應(yīng)化第十五章羧酸衍生物

應(yīng)化第十五章羧酸衍生物第一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日§15-1命名和結(jié)構(gòu)一、命名二、結(jié)構(gòu)§15-2物理性質(zhì)一、物理性質(zhì)二、波譜分析§15-3水解反應(yīng)一、水解反應(yīng)二、酯的水解反應(yīng)機(jī)理三、腈的水解反應(yīng)機(jī)理內(nèi)容提要第二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日§15-4其它反應(yīng)一、醇解二、酸解三、氨解四、與金屬有機(jī)物的反應(yīng)五、還原15-5特性一、腈的Ritter反應(yīng)二、酰胺的酸堿性三、酰胺的脫水四、酰胺的Hoffman降解反應(yīng)五、酯的Claisen縮合反應(yīng)內(nèi)容提要第三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日§15-6乙烯酮一、乙烯酮的制備二、乙烯酮的反應(yīng)§15-7過(guò)酸和二?；^(guò)氧化物一、過(guò)酸的反應(yīng)二、過(guò)酸的制備§15-8原酸酯一、原酸酯的制備二、原酸酯的反應(yīng)§15-9碳酸衍生物簡(jiǎn)介內(nèi)容提要第四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第十五章羧酸的衍生物

Carboxylicacidderivatives酸酐(Anhydride)酰鹵(Acylhalide)酯(Ester)

導(dǎo)言羧酸衍生物的類(lèi)別第五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日酰胺(Amide)腈(Nitrile)§15-1

羧酸衍生物的命名和結(jié)構(gòu)

一、羧酸衍生物的命名(p350)4-甲基苯甲酰氯第六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日乙酰胺N,N-二甲基甲酰胺(DMF)鄰苯二甲酰亞胺6-己內(nèi)酰胺第七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日鄰苯二甲酸酐順丁烯二酸酐

(馬來(lái)酸酐)乙丙酐苯甲酐第八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日2-甲基丙烯酸甲酯丙三醇三乙酸酯γ-戊內(nèi)酯苯甲腈丙烯腈第九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日二、羧酸衍生物的結(jié)構(gòu)(p348)1.結(jié)構(gòu)第十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

比較而言，在前四種羧酸衍生物中：酰氯主要表現(xiàn)為Cl的-I效應(yīng)，與羰基的+C效應(yīng)很弱；酸酐分子中兩個(gè)羰基競(jìng)爭(zhēng)中間氧原子上的孤電子對(duì)，+C效應(yīng)大于酰氯；酯分子中氧原子與羰基的+C效應(yīng)大于酸酐，+C>-I，C—O鍵具有某些雙鍵的性質(zhì)；酰胺分子中氮原子的電負(fù)性小于氧原子，C—N鍵明顯具有某些雙鍵的性質(zhì)。第十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日乙腈的結(jié)構(gòu)示意圖Csp—NspCsp3—CspCH3第十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

2.構(gòu)性相關(guān)分析與羧酸類(lèi)似，羧酸衍生物雖然也含有羰基，但由于分子中羰基碳原子與一個(gè)離去基團(tuán)直接相連，其羰基的反應(yīng)活性小于醛酮，與親核試劑的反應(yīng)屬加成－消除，其結(jié)果是離去基團(tuán)被親核試劑取代。在各類(lèi)羧酸衍生物中，羰基碳原子正電性越大，其周?chē)臻g位阻越小，與親核試劑的加成－消除反應(yīng)速率越快。所以，各類(lèi)羧酸衍生物反應(yīng)活性次序如下：酰氯>酸酐>酯>酰胺第十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

§15-2羧酸衍生物的物理性質(zhì)

一、物理性質(zhì)(p351)

酰鹵、酸酐、酯和腈各自的分子間不能締合，m.p.和b.p.和在水中的溶解度低于相應(yīng)的羧酸，低級(jí)酰鹵遇水可發(fā)生水解反應(yīng)，乙腈能與水混溶。唯獨(dú)氮上的氫沒(méi)被取代的酰胺，分子間形成氫鍵的能力比羧酸強(qiáng)，m.p.、b.p.和在水中的溶解度高于相應(yīng)的羧酸。

