOH3CBenzyl acetate 2-Methyl-4-butyrolactone4. 酰胺的命名酰胺的命名命名時把羧酸

5、名稱放在前面將相應的酸字改為酰胺即可；命名時把羧酸名稱放在前面將相應的酸字改為酰胺即可；(CH3)CHCNH2 CH3CH2CHCH2CN(CH3)2OO2-Methylpropanamide N,N,3-dimethylpentanamideIUPAC 命名法：命名法： 2-甲基丙酰胺甲基丙酰胺 N,N,3-二甲基戊酰胺二甲基戊酰胺*酰亞胺酰亞胺*內酰胺內酰胺6. 多官能團化合物的命名多官能團化合物的命名優(yōu)先次序：優(yōu)先次序：取代基名稱：取代基名稱：RCO2H RSO3HR(CO)2O RCO2R RCOX RCONHR RCN RCHO RCOR ROH ArOH RNHR-CO2CH3 甲

6、氧甲?；籽跫柞；?-OCOCH3 乙酰氧基乙酰氧基 -CONH2 氨基甲?；被柞；?-NHCOCH3 乙酰氨基乙酰氨基 -COCl 氯甲?；燃柞；?-CN 氰基氰基 第二節(jié)第二節(jié) 羧酸衍生物的物理性質羧酸衍生物的物理性質 低級的酰氯和酸酐是有刺鼻氣味的液體，高級的低級的酰氯和酸酐是有刺鼻氣味的液體，高級的為固體；為固體； 低級的酯具有芳香的氣味，可作為香料；十四碳低級的酯具有芳香的氣味，可作為香料；十四碳酸以下的甲酯和乙酯均為液體；酸以下的甲酯和乙酯均為液體； 酰胺除甲酰胺外，由于分子內形成氫鍵，均是酰胺除甲酰胺外，由于分子內形成氫鍵，均是固體；而當酰胺的氮上有取代基時為液體；固體；而

7、當酰胺的氮上有取代基時為液體； 羧酸衍生物可溶于有機溶劑；羧酸衍生物可溶于有機溶劑； 酰氯和酸酐不溶于水，低級的遇水分解；酰氯和酸酐不溶于水，低級的遇水分解； 酯在水中溶解度很?。货ピ谒腥芙舛群苄?； 低級酰胺可溶于水。低級酰胺可溶于水。羧酸衍生物化學性質羧酸衍生物化學性質?；系挠H核取代酰基上的親核取代RCOLNuRCONu+L取代過程：取代過程：RCOLNuRCONu+LRCONuL親核加成消除親核取代的速度：親核取代的速度：RCOXRCOORCOORRCONH2(R)CRO從兩方面進行分析（從兩方面進行分析（ 即分別考慮加成和消除二步）即分別考慮加成和消除二步） ：（1）由羰基的親電性分

8、析（親核加成步驟）由羰基的親電性分析（親核加成步驟）RCOXRCOORCOORRCONH2(R)CRO羰基的親電性（與親核試劑的反應活性）次序：羰基的親電性（與親核試劑的反應活性）次序：RCOL電負性：Cl O N 誘導作用XOORNH2(R)CRORCOORRCOORRCONH2RCONH2RCOXRCOX（貢獻較小）（貢獻較大）共軛作用羰基的親電能力減?。?）由離去基團的性質分析（消除步驟）由離去基團的性質分析（消除步驟）羧酸衍生物?；系挠H核取代反應羧酸衍生物酰基上的親核取代反應RCOLRCOOHH2OH+ or OH水解反應ROHH+ or ORRNH2RMLiHAl(OPri )3或

9、 其它試劑醇解反應胺解反應還原反應RCOORRCONHRRCORRCOH酯酸酰胺酮醛一定條件一、一、 羧酸衍生物的水解反應羧酸衍生物的水解反應RCOOHH2OH+ or OHRCOL+HL酰氯酸酐酯酰胺易反應，直接與水反應較易反應，H+ 或 OH 催化更快需 H+ 或 OH 催化, OH 用量 化學計量時,反應進行完全需使用化學計量的 H+ 或 OH1. 酰氯的水解酰氯的水解RCOOHH2O+HClRCOClH2ORCOClH2ORCOClOHRCOHClRCOHOH- Cl- HClRCOOH易進行 Cl機理：機理：RCOOHH+ or OHRCOOCROH2O2使反應加快2. 酸酐的水解酸

