有機(jī)化學(xué)：羧酸衍生物碳酸衍生物

Chapter13羧酸衍生物碳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）。通式羧酸第一節(jié)羧酸衍生物（carboxylicacidderivatives）通式酰鹵:X=Cl、Br酯酸酐酰胺腈鹽酸普魯卡因（局麻藥）

撲熱息痛（解熱鎮(zhèn)痛藥）

δ+δ-δ++一、結(jié)構(gòu)和命名1.結(jié)構(gòu)（structure）

L＝X、OR、OCOR、NHR用共振式表示：

C－N鍵長(zhǎng)：137.6pmCH3－NH2中C－N鍵長(zhǎng)：147.4pm鹵原子的電負(fù)性較大，在酰鹵的共振極限式中，電荷分離式（2）對(duì)共振雜化體的貢獻(xiàn)很小，因此，在共振雜化體中以（1）式為主，酰鹵分子中C-X鍵并不比鹵代烷中的C-X鍵短：2.命名（Nomenclature）（1）酰鹵的命名酰鹵命名是在酰基名稱后加上鹵素名稱

4－溴戊酰溴4－甲基苯甲酰氯（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(shí)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(nèi)酯命名時(shí)，用內(nèi)酯二字代替原來(lái)酸的酸字并標(biāo)明羥基的位置。苯甲酸乙酯3-甲基-4-丁內(nèi)酯COCH2CH3O34OOCH33－甲氧基苯甲酸芐酯或3－甲氧基苯甲酸苯甲酯（3）酸酐的命名是由相應(yīng)的酸加上“酐”字組成，混合酸酐依次寫出形成酸酐的兩個(gè)酸的名稱，后面加上“酐”字，相對(duì)簡(jiǎn)單的酸寫在前面苯甲酸酐乙（酸）丙（酸）酐鄰苯二甲酸酐（4）酰胺的命名酰胺的命名是在?；Q后加上“胺”字。當(dāng)N上有取代基時(shí)，該取代基用斜體的“N”

標(biāo)出苯甲酰胺N，N－二甲基甲酰胺（DMF）鄰苯二甲酰亞胺δ

－戊內(nèi)酰胺OONHαδHON（5）腈的命名腈是根據(jù)主鏈碳原子數(shù)（包括氰基碳）用“腈”命名

乙腈苯甲腈3-甲基戊腈CH3CNCH3CH2CHCH2CNCH3CN在命名含多官能團(tuán)的化合物時(shí)，需選擇一個(gè)官能團(tuán)為母體化合物，而把其它官能團(tuán)作為取代基。選作母體化合物的優(yōu)先次序如下：

RCOOH>RSO3H>(RCO)2O>RCOOR′>RCOX>RCONHR′>RCN>RCHO>RCOR′>ROH>ArOH>HNRR′>ROR′羧酸>磺酸>酸酐>酯>酰鹵>酰胺>腈>醛>酮>醇>酚>胺>醚－NO2，－X，－OR等一般做為取代基羧酸衍生物的官能團(tuán)作為取代基時(shí)其名稱如下：甲氧甲酰基乙酰氧基氨甲?；燃柞；杌鵆OCH3O3－甲?；郊柞０稲－3－羥基－5－氧代己酸﹡CH2COOHCH2CCH3HOHOCHOCONH2二、物理性質(zhì)(自學(xué)）三、化學(xué)性質(zhì)（一）親核取代反應(yīng)其中：L＝X、OCH3、NH2

、OCOR等1.各種羧酸衍生物親核取代的活性烴基上的推電子基團(tuán)降低羰基碳上的正電荷密度，增加空間位阻，因此降低反應(yīng)活性（1）與羰基相連的基團(tuán)(L)吸電子能力；（2）與羰基相連的基團(tuán)(L)空間體積；（3）與羰基相連的基團(tuán)(L)的離去能力；a.烴基上的吸電子基團(tuán)增加反應(yīng)活性離去基團(tuán)的堿性越強(qiáng)，越不易離去?；鶊F(tuán)的離去能力順序?yàn)椋呼人嵫苌镉H核取代反應(yīng)的活性順序?yàn)椋河H核取代反應(yīng)總的結(jié)果是－L基團(tuán)被羥基、烷氧基或氨（胺）基所取代，這些反應(yīng)依次稱為羧酸衍生物的水解、醇解和氨解反應(yīng)。有些羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)需在酸或堿催化下進(jìn)行。利用親核取代反應(yīng)可使羧酸衍生物之間相互轉(zhuǎn)化。OCROR'NH2RCNOOOO>>>≈OCRRCRCRCX2.羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)（1）水解反應(yīng)（Hydrolysis）－生成酸酸和堿都可以催化反應(yīng)。＋－CORXCOROR'COROCOR'CORNH2(NHR')H2OH

