chapter10羧酸衍生物

1、chapter10羧酸衍生物11.1 羧酸衍生物的結(jié)構(gòu)、命名和物理性質(zhì)羧酸衍生物的結(jié)構(gòu)、命名和物理性質(zhì)1 . 羧酸衍生物的結(jié)構(gòu)酯、酰鹵、酸酐、酰胺的結(jié)構(gòu)與羧酸是類似的，分別是RO、X；、RCOO和RNH取代了羧酸中的羥基。羧酸中羰基是sp2雜化，羥基與羰基有給電子的p-共軛；在酯、酰鹵、酸酐、酰胺中的羰基還是sp2雜化，但是RO、X；、；、RCOO和和RNH是否是否與羰基共軛？與羰基共軛？這可以從實驗測定的鍵長數(shù)據(jù)來推斷。在酰胺中，CN鍵長比胺中要短；在酯中，CO鍵長比醇中要短；但是在酰氯中，CCl鍵長與鹵代烴中幾乎相等：CH3CClOCCl: 178.9pmCH3Cl178.1pmCH3CO

2、CH3OC(sp2)O: 136pmCH3OH143pmHCNH2OCN: 137.6pmCH3NH2147.4pm這說明在酰胺和酯中有明顯的p共軛，因此CN和CO之間有部分雙鍵性質(zhì)，導(dǎo)致相應(yīng)的鍵長縮短；而酰氯中這種共軛幾乎不存在，因此其CCl鍵的鍵長與鹵代烴比較沒什么變化。C-N之間的p-共軛作用更強一點。這是因為在元素周期表中，碳與氮相鄰，它們的p軌道大小相差不大，因此能比較有效地相互重迭即能比較有效地發(fā)生p-共軛。因此與酯和酰氯比較，酰胺的上述電荷分離共振式的貢獻最大；酰氯最小。RCOOHRCOOHRCOOHRCOLRCOLRCOL(A)(B)氮如果與羰基共軛，就意味著氮原子是或接近于s

3、p2雜化。從下面甲酰胺的CNH之間的鍵角數(shù)值可以看出，氮原子大致上是sp2雜化狀態(tài)；另一方面，根據(jù)測定，甲酰胺中所有原子都在甲酰胺中所有原子都在同一平面內(nèi)同一平面內(nèi)，這也證明氮原子是sp2雜化狀態(tài)，與氨或脂肪胺的角錐結(jié)構(gòu)不同。由于CN之間有部分雙鍵性質(zhì)，CN鍵就不能自由旋轉(zhuǎn)(能壘為1)；同時由于甲酰胺中所有原子都在同一平面內(nèi)，因此氮上兩個氫的化學(xué)環(huán)境是不同的；如果兩個氫換成兩個甲基，即N, N二甲基甲酰胺，這兩個甲基的化學(xué)環(huán)境也是不同的，根據(jù)核磁共振測定，它們在純液態(tài)在372K的G是21.1kcal mol1。氰基碳為sp雜化，因此腈的結(jié)構(gòu)與炔相似，是直線狀的。乙腈中CN鍵長為116pm。HC

4、ONCH3CH3HCONHHHCO 122.97oNCO 123.86oCNH 117.15oCNH 120.62o2. 羧酸衍生物的命名酰氯和酰胺是根據(jù)分子中所含的?；乎Ｂ群王０肥歉鶕?jù)分子中所含的?；篊O2CH3CO2HOOOCH32-甲基戊二酸酐CH3COClCH3CH2CH2COBr乙酰氯丁酰溴C6H5COCl苯甲酰氯CH3COCl對-甲基苯甲酰氯CH3CONH2CH3CH2CONHCH3乙酰胺N-甲基丙酰胺CH3CONHCH3N-甲基-對-甲基苯甲酰胺NOCH3CH3N-甲基-戊內(nèi)酰胺酯是根據(jù)水解所得的酸和醇命名酯是根據(jù)水解所得的酸和醇命名：酸酐和腈是根據(jù)水解所得的酸命名：

5、酸酐和腈是根據(jù)水解所得的酸命名：CH3CNC6H5CN乙腈苯甲腈CH2CHCN丙烯腈CH3COOCH3CO乙酸酐(乙酐)CH3COOCH3CH2CO乙丙酐CH2COOCH2CO丁二酸酐CHCOOCHCO順丁烯二酸酐CCOOO鄰苯二甲酸酐CH3COOCH3HCOOCH2CH3乙酸甲酯甲酸乙酯ClCOOCH(CH3)2對-氯苯甲酸異丙酯羧酸衍生物的物理性質(zhì)甲酰氯在60C以上是不穩(wěn)定的，立即分解為CO和HCl，因此最簡單的酰氯是乙酰氯。甲酸酐是未知化合物。甲酰胺和甲酸甲酯常溫下是穩(wěn)定的化合物。低級的酰氯和酸酐有剌鼻的氣味，而酯則有芳香的氣味，存在于水果中，是一些水果香味的根源。酰胺沒什么氣味。酰氯、

6、酯和酸酐沒有活性氫可成氫鍵，因此沸點比相應(yīng)的羧酸低。例如：乙酸 bp. 118 C 分子量 60 乙酰氯 bp. 51 C 分子量 乙酸酐 bp.140 C 分子量 102 戊酸 bp.187 C 分子量 102乙酸乙酯 bp.77 C 分子量 88 丁酸 bp.163 C 分子量 90氮原子上有H的酰胺，由于該H可以與另一酰胺分子生成分子間氫鍵，因此沸點比較高，甚至高于相應(yīng)的羧酸，而且除甲酰胺外，RCONH2型的酰胺都是固體；如果氫原子逐個被烷基取代，則氫鍵逐個減少，其沸點也降低了，并且在室溫下也可能呈液態(tài)，例如：CH3CH2CONH2(丙酰胺) bp. 213 C mp. 79 CCH3C