10、酐的水解3. 酯的水解酯的水解RCOOHH+ or OHRCOORH2OHOR+ 酯的酸性水解機理（羧酸酯化反應的逆反應）酯的酸性水解機理（羧酸酯化反應的逆反應）機理機理 (a):H2ORCOHORH2ORCOHORRCOHOH- HORRCOOHRCOOR- HHHORCOHORH機理機理 (b)；RCHOOHORRCOOHRCOORHRRR烯烴 如何證明這兩種可能的機理？如何證明這兩種可能的機理？ 這兩種機理分別適合于何種結構的酯類？這兩種機理分別適合于何種結構的酯類？ 酯的堿性水解機理（皂化反應）酯的堿性水解機理（皂化反應）RCOOHRCOORRCOORHOROHRCOO+OR OH堿用

11、量堿用量 化學計量，反應可進行完全?；瘜W計量，反應可進行完全。4. 酰胺的水解酰胺的水解RCOOHRCONHRH2OH3NR+H+ or OH 的用量均須大于化學計量H+RCOORCONHRH2OH2NR+OHRCOHOHRCOOHHORCOHNHRHNH2R+NH3RH2ORCOHNHRH2ORCOHNHRRCONHRHH酰胺的酸性水解機理酰胺的酸性水解機理酰胺的堿性水解機理酰胺的堿性水解機理RCOOHRCONHRH2NROHRCOO+NHRRCONHR OH RNH - 的離去能力比的離去能力比OH - 差，但反應仍能進行完全，差，但反應仍能進行完全， 試說明原因。試說明原因。二、羧酸衍生

12、物的醇解反應二、羧酸衍生物的醇解反應1. 酰氯的醇解反應（用于通過酰氯制備酯）酰氯的醇解反應（用于通過酰氯制備酯）ROHRCOORRCOCl+Et3N or 吡啶Et3NHClNHClor優(yōu)點：反應完全，產率好。優(yōu)點：反應完全，產率好。ROHRCOORRCOClEt3N or 吡啶RCOOHSOCl2 堿的作用堿的作用: 吸收產生的吸收產生的 HCl 和和 催化催化2. 酸酐的醇解反應（合成上用于制備酯）酸酐的醇解反應（合成上用于制備酯）RCOOHRCOOCROROHRCOOR+C2H5OHSCH2OH(CH3CO)2OCH3COONaSCH2OC CH3OOOOCOOEtCOOH二酸單酯CO

13、OEtCOOEt3. 酯的醇解反應（酯交換反應）酯的醇解反應（酯交換反應）RCOORRCOORROHH+or RO+ROH 反應可逆，用過量的醇反應可逆，用過量的醇 R”O(jiān)H 和除去生成的醇和除去生成的醇 ROH 使反應進行完全。使反應進行完全。 酸或堿對反應是必需的酸或堿對反應是必需的 反應機理？（參考酯的水解機理）反應機理？（參考酯的水解機理）H2CCH COOCH3n-BuOHTsOHH2CCH COOBun+CH3OH蒸 除OCOHOCH3NaOCH3CH3OOHCOCH3OCH3COOCH3+CHCH2CHCH2OAcOAcnCH3OHOHCHCH2CHCH2OHOHn聚乙烯醇不溶于

14、水, 不能直接水解選擇性酯交換CCH3O例：例：4. 酰胺的醇解反應酰胺的醇解反應RCOORRCONHRROHH+or RO+RNH2NHR的離去能力比OR差）合成上意義不大（合成酯類化合物的方法有更好的方法）*反應相對不易進行（因為三、三、 羧酸衍生物的胺解反應羧酸衍生物的胺解反應1. 酰氯的胺酰氯的胺(氨氨)解解RNH2RCONHRRCOCl+Et3N or 其它堿Et3NH Cl2. 酸酐的胺酸酐的胺(氨氨)解解RCOOHNEt3RCOOCRORNH2RCONHR+Et3N or其它叔胺 酰氯和酸酐的胺解是制備酰胺的主要方法酰氯和酸酐的胺解是制備酰胺的主要方法 比較比較: 直接由羧酸制備