or

OHCOROHHXHOCOR'HOR'NH3

(NH2R')（1）酰鹵的水解

低級(jí)的酰鹵極易水解，如乙酰氯遇水劇烈水解，在制備時(shí)需無(wú)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。（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(yīng)活性比酰鹵稍緩和一些。heat+HCHCCH2OOOCCH3COOHCOOHCCOCH3OOO+H2OCOHOCOHO（3）酯的水解酯水解需在酸或堿催化下進(jìn)行。在酸催化下水解是酯化反應(yīng)的逆反應(yīng)，因此也是可逆反應(yīng)。堿性條件下的水解不可逆，可以進(jìn)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(yīng)，工業(yè)上利用此反應(yīng)制備肥皂酯在水解時(shí)，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'

－OH酰氧斷裂烷氧斷裂OH－OR－C－O－*反應(yīng)機(jī)理（Mechanism）如下：可見堿既是催化劑，又是反應(yīng)試劑，所用的量超過(guò)1當(dāng)量S是什么構(gòu)型的？18COOCH2CH3NaOHH2O18COONa+CH3CH2OHCH2OCCH3CH3O+NaOH(95-97%)CH2OHCH3OCH3CONa+water-methanolheat*酯的堿性水解反應(yīng)討論：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(yīng)速率越快。4.酯的堿性水解是不可逆的。5.堿的用量要超過(guò)催化量。CH3COOCMe3

Me3CCOOEt

CH3COOEt

ClCH2COOEtV相對(duì)

0.0020.01

1296下列取代的苯甲酸的堿性水解的相對(duì)速度：R：-NO2-Cl-H-CH3-OCH3相對(duì)速度：

110410.50.2這里考慮羰基活性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(shí),也是以酰氧斷裂方式進(jìn)行,而叔醇則多以烷氧斷裂的方式進(jìn)行。*反應(yīng)機(jī)理（Mechanism）如下：H+轉(zhuǎn)

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

+*反應(yīng)機(jī)理（Mechanism）如下：（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(jìn)行

O2NNH2OCH3O2NNHCOCH3OCH3100oCKOH/H2OCH3COOK+KOHH2O

heatCH3CNHOBrCH3COKO+NH2BrCH3CH2CHCNH2OCH3CH2CHCOHOH2OH2SO4

heat+NH4+HSO4–（5）腈的水解

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+H2OH2SO4

heatCH2CNNO2OCH2COHNO2（2）醇解反應(yīng)（Alcoholysis）＋CORXCOROR'COROCOR'CORNH2(NHR')COOR''RHOR''HXCOHOR'NH3(NH2R')HOR'（1）酰鹵的醇解酰鹵與醇很快反應(yīng)生成酯，是合成酯的常用方法之一，通常用來(lái)制備難以直接從羧酸與醇反應(yīng)得到的酯（2）酸酐的醇解

（3）酯的醇解－酯交換反應(yīng)（transesterification）酯交換反應(yīng)常用來(lái)制備難以合成的酯（如酚酯或烯醇酯）或從低沸點(diǎn)醇酯合成高沸點(diǎn)醇酯（3）氨解反應(yīng)

（Aminolysis）－生成酰胺（1）水解反應(yīng)（Hydrolysis）－生成酸（2）醇解反應(yīng)（Alcoholysis）－生成酯)HNR2,H2NR(HNH2+)NR2NHR,(NH2ORC+HLCROL（1）酰鹵的氨解+NaOHOClC6H5CHN+NaCl%81OC6H5CN(2)酸酐的氨解酸酐的活性低于酰氯，且在水中較不易水解，有些反應(yīng)物易溶于水，可以在水中進(jìn)行，因?yàn)榘返挠H核性比水大得多。環(huán)狀酸酐與氨（或胺）反應(yīng)，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）