7、H2CON(CH3)2 N，N二甲基丙酰胺 bp. 153 CCH3CONH2 (乙酰胺) bp. 221 C mp. 82 CCH3CONHCH3 (N甲基乙酰胺) bp. 204 C mp. 28 CCH3CON(CH3)2 (N，N二甲基乙酰胺) bp. 165 C mp. 20 CN,N二甲基甲酰胺（bp.153 C）的情況比較特殊，雖然沒有氫鍵，但它的沸點也不低。這是因為它的分子極化很大，而羰基上只有一個氫，因此它的偶極-偶極相互作用很強：酰胺也容易與水分子締合。因此低級的酰胺能溶于水。甲酰胺、N-甲基甲酰胺和N,N-二甲基甲酰胺都能與水混溶。隨著分子量增大，酰胺在水中的溶解度迅速減

8、小。腈的極化度非常大。低分子量的腈（乙腈）與水互溶。表HCONCH3CH3OCHNCH3CH3CH3CN = 4.03D(氣態(tài)) = 4.39D(氣態(tài))C6H5CN3. 羧酸衍生物的波譜性質(zhì)羧酸衍生物的波譜性質(zhì)羧酸衍生物中羰基的伸縮振動的波數(shù)C=O對判斷羧酸衍生物的種類有些用處?？梢哉J(rèn)為羧酸衍生物中羰基的伸縮振動的波數(shù)以1750 cm1為中心。羰基伸縮振動的波數(shù)C=O與碳氧雙鍵的力常數(shù)有關(guān)。力常數(shù)越大，C=O的數(shù)值也越大。而雙鍵的力常數(shù)與雙鍵的“程度”有關(guān)。雙鍵越是像雙鍵，其力常數(shù)就越大。如果雙鍵因某種因素被削弱，趨向于單鍵，其力常數(shù)就變小，如果雙鍵因某種因素被削弱，趨向于單鍵，其力常數(shù)就變小

9、，C=O的數(shù)值也變小的數(shù)值也變小。因此對于羧酸衍生物中羰基C=O的大小，可以通過分析其碳氧雙鍵的“雙鍵程度”來判斷。酰胺的N原子與羰基有著很好的p-共軛。這種共軛的結(jié)果是使羰基雙鍵的電子云更偏向氧原子方向，因而也更削弱了碳氧雙鍵，使碳氧雙鍵更趨向于像單鍵。因此鍵的力常數(shù)變小，從而使C=O值趨小。所以酰胺的C=O在羧酸衍生物中是最小的，一般在16901620cm1；固相因有氫鍵，C=O在1640cm1附近，氣態(tài)高至1700cm1以上。酰氯中這種p-共軛不明顯，并且因為氯原子較強的吸電子誘導(dǎo)，使本來偏向氧原子的碳氧雙鍵的電子云有點向碳方向轉(zhuǎn)移，羰基的雙鍵特性有所加強，因此酰氯的C=O高于酯和酮等，

10、多數(shù)在1800cm1附近。芳香酰氯的C=O在1770cm1附近。酯的C=O在1740cm1附近，比酮的（1720cm1）高，這是因為氧的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)大于供電子的p-共軛。假如酸是一個,-不飽和酸，所有這些C=O的伸縮振動頻率都要降低20 cm1。腈的碳氮三鍵的伸縮振動高于碳氧雙鍵，在23002220 cm1之間，其峰強度比羰基小，但能在此處出現(xiàn)吸收峰的就只有碳碳叁鍵（多在2100 cm1附近）和異腈酸酯（N=C=O）之類，鮮有別的基團的峰，較為特征。RCONH2RCONH2羧酸衍生物的質(zhì)譜：酯和酰胺一般可以得到分子離子峰，芳香族衍生物的分子離子峰的強度較大；除簡單斷裂外，還可能有由于McLa

11、fferty重排而產(chǎn)生的碎片離子：HCCCCOORCC+HOCCOROCOCCHROHCOCCR+HCCCCONH2CC+HOCCNH2這種重排得到的碎片離子與同一位置以簡單斷裂方式得到的碎片離子有何不同？羧酸衍生物中羰基碳譜的化學(xué)位移約在160185ppm之間，腈在約110126ppm。酰胺氮上質(zhì)子的化學(xué)位移在58ppm范圍內(nèi)，吸收峰一般呈低寬饅頭狀。羧酸衍生物能否用核磁共振譜區(qū)別？11.2 羧酸衍生物的反應(yīng)羧酸衍生物的反應(yīng)羧酸衍生物都含有一個羰基。實驗證明，它們主要的反應(yīng)模主要的反應(yīng)模式是式是: 親核加成離去基離去親核加成離去基離去。RCOLNuNuCORLCNuOR+ L羧酸衍生物的反應(yīng)

12、活性與上述兩步中哪一步是決速步有關(guān)。如果親核試劑進攻、羰基打開為慢的一步，即為決速步，則有利于親核試劑進攻的底物反應(yīng)速度就快?？臻g位阻小、羰基碳正電性顯著就有利于Nu進攻；酰氯中p-共軛較不顯著，氯原子可以看成是單純的吸電子誘導(dǎo)基團，顯然羰基碳的正電性被加強，有利于Nu的進攻；而酰胺中N的供電性最強，因此酰胺的羰基最不易受進攻。如果第二步離去基的離去為決速步，則離去基親核性越強，越不容易離去，反應(yīng)速度就越慢，各種離去基的親核性有如下次序： NH2 RO RCOO Cl因此羧酸衍生物的反應(yīng)活性有如下次序：RCONR2RCOORRCOO2RCOCl 如果是在酸性溶液中水解，則第一步應(yīng)該是在羰基的氧