第十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日化學(xué)亮點(diǎn)1

海洋生物中的藥物資源曼諾內(nèi)酯（Manoalide）第十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

二、波譜分析(p352)

1.IR

紅外光譜可為鑒定羧酸衍生物提供較多的信息。酰鹵

C=O

：1815~1750cm-1(s)

C—X：~645cm-1酸酐

C=O

：1850~1780cm-1(s)

1790~1740cm-1(s)

C—O—C

：1300~1050cm-1(s)第十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日酯

C=O

：1750~1735cm-1(s)

C—O

：1300~1000cm-1(雙峰)酰胺

利用紅外光譜可鑒別酰胺、N-取代酰胺和N,N-二取代酰胺。腈

脂肪族CN

：2260~2240cm-1

芳香族CN

：2240~2220cm-1第十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日酰胺的特征振動(dòng)吸收第十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日苯甲酰氯的紅外光譜圖1.C=O2.2871cm-1的倍頻峰3.C—Cl

4.C—C(=O)第二十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日丙酸酐的紅外光譜圖1.C=O2.C—O—C第二十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日乙酸乙酯的紅外光譜圖1.C=O2.C—O第二十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日丙酰胺的紅外光譜圖第二十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日N-甲基乙酰胺的紅外光譜圖第二十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日苯甲酰胺的紅外光譜圖1.N—H2.C=O

3.N—H4.C—N第二十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日2.1HNMR

-H

=2~3RCOOCH—=3.7~4.1RCONH—=5~9.4§15-3羧酸衍生物的水解反應(yīng)

一、水解反應(yīng)(p354)

羧酸衍生物的加成－消除反應(yīng)有：水解，醇解，酸解和氨解反應(yīng)——羧酸衍生物的共性。水解反應(yīng)則是羧酸衍生物生成的逆反應(yīng)。第二十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日乙酸乙酯的1HNMR第二十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日RCOOH+HCl(室溫)RCOOH+RCOOH（加熱）RCOO-+ROH

（OH-/加熱）RCOOH+NH4+

（H+/回流）RCOO-+NH3

（OH-/回流）第二十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

二、酯的水解反應(yīng)機(jī)理

羧酸衍生物加成－消除一般機(jī)理如下：反應(yīng)決速步驟第二十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日例：第三十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

1.堿性水解(p355)

雙分子酰氧斷裂機(jī)理(BAc2)

(1)雙分子反應(yīng)測(cè)定乙酸乙酯堿性水解反應(yīng)速率：v=k2[CH3COOEt][OH-]——反應(yīng)物和親核試劑都參與過(guò)渡態(tài)的雙分子反應(yīng)(B2)。

(2)酰氧斷裂酰氧斷裂(Ac)烷氧斷裂(Al)第三十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日證據(jù)1證據(jù)2第三十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日(R)-(+)-乙酸-1-苯乙醇酯(R)-(+)-1-苯乙醇80%**證據(jù)3酯的堿性水解——酰氧斷裂(Ac)第三十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

(3)酰氧斷裂的途徑途徑之一過(guò)渡態(tài)--第三十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日途徑之二活性中間體（四面體構(gòu)型）酸堿質(zhì)子交換第三十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日證據(jù)1

IR證實(shí)三氟代乙酸乙酯與乙氧基負(fù)離子在正丁醚中形成四面體化合物。證據(jù)2

羰基氧原子用18O標(biāo)記的羧酸酯在普通水中部分水解，然后測(cè)定未水解酯中18O的含量，結(jié)果有所降低，即存在不含18O的酯。第三十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日水解水解質(zhì)子交換

活性中間體的穩(wěn)定性↑→回收的酯中18O的含量↓第三十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

如果反應(yīng)按途徑1進(jìn)行，沒(méi)有活性中間體質(zhì)子交換的過(guò)程，就不會(huì)發(fā)生18O的交換。所以，酯的堿性水解反應(yīng)機(jī)理為雙分子酰氧斷裂(BAc2)。

(4)影響堿性水解反應(yīng)的因素與羰基直接相連的基團(tuán)吸電子能力↑中間體周?chē)臻g位阻↓活性中間體的穩(wěn)定性↑→堿性水解反應(yīng)速率↑例：見(jiàn)p357第三十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

