有機課件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、結構和命名1.結構（structure）

L＝X、OR、OCOR、NHRR

CH

C

LHO用共振式表示：

CROLCROLCONHCONHHbHaHbHa腈的結構一、結構和命名1.結構（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。內酯命名時，用內酯二字代替原來酸的酸字并標明羥基的位置。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的酸加上“酐”字組成，混合酸酐依次寫出形成酸酐的兩個酸的名稱，后面加上“酐”字，相對簡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酰基名稱后加上“胺”字。當N上有取代基時，該取代基用斜體的“N”

標出N，N－二甲基甲酰胺（DMF）鄰苯二甲酰亞胺δ

－戊內酰胺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）腈的命名腈是根據主鏈碳原子數（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、結構和命名二、物理性質一、結構和命名二、物理性質三、化學性質三、化學性質（一）親核取代反應其中：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的活性順序為：OCROR'NH2RCNOOOO>>>≈OCRRCRCRCX烴基上的推電子基團降低羰基碳上的正電荷密度，增加空間位阻，因此降低反應活性（1）與羰基相連的基團(L)吸電子能力；（2）與羰基相連的基團(L)空間體積；（3）與羰基相連的基團(L)的離去能力；a.烴基上的吸電子基團增加反應活性離去基團的堿性越強，越不易離去。基團的離去能力順序為：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（1）水解反應（Hydrolysis）－生成酸酸和堿都可以催化反應，生成相應的羧酸，但是對于不同的羧酸衍生物，反應的活性也不同。（1）酰鹵的水解

低級的酰鹵極易水解，如乙酰氯遇水劇烈水解，在制備時需無水條件；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行。在酸催化下水解是酯化反應的逆反應，因此也是可逆反應。堿性條件下的水解不可逆，可以進行完全。a.堿性水解RC－OR'O+HO－+R'OHRC－OO－酯的水解常稱作皂化反應，工業(yè)上利用此反應制備肥皂酯在水解時，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，又是反應試劑，所用的量超過1當量S18COOCH2CH3NaOHH2O18COONa+CH3CH2OHCH3COCCH2CH3CH3HONaOHH2OCH3COONa

+

ROHCH2OCCH3CH3O+NaOH(95-97%)CH2OHCH3OCH3CONa+water-methanolheat*酯的堿性水解反應討論：*反應機理（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,也是以酰氧斷裂方式進行,而叔醇則多以烷氧斷裂的方式進行。a.堿性水解*反應機理（Mechanism）如下：H+轉

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

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

為給電子基團亦有兩種相反的作用，故表現不出明顯的影響。3.酯的酸性水解和酯化反應互為逆反應，平衡的移動取決于反應的條件。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。4.在RCOOR1中，

R對速率的影響是：一級>二級>三級

R1對速率的影響是：三級>一級>二級（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（Hydrolysis）－生成酸（2）醇解反應（Alcoholysis）－生成酯通式：+CRLOHOR'C+ROR'HLO（1）酰鹵的醇解酰鹵與醇很快反應生成酯，是合成酯的常用方法之一，通常用來制備難以直接從羧酸與醇反應得到的酯

（2）酸酐的醇解

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

（Aminolysis）－生成酰胺（1）水解反應（Hydrolysis）－生成酸（2）醇解反應（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，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)生氨解反應生成酰胺或酰胺衍生物++C2H5OHOCOC2H5OHH3CH2NOHNCH3COH（3）氨解反應－生成酰胺或酰亞胺（1）水解反應（Hydrolysis）－生成酸（2）醇解反應（Alcoholysis）－生成酯（4）羧酸衍生物的相互轉化通過羧酸的各種反應和羧酸衍生物的水解、醇解、氨解等反應可以實現它們之間的相互轉化，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3.羧酸衍生物的親核加成反應

－酯與格氏試劑的反應

四種羧酸衍生物均可與Grignard試劑作用，生成相應的叔醇。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3.羧酸衍生物的親核加成反應

4.羧酸衍生物的還原反應發(fā)生還原反應由易到難的順序為：酰氯>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3.羧酸衍生物的親核加成反應

4.羧酸衍生物的還原反應

(1)酰胺的酸堿性N原子上的未共用電子對與羰基處于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?；系碾娮釉泼芏却蟠蠼档投伙@堿性；同時氮氫鍵的極性增強，而表現出明顯的酸性，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

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

+

Br2RNH2（1）酰胺的酸堿性（2）霍夫曼（Hoffmann）降解反應（3）脫水反應酰胺與強的脫水劑（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3.羧酸衍生物的親核加成反應

4.羧酸衍生物的還原反應

2H3O+CH3COC2H5OC2H5ONa1.2.C2H5OH+CH3CCH2COC2H5OO（1）克萊森酯縮合反應反應機理：CH2COC2H5OC2H5OCH2COC2H5OHCH3COOC2H5CH2COOC2H5CH3COOC2H5+CH2COOC2H5H3+OCH3COOC2H5CH2COOC2H5CH3COCH2COC2H5O-C2H5OCH3COCH2COC2H5O+C2H5OCH3COCHCOC2H5OCH3COCH2COC2H5O（1）克萊森酯縮合反應（2）交叉酯縮合反應不同的具α－H的酯進行酯縮合時，可能有四種產物，在合成上無意義

CH3COOC2H5

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

C2H5ONa2)

H+RO-NaH0-25oCNaBH4C2H5OH25oC常見的無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（2）交叉酯縮合反應（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（2）交叉酯縮合反應（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進行縮合時，主要產物為β-二酮。這是由于酮的α-氫酸性強于酯的α-氫，所以在堿催化下，酮提供α-氫形成碳負離子，與酯發(fā)生親核加成-消除反應，生成β-二酮COOC2H5+CH3COCOCH2COC2H5OC2H5OH酯縮合反應是形成C-C鍵的重要反應，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（2）交叉酯縮合反應（3）狄克曼（Dieckmann）酯縮合（4）酮與酯的縮合（5）酯縮合反應在合成中的應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3.羧酸衍生物的親核加成反應

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

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

經乙酰乙酸乙酯合成：

分析：(1)產物為甲基酮，合成時一定要經過酮式分解。(2)將目標產物的結構與丙酮進行比較，確定引入基團。(3)最后確定合成路線。

注意：當引入基團不同時，通常是先引入活性較高和體積較大的基團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3.羧酸衍生物的親核加成反應

4.羧酸衍生物的還原反應7.乙酰乙酸乙酯及其在合成中的應用8.丙二酸二乙酯及其在合成中的應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離子，可與鹵代烷發(fā)生親核取代反應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。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，這統(tǒng)稱為麥克爾加