13、上結(jié)合一個質(zhì)子，這時羰基氧的電子云密度越大越容易結(jié)合一個質(zhì)子，但這一步往往是可逆的，而且一般不是決速步，決速步還是羰基打開或離去基離去，而這又與上面述敘的情況差不多，所以一般來說，羧酸衍生物的反應(yīng)活性總歸有著上面巳經(jīng)指出的那樣的次序。RCOHLNuNuCOHRLCNuOHR+ LRCOLH+H+CNuOR 1. 水解反應(yīng)雖然水解的難易程度不同，羧酸衍生物水解后都生成羧酸：RCOCl + H2ORCOOH + HClRCOO+ H2ORCOOH22RCOOR+ H2ORCOOH + ROHRCONR2 + H2ORCOOH + R2NHRCNH2ORCONH2H2ORCOOH低級脂肪族酰氯極易水

14、解，例如乙酰氯，打開瓶蓋就冒白煙，因為乙酰氯蒸氣與空氣中的水蒸氣接觸立即水解，產(chǎn)生HCl氣體。隨著分子量增大，酰氯的水解速度也變慢。這可能是由于酰氯水溶性變小的緣故。由于酰氯是從羧酸制備，酰氯的水解沒合成意義，相反經(jīng)常是要小心避免的反應(yīng)。酐也很容易水解，但沒有酰氯那樣劇烈。酰鹵和酐的水解都是不需要酸堿催化的。由于酸酐也是從羧酸制備，所以它們的水解也不用來制備羧酸。酯的水解可以用來制備羧酸。例如，長鏈脂肪酸制備的一條重要途徑就是從天然油脂水解。酯水解是研究得較多的，酯水解通常在酸堿催化下進行，但不加酸堿酯也會緩慢地水解。a）、酯的酸性水解酯的酸性水解酯的酸性水解是酯化反應(yīng)的逆反應(yīng)，因此也是可逆的

15、；烷氧基氧用18O同位素標(biāo)記的酯進行水解反應(yīng)，得到的酸中沒有18O，說明水解是酰氧斷裂：C6H5CO18OCH3+ H2OH+C6H5COOH + H18OCH3因此，對一般的酯，酸催化的水解有如下的機理：RCOH18OROH2RC18OROHRC18ORORCOH18OHROHH2OH+RCOHOH+RCOHOHROH在酸性條件下，進攻羰基的只能是H2O，但水的親核能力很弱，因此第一步羰基氧的質(zhì)子化是必要的，它可以使羰基極化程度大大增加，有利于水分子的進攻。位阻對水解有顯著影響。因為從sp2雜化的平面結(jié)構(gòu)變成sp3雜化的四面體構(gòu)型，基團與基團之間的空間距離變小了。所以無論是酸還是醇部分的R，

16、如果位阻大了，都對水解或酯化反應(yīng)的速度產(chǎn)生不利影響。位阻大的酯是不是酸性條件下無法水解了呢？也是可以的。例如2,4,6三甲苯甲酸甲酯的位阻很大，它的水解可以這樣操作：將2,4,6三甲苯甲酸甲酯溶于濃硫酸，然后將濃硫酸溶液倒在冰上或注入冰水中，則定量地得到2,4,6三甲苯甲酸。CH3CH3COOCH3CH31. conc. H2SO4CH3CH3COOH + CH3OHCH32. H2OCH3CH3COOCH3CH3conc. H2SO4CH3CH3CCH3OOHCH3CH3CH3CCH3O + CH3OHslowCH3CH3CCH3OOHCH3強酸溶液中有利于烷氧基氧上的質(zhì)子化；之所以能形成酰

17、基正離子，是由于酰基的R能給電子，或者說能分散正電荷，使正離子有一定的穩(wěn)定性。這種水解的機理稱為AAc1，因為在慢的決速步中只是酯的單分子電離。上述反應(yīng)中每一步都是可逆的，因此如果將2，4，6三甲苯甲酸溶于濃H2SO4，再將它倒入冷的甲醇中，就可得2，4，6三甲苯甲酸甲酯。如果是叔醇酯，如果是叔醇酯，RCOOC(R)3，酸性水解就應(yīng)該是烷氧斷裂，酸性水解就應(yīng)該是烷氧斷裂，因為生成穩(wěn)定的碳正離子。事實證明確實如此，例如乙酸三苯甲醇酯在乙酸催化下，在用18O標(biāo)記的水中水解，水解后18O是在醇中而不是在酸中：CH3CH3CCH3OCH3CH3CCH3OOHHOH2OH2CH3CH3CCH3OOH這就

18、證明發(fā)生了烷氧斷裂烷氧斷裂；因此其機理可能為：CH3COHOC(Ph3)CH3COHO+C(Ph)3slowC(Ph)3+ H218OH18OC(Ph)3fast這種機理被表示為AAl1（單分子烷氧斷裂）。CH3COOCPh3+ H218O0.03mol/L CH3COOH二惡烷H2OCH3COOH + H18OCPh3CH3COOCPh3+ HCH3COHOCPh3fastb）、酯的堿性水解酯的堿性水解酯的堿性水解與酸性水解有所不同。首先，堿性水解中堿不是催化劑，而是參與反應(yīng)的試劑，因為堿會與水解生成的羧酸發(fā)生中和反應(yīng)，生成羧酸鹽和水，因此至少需要等mol量的堿，而不是催化量；其次，由于最后

