羧酸衍生物的還原反應(yīng)乙酰乙酸乙酯課件

1、目 標(biāo) 要 求1.掌握幾種類型的羧酸衍生物結(jié)構(gòu)及命名2.了解羧酸衍生物的物理性質(zhì)及光譜性質(zhì)3.掌握羧酸衍生物的化學(xué)性質(zhì)4.掌握羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)活性5.了解羧酸衍生物的相互轉(zhuǎn)換6.掌握乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯的性質(zhì)及在合成中的應(yīng)用7.學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線酰鹵酸酐酯酰胺羧酸類型一、羧酸衍生物結(jié)構(gòu)和命名羧酸的羥基被其他基團(tuán)取代的化合物叫羧酸衍生物，包括酰鹵、酸酐、酯、酰胺。 羧酸衍生物的命名酰鹵酸酐乙酰氯a-溴丁酰溴苯甲酰氯草酰氯氯甲酸芐酯順丁烯二酸酐乙丙酐（乙酸丙酸酐）醋酐（乙酸酐）酯酰胺苯甲酸乙酯b-甲基-g-丁內(nèi)酯丙二酸二乙酯乙酰乙酸乙酯乙酰胺N, N-二甲基乙酰胺乙酰苯胺

2、N, N-二甲基甲酰胺(DMF)己內(nèi)酰胺二、物理性質(zhì)與光譜性質(zhì)酰鹵、酸酐有刺激性氣味，強(qiáng)腐蝕作用。酯有香味。IR光譜：C=O的特征吸收峰 酰鹵：18001750 cm-1 酸酐：18501800 cm-1 ，17901740 cm-1兩個(gè) 酯： 17501745 cm-1，沒(méi)有OH的吸收峰 酰胺：16901630 cm-1，35503050 cm-1有N-H吸收1H NMR：酰胺在58 ppm有N-H的峰。L：可被親核試劑取代羰基：可加成至飽和a-H：有弱酸性離去基團(tuán) (Leaving group) 性質(zhì)分析三、化學(xué)性質(zhì)羧酸衍生物?；系挠H核取代通式水解反應(yīng)醇解反應(yīng)胺解反應(yīng)反應(yīng)類型羧酸衍生物的

3、水解反應(yīng) 酰氯的水解易反應(yīng)（可直接與水反應(yīng)） 酸酐的水解較易反應(yīng)，H 或 OH催化更快。 酯的水解需 H或 OH催化，當(dāng)OH用量大于 化學(xué)計(jì)量時(shí)，反應(yīng)完全。 酰胺的水解H+ or OH的用量須大于化學(xué)計(jì)量，要加熱。(1) 酯的酸性水解機(jī)理(有兩種可能機(jī)理） 羧酸衍生物的水解機(jī)理（以酯和酰胺的水解為例）機(jī)理(i) 這兩種機(jī)理分別適合于何種結(jié)構(gòu)的酯類？ 如何證明這兩種可能的機(jī)理？問(wèn)題機(jī)理(ii) (2) 酯的堿性水解（皂化反應(yīng)）機(jī)理堿過(guò)量時(shí)，產(chǎn)物為羧酸鹽，反應(yīng)不可逆。(3) 酰胺的酸性水解機(jī)理 H+ 過(guò)量，胺可成 鹽，反應(yīng)不可逆。(4) 酰胺的堿性水解機(jī)理慢步驟。離去能力: 堿過(guò)量，成羧酸鹽，反應(yīng)

4、不可逆。羧酸衍生物的醇解反應(yīng) 酰氯的醇解反應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)完全，產(chǎn)率好。（堿吸收）合成上用于制備酯酯酯酰氯 酸酐的醇解反應(yīng)合成上用于制備酯酯羧酸優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)溫和，產(chǎn)率好 酯的醇解反應(yīng)（酯交換反應(yīng)） 反應(yīng)可逆 需 H 或 R”O(jiān)催化例：不溶于水,不能直接水解聚乙烯醇蒸 除 酰胺的醇解反應(yīng)反應(yīng)相對(duì)不易進(jìn)行（離去能力: ）合成上意義不大（合成酯類化合物的方法有更好的方法）羧酸衍生物的胺解反應(yīng) 酰氯的胺(氨)解 酸酐的胺(氨)解 酯的胺(氨)解 酰胺的胺解條件：無(wú)水、過(guò)量胺胺的交換，合成上意義不大（2）氨基的保護(hù)（1）由酰氯和酸酐制備酰胺。（優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)快，條件溫和，產(chǎn)率高） 去保護(hù)方法 胺解反應(yīng)合成上的應(yīng)用

