羧酸及羧酸衍生物的重要反應(yīng)及重要反應(yīng)機(jī)理

1、精選文檔第六章 羧酸及羧酸衍生物的性質(zhì)及重要反應(yīng)機(jī)理一、羧酸的化學(xué)性質(zhì)1.酸性羧酸具有酸性，誘導(dǎo)、共軛、場(chǎng)效應(yīng)等對(duì)酸性強(qiáng)弱有影響。利用羧酸的酸性可以制備羧酸酯和羧酸鹽。2.親核取代反應(yīng)這是羧酸在肯定條件下轉(zhuǎn)變成羧酸生物的反應(yīng)。大多數(shù)親核取代反應(yīng)是通過(guò)加成-消退歷程完成的。3.還原反應(yīng)羧酸能被LiAlH4和B2H6還原成相應(yīng)的伯醇。4.-H的鹵化（Hell-Volhard-Zelinsky反應(yīng)）通過(guò)把握鹵素的用量可以制備一元或多元的鹵代羧酸，并進(jìn)一步制備羥基酸和氨基酸 。5.脫羧反應(yīng)羧酸在適當(dāng)?shù)臈l件下，一般都能發(fā)生脫羧反應(yīng)，這是縮短碳鏈的反應(yīng)。通常的脫羧反應(yīng)表示如下：A為-COOH、-CN、-（

2、C=O）R、-NO2、-CX3、-C=O、C6H5-等吸電子基團(tuán)時(shí)，脫羧反應(yīng)相當(dāng)簡(jiǎn)潔進(jìn)行。此外還有一些特殊的脫羧方法。二元羧酸的脫羧規(guī)律是：乙二酸、丙二酸、加熱失羧，丁二酸、戊二酸加熱是水生成分子內(nèi)酸酐，己二酸、庚二酸加熱是水、失羧生成環(huán)酮。依據(jù)以上反應(yīng)可以得出一個(gè)結(jié)論，在有機(jī)反應(yīng)中有成環(huán)可能時(shí)，一般易形成五元環(huán)或六元環(huán)。這稱為布朗克（Blanc）規(guī)章。二、羧酸衍生物的化學(xué)性質(zhì)1.親核取代反應(yīng)這是羧酸衍生物的轉(zhuǎn)換反應(yīng)。轉(zhuǎn)換的活性挨次為：RCOX>CRCOOOCR>RCOOR>RCONR2酸和堿都能催化反應(yīng)。2.與有機(jī)金屬化合物的反應(yīng)選用空阻大的酰鹵，反應(yīng)能把握在酮的階段。選用

3、甲酸酯，可以制備對(duì)稱二級(jí)醇。選用碳酸酯，可制備三個(gè)烴基相同的三級(jí)醇。二元酸的環(huán)狀酸酐可用來(lái)制備酮酸。酰胺氮上有活潑氫，一般不宜使用。3.還原反應(yīng) 一般還原反應(yīng)歸納于下表：反應(yīng)物還原劑NaBH4 LiAlH4催化氫化B2H6RCOCl Rosenmund法RCHO+RCH2OHRCOOOCR+2RCH2OHRCOOR+特殊催化劑+RCH2OHROHRCONH2+特殊催化劑+RCH2NH2RCN+RCH2NH2其他重要反應(yīng)如：Claison縮合、Reformatsky反應(yīng)、Darzens反映、Perkin反應(yīng)、Bouveault-Blanc反應(yīng)、酮醇反應(yīng)、酯的熱裂等見(jiàn)重要反應(yīng)機(jī)理。三、羧酸和羧酸衍

