第13章 羧酸衍生物.ppt

1、第1頁(yè),第十三章 羧酸衍生物 (carboxylic acid derivatives),13.3 羧酸衍生物的化學(xué)性質(zhì),13.6 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯,13.1 羧酸衍生物的結(jié)構(gòu)和命名,13.5 其它羧酸衍生物,13.2 羧酸衍生物的物理性質(zhì),13.4 羧酸衍生物的制備,第2頁(yè),腈 (nitrile),13-1 羧酸衍生物的結(jié)構(gòu)和命名,第3頁(yè),1、羧酸衍生物的結(jié)構(gòu),羧酸衍生物的結(jié)構(gòu)可以用通式表示為：,第4頁(yè),2、羧酸衍生物的命名,酰鹵 由相應(yīng)羧酸的?；望u素組成。,乙酰氯,對(duì)甲氧基苯甲酰氯,苯甲酰溴,可作為?；柠u化物，在?；Q后加鹵素的名稱。,2-溴丁酰溴,第5頁(yè),酰胺 由相應(yīng)酸的

2、酰基和“胺”組成它的名稱。 若氮上有取代基，在烴基名稱前加 N 標(biāo)出。,乙酰胺,環(huán)己烷甲酰胺,丙二酰胺,苯甲酰胺,N-乙基乙酰胺,N,N -二甲基甲酰胺,鄰苯二甲酰亞胺,鄰苯二甲酰胺,第6頁(yè),混酐：二分子不同一元羧酸所得的酐叫混酐。,命名時(shí)，簡(jiǎn)單或低級(jí)酸在前，復(fù)雜或高級(jí)酸在后，再加上“酐”字。,酸酐：,單酐：二分子相同一元酸所得的叫單酐。命名在酸字后加“酐”字。,乙酸酐,丁二酸酐,苯甲酸酐,鄰苯二甲酸酐,甲乙酐,乙丙酐, 環(huán)酐：在二元酸的名稱后加“酐”字。,第7頁(yè),酯 以相應(yīng)的酸和醇來(lái)命名，酸在前，醇在后，叫“某酸某酯”。而多元醇的酯，一般把酸放在后，叫“某醇某酸酯”。,乙酸乙酯,苯甲酸乙酯,

3、乙酸苯酯,乙二醇二乙酸酯,草酸單乙酯,草酸甲乙酯,內(nèi)酯命名時(shí)，用內(nèi)酯二字代替酸字并標(biāo)明羥基的位置。,2-甲基-4-丁內(nèi)酯,乙酸苯甲酯,第8頁(yè),羧酸衍生物的分子中都含有 C=O 基，因此它們都是極性的化合物。,乙酸異戊酯 - 香蕉香味 正戊酸異戊酯 蘋果香味 正丁酸正丁酯 菠蘿香味,低級(jí)酯具有令人愉快的香味，常作香料。許多花、果的香味是由于羧酸酯而引起的。,低級(jí)酰鹵和酸酐都是具有對(duì)粘膜有刺激性臭味的液體，高級(jí)的為固體。,C14 酸以下的甲酯和乙酯均為液體。 酰胺除甲酰胺外，由于分子內(nèi)形成氫鍵，均是固體；而當(dāng)酰胺的氮上有取代基時(shí)為液體。,14-2 羧酸衍生物的物理性質(zhì),第9頁(yè),酰鹵和酯由于不存在氫

4、鍵，沸點(diǎn)比相應(yīng)的酸低得多，而 酰胺卻有較高的沸點(diǎn)（如果胺基上氫被烴基取代后，由于締合程度減小而使沸點(diǎn)降低）。,羧酸衍生物可溶于有機(jī)溶劑； 酰氯和酸酐不溶于水，低級(jí)的遇水分解； 酯在水中溶解度很??； 低級(jí)酰胺可溶于水。,第10頁(yè),羰基,親核取代反應(yīng),還原反應(yīng),與Grignard 試劑的反應(yīng),R,H,H,O,L,氫,Claisen酯縮合,羧酸衍生物的球棒模型如下(L=Cl,OCOR,OR, NH2等):,酰胺氮原子上的反應(yīng)：脫水，脫羰基。,14-3 羧酸衍生物的化學(xué)性質(zhì),第11頁(yè), 水解,羧酸衍生物水解都生成相應(yīng)的羧酸,水解活性： 酰氯 酸酐 酯 酰胺,1. 酰基上的親核取代反應(yīng),第12頁(yè),酯水解

