有機(jī)課件chapter12羧酸衍生物

羧酸分子中羧基發(fā)生變化所生成的化合物稱為羧酸衍生物。主要有酰鹵（acylhalide)、酸酐(anhydride)、酯(ester)、酰胺(amide)、和腈（nitrile）。一、結(jié)構(gòu)和命名1.結(jié)構(gòu)（structure）

L＝X、OR、OCOR、NHRR

CH

C

LHO用共振式表示：

CROLCROLCONHCONHHbHaHbHa腈的結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)和命名1.結(jié)構(gòu)（Structure）

2.命名（Nomenclature）（1）酰鹵的命名酰鹵命名是在?；Q后加上鹵素名稱

4－溴戊酰溴（1）酰鹵的命名（2）酯的命名酯的名稱由生成酯的酸和醇的名稱決定。命名時(shí)把羧酸名稱放在前面，醇中烴基的名稱放在后面，稱為某酸某酯。內(nèi)酯命名時(shí)，用內(nèi)酯二字代替原來(lái)酸的酸字并標(biāo)明羥基的位置。苯甲酸乙酯COCH2CH3O（1）酰鹵的命名（2）酯的命名（3）酸酐的命名是由相應(yīng)的酸加上“酐”字組成，混合酸酐依次寫出形成酸酐的兩個(gè)酸的名稱，后面加上“酐”字，相對(duì)簡(jiǎn)單的酸寫在前面苯甲酸酐乙（酸）丙（酸）酐（1）酰鹵的命名（2）酯的命名（3）酸酐的命名（4）酰胺的命名酰胺的命名是在?；Q后加上“胺”字。當(dāng)N上有取代基時(shí)，該取代基用斜體的“N”

標(biāo)出N，N－二甲基甲酰胺（DMF）鄰苯二甲酰亞胺δ

－戊內(nèi)酰胺OONHHON（1）酰鹵的命名（2）酯的命名（3）酸酐的命名（4）酰胺的命名（5）腈的命名腈是根據(jù)主鏈碳原子數(shù)（包括氰基碳）用“腈”命名

乙腈苯甲腈CH3CNCNS－3－羥基－5－氧代己酸CH2COOHCH2CCH3HOHO一、結(jié)構(gòu)和命名二、物理性質(zhì)一、結(jié)構(gòu)和命名二、物理性質(zhì)三、化學(xué)性質(zhì)三、化學(xué)性質(zhì)（一）親核取代反應(yīng)其中：L＝X、OCH3、NH2

、OCOR等1.各種羧酸衍生物親核取代的活性羧酸衍生物親核取代反應(yīng)的活性順序?yàn)椋篛CROR'NH2RCNOOOO>>>≈OCRRCRCRCX烴基上的推電子基團(tuán)降低羰基碳上的正電荷密度，增加空間位阻，因此降低反應(yīng)活性（1）與羰基相連的基團(tuán)(L)吸電子能力；（2）與羰基相連的基團(tuán)(L)空間體積；（3）與羰基相連的基團(tuán)(L)的離去能力；a.烴基上的吸電子基團(tuán)增加反應(yīng)活性離去基團(tuán)的堿性越強(qiáng)，越不易離去?；鶊F(tuán)的離去能力順序?yàn)椋?.各種羧酸衍生物親核取代的活性2.羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)（1）水解反應(yīng)（Hydrolysis）－生成酸酸和堿都可以催化反應(yīng)，生成相應(yīng)的羧酸，但是對(duì)于不同的羧酸衍生物，反應(yīng)的活性也不同。（1）酰鹵的水解

低級(jí)的酰鹵極易水解，如乙酰氯遇水劇烈水解，在制備時(shí)需無(wú)水條件；隨著酰鹵分子量增大，在水中的溶解度降低，水解速度逐漸減慢。（1）酰鹵的水解

（2）酸酐的水解酸酐可以在中性、酸性或堿性溶液中水解，反應(yīng)活性比酰鹵稍緩和一些。heat+HCHCCH2OOOCCH3COOHCOOHCCOCH3（3）酯的水解（1）酰鹵的水解

