12.羧酸衍生物教案.doc

有机化学课程项目教学设计方案作者： 熊颖 单位： 江西省医药学校 2014年 3 月 5 日 课程有机化学周次1授课班级12五年工业分析与检测班授课教师熊颖课题羧酸衍生物计划课时4教学目的要求2.掌握羧酸衍生物结构和命名3.掌握羧酸衍生物的理化性质重点难点重点羧酸衍生物的理化性质难点：羧酸衍生物结构和命名授课方法 讲授、讨论、提问、讲评 图例教具课堂教学场所 2-506时间分配2学时：羧酸衍生物结构和命名 2学时：羧酸衍生物的理化性质 教学设计教师不但要考虑教师主导作用的发挥，更要注重学生认知主体作用的体现，使他们能够在课堂教学过程中发挥积极性、主动性。实训内容第1-2学时：羧酸衍生物结构和命名 第3-4学时：羧酸衍生物的理化性质 教学过程羧酸衍生物酰卤、酸酐、酯、酰胺 1 羧酸衍生物的简介羧酸衍生物是羧酸分子中的羟基被取代后的产物， 重要的羧酸衍生物有酰卤，酸酐，酯，酰胺。羧酸衍生物的结构和命名 一、结构羧酸衍生物在结构上的共同特点是 都含有酰基。 R C O 酰基与其所连的基团都能形成P- 共轭体系。 5 O R C L P 共轭体系 (1) 与酰基相连的原子的电负性都比碳大，故有 I 效应 (2) L 和碳相连的原子上有未共用电子对，故具有 + C (3) 当 + C I 时，反应活性将降低 当 + C 130 半干性油：碘值 100130 加碘 碘值：100克油脂所能吸 收碘的克数。 酸败 不干性油：碘值 100 中和1克油脂所需要的KOH的毫克数。 高温下的化学变化 油脂 甘油 250 分解,氧化 小分子醛、酮 (苦、臭味） -H2O H H2C C CH2OH + CH =CHCHO 刺激性臭味 2 O 47 二、蜡 1化学组成: 是16个C原子以上的偶数C原子的羧酸和高级 一元醇形成的酯。 2用途: 蜡纸、防水剂、光泽剂、香脂等。 48 三、肥皂和合成洗涤剂 1肥皂 制备 H2C H2C OOCR CH2OH CH OOCR OOCR +3NaOH CHOH + 3RCOONa CH2OH 皂化值：指完全皂化1 克油脂所需的KOH毫 克数。 去污原理 皂化值 = c V 56.1 m O C 憎水部分 O - Na + 亲水 部分 高级脂肪酸的钠盐 非极性的憎水部分（烃基） 极性的亲水部分（羧基） 49 a. 降低水表面的张力。 b. 形成稳定的乳浊液。 注意： a、肥皂不宜在硬水中使用，以免形成不溶于水的脂肪酸钙和镁盐。 b、肥皂不宜在酸性水中使用，以免生成难溶于水的脂肪酸。 c、制造肥皂要耗用大量的食用油脂。 2合成洗涤剂 阴离子型洗涤剂 R-H + Cl2 H2SO4（ 烟 发 ） R 憎水 SO3-Na 亲水 R 憎水 SO3-Na 亲水 hv 卤代 RCl SO3H AlCl3 C6H6 NaOH R R SO3 -Na+ 50 55 R 阳离子型洗涤剂 阳离子洗涤剂去污能 + 力较差，但是它们都具有 CH3 - 杀灭细菌和霉菌的能力。 CH2-N-C12H25 Br CH3 CH3 两性型 + CH3(CH2)11 N CH2COOCH3 乙酸二甲基十二烷基铵 非离子型表面活性剂 RC2H4OH + n O NaOH( 少量） 140180 RC6H4O(CH2O)nH R=C8C10烷基 n=612 51 四、磷脂和生物膜 1磷脂 CH2OCOR CHOCOR CH2OCOR CHOCOR O CH2-O-P-OCH2CH2N+H3 O CH2-O-P-OCH2CH2N+(CH3)3 O -脑磷脂 O -卵磷脂 2生物细胞膜 52 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯 一、乙酰乙酸乙酯 制备 O O C H3 C O C2H5 + C H3 C O C2H5 C2H5ONa CH3COOH O O 1结构与性质 与金属Na反应放出H2生成钠盐 与Br2/CCl4溶液反应褪色 与FeCl3溶液呈紫色反应 含活泼H 说明含不饱和键 说明含C=C-OH烯醇式结构 说明含C=O 53 = 与羟胺、苯肼等生成苯腙 与HCN、NaHSO3等反应 = = C H3 C C H2 C O C2H5 = 2.