有機(jī)化學(xué) 羧酸衍生物

第10章羧酸及碳酸衍生物湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院有機(jī)藥化教研室DerivativesofCarboxylicAcidandCarbethylicAcid§10－1羧酸衍生物一、分類和命名酰鹵AcidHalide酸酐AcidAnhydride酯Ester酰胺Amide類型腈Nitrile羧酸R－C≡N?；人嵫苌锏拿｛u——由相應(yīng)酸的?；望u素組成可作為?；柠u化物，在酰基后加鹵素的名稱乙酰氯a-溴丁酰溴苯甲酰氯草酰氯

二分子不同一元羧酸所得的酐叫混酐酸酐：

環(huán)酐：在二元酸的名稱后加酐字二分子相同一元酸所得的酐叫單酐。命名在酸字后加“酐”字命名時(shí)，簡(jiǎn)單或低級(jí)酸在前，復(fù)雜或高級(jí)酸在后，再加上“酐”字乙酸酐(醋酐)乙丙酐(乙酸丙酸酐)順丁烯二酸酐(順酐、馬來酸酐)鄰苯二甲酸酐(苯酐)丁二酸酐(琥珀酸酐)酯：以相應(yīng)的酸和醇來命名，酸在前，醇在后，再加一個(gè)“酯”字二乙酸乙二醇酯草酸單乙酯草酸甲乙酯苯甲酸乙酯HOOC-COOCH2CH3CH3OOC-COOC2H5CH2-OCOCH3CH2-OCOCH3丙二酸二乙酯內(nèi)酯命名時(shí)，用內(nèi)酯二字代替酸字并標(biāo)明羥基的位置b-甲基-g-丁內(nèi)酯g-戊內(nèi)酯羥基的位號(hào)主鏈的總碳原子數(shù)

酰胺：命名時(shí)把羧酸名稱放在前面將相應(yīng)的酸字改為酰胺即可(CH3)2CHCNH2OCH3CH2CHCH2CN(CH3)2O2-甲基丙酰胺N,N-二甲基戊酰胺乙酰苯胺N,N-二甲基甲酰胺(DMF)己內(nèi)酰胺d-己內(nèi)酰胺在有機(jī)化學(xué)中，命名多官能團(tuán)的化合物時(shí)，須選擇某一官能團(tuán)為母體化合物，而把其他官能團(tuán)作為取代基。選作母體化合物的優(yōu)先次序如下：＞炔烴＞

烯烴＞芳香烴＞

烷烴＞硝基化合物≈鹵代烴二、物理性質(zhì)羧酸衍生物分子中都含有羰基，都是有一定極性的化合物。低級(jí)的酰鹵和酸酐都是有刺激性臭味的無色液體，高級(jí)的為白色固體。低級(jí)酯為具有水果香味的無色液體，例如乙酸戊酯具有梨的香味，丁酸甲酯有菠蘿的香味。十四碳酸以下的甲酯、乙酯均為液體。由于分子間氫鍵的締合作用，酰胺中除甲酰胺外，其他氮原子上無烴基取代的酰胺均是固體。1.物態(tài)：2.沸點(diǎn)(bp)：酰鹵、酸酐、酯＜分子量相近的羧酸，原因：酰鹵、酸酐、酯沒有分子間的氫鍵締合作用。CH3CO2HCH3CONH2bp(℃)118222酰胺分子間存在氫鍵，同時(shí)分子極性強(qiáng)，沸點(diǎn)比羧酸高，但氨基上無氫時(shí)，分子間氫鍵消失，沸點(diǎn)降低。腈極性強(qiáng)，沸點(diǎn)高于酰鹵和酯，低于羧酸。3.溶解性：酰鹵和酸酐不溶于水，低級(jí)的遇水分解；低級(jí)酰胺溶于水，隨著M↑，溶解度↓

；酯不溶于水。三、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系L=Cl、Br、I、OR、OCOR、NH2、NHR酰鹵、酸酐、酯和酰胺的結(jié)構(gòu)與羧酸相似，羰基碳以其sp2雜化軌道分別與其它三個(gè)原子形成s鍵，再以p軌道與氧原子p軌道形成p鍵，成平面構(gòu)型。以單鍵與羰基相連的鹵素、氧或氮原子的未共用p電子對(duì)，則與羰基的鍵形成p－p共軛。C—L鍵的鍵長(zhǎng)一般的單鍵短。羧酸衍生物中的羰基，既能增加其a氫原子的酸性，也能接受親核試劑的進(jìn)攻。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)(Leavinggroup)

性質(zhì)分析(一)a－氫原子的酸性CH3COClCH3CHOCH3COCH3\CH3COOCOCH3CH3CO2CH3

CH3CON(CH3)2≈1617≈20

2225≈30不同類型化合物a-H的pKa吸電子能力下降，斥電子能力增強(qiáng)，a－H酸性下降,羰基活性下降羰基上各類取代基對(duì)羰基和a－H的電子效應(yīng)吸電子效應(yīng)供電子電子效應(yīng)(二)羰基的親核反應(yīng)羧酸衍生物的羰基受親核試劑的進(jìn)攻，大多發(fā)生加成－消除反應(yīng)，并因受酸或堿催化有不同的反應(yīng)歷程：?；系挠H核取代