（2）酸酐的水解酯水解需在酸或堿催化下進(jìn)行。在酸催化下水解是酯化反應(yīng)的逆反應(yīng)，因此也是可逆反應(yīng)。堿性條件下的水解不可逆，可以進(jìn)行完全。a.堿性水解RC－OR'O+HO－+R'OHRC－OO－酯的水解常稱作皂化反應(yīng)，工業(yè)上利用此反應(yīng)制備肥皂酯在水解時(shí)，分子可能在兩處發(fā)生鍵的斷裂，一種是酰氧斷裂，另一種是烷氧斷裂+R'

－OHR－C－O－R'OR'

－OHR'

－OHOH－OR－C－O－COROR'COROR'可見堿既是催化劑，又是反應(yīng)試劑，所用的量超過1當(dāng)量S18COOCH2CH3NaOHH2O18COONa+CH3CH2OHCH3COCCH2CH3CH3HONaOHH2OCH3COONa

+

ROHCH2OCCH3CH3O+NaOH(95-97%)CH2OHCH3OCH3CONa+water-methanolheat*酯的堿性水解反應(yīng)討論：*反應(yīng)機(jī)理（Mechanism）如下：1.堿性水解速率與[-OH]成正比。2.羰基活性越大，－C空間位阻越小，酯基空間位阻越小，反應(yīng)速率越快。4.酯的堿性水解是不可逆的。5.堿的用量要超過催化量。RCOHO+R'OHRCOR'O+H2OH+b.酸性水解羧酸的伯、仲醇酯在酸催化下水解時(shí),也是以酰氧斷裂方式進(jìn)行,而叔醇則多以烷氧斷裂的方式進(jìn)行。a.堿性水解*反應(yīng)機(jī)理（Mechanism）如下：H+轉(zhuǎn)

移CROHOR'OH2+H2OCROH+OR'叔醇酯在酸催化下水解時(shí)，由于立體阻礙較大，反應(yīng)按烷氧斷裂方式進(jìn)行

+*反應(yīng)機(jī)理（Mechanism）如下：*酯酸性水解反應(yīng)活性討論：1.酸在反應(yīng)中的作用有二：①活化羧基②使OH、OR形成鹽而更易離去。2在酯（RCOOR’）中，R有吸電子基團(tuán)雖能活化羧羰基，但會(huì)使關(guān)鍵中間體正離子能量升高，R

為給電子基團(tuán)亦有兩種相反的作用，故表現(xiàn)不出明顯的影響。3.酯的酸性水解和酯化反應(yīng)互為逆反應(yīng)，平衡的移動(dòng)取決于反應(yīng)的條件。體系中有大量水存在，發(fā)生酯的水解。若有大量醇存在，并采取去水措施，則有利于酯化反應(yīng)。4.在RCOOR1中，

R對(duì)速率的影響是：一級(jí)>二級(jí)>三級(jí)

R1對(duì)速率的影響是：三級(jí)>一級(jí)>二級(jí)（4）酰胺的水解

酰胺比酯難水解，一般需在酸或堿催化、加熱條件下進(jìn)行

（3）酯的水解（1）酰鹵的水解

（2）酸酐的水解O2NNH2OCH3O2NNHCOCH3OCH3100oCKOH/H2OCH3COOK+（5）腈的水解

（4）酰胺的水解（3）酯的水解（1）酰鹵的水解

（2）酸酐的水解腈在酸或堿催化下水解成酰胺，繼續(xù)水解生成羧酸

RCNH2ORCOOH-OHH+或CRONH2-OH或H2OH+（1）水解反應(yīng)（Hydrolysis）－生成酸（2）醇解反應(yīng)（Alcoholysis）－生成酯通式：+CRLOHOR'C+ROR'HLO（1）酰鹵的醇解酰鹵與醇很快反應(yīng)生成酯，是合成酯的常用方法之一，通常用來(lái)制備難以直接從羧酸與醇反應(yīng)得到的酯