互变异构 O O H3C C C C OEt H2 93 %酮式 室温 OH O H3C C C C OEt H 7%烯醇式 O H O O C2H5 C （1). 该烯醇式结构能通过分子内 氢键的缔合形成一个稳定的六元环。 CH （2). 烯醇式的羟基氧原子上的未共用电子对与碳碳双键、 碳氧双键处于共轭体系，发生了电子的离域，使体系能量降 低而趋于稳定。 54 = C H3 C = 影响烯醇式含量的因素： （1）. 活泼亚甲基上连有I基团，烯醇式含量，连 有+I基团，烯醇式含量。如： O O O O O O C H3 C C H C O C2H5 C H3 C C H2 C O C2H5 C F3 （2). 烯醇式含量与溶剂有关，在极性溶剂(如：水或质子 性溶剂)中烯醇式含量，而在非极性溶剂中烯醇式含量。 如： O O OH O = H2O C2H5OH C6H12 = = = C H3 C C H C O C2H5 C H3 = = = 酮 式 99.6 % 89.48 % 53.6 % = C H3 C C H2 C O C2H5 = C H3 C =C H C O C2H5 烯醇式 0.4 % 10.52 % 46.4 % 55 3亚甲基活泼H的反应 乙酰乙酸乙酯 -碳原子上的两个氢原子均可被烃基取代。 O O H3C C C C OEt EtON a H2 O H O H3C C C C OEt R O O + H3C C C C OEt Na RX H O R O H3C C C C OEt R EtON a RX RX一般不宜用30 RX和乙烯式卤代烃，最好用10 RX。 如在亚甲基上引入两个取代基，通常第一次引入较大的基团。 RX也可是卤代酸酯和卤代酮。 56 4. 酮式分解和酸式分解 1)、酮式分解：乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物与稀碱作用， 水解生成 -羰基酸，受热后脱羧生成甲基酮。故称为酮式分解。 O O O O = = C H3 C C H2 C O C2H5 = H O O = 5 % NaOH H+ C H3 C C H2 C O H H O H O O O C H3 C + CO2 C H2 重排 = = = C H3 C C H2 C O C H3 C C H2 C C H3C O C H 3 O O O 稀 NaOH CH 3 C CH 2 C OC2H5 CH 3 C CH 3 O O O CH 3 C CH C OC2H5 稀 OH CH 3 C CH 2R R O O O O OH CH 3 C CH C OC2H5 稀 CH 3 C CH 2 C R COR C2H5OH + CO 2 C2H5OH + CO 2 C2H5OH + CO 2 = 57 2)、酸式分解：乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物在浓碱作用 下，主要发生乙酰基的断裂，生成乙酸或取代乙酸，故称 为酸式分解。 O O O + OH O O = C H2 C O C2H5 + C2H5OH = C H3 C C H2 C O C2H5 = OH C H3 C C H2 C O C2H5 OH O = C H3C O O H + 2 C H3C O O C H3C O O O O 浓 NaOH CH 3 C CH 2 C OC2H5 2 CH 3COOH + C2H5OH + C H3 C O C2H5 O O 浓 OH CH3COOH + RCH2COOH + C2H5OH CH 3 C CH C OC2H5 R O O 浓 OH CH3COOH + RCOCH2COOH + C2H5OH CH 3 C CH C OC2H5 COR = 58 5在合成中的应用(EAA法) dil. OH - O O O H+ C H3 C C H R 一取代丙酮 = + CO 2 + C H5O H 2 = 浓 OH H+ - C H3 C C H C O C2H5 ( 酸式分解 ) O O CH3CCHCOOC H5 2 R 酸式分解 同理，二取代乙酰乙酸乙酯进行酮式 分解将得到二取代丙酮；进行酸式分 解将得到二取代乙酸。 = R ( 酮式分解 ) O R C H2 C O H + CH3COOH + C2H5OH 一取代乙酸 酮式分解 O CH3CCH2R RCH2COOH (酸) = 合成直链甲基酮 合成支链甲基酮 合成二元酮。 合成直链一元酸 合成支链一元酸 合成二元酸 合成酮酸 59 (酮) 1). 合成甲基酮 经乙酰乙酸乙酯合成： 引入基团 引入基团 CH3 CH3CO CHCH3 2 CH3CO CHCH 3 2CH 分析：(1) 产物为甲基酮，合成时一定要经过酮式分解。 (2) 将TM的结构与丙酮进行比较，确定引入基团。 (3) 最后确定合成路线。 60 2). 合成二羰基化合物 C H3C O C H2 C H3C O -二羰基化合物 C H3C O C H 2 C H3C O C H 2 -二羰基化合物 C H3C O C H 2 (C H2)n C H3C O C H 2 试剂: X X 引入基团为 CO CH 3 引入基团为 试剂: C H3C O C l C H2C O C H 3 试剂: C H3C O C HC l 2 或 用I2偶合 (C H2)n 这里值得注意的是：用I2偶合或用X(CH2)nX作烃基 化试剂时，需要与2mol的乙酰乙酸乙酯。 3).合成酮酸 CH3CO CH(CH )nCO O H 2 2 引入基团 (CH )nCO O H 2 这里值得注意的是：在引入基团时，要用卤代酸酯 X(CH2)nCOOC2H5，而不能使用卤代酸X(CH2)nCOOH。 (为什 么) 61 4). 合成一元羧酸 引入基团 引入基团 CH3 PhCHCHCO O H 2 CH3CH2CH2CO O H 分析：(1) TM为羧酸，经乙酰乙酸乙酯法合成时需酸式分解。 (2) 将TM看成取代乙酸，确定引入基团。 *由于酸式分解的同时必然伴随酮式分解，故合成羧酸 通常采用丙二酸酯法。 思考：经乙酰乙酸乙酯法合成下列化合物 O C H3 C = CO O H 62 O O CH3CCH2COOC2H5 EtONa RX O O CH3CCHCOOC H5 2 R O O CH3CCHCOOC H5 2 C O R O O CH3CCHCOOC H5 2 CH2 C O R RCOX O O CH3CCHCOOC H5 Na+ 2 - RCOCH Cl 2 酮式分解 O O CH3CCHCOOC H5 2 C O R 酸式分解 O O CH3CCH2CR (1,3-二酮) O R CCH2COOH ( -酮酸) 63 酮式分解 O O CH3CCHCOOC H5 2 CH2 C O R O O CH3CCH2CH2CR (1,4-二酮) 酸式分解 O R CCH2CH2COOH ( -酮酸) 6举例 例一： COCH3 O CH3 C CH2COOEt 1 .EtONa 2.Br(CH2)3Br 1 .EtONa 2. 卤代 稀OH - O CH3 C CH H2 C C H2 CH2 O O CH3 C C C OEt H2C CH2 C H2 64 O H CH 例二： 3 C C CH3 C COCH3 H COOEt 1 .EtONa O CH3 C CH2COOEt O H H3C C C CH3 Br TM O O O 例三： O CO2Et 1 .EtONa O O OEt CH2CH2O - -EtO - 2. O TM 65 二、丙二酸二乙酯(EM法) 1制备 CH3COOH P,Cl2 -取代 ClCH2COOH NaOH EtOOC CH2 EtOOC COOC 2H5 NaCN EtOH NCCH2COONa H SO 2 4 2酸性和烃基化 COOC 2H5 CH2 COOC 2H5 COOC 2H5 Na CH COOC 2H5 COOC 2H5 R CH COOC 2H5 NaOC 2H5 Na CH COOC 2H5 COOC 2H5 pKa = 13 RX -NaX NaOC 2H5 R CH COOC 2H5 COOC 2H5 R C COOC 2H5 Na RX -NaX R C R COOC 2H5 COOC 2H5 66 3、水解脱羧 丙二酸二乙酯及其取代衍生物水解生成丙二酸，丙二酸 不稳定，易脱羧成为羧酸。 