酰鹵、酸酐的醇解和氨解又稱為醇和胺的?；╝cylation）反應(yīng)，是制備酯和酰胺的常用方法，酰鹵和酸酐稱為酰化劑（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(yīng)生成酰胺或酰胺衍生物++C2H5OHOCOC2H5OHH3CH2NOHNCH3COH小結(jié):羧酸衍生物的水解、醇解、胺解其反應(yīng)活性為：酰氯>酸酐>酯>酰胺酰氯與酸酐的醇解、胺解反應(yīng)在醇或胺分子中引入一個(gè)?；?，這些反應(yīng)統(tǒng)稱為?；磻?yīng)，酰氯和酸酐稱為酰化劑。羧酸衍生物的水解、醇解、胺解的反應(yīng)機(jī)理相似，一般均經(jīng)歷親核加成－消除的歷程，有些反應(yīng)常在酸或堿的酸的催化下進(jìn)行。RC=OX+

R'MgX無(wú)水乙醚RCOMgXXR'RCR'OMgX2R'MgX乙醚RCR'OMgXR'H3O+RCR'OHR'3.羧酸衍生物與格氏試劑的反應(yīng)4.羧酸衍生物的還原反應(yīng)（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

COClH2

,

Pd-BaSO4

硫－喹啉COH+HC2H5OC(CH2)2CH2OOOOClC2H5OC(CH2)2CPd/BaSO4硫－喹啉5.酰胺的特性

(1)酰胺的酸堿性酰胺的水溶液不顯堿性，而顯中性：

pKa~15.1CRONH2在酰亞胺分子中，氮原子上連接兩個(gè)?；?，氮上的電子云密度大大降低而不顯堿性；同時(shí)氮?dú)滏I的極性增強(qiáng)，而表現(xiàn)出明顯的酸性，能與氫氧化鈉（或氫氧化鉀）水溶液成鹽

NOOHNBSCH3CNH2ONH

OONH

OOpKa

~15.1

9.62

8.3（2）霍夫曼（Hoffmann）降解反應(yīng)

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

+

Br2RNH2該反應(yīng)常用于由羧酸制備少一個(gè)碳原子的伯胺，也可用來(lái)制備氨基酸Br2NaOHO

+

2NH3OOCH2CH2CCOONH4ONH2H2NCH2CH2COO-COOHNH2?RR如果酰胺分子中α-碳原子是手性中心，反應(yīng)后手性中心的構(gòu)型保持不變（3）脫水反應(yīng)酰胺與強(qiáng)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)4CONH2SOCl2第二節(jié)

羧酸衍生物涉及碳負(fù)離子的反應(yīng)及其在合成中的應(yīng)用酯中的α-氫顯弱酸性，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)，生成β-酮酸酯，稱為酯縮合反應(yīng)或克萊森縮合反應(yīng)（Claisencondensation）

2H3O+CH3COC2H5OC2H5ONa1.2.C2H5OH+CH3CCH2COC2H5OO一、酯縮合反應(yīng)（1）克萊森酯縮合反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理：H3+O只有一個(gè)α-氫原子的酯采用一個(gè)很強(qiáng)的堿，如三苯甲基鈉，才能使反應(yīng)順利進(jìn)行（2）交叉酯縮合反應(yīng)不同的具α－H的酯進(jìn)行酯縮合時(shí)，可能有四種產(chǎn)物，在合成上無(wú)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(jìn)行酯縮合反應(yīng)時(shí)，可得到較純的產(chǎn)物。這種縮合稱為交叉酯縮合（crossedestercondensation）。COOCH2CH3COOCH2CH3+C6H5CH2COOC2H5COOCH2CH3COCHCOOC2H5C6H51)

C2H5ONa2)

H+NCOOCH3+

CH3CH2CH2COOEtNaHNCOCHCOOEtCH2CH3常見的無(wú)α－H的酯：苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯和碳酸酯等