（2）酸酐的醇解

（3）酯的醇解－酯交換（esterexchange）反應(yīng)酯交換反應(yīng)常用來(lái)制備難以合成的酯（如酚酯或烯醇酯）或從低沸點(diǎn)醇酯合成高沸點(diǎn)醇酯+此頁(yè)已講（3）氨解反應(yīng)

（Aminolysis）－生成酰胺（1）水解反應(yīng)（Hydrolysis）－生成酸（2）醇解反應(yīng)（Alcoholysis）－生成酯)HNR2,H2NR(HNH2+)NR2NHR,(NH2ORC+HLCROL（1）酰鹵的氨解環(huán)狀酸酐與氨（或胺）反應(yīng)，則開環(huán)生成單酰胺酸的銨鹽，酸化后生成單酰胺酸；或在高溫下加熱，則生成酰亞胺（imide）

+NaOHOClC6H5CHN+NaCl%81OC6H5CN（3）酯的氨解酯與氨（或胺）及氨的衍生物（如肼、羥氨等）發(fā)生氨解反應(yīng)生成酰胺或酰胺衍生物++C2H5OHOCOC2H5OHH3CH2NOHNCH3COH（3）氨解反應(yīng)－生成酰胺或酰亞胺（1）水解反應(yīng)（Hydrolysis）－生成酸（2）醇解反應(yīng)（Alcoholysis）－生成酯（4）羧酸衍生物的相互轉(zhuǎn)化通過羧酸的各種反應(yīng)和羧酸衍生物的水解、醇解、氨解等反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)它們之間的相互轉(zhuǎn)化，或者用以有的羧酸或其衍生物，可以制備其他的化合物1.各種羧酸衍生物親核取代的活性2.羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)3.羧酸衍生物的親核加成反應(yīng)

－酯與格氏試劑的反應(yīng)

四種羧酸衍生物均可與Grignard試劑作用，生成相應(yīng)的叔醇。然而，在合成中用途比較大的是酯和酰鹵(尤其是酯)與Grignard試劑的作用。RC=OX+

R'MgX無(wú)水乙醚RCOMgXXR'RCR'OMgX2R'MgX乙醚RCR'OMgXR'H3O+RCR'OHR'1.各種羧酸衍生物親核取代的活性2.羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)3.羧酸衍生物的親核加成反應(yīng)

4.羧酸衍生物的還原反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)由易到難的順序?yàn)椋乎Ｂ?gt;酸酐>酯>羧酸（1）氫化鋰鋁還原

C15H31COCl1.2.LiAlH4H3O+C15H31CH2OHO2.LiAlH4H3O+CH2OHCH2OH1.OOCON(CH3)21.2.LiAlH4H3O+CH2N(CH3)2（2）羅森孟德（Rosenmund）還原

（1）氫化鋰鋁還原

+HC2H5OC(CH2)2CH2OOOOClC2H5OC(CH2)2CPd/BaSO4二甲苯5.酰胺的特性

1.各種羧酸衍生物親核取代的活性2.羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)3.羧酸衍生物的親核加成反應(yīng)

4.羧酸衍生物的還原反應(yīng)

(1)酰胺的酸堿性N原子上的未共用電子對(duì)與羰基處于p－π共軛體系，使得N原子上的電子云密度下降，從而減弱了它接受質(zhì)子的能力，因此其堿性降低在酰亞胺分子中，氮原子上連接兩個(gè)?；系碾娮釉泼芏却蟠蠼档投伙@堿性；同時(shí)氮?dú)滏I的極性增強(qiáng)，而表現(xiàn)出明顯的酸性，能與氫氧化鈉（或氫氧化鉀）水溶液成鹽

(1)酰胺的酸堿性（2）霍夫曼（Hoffmann）降解反應(yīng)