15、酰胺直接由羧酸制備酰胺RCONHRRNH2RCOONH3RRCOOH- H2O反應產率較差反應產率較差ArNH2CH3COClor (CH3CO)2OArNHCOCH3氨基的保護例例:3. 酯的胺酯的胺(氨氨)解解RNH2RCONHRRCOOR+HOR條件：無水、過量胺4. 酰胺的胺解酰胺的胺解RNH2RCONHRRCONHR+HNHR胺的交換羧酸衍生物的相互轉換關系羧酸衍生物的相互轉換關系RCOOHRCOORRCONHRRCOClRCOOCROH2OSOCl2RCOOHROHP2O5H2ORNH2ROHNH2RRNH2,H2O, H+ or OH-ROH, H+RNH2ROHH2O, H+

16、or OH-四、四、 羧酸衍生物與金屬有機試劑的反應羧酸衍生物與金屬有機試劑的反應RMgXRCORRCOLRMgXRCOHRR酮叔醇(1 mol RMgX)(2 mol RMgX)1. 與與 RMgX (活潑金屬有機試劑活潑金屬有機試劑)的反應：的反應：反應能否控制在中間體酮？反應能否控制在中間體酮？ 反應機理：反應機理：RRCOLMgXRRCOLMgXRCORRMgXRRCORMgXH2ORRCOHRAB如何控制至酮？如何控制至酮？* 利用酰氯羰基的活性利用酰氯羰基的活性 * 利用反應中間體利用反應中間體 A 的一定的穩(wěn)定性的一定的穩(wěn)定性H2ORCORRRCOHL2. 與與 R2Cd 和和

17、與與 R2CuLi （不活潑金屬試劑）的反應不活潑金屬試劑）的反應RCOClH2ORCORR2CdR2CuLiH2OR2CuLiRCORRCOORR2Cdor不反應or五、五、 羧酸衍生物的羧酸衍生物的 還原反應還原反應RCOLRCH2OHLiAlH4RCONH2H2O酰氯，酸酐，酯LiAlH4RCH2NH2RCOHLiAlH4伯 醇伯 胺1. LiAlH4 及其衍生物及其衍生物 LiAlH(OPri)3 還原還原RCOClLiAlH(OPri)3RCOHH2O醛RCOHLiAlH(OPri)3反 應 較 慢2. 催化氫化還原催化氫化還原-羅森孟德反應羅森孟德反應RCOClRCOORRCH2O

18、HRCOHH2, Pd-BaSO4, 硫 - 喹啉Rosenmund 反應H2, CuO CuCrO4工業(yè)化3. 金屬鈉還原金屬鈉還原RCOORRCH2OHNa, N2乙醚 or 甲苯NaROHRCORCHOHBouveault 還原acyloin 縮合 （酮酮醇醇縮縮合合）六、六、 酯縮合反應酯縮合反應 酯的?；サ孽；疪CH2CORORCHCORORCH2COCHCORORH+HOROR -羰基酯Claisen （酯）縮合（兩個相同酯之間的縮合）酯）縮合（兩個相同酯之間的縮合）堿堿 用用 量量大大于于化化學學計計量量：反反應應可可進進行行完完全全（為為什什么么？） 催催 化化 量量：

19、反反應應可可逆逆（為為什什么么？）其其它它常常用用堿堿（弱弱親親核核性性強強堿堿）NaH, NaNH2, LDA, Ph3CNa, t-BuOK 酯中的酯中的 - H顯弱酸性顯弱酸性,在醇的作用下可與另一分子酯發(fā)在醇的作用下可與另一分子酯發(fā)生類似與羥醛縮合的反應生類似與羥醛縮合的反應,稱為稱為Claisen （酯）縮合反應酯）縮合反應Claisen 縮合舉例縮合舉例CH3COOC2H52（1）Na / C2H5OHCOOC2H5CH3CO乙乙酰酰乙乙酸酸乙乙酯酯（2） 50% HOAcCH2NaOC2H5CH3(CH2)3COCHCO2C2H5CH2CH2CH32CH3CH2CHCO2C2H5