19、生成羧酸鹽和水，把生成的羧酸從水解平衡中除去了，所以堿性水解不是一個平衡堿性水解不是一個平衡，而能進行到底。因此實用上酯的水解通常用堿性條件，由于氫氧根負(fù)離子的親核能力比H2O大很多，在堿性水解中HO直接進攻酯羰基：HO+ CORORCORORHOCORHONaOHCORNaO+ H2Oslow氫氧負(fù)離子進攻、羰基打開這一步是慢的，因此是決速步；由于這一步涉及兩種分子，因此堿性水解的速度與酯的濃度和氫氧負(fù)離子的濃度都成正比：2OHRCOORk同位素實驗和立體化學(xué)方法都說明，一般酯的堿性水解發(fā)生酰氧斷裂，所以稱之為BAc2（堿性雙分子酰氧斷裂）。與酸性水解不同，酯羰基上有吸電子取代基可以使OH易

20、于進攻并使中間體穩(wěn)定，因此使堿性水解易于進行：HOCORROCORORHOslow+RCOO + ROHRCO2C2H5 + OHH2O, 25oCRCO2+ CH3CH2OHR CH3 CH2Cl CHCl2 CH3CO CCl3相對速率 1 290 6130 7200 2315但在空間效應(yīng)方面與酸性水解相似。如果酯的位阻大，堿性水解速率也變慢，位阻很大的酯堿性水解就不易發(fā)生。但是可以用其它特殊的方法水解。顯然從產(chǎn)物可以看出，這是一個親核取代反應(yīng)，而且發(fā)生了烷氧斷裂，因此這種反應(yīng)可能的機理是堿性雙分子烷氧斷裂堿性雙分子烷氧斷裂（BAl2）。例如2,4,6-三甲基苯甲酸甲酯，可以用氰化鈉作為試

21、劑使它水解：CH3CH3COOCH3CH3NaCN/HMPACH3CH3COONa + CH3CNCH325oCc）、酰胺的水解在羧酸衍生物中，酰胺的羰基最不易受進攻，NH2也是離去傾向最小的基團。因此，酰胺的活性最小。實際上，酰胺的水解最困難，一般要與酸或堿一起加熱才能水解。N烴基取代和N，N二烴基取代酰胺的水解更困難。許多酰胺可以用水作重結(jié)晶溶劑。CH3ONHCOCH3NO2KOH / H2O回流CH3ONH2 + CH3COOKNO2d）、腈的水解腈是較易獲得的原料，其水解也需在酸堿催化下進行，氫氧化鈉、氫氧化鉀的水或醇溶液、硫酸、鹽酸等都是常用的試劑：腈的水解實際上先生成酰胺，然后酰胺

22、再水解成羧酸：C6H5CH2CN + H2OHCl50oCC6H5CH2CONH28286%C6H5CH2CONH2 + H2OH2SO4100oC, 3hC6H5CH2COOH78%腈水解的機理可能為：RCN + OHRCNOHH2ORCNH + OHOHC6H5CH2CCH2CNCH3CH2CH31. KOH/H2O/HOCH2CH2OH2. HClC6H5CH2CCH2COOHCH3CH2CH39193%RCNHOHRCNH2O在酸性溶液中：RCN + H+RCNHH2ORCNHOH2H+RCNHOHRCNHOHRCNH2ORitter反應(yīng)反應(yīng)：叔醇在強酸性溶液中易失去羥基生成碳正離子作

23、為反應(yīng)的中間體，這時溶液中如有腈存在，碳正離子(親電試劑)就可能與腈中的氮原子(親核試劑)結(jié)合，然后再水解生成羧酸和胺：(CH3)3COHHH2O(CH3)3CRCNRCNH2OH+C(CH3)3RCNC(CH3)3OHRCNHC(CH3)3OH2ORCOHO+ (CH3)3CNH2這個反應(yīng)稱為Ritter反應(yīng)，可以用于胺的制備。2、醇解（醇解（Alcoholysis）羧酸衍生物與醇反應(yīng)稱為醇解。醇解與水解是相似的，但醇解生成的是酯：RCOCl + ROHRCOOR + HClRCOOCOR + ROHRCOOR + RCOOHRCOOR + ROHRCOOR + ROHRCONH2 + RO

24、HRCOOR + NH3由于NH2是比RO更差的離去基團，所以酰胺的醇解比較難以發(fā)生，也沒有制有價值。但是在強酸催化下，在過量的醇存在下也可以醇解。a）、酰氯和酸酐的醇解酰氯與醇或酚迅速反應(yīng)生成酯，通常要加堿吸收生成的HCl，可以用無機堿，也可以用有機堿：C6H5COCl + C6H5OHNaOH/H2OC6H5COOC6H5 + HCl 7580%其他常用的有機堿有吡啶、三乙胺等。酚難以直接與羧酸反應(yīng)成酯，一些位阻較大的醇也難以與羧酸直接成酯，可以用這種方法制成酯?；酋Ｂ纫部梢酝瑯臃绞脚c醇成酯：CCOOO2CH2CHCH2OH+C6H6/對甲苯磺酸回流, 分水COOCH2CHCOOCH2CH

25、CH2CH27085%OOO+ CH3OHCOOCH3COOHOOO+ CH3OHCOOCH3COOHCH3SO2Cl+ C2H5OH + NaOH25oCCH3SO2OC2H574%CH3COCl + (CH3)3COHN,N二甲苯胺CH3COOC(CH3)3 + C6H5NH(CH3)2Cl6368%b）、酯的醇解：酯交換（酯的醇解：酯交換（Transesterification）酯交換反應(yīng)在有機合成中很有用。有些酯難以直接制備，就可以先將所需要的酸制成容易制備的酯，然后再與指定的醇進行酯交換來制備；例如，醋酸丙烯酯容易從丙酮與乙烯酮反應(yīng)得到：CH3CCH3OCH3CCH2OHCH2COC