4、生物的制備1. 羧酸的制備2. （1）氧化法 甲基方庭、一級(jí)醇、醛經(jīng)氧化生成和原料化合物碳原子數(shù)相同的羧酸。烯、炔、芳甲位有氫的側(cè)鏈芳烴（芳甲位不含氫原子的側(cè)鏈不被氧化）二級(jí)醇、三級(jí)醇、銅經(jīng)氧化生成比原料化合物碳原子數(shù)少的羧酸。（2）水解法 羧酸衍生物和腈均產(chǎn)生相應(yīng)的羧酸（三級(jí)鹵代烴，新戊級(jí)鹵不能經(jīng)腈來(lái)制備相應(yīng)的羧酸）。（3）有機(jī)金屬化合物制備法 格氏試劑和有機(jī)鋰試劑均能與二氧化碳反應(yīng)生成增加一個(gè)碳原子的相應(yīng)的羧酸。2 酰鹵的制備3.酸酐的制備（1）混合酸酐法（2）羧酸脫水法（制備單純的酸酐）（3）芳烴的氧化（4）乙酸酐的特殊制法4.酯的制備（1）酯化反應(yīng)（2）羧酸衍生物的醇解（3）羧酸鹽與鹵

5、代烷反應(yīng)（指適應(yīng)于一級(jí)鹵代烴和活潑鹵代烴）（4）羧酸與重氮甲烷的反應(yīng)（5）羧酸對(duì)烯和炔的加成5.酰胺的制備（1）羧酸銨鹽的失水（2）腈的把握水解（3）羧酸衍生物的胺（氨）解6.腈的制備（1）酰胺失水（2）用鹵代烴與氰化鈉反應(yīng)四、重要反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理（一）羧酸衍生物的轉(zhuǎn)換反應(yīng) 反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：堿催化反應(yīng)機(jī)理酸催化反應(yīng)機(jī)理：（二）酯化反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：1.加成-消退反應(yīng)機(jī)理（大多數(shù)酯化反應(yīng)按此機(jī)理進(jìn)行）2.碳正離子機(jī)理（SN1）（三級(jí)醇的酯化反應(yīng)按此機(jī)理進(jìn)行）3.?；x子反應(yīng)機(jī)理（SN1）（僅有少數(shù)空阻大的羧酸按此反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行）：（三）、酯的水解反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理1. 堿性水解（皂化反應(yīng)）

6、機(jī)理2.酸性水解機(jī)理3.三級(jí)醇酯水解反應(yīng)機(jī)理（四）Claison酯縮合反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：用乙醇鈉作催化劑，酯必需供應(yīng)兩個(gè)-H，乙醇鈉的用量要大于1摩爾，才能有利于平衡向縮合方向移動(dòng)。若酯只有一個(gè)-H，則需要用更強(qiáng)的堿如Ph3CNa作催化劑。該反應(yīng)可用來(lái)制備-酮酸酯。二元酸酯可以發(fā)生分子內(nèi)的酯縮合反應(yīng)，產(chǎn)物為環(huán)狀-酮酸酯，這稱為Dieckmann縮合反應(yīng)。（五）酯縮合的逆反應(yīng)、酮式分解和酸式分解酯縮合的逆反應(yīng)：酮式分解：酸式分解：（六）Reformatsky反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：（七）Darzens反應(yīng) 反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：（八）Perkin反應(yīng) 反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：（九）Bouveault-B

7、lanc還原（酯的單分子還原）反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：（十）酮醇反應(yīng)（或偶姻（acyloin）反應(yīng)）（酯的雙分子還原）反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：（十一）Hell-Volhard-Zelinsky反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：去除第一步和最終一步，則為酰鹵-H鹵化的反應(yīng)機(jī)理。（十二）脫羧反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：1 環(huán)狀過(guò)渡態(tài)機(jī)理：當(dāng)-碳與不飽和鍵相連時(shí)（如-羰基酸），一般都通過(guò)環(huán)狀過(guò)渡態(tài)機(jī)理失羧。2 羧酸負(fù)離子機(jī)理失羧酸性很強(qiáng)的羧酸易通過(guò)負(fù)離子機(jī)理失羧。（十三）酯的熱裂反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：（十四）Hofmann降解反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機(jī)理：例題1完成反應(yīng)式：解：1本題為酯的水解反應(yīng)，由于酯基部分為空阻大的三級(jí)醇，三級(jí)碳又與乙