20、CH3Ph3C NaCH3CH2CHCCH3COCH3CH2CH3CO2C2H52CH3(CH2)3CO2C2H5Claisen 縮合機理縮合機理RCHCOORHRORCHCOORRCH2COORRCHCOORRCH2COORCCOORRCH2CORHROCCOORRCH2COR較較穩(wěn)穩(wěn)定定的的烯烯醇醇負負離離子子RO混合酯縮合混合酯縮合CH2COOC2H5RCH2COOC2H5R+堿堿四種產物無合成意義均有 氫CH2COOC2H5RRCOOC2H5強強堿堿（化化學學計計量量）R 無 氫CHCOOC2H5CORR產物單一CHCOOC2H5R混合酯縮合舉例：混合酯縮合舉例：CH2CO2EtCH2

21、CO2Et+CO2EtCO2EtNaOEtHCCO2EtH2CCO2EtCOCO2EtNCO2C2H5CH3(CH2)2CO2Et+NCOCHCO2EtCH2CH3NaH七、七、 酰胺的特性酰胺的特性1. 酰胺的酸堿性酰胺的酸堿性 CH3CH3 CH2=CH2 NH3 CH CH C2H5OH H2OpKa 50 40 34-35 25 16 15.7OCH3CNH2SO2NH2NHOONHOOpka 10 9.62 8.315.1中性中性弱酸性弱酸性堿性堿性七、七、 酰胺的特性酰胺的特性1. 酰胺的酸堿性酰胺的酸堿性Gabriel合成法合成法2. Hofmann(霍夫曼霍夫曼)降解反應降解反

22、應 RCNH2ONaOH + Br2RNH2RCNH2OBr2OH-RCNHBrOOH-H2OR-C-NOBr-Br-RCONRNCOH2ORNHCOOH-CO2RNH2(CH3)3CCH2CONH2Br2NaOH(CH3)3CCH2NH2Br2NaOHO + 2NH3OOCH2CH2CCOONH4ONH2H2NCH2CH2COO-羧酸羧酸NH3銨鹽銨鹽酰胺酰胺100o200oC -H2OH2O 40o50oC -H2O腈腈H2O3. 脫水反應脫水反應酰胺與強的脫水劑共熱可脫水生成睛酰胺與強的脫水劑共熱可脫水生成睛, ,這是制備腈的方法之一這是制備腈的方法之一第四節(jié)第四節(jié) 羧酸衍生物的制備羧酸

23、衍生物的制備一、一、 由羧酸制備由羧酸制備二、二、 由羧酸衍生物之間的相互轉化制備由羧酸衍生物之間的相互轉化制備三、三、 貝克曼重排貝克曼重排(Beckmann rearrangement)酮肟在酸性試劑作用下酮肟在酸性試劑作用下,重排為重排為N-取代酰胺取代酰胺,稱為稱為貝克曼重排貝克曼重排一、一、 酮式酮式-烯醇式互變異構烯醇式互變異構 （具有酮和烯醇的雙重反應性）（具有酮和烯醇的雙重反應性）CH3CCH2COOC2H5OCH3COCHCOOC2H5HOCCHCOHCH3OC2H592.5% 7.5%CH3CH2OCCH2COCH2CH3OOCH3CH2OCCHCOCH2CH3OHO99.

24、9% 0.1%CH3CCH2CCH3OOCH3CCHOHCCH3O24% 76%第五節(jié)第五節(jié) 乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯在合成中的應用在合成中的應用1. 乙酰乙酸乙酯的酮式分解乙酰乙酸乙酯的酮式分解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（?。┫。┒⒍?、 酮式分解和酸式分解酮式分解和酸式分解2. 乙酰乙酸乙酯的酸式分解乙酰乙酸乙酯的酸式分解CH3C-CH2-COC2H5OOCH3C-CH2-C-OC2H5O-O-OHOHCH3-COHO+ -CH2-COH + C2