26、H3CCH2OCOCH3因此可以用醋酸丙烯酯與其他能烯醇化的羰基化合物交換，制備相應(yīng)的烯醇酯：CH3CCH2OCOCH3+Op-CH3C6H5SO3H12hOCOCH3+ CH3COCH3工業(yè)上也用到酯交換反應(yīng)。例如，滌綸是對苯二甲酸與乙二醇的聚合物。但用于合成滌綸的對苯二甲酸必須純度很高才行。而對苯二甲酸不易提純。因此把它制成甲酯再分餾提純。提純后的對苯二甲酸二甲酯可以直接與乙二醇在催化劑作用下，進行酯交換反應(yīng)而合成高聚物，即滌綸：CH3OCOCOCH3O+ HOCH2CH2OHSb2S3COCOCH2CH2OOn+ CH3OH酯交換反應(yīng)的機理與酯水解相似，只不過進攻酯羰基的質(zhì)點是醇或烷氧基

27、負(fù)離子取代了水解中的水分子或羥基負(fù)離子。c）、腈的醇解腈的醇解：腈在干燥HCl氣體作用下與醇反應(yīng)，生成亞氨基代酯的氯化氫鹽：CH3CN +C2H5OH + HClCH3CNH2 ClOC2H5如果有過量乙醇存在，顯然亞氨基酯的氯化氫鹽還能與醇反應(yīng)(類似于對羰基的加成)，最后連氨基也被取代掉，生成原酸酯：CH3CNH2 ClOC2H5+ 2 C2H5OHCH3C(OC2H5)3 + NH4Cl如反應(yīng)體系中含有水,亞氨基代酯就會水解成酯CH3CNH2 ClOC2H5+ H2O+ NH4ClCH3COOC2H54、氨解氨解酰氯、酸酐的氨（胺）解是制備酰胺的重要方法，也是氨基保護的方法。例如，H2NC

28、H2COOH + (CH3CO)2OH2OCH3CONHCH2COOH 8992%rt.環(huán)酐與氨或胺反應(yīng)，先開環(huán)生成單酰胺羧酸，后者容易轉(zhuǎn)變成環(huán)狀的酰亞胺，例如：NH2(CH3CO)2ONHCOCH3CH(CH3)2CH(CH3)2HNO320oCNHCOCH3CH(CH3)2NO294%NH2CH(CH3)2NO2KOHEtOH100%98%3、酸解酸解酰氯在堿存在下與羧酸反應(yīng)是酸酐的合成方法之一：RCOCl +RCOORCOOH吡啶CR + C5H5NHClO酯的氨（胺）解酯的氨（胺）解：氨或胺可以在室溫或加熱條件下與酯反應(yīng)，形式上置換了酯中的烷氧基成為酰胺：CH3CHCOOCH2CH3

29、+ NH3(液)OHrt.24hCH3CHCONH2 + CH3CH2OHOH7075%OO + CH3NH2NOCH38893%CCOOOCCONCH3OCH3NH2CNHCH3COHOON甲基鄰苯二甲酰亞胺N甲基鄰羧基苯甲酰胺CCONHOH2NCNH2O87%CCOOO腈的氨解：在弱酸性條件下，腈與氨反應(yīng)生成咪鹽：CH3CN + NH3 + NH4Cl125150oCCH3CNH2NH2CH3CNH2NH2Cl咪鹽醇解、氨解反應(yīng)的機理？5、與金屬有機化合物的反應(yīng)與金屬有機化合物的反應(yīng)羧酸衍生物分子中都含有羰基，Grignard試劑、鋰試劑等金屬有機化合物能與之加成，生成酮、醇等化合物。a）

30、、與格氏試劑的反應(yīng)與格氏試劑的反應(yīng) 酰鹵與格氏試劑反應(yīng)先生成酮，但是酮也很容易與格氏試劑反應(yīng)生成叔醇。所以即使等摩爾的酰鹵與格氏試劑反應(yīng)，酮的產(chǎn)率也很低。好在酰鹵比酮活潑，因此可以降低反應(yīng)溫度以降低酮的活性，使主要得到酮。三氯化鐵、氯化亞銅、二氯化錳等金屬試劑有助于酮的生成。例如，在低溫下，將溴化正己基鎂慢慢地加入到乙酰氯的四氫呋喃溶液中，可以得到高產(chǎn)率的辛2酮：nC6H13MgBr + CH3COClTHF78oCnC6H13COCH3 93%nC4H9MgCl + CH3COCl乙醚/FeCl370oCnC4H9COCH3 72%無論是酰氯還是格氏試劑，如果有一定的空間阻礙，將對叔醇的生成

31、起阻礙作用，使反應(yīng)停留在酮的階段：(CH3)2CHCOClCH3CH2CMgClCH3CH3+乙醚1618oC, 5daysCH3CH2CCH3CH3COCH(CH3)2酯與格氏試劑的反應(yīng)難以停留在酮，一般都得到叔醇酯與格氏試劑的反應(yīng)難以停留在酮，一般都得到叔醇：C6H5COOCH2CH3 + 2C6H5MgBr(C6H5)3COH 8993%但甲酸酯與格氏試劑反應(yīng)得仲醇：HCOOC2H5 + 2 n-C4H9MgBr(n-C4H9)2CHOH 85%酰胺如N上有H，由于該氫的酸性較大，會使格氏試劑分解，一般難以與格氏試劑反應(yīng)；如N,N二烴基酰胺，則可以與格氏二烴基酰胺，則可以與格氏試劑反應(yīng)生