8、烯基和苯基相連，簡(jiǎn)潔形成穩(wěn)定的碳正離子，所以，本題以SN1機(jī)理發(fā)生酯的水解。18O連在醇羥基上。2烯丙型碳原子是共振雜化體，具有兩位反應(yīng)性能。碳正離子呈平面結(jié)構(gòu)，與H2O18結(jié)合時(shí)可以得到兩種結(jié)構(gòu)。例題2試為下述反應(yīng)建議合理的、可能的、分步的反應(yīng)機(jī)理解：說(shuō)明本題是內(nèi)酯胺解和羥醛縮合型反應(yīng)的混合，由于反應(yīng)物中有多種官能團(tuán)，在反應(yīng)類(lèi)型及反應(yīng)部位的確定方面需要做出正確的推斷。例題2試為下述反應(yīng)加以合理的、可能的、分步的反應(yīng)機(jī)理。解：說(shuō)明本題涉及構(gòu)象、酮酯縮合、逆向酯縮合、分子內(nèi)的SN2反應(yīng)、酸堿反應(yīng)等學(xué)問(wèn)點(diǎn)，題目比較機(jī)敏。例題3 完成下列方程式，并寫(xiě)出反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理。解：的反應(yīng)機(jī)理：例題4 完成反應(yīng)

9、式，并為下述反應(yīng)提出合理的、可能的、分步的反應(yīng)機(jī)理。 解： 反應(yīng)機(jī)理：這是負(fù)離子失羧機(jī)理。首先通過(guò)電子轉(zhuǎn)移，形成氧正離子。然后，在正離子的吸電子作用下，羧酸電離，羧酸根離子失羧，并恢復(fù)萘環(huán)的芳香結(jié)構(gòu)。反應(yīng)機(jī)理：這是六元環(huán)狀過(guò)渡態(tài)失羧機(jī)理。首先是醇羥基形成鋅鹽，然后失水成烯。，-不飽和烯酸經(jīng)六元環(huán)狀過(guò)渡態(tài)失羧，雙鍵移位。例題5 請(qǐng)為下述反應(yīng)提出合理的、可能的、分步的反應(yīng)機(jī)理，簡(jiǎn)述試驗(yàn)操作挨次并闡明理由。解：該成酯反應(yīng)是依據(jù)?；x子反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行的。試驗(yàn)操作挨次：先將濃硫酸和羧酸混合，然后將混合液倒入相應(yīng)的醇中。（試驗(yàn)操作不能反過(guò)來(lái)，否則，醇遇濃硫酸會(huì)失水。例題6 請(qǐng)為下述反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機(jī)理。

10、解：本體是芳香親電取代與負(fù)離子脫羧交叉組合型的反應(yīng)機(jī)理。例題7 完成下列反應(yīng)，并為這些反應(yīng)供應(yīng)合理的、可能的、分步的反應(yīng)機(jī)理。 解：反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)式按酰氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行的，所以反應(yīng)后醇的構(gòu)型保持不變。反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)式按烷氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行的，所以氧的同位素18O保留在酯分子中。例題8 請(qǐng)為下列反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機(jī)理。解：本題在寫(xiě)酯化反應(yīng)機(jī)理時(shí)要考慮立體化學(xué)。假如羧甲基和羥甲基處于反式，反應(yīng)不能進(jìn)行。本題為酯化反應(yīng)和酯熱裂消退反應(yīng)的組合，在酯熱裂消退反應(yīng)中，應(yīng)生成E型烯烴。例題9 CH2=CHCH(CH3)COOH在酸的作用下得到兩種產(chǎn)物。請(qǐng)寫(xiě)出兩種產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，哪一種產(chǎn)物是主要的？為什么？解：