COOC 2H5 R CH COOC 2H5 R R COOC 2H5 C COOC 2H5 COOC 2H5 COOC 2H5 COONa R CH NaOH H2O NaOH H2O NaOH H2O (1) H R CH 2COOH CO2 COONa (2) (1) H (2) CO2 (1) H R CHCOOH R COOH (2) CO2 67 4、丙二酸二乙酯及在合成上的应用 1）、 合成一元酸 C H3C HC H C H2C O O H 2 C H3 一取代乙酸 C H3C H2C H2C HC O O H C H3 二取代乙酸 引入基团: C H2C HC H 3 C H3 引入基团: C H3 C H2C H2C H3 2）、合成二元酸 (1) 带支链的二元酸 CH2C O O H RCHC O O H 引入基团： C HCO O H R 注意：在引入基团时要用卤代酸酯，而不能使用卤代酸。 68 (2) 高级直链二元酸 引入基团 (二卤代烷) C H2 (C H2)n C H2 C H2C O O H 需要两分子的丙二酸二乙酯 C H2C O O H 3）. 合成环状羧酸 引入基团 (二卤代烷) C H2 (C H2)n C H C H2 C O O H 只需一分子的丙二酸二乙酯 69 5举例 由丙二醇合成 COOH H2C COOH COOH EtOH H+ H2C CH 2OH CH 2OH KMn O4 H+ EtOOC CH 2 EtOOC P，Br2 CH2(CH2Br)2 CH2(CH2Br) 2 -NaBr EtOOC CH 2 EtOOC EtONa CH2CH2CH2CH(COO 2 Et) Br H2 C EtONa -NaBr H2C C H2 C COOEt LiAlH 4 COOEt CH2OH CH2OH 70 CH2OH CH2OH P，Br2 CH2Br CH2Br H2 C NaCH(COOEt)2 -NaBr COOEt C COOEt EtON a -NaBr C H2 水解 -CO2 TM 71 三、C-烷基化和O-烷基化 H C C O + B B- HB + C - C O O- C C OH + HB + C C O O O CH 3ONa CH 3OH n-C4H9 H C4H9 (C一烷基化) O OC4H9 O On-C4H9 O O (O一烷基化) O 72 碳酸衍生物 HO C OH O HO C OH Cl O HO C OH O C Cl O H2N C NH2 O H2N C OR O 碳酸 碳酰氯 碳酰胺 氨基甲酸酯 一、 碳酰氯（光气） 1. 物性 毒性很强。沸点8.3, 常温下为气体。 2. 制备 CO + Cl2 活性碳 200 Cl CCl4 + 2SO3 高温 H2O C Cl O 二氯五氧化二硫 73 COCl2 + S2O5Cl2 3. 化性 水解 COCl2 + H2O CO2 + 2HCl 氨解 COCl2 + NH3 CO(NH2)2 + 2HCl 付克反应 + Cl C Cl O C O Cl 水解 COOH C O C6H6 AlCl3 醇解 COCl 2 ROH ClCOOR ROH ROCOOR 碳酸酯 氯甲酸酯 74 二、尿素 1. 物性：白色结晶固体；熔点135； 易溶于水和乙醇，不溶于氯仿和乙醚。 化性： 成盐 水解 CO(NH2)2 + HNO3 H2O 酶 CO(NH2)2 HNO3 硝酸脲(结晶固体不溶于水) CO2 + 2NH3 2NH3 + Na2CO3 CO2 + 2NH4Cl CO(NH2)2 2NaOH 放氮反应 双缩脲反应 H2O 2HCl CO(NH )2 + 2HONO 2 H2NCONH 2 +H2NCONH 2 150 2N2 + CO2 + 3H2O H2NCONHCONH 2 + NH3 二缩脲在碱性溶液中与极稀的硫酸铜溶液能产生紫红色的颜色 反应，这种颜色反应叫做缩二缩脲反应。 制备 CO2 + NH3 (过量) 180 加压 H2NCONH2 75 三、氨基甲酸酯 1. 制备 以光气为原料。 ROH -HCl ClCOOR RN=C=O RNH2 或NH3 COCl2 RNH2 -HCl RNH-COOR (NH2) RNHCOOR ROH 2一类高效低毒的农药，杀虫范围较广，对作物 无药害，对光、热、酸性物质较稳定，对人畜毒性 低，在体内无积累作用，是较为理想的杀虫剂，故 是一类发展很快的农药。 