32、成酮：試劑反應(yīng)生成酮：C6H5MgBr +NClNONClNOMgBrC6H5ClO?；溥蚩梢宰鳛轷；噭?，其他酰胺與格氏試劑的反應(yīng)不太作為酮的合成方法。腈與格氏試劑反應(yīng)是合成酮的簡便方法之一腈與格氏試劑反應(yīng)是合成酮的簡便方法之一，生成的中間體亞胺不與第二分子格氏試劑加成，因此水解后得到酮：RCN + RMgXRCNMgXRH2ORCORCH3CN + C6H5MgBrC6H5COCH3 68%1.C6H62.H2Ob）、與烷基鋰和二烷基銅鋰反應(yīng)與烷基鋰和二烷基銅鋰反應(yīng)烴基鋰與羧酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物多數(shù)是叔醇，COOMeCOOMe+ 4PhLiCPh2OHCPh2OH90%鋰試劑與酰胺的反應(yīng)產(chǎn)物

33、一般是酮，但與甲酰胺反應(yīng)得醛最有合成意義：OCH3OCH3Li+OHNMePhOCH3OCH3CHO55%二烴基銅鋰能在低溫下與酰氯反應(yīng)生成酮，產(chǎn)率良好，酰鹵分子中含有鹵素、羰基、氰基、酯基、酰胺基等均不受影響：CH3CH2CH2CO(CH2)4COCl(CH3)2CuLiCH3CH2CH2CO(CH2)4COCH395%Me2CCH2CuLi + Me2CHCH2COCl5oC4hMe2CCHCOCH2CHMe270%6、還原反應(yīng)還原反應(yīng)羧酸衍生物比羧酸容易還原。羧酸衍生物還原最終可得醇、胺，控制條件也可能得醛。酯還原生成兩分子醇，其中原羧酸部分還原成伯醇。LiAlH4和硼氫化鋰LiBH4都

34、可以把酯還原成一級醇，硼氫化鋰活性稍?。?CH3)3CCOOC2H5LiAlH4 / Et2O(CH3)3CCH2OH65%n-C15H31COOC4H9-nLiBH4THF,H2On-C15H31CH2OH + n-C4H9OH硼氫化鈉還原酯的速度極慢，所以一般認(rèn)為硼氫化鈉不能還原酯。但有其它Lewis酸存在下，酯也能被NaBH4還原為醇，例如：其他如催化氫化法、金屬鈉和醇還原法以及電化學(xué)還原法等都可以將酯還原為醇， C5H11COOCH3CuOCuCr2O4 / 20MPaH2, 250 oCC5H11CH2OH92%NaBH4 + LiClLiBH4 + NaCl硼氫化鋰可由NaBH4和

35、LiCl在乙醇中制備： COORNO2NaBH4 / AlCl3O(CH2CH2OCH3)2CH2OHNO282%84%在氫化鋰鋁發(fā)現(xiàn)之前，羧酸就是通過制備成酯再用金屬鈉和醇還原法(Bouveault-Blanc)還原為醇的，現(xiàn)在工業(yè)上大量酯的還原可以用催化氫化法，也有用金屬鈉和醇還原法的，特別是從油脂制備長鏈醇：COOEt(CH2)8COOEtNa / EtOHCH2OH(CH2)8CH2OH73-75%酯用金屬鈉還原如果不加供質(zhì)子劑醇，得到的產(chǎn)物就不是簡單的醇，而是雙分子偶聯(lián)起來，成為-羥基酮：2CH3CH2CH2COOC2H5Na, 甲苯H2OCH3CH2CH2CCHCH2CH2CH3O

36、OH其機理是鈉轉(zhuǎn)移一個電子給酯，酯就成了負(fù)離子自由基；兩個負(fù)離子自由基偶聯(lián)起來后再在負(fù)電荷作用下將烷氧基排出，成為-兩羰基化合物；然后再接受鈉的電子進一步還原：酰胺的還原酰胺的還原：酰胺不易還原。但氫化鋰鋁還是容易還原酰胺。氮上沒取代基的酰胺還原成伯胺，氮原子上有一個和兩個烷基的分別還原成仲胺和叔胺：C6H5OCH2CONH2 + LiAlH4Et2OC6H5OCH2CH2NH22-苯氧基乙胺80%CH3CONHC6H5 + LiAlH4Et2OCH3CH2NHC6H5H2O60%RCCOOR2 NaRCCOORH2ORCCOH OHRRCCOOHRHCORORCORORCROCOORORR2

37、22 Na在酰胺的還原中，羰基先接受氫化鋰鋁上的一個負(fù)氫原子的親核進攻，羰基打開成為四面體的中間體，然后在第二個負(fù)氫原子進攻下OAlH2離去，酰胺還原成了三級胺：Et2OCON(CH3)2LiAlH4COAlH2N(CH3)2HHCH2N(CH3)2如果嚴(yán)格控制LiAlH4的用量，使第二個負(fù)氫原子進攻的機會不存在，所得四面體中間體水解就得醛：CH3CH2CH2CONC6H5CH3LiAlH4Et2O, 0 oCCH3CH2CH2COAlH2HNC6H5CH3H2OCH3CH2CH2CHO + C6H5NHCH358%Et2OCON(CH3)2LiAlH4CH2N(CH3)288%但是氫化鋰鋁的

38、反應(yīng)活性還是太大，這樣制備醛的產(chǎn)率不高.后來人們將氫化鋰鋁中的氫用烷氧基取代掉二個或甚至三個，制備出二烷氧基氫化鋰鋁或三烷氧基氫化鋰鋁，這種試劑由于本身體積較大，活性就相應(yīng)降低，用這種試劑去還原酰胺能得產(chǎn)率較高的醛，例如：CH3CH2CH2CON(CH3)2LiAl(C2H5O)3HH2OCH3CH2CH2CHO + (CH3)2NH90%Et2O腈的還原腈的還原：腈可以用催化氫化、氫化鋰鋁還原為胺： 酸酐的還原酸酐的還原：酸酐可以還原為醇，但實際上沒有制備意義。酰氯的還原酰氯的還原：羧酸衍生物中酰氯的反應(yīng)活性最大，在還原反應(yīng)中也一樣，酰氯最容易還原。因此酰氯可以用活性較小的催化劑催化加氫生成