空間位阻很大的酯需要用特殊的試劑：25℃反應(yīng)機(jī)理可能為雙分子烷氧斷裂(BAl2)。第三十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

2.酸性水解

酯的酸催化水解是酯化反應(yīng)的逆反應(yīng)，二者機(jī)理相同。

(1)酸性雙分子酰氧斷裂機(jī)理(AAc2，p358)

酰氧斷裂機(jī)理

一般情況下，一元羧酸與1ROH或2ROH生成的酯的酸催化水解及相應(yīng)羧酸與醇的酯化反應(yīng)機(jī)理為AAc2。第四十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日,快,快,快,慢,快,快,快,快,快,慢,快,快第四十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日機(jī)理證據(jù)同位素示蹤法表明，苯甲酸乙酯在稀鹽酸中部分水解與酯的堿性水解類(lèi)似，回收的酯中18O的含量↓。由此證明反應(yīng)中間體具有四面體結(jié)構(gòu)。影響反應(yīng)的因素空間位阻（例見(jiàn)p359）；基團(tuán)的電子效應(yīng)影響不顯著，給電子的基團(tuán)對(duì)酯的質(zhì)子化有利，但不利于水分子的進(jìn)攻。

(2)酸性單分子酰氧斷裂機(jī)理(AAc1，p624)

在酸性條件下，空間位阻大的羧酸酯或羧酸按此機(jī)理進(jìn)行水解或酯化反應(yīng)（醇：1ROH或2ROH）。14第四十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日,快,快,快,慢第四十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日,慢,快,快,快反應(yīng)決速步驟：水解與[H2O]、酯化與[HOR]均無(wú)關(guān)——單分子機(jī)理。第四十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日烷氧基氧質(zhì)子化酯羰基氧質(zhì)子化第四十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

(3)酸性單分子烷氧斷裂(AAl1，p625)

在酸性條件下，能形成穩(wěn)定碳正離子的3ROH酯或醇按此機(jī)理進(jìn)行水解或酯化反應(yīng)。證據(jù)機(jī)理在反應(yīng)決速步驟中，水解與[H2O]、酯化與[HOR]均無(wú)關(guān)——單分子機(jī)理第四十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

上述反應(yīng)是酸催化后的SN1機(jī)理，而3ROH的酯化則是逆反應(yīng)。由于3正離子易與堿性較強(qiáng)的水結(jié)合，容易形成3ROH而不利于形成酯，所以酯化產(chǎn)率很低。反應(yīng)決速步驟酯羰基氧質(zhì)子化第四十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

三、腈的水解反應(yīng)機(jī)理(p368)

1.堿性水解OH－為催化劑第四十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

2.酸性水解第四十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日RCOOR+HCl

（室溫）RCOOR+RCOOH

（）RCOOR+ROH

(酯交換

H+/)RCOOR+

NH3

(BF3/)§15-4羧酸衍生物的其它反應(yīng)

一、醇解(alcoholysis)+ROH

(p361)第五十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

1.酯的醇解酯交換或酯轉(zhuǎn)移(transesterification)用于制備難以合成或不能直接酯化合成的酯第五十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日用于合成聚酯的單體用于制造人工心臟的聚酯材料第五十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

2.酰氯的醇解76%用于制備難以合成或不能直接酯化合成的酯第五十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

3.酸酐的醇解酐的醇解在工業(yè)上用來(lái)生產(chǎn)纖維素酯等第五十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

4.腈的醇解二、酸解(acidolysis)

+RCOOH(p363)1.酰氯的酸解用以制備酸酐亞氨基酯的鹽原乙酸乙酯第五十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日第五十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

2.酸酐的酸解3R—OHRCOOR＋F3CCOOH

將羧酸和酚或3醇混合，再加三氟乙酐，可得到酯。AAc2AAl1第五十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日AAc1第五十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日利用酸酐的酸解反應(yīng)制備另一種酸酐第五十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

三、氨解(ammonolysis)+NH3

(p365)