5、 總結(jié)：羧酸衍生物的相互轉(zhuǎn)換（制備方法）4. 羧酸衍生物與RMgX的反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)能否控制在中間產(chǎn)物酮？酰氯、酸酐、酯酮叔醇取代 在低溫條件下，利用酰鹵的活潑性制備酮羰基的活性（親電性）：實(shí)驗(yàn)方法：將 RMgX 滴加到 RCOCl 中, RCOCl 始終保持過(guò)量。始終過(guò)量低溫 利用酸酐反應(yīng)中間體低溫穩(wěn)定性制備酮機(jī)理低溫不易分解在通常條件下，酰氯、酸酐、酯與過(guò)量的格氏試劑作用往往生成含有2個(gè)相同烴基的叔醇。 酰氯與格氏試劑的反應(yīng) 酯與格氏試劑的反應(yīng)快步驟慢步驟可保留快步驟慢步驟立即反應(yīng)5. 羧酸衍生物的還原反應(yīng) LiAlH4 還原反應(yīng)能否控制在這一步？酰氯，酸酐，酯胺伯 醇酰胺 注意：酰胺的還原

6、有特殊性：取代 羧酸衍生物的催化氫化還原（兩個(gè)典型的例子）Rosenmund 還原(i) 酰氯選擇性還原至醛(ii) 酯還原至醇（工業(yè)化）使Pd催化劑活性減弱（催化劑中毒） 酯的金屬鈉還原伯 醇6. 酯的a-位的反應(yīng) Claisen縮合b-羰基酯兩分子酯的縮合反應(yīng)可逆反應(yīng)機(jī)理：脫羰反應(yīng)霍夫曼（Hofmann）降級(jí)反應(yīng)與亞硝酸的反應(yīng)7. 酰胺的化學(xué)反應(yīng)脫水反應(yīng)該反應(yīng)可由酰胺制備少一個(gè)碳原子的伯胺,產(chǎn)率較高.正丁腈該反應(yīng)可用于酰胺的鑒別和定性分析。該反應(yīng)可由酰胺制備有機(jī)腈類化合物。酰胺的酸堿性酰胺的水解在有機(jī)合成上，氨基的?；谒猓嘤糜诎被谋Ｗo(hù)。酰胺是近中性化合物，這是由于氮原子上的未共用電

7、子對(duì)與碳基上的電子形成共軛體系，電子云向羰基方向移動(dòng)，降低了氮原子上的電子云密度，使其結(jié)合質(zhì)子的能力減弱。酰胺具弱堿性具弱酸性亞酰胺氫原子受兩個(gè)?；挠绊?易以質(zhì)子的形式被堿奪去,酸性比酰胺強(qiáng),形成的鹽較穩(wěn)定.（1）NBS的制備NBS N-溴代丁二酰亞胺（溴代試劑）丁二酸單酰胺丁二酰亞胺酰亞胺酸性在合成上的應(yīng)用（2）Gabriel（蓋布瑞爾）伯胺合成法伯胺鄰苯二甲酰亞胺四、親核反應(yīng)的機(jī)理和反應(yīng)活性反應(yīng)結(jié)果是羰基相連的基團(tuán)被取代，但反應(yīng)的機(jī)理是怎樣的呢？是SN2歷程還是加成消除機(jī)理？1、堿性條件下的機(jī)理同位素標(biāo)記法證明反應(yīng)是加成消除機(jī)理。2、酸性條件下的機(jī)理3o醇的羧酸酯水解：SN1機(jī)制3、 羧

8、羰基的親核取代反應(yīng)活性影響反應(yīng)活性的因素： 離去基團(tuán)的影響； L基團(tuán)越易離去反應(yīng)速度越快，Cl RCO2 RO NH22) 位阻效應(yīng)的影響 取代反應(yīng)的加成步驟是有棱錐變成四面體中間體,中間體的 擁擠程度增大,越不利于形成,反應(yīng)速度也就越低.3) 羰基的親電能力越強(qiáng),反應(yīng)速度越快 一、乙酰乙酸乙酯及在合成上的應(yīng)用 (一) 乙酰乙酸乙酯的制備Claisen酯縮合五、丙二酸二乙酯、乙酰乙酸乙酯的性質(zhì)及其在合成中的應(yīng)用 (二) 乙酰乙酸乙酯的化學(xué)性質(zhì)1. 酮式分解和酸式分解(1) 乙酰乙酸乙酯在稀堿作用下，首先水解生成乙酰乙酸，后者在加熱條件下，脫羧生成酮。(2)乙酰乙酸乙酯與濃堿共熱，則在-和-碳原

9、子間斷鍵，生成兩分子乙酸鹽，該分解稱為酸式分解。 2.乙酰乙酸乙酯活潑亞甲基上的反應(yīng)(三) 乙酰乙酸乙酯在合成上的應(yīng)用 這是一個(gè)親核取代反應(yīng)，主要生成烴基化和酰基化產(chǎn)物。-酮酸酯-碳原子上的兩個(gè)氫原子均可被烴基取代。稀同理，二取代乙酰乙酸乙酯進(jìn)行酮式分解將得到二取代丙酮；進(jìn)行酸式分解將得到二取代乙酸。 1. 合成甲基酮經(jīng)乙酰乙酸乙酯合成： 2. 合成二羰基化合物3. 合成酮酸這里值得注意的是：用I2偶合或用X(CH2)nX作烴基化試劑時(shí)，需要與2mol的乙酰乙酸乙酯。注意：在引入基團(tuán)時(shí)，要用鹵代酸酯X(CH2)nCOOC2H5，而不能使用鹵代酸X(CH2)nCOOH。（鹵代酸的穩(wěn)定性較差）4.

