有機化學第十三章羧酸衍生物

第十二章

羧酸衍生物

3/31/2023教學要求1、掌握酰鹵、酸酐、酯、酰胺的化學性質(zhì)及相互間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。2、熟悉酯縮合反應(yīng)，霍夫曼降級反應(yīng)等重要人名反應(yīng)。

3、熟悉酯的水解反應(yīng)歷程。

4、掌握乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有機合成上的應(yīng)用。

5、了解油脂的組成和性質(zhì)；合成表面活性劑的類型及去污原理。

3/31/2023教學內(nèi)容

羧酸衍生物是羧酸分子中的羥基被取代后的產(chǎn)物，重要的羧酸衍生物有以下四種類型：酰鹵，酸酐，酯，酰胺。

§13-1羧酸衍生物的分類、結(jié)構(gòu)和命名

一、類型（分類）1、酰鹵：RCOX（X=Cl、Br、I）羧酸中的羥基被鹵素原子取代的化合物叫做羧酸衍生物。它們分別叫做酰氯、酰溴、酰碘

2、酸酐：（RCO）2O

，它分為混酐、單酐。

3/31/2023三、命名

1、酰鹵的命名：

把相應(yīng)的羧酸名稱的酸字改為“酰鹵”二字。例如：

2、酸酐的命名：在相應(yīng)的羧酸名稱后加“酐”字。例如：

乙酸酐乙酸丙酸酐鄰苯二甲酸酐苯甲酸酐3/31/20233、酯的命名：根據(jù)羧酸和醇的名稱命名為某酸某酯。例如：

但對多元醇酯的命名，一般稱為某醇某酸酯。例如：

3/31/20234、酰胺的命名：將相應(yīng)羧酸名稱中的酸字改為酰胺二字。例如

但對于取代酰胺，即在N原子上有取代基的酰胺，在名稱前標明取代基。例如3/31/2023注意：

A、水解產(chǎn)物均為羧酸，這是制備羧酸的方法B、水解的難易程度：RCOCl>(RCO)2O>RCOOR’>RCONH2C、反應(yīng)條件：酰鹵/常溫；酸酐/加熱；酯和酰胺/在加熱，加酸或加堿催化下進行。3/31/2023酯在酸催化下進行的水解為可逆水解：

酯在堿催化下進行的水解為不可逆水解：

因此，在堿性下水解反應(yīng)更為徹底，其堿性水解稱為皂化，即為工業(yè)上制造肥皂的原理。

3/31/2023酰胺在酸催化下進行的水解：酰胺在堿性催化下進行的水解：

3/31/2023B、利用酯的醇解即酯交換反應(yīng)，可以制備高級醇。例如

C、醇解的難易程度：RCOCl>(RCO)2O>RCOOR’>RCONH23/31/2023D、醇解的條件：酰鹵、酸酐在常溫下進行；酯在酸或堿催化下；酰胺在酸、堿催化下且醇過量。

三、衍生物氨解注意：

3/31/2023A、氨解產(chǎn)物是酰胺。B、氨解的難易程度RCOCl>(RCO)2O>RCOOR’>RCONH2C、酰胺自身不氨解。

從衍生物水解、醇解、氨解的活性看，水解>醇解>氨解。羧酸及其衍生物之間可以相互轉(zhuǎn)化。四、衍生物與RMgX作用

3/31/2023由于酰鹵活性大于酮的活性，因此通過控制RMgX的用量可以制備酮和醇。只有當酰鹵與格氏試劑作用完之后，多余的格氏試劑才與酮作用。所以書寫反應(yīng)時請注意格氏試劑是否過量。例如：3/31/2023

從產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)看，得到結(jié)構(gòu)較為對稱的叔醇。若使用HCOCl為原料，得到結(jié)構(gòu)對稱的仲醇。2、酯與RMgX作用

酯與格氏試劑反應(yīng)生成酮，由于格氏試劑對酮的反應(yīng)比酯還快，反應(yīng)很難停留在酮的階段，故產(chǎn)物是第三醇。3/31/2023從產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)看，格氏試劑與酯作用是合成具有兩個相同烴基的叔醇的最有效方法。例如：3/31/2023五、羧酸衍生物的還原羧酸衍生物的還原比羧酸更容易，還原的方法較多，下面分別討論。1、酰鹵的還原3/31/20232、酯的還原

酯比羧酸易還原，可用多種方法（催化氫化、LiAlH4、Na+C2H5OH等還原劑）還原。還原產(chǎn)物為兩分子醇。

在未使用LiAlH4作還原劑之前，酯的還原使用Na/C2H5OH，其還原結(jié)果是：羧酸部分為伯醇，醇部分保留不變。

3/31/2023LiAlH4

是酯還原成伯醇的通用試劑。

3/31/20233、酸酐的還原

酸酐的活性不如酰鹵，但酸酐可以被LiAlH4

、NaBH4還原成醇。

4、酰胺的還原

酰胺在LiAlH4

作用下還原成伯胺。

3/31/2023NaBH4不能還原酰胺。羧酸及其衍生物的還原由易到難的順序為：酰鹵>酸酐>酯>酰胺>羧酸。

§12-3酰胺和酯的特殊反應(yīng)