酰胺在堿性溶液中與鹵素作用，失去二氧化碳，重排得一級(jí)胺。RCNH2ONaOH

+

Br2RNH2（1）酰胺的酸堿性（2）霍夫曼（Hoffmann）降解反應(yīng)（3）脫水反應(yīng)酰胺與強(qiáng)的脫水劑（如P2O5、POCl3、SOCl2等）共熱可脫水生成腈，這是制備腈的方法之一加熱CH3(CH2)4CNCH3(CH2)4CONH2SOCl26.酯縮合反應(yīng)5.酰胺的特性

1.各種羧酸衍生物親核取代的活性2.羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)3.羧酸衍生物的親核加成反應(yīng)

4.羧酸衍生物的還原反應(yīng)

2H3O+CH3COC2H5OC2H5ONa1.2.C2H5OH+CH3CCH2COC2H5OO（1）克萊森酯縮合反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理：CH2COC2H5OC2H5OCH2COC2H5OHCH3COOC2H5CH2COOC2H5CH3COOC2H5+CH2COOC2H5H3+OCH3COOC2H5CH2COOC2H5CH3COCH2COC2H5O-C2H5OCH3COCH2COC2H5O+C2H5OCH3COCHCOC2H5OCH3COCH2COC2H5O（1）克萊森酯縮合反應(yīng)（2）交叉酯縮合反應(yīng)不同的具α－H的酯進(jìn)行酯縮合時(shí)，可能有四種產(chǎn)物，在合成上無(wú)意義

CH3COOC2H5

和CH3CH2COOC2H5不具有α-氫的酯可以提供羰基，與具有α-氫的酯進(jìn)行酯縮合反應(yīng)時(shí)，可得到較純的產(chǎn)物。這種縮合稱為交叉酯縮合（crossedestercondensation）。COOCH2CH3COOCH2CH3+C6H5CH2COOC2H5COOCH2CH3COCHCOOC2H5C6H51)

C2H5ONa2)

H+RO-NaH0-25oCNaBH4C2H5OH25oC常見的無(wú)α－H的酯：苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯和碳酸酯等OHOH+

HCOEtOH2OO-HHCO2ROHOHCHOOHOHCH2OHH5C2OCOOC2H5+HCH2COC2H5OH5C2OCOCH2COC2H5O1.EtONa2.H2OCCC2H5OOC2H5OO+CH2COC2H5OH1.

EtONa2.

H2OCCH5C2OOCH2COC2H5OO（1）克萊森酯縮合反應(yīng)（2）交叉酯縮合反應(yīng)（3）狄克曼（Dieckmann）酯縮合主要用于制備五元和六元環(huán)狀β-酮酸酯。OC2H5C2H5OOOC2H5OC2H5OHOCOOC2H5（1）克萊森酯縮合反應(yīng)（2）交叉酯縮合反應(yīng)（3）狄克曼（Dieckmann）酯縮合（4）酮與酯的縮合酮與酯之間縮合或酮酸酯分子內(nèi)進(jìn)行縮合時(shí)，主要產(chǎn)物為β-二酮。這是由于酮的α-氫酸性強(qiáng)于酯的α-氫，所以在堿催化下，酮提供α-氫形成碳負(fù)離子，與酯發(fā)生親核加成-消除反應(yīng)，生成β-二酮COOC2H5+CH3COCOCH2COC2H5OC2H5OH酯縮合反應(yīng)是形成C-C鍵的重要反應(yīng)，它可以合成β-酮酸酯、1,3-二酮、1,3-二酯、環(huán)狀化合物等

（1）克萊森酯縮合反應(yīng)（2）交叉酯縮合反應(yīng)（3）狄克曼（Dieckmann）酯縮合（4）酮與酯的縮合（5）酯縮合反應(yīng)在合成中的應(yīng)用羧酸衍生物酯縮合C6H5COOC2H5