39、醛，常用的催化劑是負(fù)載在硫酸鋇上的金屬鈀，溶劑一般用甲苯或二甲苯，稱為Rosenmund還原： LiAlH4Et2O, rt.70%CHOCH3CHCH2NH2CHOCH3CHCNCH3CO(CH2)6COClH2 / Pd / BaSO42,6-二甲吡啶CH3CO(CH2)6CHO加入2,6-二甲吡啶等有機堿是為吸收反應(yīng)中放出的HCl；酰氯也可以用烷氧基氫化鋰鋁等化學(xué)試劑還原，COClNO2O2NLiAlHOC(CH3)33CHONO2O2N63%黃原酸酯黃原酸酯：黃原酸本身極不穩(wěn)定，它的鹽可由醇、二硫化碳和氫氧化鈉反應(yīng)得到：ROH + CS2+ NaOHSCSNa+RO+ H2O黃原酸鈉與

40、鹵代烴反應(yīng)得黃原酸酯：SCSNa+RO+ RXSCSRRO黃原酸酯加熱消去成烯烴：黃原酸酯加熱消去成烯烴：CSHOSRRCSHOSRRROCSHSROCS+要注意的是這種消除是順式的消除這種消除是順式的消除，在某些結(jié)構(gòu)的情況下會生成取代基較少的烯烴，例如下列化合物的熱解就得到雙鍵上取代基少的烯烴（如果反式消去得什么烯烴？）：OCSSCH3CH(CH3)2HHHHCH(CH3)2CH3醇可以在酸性條件下消除一分子水成為烯烴，也可以制成黃原酸酯再加熱裂解為烯烴：ROHNaRONa+CS2SC SNaROCH3ISC SCH3RO順式消去產(chǎn)物雖然醇直接用酸性條件消去要簡單得多，但兩種方法消去得到的產(chǎn)

41、物可能不同（順式和反式消去）；此外，酸性條件下消去有時會發(fā)生重排，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)可能完全不同。不僅黃原酸酯可以發(fā)生熱解，羧酸酯也可以發(fā)生同樣的熱解，但羧酸酯熱解所需的溫度比黃原酸酯高。這種消去反應(yīng)的過渡態(tài)是環(huán)狀過渡態(tài)，對于鏈狀化合物，其消除其消除方向為：取決于可利用的氫原子數(shù)方向為：取決于可利用的氫原子數(shù)，例如醋酸-2-丁酯熱解得到5562%的1-丁烯和3845%的2-丁烯，這個比例接近于可消除的氫原子數(shù)：CH3CH2CHCH3OCOCH3CH3CH2CHCH2CH3CHCHCH3+5562%3845%但在環(huán)狀化合物中，被消除氫原子的選擇原則是應(yīng)在被消除基團的同一邊，所以產(chǎn)物生成的選擇性與上兩例反應(yīng)

42、不同，這在上面已有一例，下面再舉兩例：HHOCOCH3HCH3HHCH3CH3+COOEtOCOCH3HHHHCOOEtH(CH3)2CHCHCH3OCOCH3(CH3)2CHCHCH2(CH3)2CCHCH3+80%20%Perkin反應(yīng)是制備,-不飽和羧酸的一種經(jīng)典反應(yīng)，反應(yīng)溫度通常在170COCHAc2O, AcONaOCHOCHCO2H74%150oCCHOOHAc2O, AcONaOO香豆素的合成：Perkin反應(yīng)往往需時較長，溫度較高，所以產(chǎn)率往往不高。所以往往采用改進的方法合成。一些有機合成反應(yīng)：（一些人名反應(yīng)）一些有機合成反應(yīng)：（一些人名反應(yīng)）機理:C6H5CH O +(CH3

43、C)2OOCH3CO2NaC6H5CHCHCO2H(E)-肉桂酸, 55%C6H5HCCH2OCOOCOH3CC6H5HCCH2OCOOCOH3C(CH3CO)2OC6H5CHCHOCOOCOCH3COH3CHC6H5CHHCCOOCOCH3C6H5COOHH2OCH3COOCCH3OCH3CO2NaCH2COOCCH3OCH2COOCCH3OPhCHO這類反應(yīng)稱為E. Knoevenagel反應(yīng)，所用的堿一般為二級胺。一般來說這類反應(yīng)中必須要有兩個吸電子基與活性亞甲基相連，因為用的是弱堿，所以亞甲基氫要足夠活潑，才能產(chǎn)生足夠濃度的碳負(fù)離子發(fā)生親核加成，另一氫也要足夠活潑，才能在弱堿的作用下從

44、分子中除去，形成碳碳雙鍵，使反應(yīng)朝有利于生成產(chǎn)物的方進行：OOH2CCHOCH2(COOH)2吡啶/六氫吡啶OOH2CCHCCOOHCOOH-CO2OOH2CCHCCOOHH胡椒丙烯酸例如芳醛，特別是取代的芳醛，在有機堿的作用下與丙二酸反應(yīng)，可以在較低的溫度下縮合，產(chǎn)率較高：Ph CHO + H2CCOOHCOOHBPhCCCOOHCOOHHHOPhCCCOOHCOOHHHOHBHB+ H2CCOOHCNOCOOHCNNH4OAc6576%Ph CC(COOH)2HPhHCCHCOOH-CO2Darzen反應(yīng)：反應(yīng)：是合成,-環(huán)氧酸酯的方法。RCHOXCH2COOEt+RCH CHCO2EtO