一、酰胺的特殊反應(yīng)

由于酰胺N原子上有活潑的H原子，因此酰胺具有特殊的化學性質(zhì)。

3/31/20233、霍夫曼（Hofmann）降解反應(yīng)

Hofmann等人發(fā)現(xiàn)酰胺與次鹵酸鈉溶液

NaOX(X=ClBr)作用可以得到少一個碳原子的伯胺。其通式為：

3/31/2023注意：

A、發(fā)生霍夫曼（Hofmann）降解反應(yīng)的酰胺必須是一級酰胺。即所用酰胺必須是N原子上無取代基的酰胺，RCONHR、RCONR’2不能發(fā)生霍夫曼（Hofmann）降解反應(yīng)。

B、霍夫曼（Hofmann）降解反應(yīng)是從羧酸制備少一個碳原子的伯胺的好方法。例如

3/31/2023二、酯的特殊反應(yīng)-----酯縮合反應(yīng)

1、酯縮合反應(yīng)的概念

在某些強堿性試劑如醇鈉作用下，一分子酯的α-H與另一分子酯作用失去一分子醇，生成β-酮基酯（β-羰基酯）的反應(yīng)稱為酯縮合反應(yīng)。

3/31/20232、實例：

由乙酸乙酯在醇鈉或鈉作用下所發(fā)生的酯縮合反應(yīng)生成乙酰乙酸乙酯的反應(yīng)稱為克萊森縮合（Claisen縮合），克萊森縮合具有特定的含義。

3/31/20233、歷程：以克萊森縮合的反應(yīng)歷程為例，酯縮合反應(yīng)的歷程與羥醛縮合歷程相似。

3/31/2023從歷程看，克萊森縮合的每一步都是可逆，且產(chǎn)物乙酰乙酸乙酯的酸性Pka=11，大于乙醇的酸性Pka=17，這樣C2H5O—可以奪取乙酰乙酸乙酯中亞甲基上的α-H，使平衡向乙酰乙酸乙酯鈉鹽方向進行。3/31/20234、反應(yīng)類型：任何具有α-H的酯都可以發(fā)生酯縮合反應(yīng)，其類型有：

（1）同一種具有α-H的酯之間的縮合反應(yīng)：

（2）兩種具有α-H的酯之間的縮合反應(yīng)：四種產(chǎn)物，除了自身縮合的產(chǎn)物外，還有交叉縮合產(chǎn)物。3/31/2023（3）一種有α-H的酯與一種無α-H的酯之間的縮合反應(yīng)：兩種產(chǎn)物。例如。乙酸乙酯與苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯（COOR)23/31/20235、酯縮合反應(yīng)的底物：凡能提供α-H的給予體。除酯自身以外，具有α-H的一般酮、腈、硝基化合物等都可以作為給予體。例如

3/31/2023對于二元羧酸酯，當兩個酯基的位置恰當，很容易發(fā)生分子內(nèi)酯縮合成五、六員環(huán)。這種分子內(nèi)的酯縮合反應(yīng)稱為狄克曼縮合反應(yīng)（Dieckmaann縮合），例如：3/31/2023縮合產(chǎn)物經(jīng)酸性水解生成β-羰基酸，β-羰基酸受熱易脫羧，最后產(chǎn)物是環(huán)酮。3/31/2023通過狄克曼縮合反應(yīng)（Dieckmaann縮合），合成環(huán)狀化合物，這與二酮的縮合反應(yīng)相似。狄克曼（Dieckmann）反應(yīng)是合成五元和六元碳環(huán)的重要方法。

§13-4

乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有機合成上的應(yīng)用一、乙酰乙酸乙酯在合成上的應(yīng)用

1、乙酰乙酸乙酯的制備

3/31/20232、互變異構(gòu)現(xiàn)象

3/31/2023通過下列實驗事實證明，乙酰乙酸乙酯的互變異構(gòu)的存在：A、乙酰乙酸乙酯可以與羰基試劑如苯肼、羥胺、飽和亞硫酸氫鈉、HCN等加成，說明分子中有羰基。

B、與金屬鈉作用有氫氣，生成鈉鹽，說明有活潑氫（可能是-OH）。

C、能使溴的四氯化碳溶液褪色，說明分子中可能有碳碳雙鍵。

D、與三氯化鐵溶液顯紫色，說明具有烯醇結(jié)構(gòu)。

上述A、B、C三種現(xiàn)象，不能用酮式結(jié)構(gòu)進行解釋

3/31/2023生成的烯醇式穩(wěn)定的原因：A、形成共軛體系，降低了體系的內(nèi)能。

B、烯醇結(jié)構(gòu)可形成分子內(nèi)氫鍵（形成較穩(wěn)定的六元環(huán)體系）

3/31/20233、在合成上的應(yīng)用

乙酰乙酸乙酯的亞甲基很活潑，可以被各種基團取代生成各種產(chǎn)物。乙酰乙酸乙酯在不同的條件下，可以分解成酮或羧酸。因此在合成上乙酰乙酸乙酯是一種重要的試劑，用于酮類、羧酸類化合物的合成。