11、兩種產(chǎn)物分別是-丁內(nèi)酯和-丙內(nèi)酯。反應(yīng)過(guò)程如下：從碳正離子的穩(wěn)定性看，（）（），而從內(nèi)酯的穩(wěn)定性來(lái)講，-丁內(nèi)酯-丙內(nèi)酯，由于各步反應(yīng)都是可逆的，所以平衡移動(dòng)的最終結(jié)果是大部分產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的-丁內(nèi)酯。例題10 酰鹵氨解時(shí)會(huì)產(chǎn)生一部分氫鹵酸，因此氨解反應(yīng)通常是在有其他堿存在的體系中進(jìn)行的。請(qǐng)回答通常選用什么堿性體系，為什么？解：能溶于水的酰鹵氨解時(shí)常選用吡啶、三乙胺、N,N二甲苯胺等有機(jī)堿。不溶于水的酰鹵氨解時(shí)，可用NaOH水溶液。由于溶于水的酰鹵水解速率會(huì)比不溶于水的酰鹵快，為了抑制副反應(yīng)，所以選用有機(jī)堿體系。不溶于水的酰鹵水解速率很慢，而反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的氫鹵酸會(huì)快速進(jìn)入水相與堿反應(yīng)，所以可以選用

12、NaOH水溶液。例題11 完成反應(yīng)式，并寫(xiě)出合理的反應(yīng)機(jī)理解：反應(yīng)機(jī)理：本題為酯的水解反應(yīng)，由于是3º醇酯的水解反應(yīng)，所以反應(yīng)按烷氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行。例題12 CH3COOR在鹽酸中，于25時(shí)水解的相對(duì)速率：請(qǐng)解釋上述試驗(yàn)事實(shí)。解：酯的酸性水解可以依據(jù)烷氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行，也可以依據(jù)酰氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行。當(dāng)R為C(CH3)3時(shí)，反應(yīng)依據(jù)烷氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行。這是一個(gè)單分子反應(yīng)，速率較雙分子反應(yīng)快得多。當(dāng)R為CH3、C2H5、CH（CH3）2時(shí)，反應(yīng)依據(jù)酰氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行。反應(yīng)關(guān)鍵的一步是形成四周體中間體，當(dāng)R為CH3、C2H5、CH（CH3）2時(shí)，空阻漸漸增大，羰基碳的電正性漸漸降

13、低，所以反應(yīng)速率漸漸降低。例題13 寫(xiě)出反應(yīng)產(chǎn)物，并為下述反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機(jī)理：解：在酸性條件下，胺成鹽，所以酸酐只能發(fā)生醇解，生成（A）后，體系轉(zhuǎn)入堿性，胺又游離出來(lái)，此時(shí)酯發(fā)生胺解。反應(yīng)機(jī)理：本題為酰胺二次醇解和分子內(nèi)親核取代反應(yīng)交叉組合的反應(yīng)機(jī)理。例題14 請(qǐng)為下述反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機(jī)理。 解：先發(fā)生酯縮合的逆反應(yīng)，再發(fā)生酯縮合。先發(fā)生酮酯縮合反應(yīng)，再發(fā)生酯縮合的逆反應(yīng)。 本題為-二羰基化合物的烷基化反應(yīng)和酯縮合逆反應(yīng)的組合。 本題為環(huán)氧化合物的堿性開(kāi)環(huán)和分子內(nèi)酯交，換的組合。堿性條件下，試劑進(jìn)攻環(huán)氧化合物空阻小的地方，酯交換時(shí)，發(fā)生酰氧鍵斷裂，所以，在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，不對(duì)稱碳原子的構(gòu)型保持不變。本題為親核取代、酯的水解、失羧、酯化反應(yīng)組合在一起的反應(yīng)。例題15 為下述反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機(jī)理。解：本題為Hofmann重排型反應(yīng)，反應(yīng)條件有了一些改動(dòng)，用乙醇鈉的乙醇溶液代替了