45、ROKROHXCH2COOEtXCHCOOEtR C ROCHCOOEtRCROROXRCHCHCO2EtO一些化合物的酸性：一些化合物的酸性：pKa(in DMSO): PhCOCH3: 24.7 CH3COCH3 26.5 環(huán)己酮：26.4 CH3CO2C2H5 30.5 CH3NO2 17.2 CH3CN 31.3 pKa(relative to water): RCH2CHO 16 RCOCH2R 19-20 Claisen Condensation含有-氫的酯在堿性條件下可以兩分子縮合成-酮酸酯：乙酸乙酯得乙酰乙酸乙酯2 CH3COOC2H51. NaOEt / EtOH2. H /

46、 H2OCH3COCH2CO2C2H5+ C2H5OHbp. 181 oC, 75%其他有兩個-氫的酯也可以縮合： 2 CH3CH2COOC2H51. NaOEt / EtOH2. H / H2OCH3CH2COCHCO2C2H5+ C2H5OHCH32-甲基-3-戊酮酸乙酯己二酸酯和庚二酸酯在堿性試劑作用下可以起分子內(nèi)的酯縮合反應(yīng)，生成環(huán)狀的-酮酸酯，稱為Dieckmann Condensation. 但分子內(nèi)縮合一般只適合于合成5、6-元環(huán)的化合物。1.NaOEt / EtOH2. H / H2O+ C2H5OH2-環(huán)戊酮甲酸乙酯, 7580%CO2EtCO2EtOCO2EtCH3CO2C

47、2H5+ C2H5OCH2COC2H5OCH2COC2H5O+ C2H5OHCH2COC2H5OOCOC2H5CH3+OCOC2H5CH3CH2CO2C2H5OCOC2H5CH3CH2CO2C2H5CH3COCH2CO2C2H5CH3COCH2CO2C2H5+ C2H5OCCHCO2C2H5OCH3+ CH3CH2OHpKa10.6515.9乙酸乙酯中-甲基氫的酸性與乙醇接近。因此用乙醇鈉作堿性試劑時，只有很小一部分乙酸乙酯變成烯醇負(fù)離子，即第一步是個平衡反應(yīng)。但生成乙酰乙酸乙酯后，活性亞甲基上的氫的p，具有較強的酸性，因此在乙醇鈉的作用下，生成的乙酰乙酸乙酯幾乎全變成了相應(yīng)的烯醇鹽，從而使反

48、應(yīng)向生成乙酰乙酸乙酯的方向移動而趨于完成。因此，酯縮合反應(yīng)要求有兩個-氫。對于只有一個對于只有一個-氫的酯，酯縮合反應(yīng)必須在更強堿的作氫的酯，酯縮合反應(yīng)必須在更強堿的作用下才能完成用下才能完成。(CH3)2CHCO2C2H5+ (C6H5)3C Na(CH3)2CCO2C2H5+ (C6H5)3CHpKa1531.5(CH3)2CHCO2C2H5(CH3)2CCO2C2H5+(CH3)2CHCOCCH3CH3CO2C2H5CO2C2H5CONHC6H5Na苯OCONHC6H567%NCO2C2H5CH2CO2C2H51. C6H5CH3, C2H5OK2. HClNO7782%(CH3)2CH

49、CCOOC2H5HCNHCH2CO2C2H5NH(CH3)2CHOHCOOC2H5假如兩種不同的酯起Claisen縮合反應(yīng)，理論和實際上都是得到4種不同的-酮酸酯，因此沒有合成價值。但如果一種酯沒有-氫，則可以進行交叉縮合，如RCH2COOEt + HCOOEtBHCOCHCOOEtRRCH2COOEt + CO(OEt)2BRCH(CO2Et)2RCH2COOEt +BCOOEtCOOEtRCHCO2EtCOCO2EtCO2EtCH2H2CCH2CO2Et+BCOOEtCOOEtCO2EtCHH2CCHCO2EtCOCO顯然酮也可以代替酯進行縮合 酮的烯醇鹽雖然可以與酮的羰基縮合，但平衡位置

50、不利于羥基酮的生成。如用沒有-氫的酯與酮縮合，則得-二酮：C6H5COOC2H5+ CH3COC6H51. C2H5O2. H3OC6H5COCH2COC6H56070%O+ EtOCOEtO1. NaH2. H2OOCO2Et三、-二羰基化合物在有機合成中的應(yīng)用二羰基化合物在有機合成中的應(yīng)用乙酰乙酸乙酯在堿的作用下可以變成烯醇負(fù)離子，該烯醇負(fù)離子可以對鹵代烷、酰氯等進行親核取代，發(fā)生烷基化、酰基化反應(yīng)：H3CCCHOCOOC2H5H3CCCHOCOOC2H5CH3COCH2CO2Et + NaOEtH3CCCHOCOOC2H5CH3COCHCO2Et+ RXRH3C CCHORCOOC2H5+C-烷基化O-烷基化由于烯醇負(fù)離子具有典型的雙位反應(yīng)性能, 可以在碳上也可以在氧上烷基化。一般來說，用鹵代烷作為烷基化試劑時在質(zhì)子溶劑中烷基進入到碳上為主，用碘代烷比用氯代烷的碳烷基化產(chǎn)率高，使用活性較大的鹵代烷氧烷基化的比例增加；此外，反應(yīng)溶液的濃度越稀，氧烷基化的比例也越大。由于-二羰基化合物的烷基化是在強堿性溶液中進行, 所以容易起消去反應(yīng)的叔鹵代烷不能用；仲鹵代烷在生成烷基化產(chǎn)物的同時也產(chǎn)生部分消去產(chǎn)物。但叔鹵代烷在高氯酸銀的作用下在硝基甲烷