5、是可逆過(guò)程，但在OH- 條件下水解生成鹽，平衡破壞，水解可進(jìn)行到底。,V = K RCOOR/ OH- ,堿性水解，動(dòng)力學(xué)證明是SN2 反應(yīng)機(jī)理,同位素示蹤實(shí)驗(yàn)證明，不管是H+ 催化劑還是OH- 催化劑， 大多數(shù)羧酸酯水解是酰氧鍵斷裂。,酯水解,第13頁(yè),堿性水解的討論,CH3COOCMe3 Me3CCOOEt CH3COOEt ClCH2COOEt V相對(duì) 0.002 0.01 1 296,這個(gè)歷程稱BAC2機(jī)理（B 堿性，AC 酰氧鍵斷裂，2雙分子反應(yīng)）可看成加成-消除反應(yīng)。,堿性水解機(jī)理：,堿性水解速率與 -OH成正比。 酯的堿性水解是不可逆的。 堿的用量要超過(guò)催化量。 羰基活性越大，-

6、C空阻越小，酯基空阻越小，反應(yīng)速率越快。,第14頁(yè),CH3COOR/在鹽酸中，水解的相對(duì)速率v的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下： R/： CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3 （25）v： 1 0.97 0.53 1.15(機(jī)理不同),酸性水解的討論,酸性水解機(jī)理：,一般酯在H+ 催化劑下的水解按AAC2機(jī)理進(jìn)行（A 酸性， AC 酰氧鍵斷裂，2 雙分子反應(yīng)），為可逆反應(yīng)。,酸在反應(yīng)中有活化羰基的作用。,在酯 （RCOOR/）中，R有吸電子基團(tuán)雖能活化羰基，但會(huì)使關(guān)鍵中間體正離子能量升高，R為給電子基團(tuán)亦有兩種相反的作用，故表現(xiàn)不出明顯的影響。,第15頁(yè),叔醇的酯水解只能用新的機(jī)理來(lái)解釋: 烷氧鍵

7、(Al)斷裂，單分子反應(yīng) 。,第16頁(yè),酯的酸性水解和堿性水解的異同點(diǎn),相同點(diǎn) 都是經(jīng)過(guò)加成消除機(jī)理進(jìn)行，增大空阻，對(duì)反應(yīng)不利。 都發(fā)生酰氧鍵斷裂,不同點(diǎn) 催化劑用量不同。堿大于1 mol，酸只需要催化量。 堿催化反應(yīng)是不可逆的，酸催化反應(yīng)是可逆的。 吸電子取代劑對(duì)堿性催化有利。對(duì)酸性催化沒有明顯的影響。 堿性催化：伯ROH 仲ROH 叔ROH 酸性催化：叔ROH 伯ROH 仲ROH,第17頁(yè), 醇解,羧酸衍生物都可以與醇作用生成相應(yīng)的酯。,反應(yīng)活性順序?yàn)椋?酰氯 酸酐 酯 酰胺,第18頁(yè),酰氯醇解可用來(lái)合成較難直接由羧酸酯化的酚酯。,環(huán)狀酸酐醇解得到單酯酸,第19頁(yè),酯醇解得到一個(gè)新的酯和醇

8、，故稱為酯交換反應(yīng)。,酯交換的討論 酯交換用酸（HCl, H2SO4, 對(duì)甲苯磺酸）和堿（RONa） 等催化均可。 叔ROH的酯交換比較困難（因空阻太大）。 常應(yīng)用于一個(gè)低沸點(diǎn)醇的酯轉(zhuǎn)化為高沸點(diǎn)醇的酯，反 應(yīng)過(guò)程中將低沸點(diǎn)醇不斷蒸出，可移動(dòng)平衡。,第20頁(yè), 氨（胺）解,酰氯、酸酐、酯與氨作用生成酰胺的反應(yīng)叫做氨解。,反應(yīng)活性順序?yàn)椋?酰氯 酸酐 酯,第21頁(yè), ?；嫌H核取代反應(yīng)機(jī)理,四面體中間體,2,羧酸衍生物的水解、醇解、氨解的反應(yīng)機(jī)理相似，屬于親核取代反應(yīng)。,第22頁(yè), 羧酸衍生物?；磻?yīng)的相對(duì)活性,活性順序:,理論解釋:,共振論的觀點(diǎn)：,第23頁(yè),羧酸衍生物均具有不飽和鍵，可以多種方

9、法進(jìn)行還原，不同衍生物以不同的還原方法得到不同的還原產(chǎn)物。, 酸酐,酸酐用氫化鋁鋰還原時(shí)，得二分子醇。（不能被NaBH4還原）, 酰胺,（注： NaBH4 不能還原酰胺）,2. 羧酸衍生物的還原,第24頁(yè),還原劑為：LiAlH4 、NaBH4 、 H2 / Ni 、Pd 、 Pt 時(shí)產(chǎn)物為醇。,酰氯用毒化的鈀（Rosenmund還原）還原能制備各種醛； 或用三叔丁氧基氫化鋁鋰還原能制備各種醛。, 酰氯,酰氯可還原成醛或醇。,第25頁(yè), 酯,酯較易被還原，可以被多種還原方法來(lái)還原，生成二分子醇。,第26頁(yè),總結(jié)：,都可用氫化鋁鋰還原,不反應(yīng),第27頁(yè),反應(yīng)是否終止在酮階段與羰基活性、試劑的用量及