=親核加成＋消除堿催化的反應(yīng)歷程酸催化的反應(yīng)歷程酰基上的親核取代相對(duì)速度（相對(duì)反應(yīng)活性）兩方面原因：(i)羰基的親電性不同（與加成步驟有關(guān)）誘導(dǎo)效應(yīng)的影響：電負(fù)性：Cl>O>N正電荷密度大對(duì)加成步驟有利(ii)離去基團(tuán)的離去能力（與消除步驟步驟有關(guān)）共軛效應(yīng)的影響：共軛較弱（羰基性質(zhì)較強(qiáng)）共軛較強(qiáng)(羰基性質(zhì)減弱)四、羧酸衍生物的化學(xué)性質(zhì)(一)水解易反應(yīng)（可直接與水反應(yīng)）較易反應(yīng)，H＋

或OH－催化更快需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H+orOH－的用量須大于化學(xué)計(jì)量，要加熱(1)酯的酸性水解機(jī)理羧酸衍生物的水解機(jī)理（以酯的水解為例）了解機(jī)理

(2)酯的堿性水解（皂化反應(yīng)）機(jī)理特點(diǎn)：堿過量時(shí)，產(chǎn)物為羧酸鹽，反應(yīng)不可逆。例：控制反應(yīng)，可制備酰胺腈的水解反應(yīng)——制備酰胺或羧酸了解(二)醇(酚)解反應(yīng)(三)氨(胺)解反應(yīng)酰氯的氨(胺)解酸酐的氨(胺)解酯的氨(胺)解條件：無水、過量胺酰胺的胺解胺的交換，合成上意義不大氮原子上連有氫的其他化合物如肼(H2NNH2)、羥胺(H2NOH)等，也能與酰胺、酸酐或酯發(fā)生引入酰基的反應(yīng)。羧酸衍生物（除酰鹵外）與羥胺反應(yīng)生成異羥肟酸，再與三氯化鐵反應(yīng)發(fā)生由紅到紫的顏色變化。這一反應(yīng)常常用來鑒別酸酐、酯和酰胺，稱為異羥肟酸鐵鹽試驗(yàn)。異羥肟酸紅—紫異羥肟酸鐵鹽試驗(yàn)鑒別總結(jié)：羧酸衍生物的相互轉(zhuǎn)換（制備方法）(四)還原反應(yīng)

酰鹵、酸酐、酯一般都較易被還原成伯醇，酰胺較易被還原為胺。

LiAlH4還原酰氯，酸酐，酯胺伯醇酰胺酰胺的還原：難還原p194取代特點(diǎn)：碳碳雙鍵或三鍵可不受影響羧酸衍生物的催化氫化還原（典型的例子了解）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）——Rosenmund(羅森孟德)還原因酯的氫解條件較C=C的氫化要更高些，故反應(yīng)過程中C=C也同時(shí)被氫化，但苯環(huán)則不受影響。——?dú)浣夥磻?yīng)酯的金屬鈉還原：產(chǎn)物可因溶劑環(huán)境不同而異（了解）——Bouveault－Blanc還原——acyloin縮合（酮醇縮合）伯醇a-羥基酮注意：溶劑的變化伯胺催化還原過程——逐步加氫（經(jīng)過亞胺中間體）不飽和可加成腈的還原反應(yīng)了解(五)與有機(jī)金屬化合物的反應(yīng)（了解）

酰鹵、酸酐、酯和腈都可與格氏試劑反應(yīng)生成叔醇。酰氯、酸酐、酯酮叔醇取代羧酸衍生物與RMgX的反應(yīng)

應(yīng)用：利用酰鹵的活潑性選擇性反應(yīng)制備酮實(shí)驗(yàn)方法：將R’MgX

滴加到

RCOCl

中,RCOCl

始終保持過量。（六）、酯縮合反應(yīng)p191

酯中的a－H顯弱酸性，在醇鈉作用下可與另一分子酯發(fā)生類似于羥醛縮合的反應(yīng)，結(jié)果一分子的a－H被另一分子酯的?；娲?，生成b-酮酸酯，稱為酯縮合反應(yīng)或克萊森（Claisen）酯縮合反應(yīng)。兩種均含a-H的酯進(jìn)行酯縮合時(shí),可有4種產(chǎn)物,無實(shí)用價(jià)值。若含aH的酯與無a－H且羰基比較活潑的酯（如苯甲酸酯、甲酸酯、碳酸酯或草酸酯等）進(jìn)行酯縮合反應(yīng)時(shí),可得到單一產(chǎn)物，被廣泛應(yīng)用。乙酰乙酸乙酯互變異構(gòu)現(xiàn)象酮式(92.5%)烯醇式在室溫下乙酰乙酸乙酯的兩種異構(gòu)體以一定比例（酮式92.5%，烯醇式7.5%）動(dòng)態(tài)平衡存在，兩者之間互變速度很快，不能將它們分離。但在特殊條件下，可以分離出兩種異構(gòu)體。乙酰乙酸乙酯的平衡混合物溶解于石油醚，再冷至-78℃，可得到酮式結(jié)構(gòu)的結(jié)晶，熔點(diǎn)為39℃。它不和溴發(fā)生加成反應(yīng)，也不與三氯化鐵溶液發(fā)生顯色反應(yīng)（即烯醇試驗(yàn)都為負(fù)性反應(yīng)），但能與羰基試劑如亞硫酸氫鈉、氫氰酸等反應(yīng)。若在-78℃用足夠的鹽酸分解乙酰乙酸乙酯鈉，得到的液體不與羰基試劑反應(yīng)，但遇三氯化鐵顯色，說明為烯醇式結(jié)構(gòu)?？捎梢宜狨ピ趶?qiáng)堿中與鹵代烴取代獲得(條件苛刻，產(chǎn)率低)或丙二酸酯在醇鈉條件,與鹵代烴取代獲得(條件溫和，產(chǎn)氯、率好)