RCONH2+HClRCONH2+RCOONH4RCONH2+ROH

第六十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

1.酰氯的氨解N-苯甲?；鶜溥拎?/p>

2.酸酐的氨解第六十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日N-甲基鄰羧基苯甲酰胺N-甲基鄰苯二甲酰亞胺第六十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

3.酯的氨解

4.酰胺的氨解酰基化試劑：N-?；溥駼Ac2第六十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日羧酸與其衍生物的相互轉(zhuǎn)化PCl3H2OP2O5/H2O/R'OH/H+H2O/OH-NH3H2O/H+,NH3R'OH

,NH3NH3/R'OH第六十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

四、與金屬有機(jī)物的反應(yīng)

1.酰氯-15℃控制格氏試劑的用量，在低溫下分批加到酰氯的溶液中，可以抑制格氏試劑與酮繼續(xù)反應(yīng)。對(duì)于有空間位阻的反應(yīng)物，酮的產(chǎn)率較高。第六十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

2.酸酐

酸酐也能與格氏試劑等金屬有機(jī)物反應(yīng)，但消耗試劑較多，一般不用于合成。第六十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

3.酯甲酸酯與格氏試劑反應(yīng)，產(chǎn)物為仲醇，其它酯則生成叔醇。由于酮分子中的羰基比酯分子中的羰基活性更大，所以反應(yīng)很難停留在生成酮的一步。但：

4.酰胺

有活潑氫的酰胺能使格氏試劑分解。第六十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

5.腈

五、還原

1.酰氯第六十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日-78℃,1h二甲苯,Rosenmund還原第六十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

2.酸酐

一元羧酸的酐可以還原為醇，但沒(méi)有制備價(jià)值。二氫苯并[c]呋喃酮0~25℃,1h第七十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

3.酯4.酰胺第七十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日5.腈17第七十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日化學(xué)亮點(diǎn)2

與細(xì)菌的戰(zhàn)斗：抗菌素的戰(zhàn)爭(zhēng)青霉素（-內(nèi)酰胺衍生物）紅霉素-內(nèi)酰胺大環(huán)內(nèi)酯第七十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日§15-5羧酸衍生物的特性

一、腈的Ritter反應(yīng)（p576）

第七十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日17第七十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

二、酰胺的酸堿性p~π共軛→N接受質(zhì)子能力↓→酰胺呈中性特殊結(jié)構(gòu)的酰胺甚至顯弱酸性。例如：第七十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

三、酰胺脫水

酰胺脫水生成腈(見(jiàn)第十四章羧酸的性質(zhì))

四、酰胺的Hoffman降解反應(yīng)

見(jiàn)第十七章胺的制備

五、酯的Claisen縮合反應(yīng)

見(jiàn)第十六章乙酰乙酸乙酯的合成§15-6烯酮(Ketenes，p368)乙烯酮醛式烯酮酮式烯酮14第七十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

一、乙烯酮的制備700~720℃700~750℃

羧酸分子內(nèi)失水，生成烯酮，所以烯酮可以看作是分子內(nèi)酸酐。第七十八頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

二、乙烯酮的反應(yīng)

1.?；噭┑姆磻?yīng)（C=O親電加成）－＋

－第七十九頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日H2OROHCH3COOHNH318第八十頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日乙酸異丙烯酯第八十一頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

2.親電加成反應(yīng)（C=C親電加成）3.聚合反應(yīng)第八十二頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日

4.分解反應(yīng)h卡賓(carbenes)（碳烯）

卡賓的通式為：R2C:，R也可以是鹵素，例如：二氯卡賓（二氯碳烯）Cl2C:，見(jiàn)第十八章脂肪族重氮化合物。1813第八十三頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日§15-7過(guò)酸和二酰基過(guò)氧化物(p370)過(guò)酸(peroxyacids)二?；^(guò)氧化物(diacylperoxides)第八十四頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日過(guò)苯甲酸二苯甲酰過(guò)氧（過(guò)氧化苯甲酰）

一、過(guò)酸的反應(yīng)

1.烯烴的氧化(p714)

第八十五頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日順式加成第八十六頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日94%6%第八十七頁(yè)，共九十九頁(yè)，2022年，8月28日2.醛酮的氧化——Baeyer-Villiger氧化反應(yīng)