10、 合成一元羧酸*由于酸式分解的同時(shí)必然伴隨酮式分解，故合成羧酸通常采用丙二酸酯法。乙酰乙酸乙酯在合成上的應(yīng)用舉例制備甲基酮：制備-二酮(1,3-二酮)： 制備1,4-二酮：制備環(huán)烷基酮：制備高級(jí)酮酸： 二、丙二酸二乙酯及在合成上的應(yīng)用1、丙二酸二乙酯制備方法：2、丙二酸二乙酯的化學(xué)性質(zhì)：在堿性條件下水解，加熱后脫羧生成乙酸。CH2(COOC2H5)2NaOHH3+OHOOCCH2COOHCH3COOH 丙二酸二乙酯活潑亞甲基上的反應(yīng) . 合成一元酸3、丙二酸二乙酯在合成上的應(yīng)用 . 合成二元酸 注意：在引入基團(tuán)時(shí)要用鹵代酸酯，而不能使用鹵代酸。b. 高級(jí)直鏈二元酸a. 帶支鏈的二元酸. 合成環(huán)

11、狀羧酸 丙二酸二乙酯在有機(jī)合成中的應(yīng)用舉例合成取代乙酸： 制二元羧酸： 六、有機(jī)合成及其路線設(shè)計(jì)1、重要性和基本要求由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的基本有機(jī)原料結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的目標(biāo)化物 重要天然化合物的結(jié)構(gòu)確認(rèn)； 有機(jī)合成是一切有機(jī)研究的基礎(chǔ)合成樣品，才有可能進(jìn)行各種研究 ；構(gòu)效關(guān)系理論有機(jī) 往往合成一類新化合物，便開辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域： 冠醚的合成冠醚化學(xué)：穴狀、籠狀、套環(huán)、配位化 合物，生物、藥物中的受體理論 好的合成路線的要求：1、 步驟少 （多則總產(chǎn)率低、時(shí)間、原材料消耗多）；2、產(chǎn)率高 （副反應(yīng)少，分離簡(jiǎn)便）；3、原料便宜易得 ；4、反應(yīng)條件、設(shè)備易于實(shí)現(xiàn)；5* 符合綠色化學(xué)要求： 原子經(jīng)濟(jì)性， 無(wú)毒或少

12、 毒，污染盡可能少。2、合成設(shè)計(jì)中幾個(gè)彼此相關(guān)的因素(1) 碳鏈的增長(zhǎng)( 現(xiàn)有的反應(yīng)從機(jī)理上分三類) 自由基反應(yīng)： 太活潑，難于定向控制 合成應(yīng)用少 離 子 反 應(yīng) ： 電子受體 電子給體 （親電） （親核） 協(xié) 同 反 應(yīng) ： 環(huán)加成的重要方法。生成新的 CC 鍵的反應(yīng)：（a）親核取代（b）負(fù)碳離子對(duì)羰基的親核加成(c) 芳環(huán)上的親電取代(2)碳鏈的縮短（a）脫羧（b）鹵仿反應(yīng)：（c）烯的氧化：（d）酮的氧化：(3)成環(huán)3元：4元：5元：6元：(4)重排反應(yīng)（a）Pinacol重排：（b）Beckmann重排：3、設(shè)計(jì)合成路線的方法（原料 目標(biāo)化合物（簡(jiǎn)單化合物，較直觀） 目標(biāo)化合物 原料: 逆合成法（retro-synthesis）a優(yōu)于b 逆合成導(dǎo)出的合成路線不止一種，應(yīng)認(rèn)真分析比較，選出最合理的路線。 同一化合物可在不同的地方斷開，有合理與不合理之分，同樣合理也有優(yōu)劣之差：如：b合理，a不合理b優(yōu)于a有消除副反應(yīng) 4、導(dǎo)向基團(tuán)和保護(hù)基團(tuán)的應(yīng)用（1）導(dǎo)向基團(tuán)（2）保護(hù)基團(tuán)基團(tuán)保護(hù)要滿足下列要求： 容易引入 與被保護(hù)基形成的結(jié)構(gòu)能經(jīng)受住所要發(fā)生反