注意：烴基化反應(yīng)中，用伯鹵烴反應(yīng)最好，用仲鹵烴產(chǎn)率低，而用叔鹵烴主要發(fā)生消除反應(yīng)，芳鹵烴則不反應(yīng)。丙二酸二酯合成法（了解）（七）、酰胺的特性

p193(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－p共軛，使得N原子上的電子云密度↓，使其接受質(zhì)子的能力減弱，因此其堿性減弱：

NH3

＞

RCONH2

酰胺的堿性：很弱，除很強(qiáng)的酸如：氯化氫氣體外，其他酸很難與之形成穩(wěn)定的鹽，即便與HCl(氣體)形成的鹽，遇水易水解為酰胺和鹽酸。

酰胺的酸性：由于p－p-共軛效應(yīng)導(dǎo)致N原子上的電子云密度↓，N─H鍵受誘導(dǎo)效應(yīng)的影響，其H原子解離的趨勢(shì)↑，因而表現(xiàn)出一定的酸性，但其酸性也很弱，其酸性與醇相當(dāng)。故可以認(rèn)為酰胺是中性化合物

酰亞胺類化合物：由于受2個(gè)羰基的影響，N上的H原子的酸性將明顯增強(qiáng)；酰亞胺類化合物與強(qiáng)堿可生成穩(wěn)定的鹽。蓋布瑞爾（Gabriel）反應(yīng)，可用于實(shí)驗(yàn)室制備脂肪伯胺。(2)霍夫曼降解酰胺與Cl2或Br2在堿溶液中作用，則脫去羰基生成少1個(gè)C伯胺的反應(yīng)?！?0－2碳酸衍生物碳酸極不穩(wěn)定，不能游離存在。碳酸分子中只有1個(gè)羥基換成其它基團(tuán)的碳酸衍生物也不穩(wěn)定，例如氯甲酸、氨基甲酸、碳酸甲酯等，在一般條件下也不能游離存在。碳酸(不穩(wěn)定)碳酸分子中2個(gè)羥基都換成其它基團(tuán)的衍生物穩(wěn)定，它們是有機(jī)合成、合成藥物的原料。碳酰氯碳酰氯是碳酸的二酰氯。最初是由一氧化碳和氯在日光照射下作用而得，故又名光氣。光氣光氣可發(fā)生類似酰氯的水解、醇解、氨解等反應(yīng)。是有機(jī)合成的原料，可用來制備許多化合物。

尿素或脲（碳酰胺）是碳酸的二元酰胺，為蛋白質(zhì)在哺乳動(dòng)物體內(nèi)代謝的最終產(chǎn)物，也是最早由人體排泄物中取得的一個(gè)有機(jī)化合物。1．弱堿性脲具弱堿性，它的水溶液不使石蕊變色。只能與強(qiáng)酸成鹽。例如，在脲的水溶液中加入濃硝酸，生成的硝酸脲不溶于濃硝酸中，成白色沉淀析出，微溶于水。硝酸脲應(yīng)用：從尿中分離出尿素。脲與草酸作用生成的草酸脲，也難溶于水

2.水解脲與酰胺一樣能水解。在酸、堿或酶的存在時(shí)水解更迅速。

應(yīng)用：根據(jù)放出氮?dú)?，測(cè)定尿素的含量。3.加熱聚合固體脲慢慢加熱到135～190℃，則兩分子的脲脫去1分子氨，生成縮二脲?？s二脲反應(yīng)：縮二脲的堿性溶液＋

硫酸銅溶液，呈現(xiàn)紫紅色的顏色反應(yīng)。凡分子中具有2個(gè)或2個(gè)以上的酰胺鍵(肽鍵)的化合物都有此類顯色反應(yīng)。4.?；?/p>

:脲和酰氯、酸酐或酯作用，則生成相應(yīng)的內(nèi)酰脲丙二酰脲為無色結(jié)晶，熔點(diǎn)245℃，微溶于水。它的分子中含有一個(gè)活潑的亞甲基和兩個(gè)二酰亞氨基，存在