+CH3COOC2H5OOC6H5C-CH2-COC2H51.NaH2.H+酮酯縮合C2H5OCOC2H5O+O

C6H5C-CH31.NaH2.H+6.酯縮合反應(yīng)5.酰胺的特性

1.各種羧酸衍生物親核取代的活性2.羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)3.羧酸衍生物的親核加成反應(yīng)

4.羧酸衍生物的還原反應(yīng)7.乙酰乙酸乙酯及其在合成中的應(yīng)用（1）酮式-烯醇式互變異構(gòu)能使溴的四氯化碳溶液褪色，使三氯化鐵顯色，與金屬鈉反應(yīng)放出氫氣－說明具有烯醇（Enol）的結(jié)構(gòu)b.與氫氰酸、亞硫酸氫鈉加成，與羥胺、苯肼試劑生成肟或腙－說明具有酮的結(jié)構(gòu)酮式92.5%烯醇式7.5%（1）酮式-烯醇式互變異構(gòu)（2）酮式分解和酸式分解CH3CCH2OCOC2H5ONaOHCH3CCH2OCONaOHCH3CCH3O+

CO2（1）酮式-烯醇式互變異構(gòu)（2）酮式分解和酸式分解（3）在合成中的應(yīng)用乙酰乙酸乙酯分子中亞甲基上的氫，呈明顯酸性，這是由于它在強(qiáng)堿（如RONa、NaH等）作用下其形成的碳負(fù)離子中的負(fù)電荷可離域到兩個(gè)羰基氧原子上，使其趨向穩(wěn)定

CH3COHCCOOC2H5CH3COCHCOOC2H5CH3COH2CCOOC2H5C2H5O/C2H5OHH2O,OH-H3+OC2H5O-C2H5OHR’－X1.H2O,OH-2.H3+OCH3COHCCOOC2H5RX+CH3COHCCOOC2H5RCH3COCH2RCH3COCCOOC2H5RCH3COCHRR'1.合成甲基酮

經(jīng)乙酰乙酸乙酯合成：

分析：(1)產(chǎn)物為甲基酮，合成時(shí)一定要經(jīng)過酮式分解。(2)將目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與丙酮進(jìn)行比較，確定引入基團(tuán)。(3)最后確定合成路線。

注意：當(dāng)引入基團(tuán)不同時(shí)，通常是先引入活性較高和體積較大的基團(tuán)CH3CCH2CH2PhOCH3CCH2COOC2H5O1.

EtONa,

EtOH2.

ClCH2PhCH3CCHCOOC2H5OCH2Ph1.

EtONa,

EtOH2.

CH3CH2ClCH3CCCOOC2H5OCH2PhCH2CH31.

H2O,

OH-2.

H3+OCH3CCHCH2PhOCH2CH32.合成二羰基化合物CH3CCH2COOC2H5O1.

EtONa,

EtOH2.

CH3COCH2BrCH3CCHCOOC2H5OCH2CCH31.

H2O,

OH-1.

H3+OCH3CCH2CH2CCH3OOO6.酯縮合反應(yīng)5.酰胺的特性

1.各種羧酸衍生物親核取代的活性2.羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)3.羧酸衍生物的親核加成反應(yīng)

4.羧酸衍生物的還原反應(yīng)7.乙酰乙酸乙酯及其在合成中的應(yīng)用8.丙二酸二乙酯及其在合成中的應(yīng)用丙二酸二乙酯分子中亞甲基上的氫也呈酸性（pKa＝13），在堿作用下形成碳負(fù)離子，可與鹵代烷發(fā)生親核取代反應(yīng)1.H2O,OH-2.H3+O,heat1.EtONaEtOH2.R’－X1.H2O,OH-2.H3+O,heat其它活潑亞甲基化合物如氰乙酸乙酯、硝基化合物等也可發(fā)生類似反應(yīng)。除α,β-不飽和羰基化合物外，α,β-不飽和酸酯、α,β-不飽和腈等具有α,β-不飽和共扼體系的化合物均可作為受體與活潑亞甲基化合物發(fā)生反應(yīng)，這統(tǒng)稱為麥克爾加