25、H5O-OH2OH2OCH3-COHOC2H5OH-OH（濃）濃）三、乙酰乙酸乙酯的三、乙酰乙酸乙酯的-烷基化、烷基化、 -?；；疌H3C-CH-COC2H5OOCOCH3CH3CCHCOC2H5OOCH3CCHCOC2H5OOCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3COCCH3O OCH3COOC2H5C2H5ONa-C2H5OHNa+CH3INaH-H2Na+CH3COClCH3CCH2COC2H5OOCH3C-CH-COC2H5OOCH3四、乙酰乙酸乙酯在合成中的應用實例四、乙酰乙酸乙酯在合成中的應用實例eg 1: 以乙酸乙酯為原料合成以乙酸乙酯為

26、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: 選用不超過選用不超過4個個碳的碳的合適原料制備合適原料制備CH3CCHCOOC2H5O(CH2)4BrBrCH3CCCOOC2H5O2 CH3COOC2H5C2H5ONaCH3CCHCOOC2H5ONa+C2H5ONaCH3COCOOC2H5CH3COCOOHBr(CH2)4Br分子內的親

27、核取代分子內的親核取代 稀稀-OHH+-CO2CCH3OCCH3Oeg 3: 乙酰乙酸乙酯與乙酰乙酸乙酯與BrCH2CH2CH2Br在醇鈉作用下反應，在醇鈉作用下反應， 主要得到主要得到 而不是而不是 。請解釋原因。請解釋原因。CH3CCH2COEtOOEtO-Br(CH2)3BrCH3CCHCOEtOOEtO-CH2CH2CH2BrBrCO2EtOBrCO2EtCH3CEtO2COCH3COOH-H+OOCO2EtOH-H+OCO2H吡喃衍生物吡喃衍生物（主要產物）（主要產物）有張力有張力無張力無張力慢慢主要主要稀稀OCOOC2H5H3CCOCH3COOC2H5eg 4: 制備制備 CH3C

28、-C-COOEtOCH3CH2CH2CH3CH3CCH2COOEtOCH3CH2CH2CHCOOHCH3CH3CH2CH2CHCOOHCH3H+NaOEtEtOHNaOEtEtOHCH3ICH3CH2CH2BrOH-（濃）濃）+ CH3COOH酸式分解酸式分解eg 5: 選用合適的原料制備下列結構的化合物。選用合適的原料制備下列結構的化合物。CH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2COEtOCH3C-CH-COOEtOCH2CH2COOC2H5OH-H+H2O- CO2CH3CCH2CH2CH2CCH3 + CH3COOHOOCH3CCH2COEt

29、OOEtO-ClCH2CH2CCH3OCH3C-CH-COO EtOCH2CH2CCH3OH-H+H2O- CO2OCH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2CH2CH2CCH3OO第六節(jié)第六節(jié) 丙二酸二乙酯在合成中的應用丙二酸二乙酯在合成中的應用EtOCCH2COEt + EtONaOOEtOCCHCOEtOO- EtOCOCCOOEtHNa+第六節(jié)第六節(jié) 丙二酸二乙酯在合成中的應用丙二酸二乙酯在合成中的應用CH2COOC2H5COOC2H5C2H5ONaCHCOOC2H5COOC2H5_CH3CH2BrCH3CH2CHCOOC2H5COOC2H51) C2H5ONa2) CH3IC

30、H3CH2CCH3COOC2H5COOC2H51) OH-2) H+CH3CH2CCH3COOHCOOH-CO2CH3CH2CHCOOHCH3丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯的的-烷基化烷基化2 CH2(COOC2H5)2C2H5ONa2 CH(COOC2H5)2_BrCH2CH2BrCH2CH(COOC2H5)2CH2CH(COOC2H5)2CH2CH2COOHCH2CH2COOH1) OH-2) H+-CO2CH2(COOC2H5)22 C2H5ONaBr(CH2)4BrCOOC2H5COOC2H51) OH-2) H+COOHI2在在 eg 9中的作用中的作用2 CH2(CO2Et)22 EtO-BrCH2CH2CH2BrCH(CO2Et)2CH(CO2Et)22 EtO-COOHCOOHH+I2OH-eg ： 用簡單的有機原料合成用簡單的有機原料合成COOHCOOH(COOEt)2(COOEt)2CH2(CO2Et)22EtO-EtOHBrCH2(CH2)nCH2BrOH-H+-CO2SOCl2CH2(CO2Et)22EtO-eg ：合成螺環(huán)化合物合成螺環(huán)化合物還原還原CH3CHO + 3C