（1）克萊森酯縮合反應(yīng)（2）交叉酯縮合反應(yīng)（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。αβ（1）克萊森酯縮合反應(yīng)（2）交叉酯縮合反應(yīng)（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(nèi)進(jìn)行縮合時(shí)，主要產(chǎn)物為β-二酮。這是由于酮的α-氫酸性強(qiáng)于酯的α-氫，所以在堿催化下，酮提供α-氫形成碳負(fù)離子，與酯發(fā)生親核加成-消除反應(yīng)，生成β-二酮酯縮合反應(yīng)是形成C-C鍵的重要反應(yīng)，它可以合成β-酮酸酯、1,3-二酮、1,3-二酯、環(huán)狀化合物等

二、酯縮合反應(yīng)在合成中的應(yīng)用三、乙酰乙酸乙酯及其在合成中的應(yīng)用（1）酮式-烯醇式互變異構(gòu)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(yīng)放出氫氣－說(shuō)明具有烯醇（Enol）的結(jié)構(gòu)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(shuō)明具有酮的結(jié)構(gòu)酮式92.5%烯醇式7.5%氫鍵穩(wěn)定了烯醇式酮式-烯醇式互變異構(gòu)現(xiàn)象在有機(jī)化學(xué)中普遍存在，凡C=O鍵α-碳原子上具有氫的化合物都可能發(fā)生。烯醇式在平衡混合物中的含量，因化合物的結(jié)構(gòu)不同而差別很大0.00025CH3COCH3CH3CCH2OH

酮式

烯醇式

烯醇式含量（%）

pKa

0.0002520

0.113

7.5

11

76.09

90.0

（1）酮式-烯醇式互變異構(gòu)（2）酮式分解和酸式分解CH3CCH2OCOC2H5ONaOHCH3CCH2OCONaO（1）酮式-烯醇式互變異構(gòu)（2）酮式分解和酸式分解（3）在合成中的應(yīng)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(qiáng)堿（如RONa、NaH等）作用下其形成的碳負(fù)離子中的負(fù)電荷可離域到兩個(gè)羰基氧原子上，使其趨向穩(wěn)定負(fù)碳離子具有親核性，可以和鹵代烴或酰鹵發(fā)生親核取代反應(yīng)，但是一般用1o或2o鹵代烴H2O,OH-H3+OC2H5O-C2H5OHR’－X1.H2O,OH-2.H3+O

經(jīng)乙酰乙酸乙酯合成：

分析：(1)產(chǎn)物為甲基酮，合成時(shí)一定要經(jīng)過(guò)酮式分解。(2)將目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與丙酮進(jìn)行比較，確定引入基團(tuán)。(3)最后確定合成路線。

注意：當(dāng)引入基團(tuán)不同時(shí)，通常是先引入活性較高和體積較大的基團(tuán)CH3CCH2COOC2H5O1.

EtONa,

EtOH2.

ClCH2PhCH3CCHCOOC2H5OCH2Ph1.

EtONa,

EtOH2.

CH3CH2ClCH3CCCOOC2H5OCH2PhCH2CH31.

H2O,

OH-2.

H3+OCH3CCHCH2PhOCH2CH3CH3CCH2CH2CH2CH2CCH3OOCH3CCH2COOC2H5O2+BrCH2CH2BrCH3CCH2COOC2H5O

NaHCH3CCHCOOC2H5OCH3CCHCOOC2H5O+CH3CCHCOOC2H5OCCH2CH3O1.

H2O,OH-2.

H3+O,heatTMCH3CH2COCl練習(xí)四、丙二酸二乙酯及其在合成中的應(yīng)用H2CCOOC2H5COOC2H5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(fù)離子，可與鹵代烷發(fā)生親核取代反應(yīng)1.H2O,OH-2.H3+O,heat1.EtONaEtOH2.R’－X1.H2O,OH-2.H3+O,heatR－XCHCOOC2H5COOC2H5RH2CCOOC2H5COOC2H5EtONaHCCOOC2H5COOC2H5H2CRCOOHCHCRR'OOHCCOOC2H5COOC2