76 有机合成线路 一、 碳胳的生成 1. 增长碳链 任意增长 炔烃 R C CH Na R C CNa RX RX R C CR AlCl3 芳烃（付-克反应）ArH 卤代烃 2RX RX Na Ar-R ArCOR RCOX AlCl3 Li R-R (武尔慈反应) RLi CuI R2CuLi RX R-R Witting反应 R2C=O + RCH=P(C6H5)3 RCH=O + RCH=P(C6H5)3 R2C=CHR 77 RCH=CHR 羟醛缩合：稀OH 作用下，两分子的醛或酮结 合生成一分子羟基醛或羟基酮，称。 2RCH2CHO OH- RCH2CH-CHCHO OH R 增长碳链，产生支链。 制备、不饱和醛、酮、醇及二醇 格氏 试剂 和羰 基的 反应 RCHO R2CO RMgX RMgX H2O H2O RCHOH R R2C-OH R R RCOL RMgX H2O R-C-OH R 乙酰乙酸乙酯（EAA法） 丙二酸二乙酯（EM法） 78 增加一个C H2O RX CN- RCOOH RCH2NH2 H2O H RX Mg RCHO (CH3) CO 2 HCN RCOOH CN RCH OH 增加二个C RMgX + H2C O CH2 H2O RCH2CH2OH 79 缩短碳链 RCH=CHR RCH=CRR O O3 RCOOH + RCOOH Zn/H2O RCHO + RRC=O Ar-R O ArCOOH RCHCOOH G RCH2G + CO2 G为吸电子基 Br2+NaOH 霍夫曼降解反应 RCONH 2 RNH2 甲基酮 RCOCH3 NaOX X2+NaOH RCOONa + CHX3 80 3. 形成叁键 RCH-CH-R X X OH-HX R-C CR R-C CR RCX2-CX2-R Zn -X2 4. 形成双键 RCH-CH2-R X OH- /醇 R-C=CHR R-C=CHR R H R H C C R H H R 81 R-CH-CH2R OH H+ R C C R + H2 Pd/BaSO4 喹啉 Na 液氨 C C R C C R + H2 二、形成碳环的反应 1小环的合成 分子内的烷基化 X H Y OH - X Y 亲核取代 分子内 OH- Y + X - 分子内 亲核取代 X H Y X - Y Y + X- X=卤代物或磺酸盐离子。 Y=CN、-COR 、COOR 等 卡宾对烯的加成 CH2 + R-CH=CHR H RC CH R C H2 82 2+2 环加成 + 普通环（五、六元环） 付-克酰基化 CH2CH2CH2COX hv AlCl3 Zn / Hg HCl O 分子内羟酸缩合。 C O O CH2 83 CH2CH2CH2COOH OH H2C H2C -内酯 狄克曼反应 （分子内酯缩合）主要用来合成五元环和六元环。 CH2COOEt CH2COOEt EtO- CH2CO (CH2)n CH2COOEt H2O OH- EtONa (CH2)n - (CH2)n CHCOO Et H+ CHCOOEt CH2C O CH2 (CH2)n Diels-Alder反应 （双烯合成） + 84 麦克尔反应（Michael反应） CH2 HC + C O O CH3 CH3 CH3ONa Micheal反应 CH3 OH- 羟醛缩合 CH3 O O O CH3 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯可合成任意环 大环联姻缩合 （二酯在金属Na条件下进行分子内缩合） COOCH3 (CH2)8 COOCH3 Na 二甲苯 C O HAc (H2C)6 CH OH 85 三、转换官能团的反应 官能团的引入 X2 碳卤键的形成 RX RX R-OH PX 3 RH + X2 hv RX + HX RCH2CHXCH3 马氏规则 RCH2CH2CH2Br 反马氏规则 RCHBrCH=CH2 -取代 RCH2CHXCHX RCH2CHCH2 OH X 86 HX HBr H2O2 NBS 或Br2/高温 RCH2CH=CH2 X2 HOX X2 RC=CR X X R C CR H