A、亞甲基的酸性乙酰乙酸乙酯的α-C原子上由于受到兩個吸電子基（羰基和酯基）的作用，α-H很活潑，具有一定的酸性，易與金屬鈉、乙醇鈉作用形成鈉鹽。

3/31/2023B、鈉鹽的烷基化和?；?/p>

乙酰乙酸乙酯的鈉鹽與鹵代烴、酰鹵反應(yīng)，生成烴基和?；〈囊阴Ｒ宜嵋阴?。

3/31/2023C、酮式分解和酸式分解

a、酮式分解：在稀堿作用下，乙酰乙酸乙酯經(jīng)皂化、酸化、加熱脫羧三步反應(yīng)生成酮的反應(yīng)。例如：3/31/2023b、酸式分解：在濃堿作用下，乙酰乙酸乙酯經(jīng)加熱脫?；?、水解、酸化成羧酸。3/31/20233/31/2023乙酰乙酸乙酯的分解條件不同（濃堿、稀堿）得到的主要產(chǎn)物不同。但在酸式分解中往往伴隨酮式分解。因此乙酰乙酸乙酯在合成上主要用于酮類化合物的合成。

D、乙酰乙酸乙酯在有機合成上的應(yīng)用

由于乙酰乙酸乙酯的上述性質(zhì)，可以通過亞甲基上的取代，引入各種不同的基團，再經(jīng)酮式分解或酸式分解，就可以得到不同結(jié)構(gòu)的酮或酸。

3/31/20233/31/2023注意：

A、在鹵代烴中R、R’可以相同或不同，當R、R’為烴基時，其產(chǎn)物為甲基酮或一元羧酸。由于R、R’的結(jié)構(gòu)可以任選，因此可以合成各種結(jié)構(gòu)的酮或羧酸。當然，R最好用1°，2°產(chǎn)量低，不能用3°和乙烯式鹵代烴。

B、二次引入時，第二次引入的R′要比R活潑。C、當親核試劑為酰鹵RCOX，其產(chǎn)物為1，3-二酮或β-酮酸。例如：

3/31/2023D、當親核試劑為α-鹵代酮RCOCH2X，其產(chǎn)物為1，4-二酮或γ-酮酸。例如：3/31/2023E、當親核試劑為鹵代酸酯

X(CH2)nCOOC2H5，其產(chǎn)物為酮酸或二元羧酸。例如：

3/31/2023從上述反應(yīng)看，如果以乙酰乙酸乙酯為原料，通過選擇不同的親核試劑，再通過酮式或酸式分解，可以合成不同的化合物。因此，乙酰乙酸乙酯在合成上具有廣泛的用途。例如:3/31/2023說明：乙酰乙酸乙酯合成法主要用其酮式分解制取酮，酸式分解制酸很少，制酸一般用丙二酸二乙酯合成法。

3/31/2023

二、丙二酸二乙酯

1、丙二酸二乙酯的合成

由于丙二酸二乙酯的亞甲基受兩個酯基的影響，兩個亞甲基H非?；顫?，能與醇鈉作用生成鈉鹽，再與各種親核試劑作用生成取代丙二酸二乙酯，后者水解成二酸等各種化合物。2、合成上的應(yīng)用

3/31/2023對于一烴基取代丙二酸二乙酯，可以從復上述反應(yīng)生成二烴基丙二酸二乙酯。

3/31/2023注意：

A、在鹵代烴中R、R’可以相同或不同，當R、R’為烴基時，其產(chǎn)物為一元羧酸。由于R、R’的結(jié)構(gòu)可以任選，因此可以合成各種結(jié)構(gòu)的羧酸。

B、當親核試劑為鹵代酸酯X(CH2)nCOOC2H5， 其產(chǎn)物為二元羧酸。例如：3/31/2023C、當親核試劑為二鹵代物，可以合成環(huán)狀化合物，例如

3/31/20233/31/2023通過乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯可以合成各種類型的化合物。3/31/2023例題1

合成

3/31/2023例題2

合成

3/31/2023例題3

合成

3/31/2023練習1合成環(huán)丁烷酸

練習2

合成環(huán)己烷酸

3/31/2023§13-5

?；苌锏乃狻苯?、醇解歷程

一、酯的水解歷程

酯的水解有酸催化和堿催化反應(yīng)，不管是酸催化水解還是堿催化水解，都有四種可能的歷程。（可能是酰氧斷裂，也可能是烷氧斷裂；每種方式都可按單分子或雙分子歷程進行）。

1．酯的堿性水解

研究證明，酯的堿性水解為酰氧斷裂的雙分子歷程（BAc2）。

3/31/2023

將含同位素O18的酯水解證明是按酰氧斷裂方式進行的。堿性水解反應(yīng)歷程表示如下：3/31/2023