10、反應(yīng)條件有關(guān)。,3. 與Grignard試劑的反應(yīng),第28頁(yè),酰 鹵,酰鹵比酮活潑，與格氏試劑反應(yīng)比酮快，故在溫和條件下 使用過(guò)量的酰鹵，可得到較高產(chǎn)率的酮。,如果要得到叔醇，則要加劇反應(yīng)條件和加大格氏試劑的用量。,第29頁(yè),酸酐與格氏試劑在室溫下也可以得到酮。,酸 酐,酰胺,酰胺不能與格氏試劑反應(yīng)，因?yàn)橛谢顫姎渲省?第30頁(yè),但具有位阻大的酯可以停留在酮階段。,酯,酯與格氏試劑反應(yīng)先生成酮，由于格氏試劑對(duì)酮的反應(yīng)比酯還快，反應(yīng)很難停留在酮階段，因此最終產(chǎn)物是叔醇。,叔醇 兩個(gè)烴基來(lái)自格氏試劑,第31頁(yè),注意：這里又提供了一種合成醇的方法。,（1）合成含有兩個(gè)相同烴基的叔醇。,（2）合成結(jié)構(gòu)

11、對(duì)稱的仲醇：用甲酸酯與格氏試劑作用。,例：,合成：,第32頁(yè),例如：合成,合成：,第33頁(yè),練習(xí)：,第34頁(yè),4、酰胺氮原子上的反應(yīng),（A）酰胺的酸堿性,酰胺,具弱堿性,具弱酸性,酰亞胺,氫原子受兩個(gè)?；挠绊?易以質(zhì)子的形式被堿奪去,酸性比酰胺強(qiáng),形成的鹽穩(wěn)定.,第35頁(yè),（B）酰胺脫水,合成腈最常用的方法之一.,（C）Hofmann降解反應(yīng),酰胺與溴或氯在堿溶液中作用,脫去羰基生成伯胺的反應(yīng).,第36頁(yè),該反應(yīng)可由酰胺制備少一個(gè)碳原子的伯胺,產(chǎn)率較搞，產(chǎn)品較純.,第37頁(yè),各類羧酸衍生物一般都可直接從相應(yīng)的羧酸制得，有時(shí)也可以從一種羧酸衍生物變成另一種羧酸衍生物。,酰鹵中最重要的是酰氯，可

12、由羧酸與三鹵化磷、五鹵化磷、 亞硫酰氯等反應(yīng)制得。,酰鹵的制備,13-4 羧酸衍生物的制備,第38頁(yè),說(shuō) 明 （i） 反應(yīng)原料是羧酸，反應(yīng)試劑是SOCl2、PCl3、PCl5。 （ii） 反應(yīng)需在無(wú)水條件下進(jìn)行。 （iii） 產(chǎn)物酰鹵通常都通過(guò)蒸餾方法提純，所以試劑、副產(chǎn)物 與產(chǎn)物的沸點(diǎn)要有較大的差別。,實(shí) 例,第39頁(yè), 制備單純的酸酐-羧酸的脫水（甲酸除外）,可以用一元羧酸或二元羧酸脫水制備。,2. 酸酐的制法, 制備混合酸酐（酰鹵和羧酸鹽的反應(yīng)）,酰鹵與無(wú)水羧酸鹽共熱可制得單酐或混酐,常用脫水劑：P2O5 、乙酸酐,第40頁(yè),如果能生成穩(wěn)定的五、六元環(huán)酸酐的二元羧酸，則更易脫水，只須加熱

13、而不用脫水劑。,第41頁(yè),酰氯醇解可用來(lái)合成較難直接由羧酸酯化的酚酯。,3. 酯的制備,可以由醇與羧酸、酰鹵、酸酐反應(yīng)制得,第42頁(yè),4. 酰胺的制備,酰胺可以由羧酸、酯、酸酐、酰鹵與氨作用制備,第43頁(yè),13-5 其他羧酸衍生物,自學(xué),第44頁(yè),練習(xí),a. H3O+ b. SOCl2 c. NH3 d. NH3 /,1. 2.,第45頁(yè),3. 4.,第46頁(yè),5. 6.,第47頁(yè),完成反應(yīng),NaBH4,第48頁(yè),完成反應(yīng),a,b,c,d,e,f,g,第49頁(yè),13-6 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯,13-6-1 乙酰乙酸乙酯(Ethyl acetoacetate),一、乙酰乙酸乙酯的合成,1、

14、克萊森（Claisen)酯縮合反應(yīng),酯分子的-H 在強(qiáng)堿性條件下與另一分子酯失去醇得到 -酮酸酯 稱酯縮合反應(yīng)。,例如：,第50頁(yè),酯分子的-H 在強(qiáng)堿性條件下與另一分子酯失去醇得到-酮酸酯 稱酯縮合反應(yīng)。,克萊森縮合,過(guò) 程：-C2H5OH（-H，-OC2H5）,反應(yīng)物：酯,產(chǎn) 物：- 羰基化合物,堿性催化劑：乙醇鈉、NaNH2 等,第51頁(yè),反應(yīng)機(jī)理,a) 相同酯縮合,第52頁(yè),如果兩個(gè)不同的酯都有-H 也可以發(fā)生酯縮合反應(yīng)，理論上可以得到四種產(chǎn)物，在制備上沒有很大價(jià)值。,如果兩個(gè)酯中只是一個(gè)有-H，另一個(gè)酯無(wú)-H，通過(guò)控制反應(yīng)條件也可得一個(gè)主要的產(chǎn)物，有合成意義。,C2H5ONa,自身縮

15、合,交叉縮合,（主） 79%,（次）,b) 不同酯間的縮合,第53頁(yè),第54頁(yè),含6個(gè)或7個(gè)碳的二元酸酯，在堿性催化劑作用下環(huán)化生成五元或六元環(huán)為主的-酮酯稱為狄克曼反應(yīng)。,分子內(nèi)酯縮合狄克曼（Dieckmann)縮合,第55頁(yè),第56頁(yè),不對(duì)稱的二元羧酸酯進(jìn)行縮合，主要是位阻少的-H被去掉。,不對(duì)稱的二元羧酸酯進(jìn)行縮合，反應(yīng)按什么方向進(jìn)行？,第57頁(yè),2、乙酰乙酸乙酯的合成方法：,克萊森（Claisen)酯縮合反應(yīng)：,工業(yè)合成法：,第58頁(yè),酮式 烯醇式,二、乙酰乙酸乙酯的性質(zhì),（1）乙酰乙酸乙酯的酮-烯醇平衡,常溫下含量,92.5,7.5 ,分離 (石英容器),41(267Pa) 33(2

16、67Pa),分子內(nèi)氫鍵:,p-共軛電子離域:,生成的烯醇比較穩(wěn)定是由于：,第59頁(yè),酮的反應(yīng),烯醇的反應(yīng),酮式 烯醇式,第60頁(yè),（2）酮式分解,（3）酸式分解,第61頁(yè),（4）乙酰乙酸乙酯亞甲基的活性,分子中的亞甲基,影響，比較活潑，與醇鈉等強(qiáng)堿作用，生成親核性的碳負(fù)離子或烯醇負(fù)離子，可以和R-X、R-COCl發(fā)生SN2反應(yīng)，在亞甲基上引入一個(gè)烴基或?；?。例如：,受兩個(gè)羰基的,第62頁(yè),三、乙酰乙酸乙酯在合成上的應(yīng)用 乙酰乙酸乙酯合成法,例如：,第63頁(yè),二烴基取代丙酮,二烴基取代乙酸,第65頁(yè),(1)合成甲基酮：,例1：合成生物信息素,合成：,蜜蜂警戒信息素,一取代丙酮和同碳二取代丙酮,第

17、66頁(yè),練習(xí)：合成止咳、祛痰藥物,合成：,第67頁(yè),例2:,合成,第68頁(yè),例3: 合成,第69頁(yè),例4: 合成,第70頁(yè),（2）合成一元酸 一取代乙酸和二取代乙酸,例,合成2-甲基戊酸,第71頁(yè),例: 選用合適的原料制備下列結(jié)構(gòu)的化合物：,第72頁(yè),第73頁(yè),1.合成,與乙酰乙酸乙酯類似，丙二酸酯分子中亞甲基上氫是活潑的，可與醇鈉反應(yīng)，生成丙二酸酯的鈉鹽。它可以作為親核試劑與鹵代烷、二鹵代烷、酰鹵、鹵代酸酯等反應(yīng)而導(dǎo)入烷基等基團(tuán)，再經(jīng)過(guò)水解脫羧，得到相應(yīng)的一元羧酸、二元羧酸等化合物。,2.應(yīng)用丙二酸二乙酯合成法,丙二酸二乙酯通常由氯乙酸合成,14-6-2 丙二酸二乙酯,第74頁(yè),合成一元羧酸,R-CH(COOC2H5)2,一烴基取代乙酸,二烴基取代乙酸,第75