第十二章--羧酸衍生物.ppt

第十二章羧酸衍生物,羧酸分子中羧基发生变化生成的化合物羧酸衍生物,酰卤AcidHalide,酸酐AcidAnhydride,羧酸酯Carboxylester,酰胺Amide,基本类型,腈Nitrile,酰基,盐酸普鲁卡因（局麻药）,苯佐卡因（局麻药）,扑热息痛（解热镇痛药）,苯巴比妥（镇静剂）,第一节结构和命名,一、结构,酰卤、酸酐、酯和酰胺分子中都含有酰基（acyl),官能团结构与羧酸类似,分子中都存在p-共轭体系（+C效应与-I效应共存）L的+CCL键长L的-ICL键长,羧酸衍生物中CL键长与单键CL键的比较,+C-I,+C-I,+CON,正电荷密度大对加成步骤有利,酰卤酸酐酯酰胺腈,RCN,(ii)离去基团的离去能力（与消除步骤步骤有关）,L的稳定性逐渐下降,L的碱性逐渐增强,羧酸衍生物中离去基团L愈稳定反应活性愈大,羧酸衍生物中离去基团L的碱性愈弱反应活性愈大,(一)水解反应,1.酰卤的水解,易反应（可直接与水反应）,2.酸酐的水解,较易反应，H或OH催化更快,低分子酰卤水解猛烈（可直接与水反应），分子量较大的酰卤水溶下降，水解速度逐渐减慢，加入适当溶剂（二氧六环、THF)可促使水解速率加快,水解速率：OH催化H+催化中性；加热室温,3.酯的水解,需H或OH催化，当OH用量大于化学计量时，反应完全,提高羧酸衍生物水解反应速度的三个基本措施：（1）提高反应温度（2）添加催化剂（碱或酸）（3）添加适当溶剂（能与水混溶的溶剂）,酯的水解反应机理,烷氧键断裂机理（）,酰氧键断裂机理（A）,主要方式,特殊方式,（参见第十一章羧酸的酯化反应机理p.347-348）,酯的碱催化水解机理（酰氧键断裂A机理）,特点：碱过量时，产物为羧酸盐，反应不可逆。,酯的碱催化水解反应其决速步骤为四面体中间体的生成，酯分子结构中的电性效应和立体效应对水解反应速率均有影响。立体效应：酯分子中R的支化度空阻v水解（p.377表12-3二、三列）电性效应：酯分子中R连有吸电子-I基羰基的电正性、四面体中间体的稳定性v水解p.377表12-3第一列）,活化羰基,酯的酸催化水解机理（酰氧键断裂A机理）:,表12-4乙酸酯(CH3COOR)25时在盐酸溶液中水解的相对速率,反常的加快！,叔醇酯的酸催化水解机理（烷氧键断裂B机理）:,这两种机理分别适合于何种结构的酯类？如何证明这两种可能的机理？,问题:,4.酰胺的水解:,H+orOH的用量须大于化学计量，要加热,酰胺比酯难水解，一般需要酸或碱催化、加热条件下进行。,酰胺的酸性水解机理:,H+过量，胺可成盐，反应不可逆。,酰胺的碱性水解机理:,特点：碱过量，成羧酸盐，反应不可逆。,例：,控制反应，可制备酰胺,复习：羧酸的制备,5.腈的水解(制备酰胺或羧酸),腈的酸催化水解机理:,腈的碱催化水解机理:,(二)醇(酚)解反应,合成上用于制备酯,1.酰氯的醇解反应,碱催化剂又称为“缚酸剂”,通式：,优点：反应完全，产率好。,合成上用于制备酯,酯,酰氯,2.酸酐的醇（酚）解反应,合成上用于制备酯,酯,羧酸,优点：反应温和，产率好,还可制备混酯,醇解与酚解的化学选择性,醇解酚解亲核能力：醇羟基酚羟基,不对称酸酐醇解反应的区域选择性,空阻小,空阻大,3.酯的醇解反应（酯交换反应）,特点：(a)反应可逆；(b)需H（TsOH）或R”O催化,酯交换反应在合成中的应用（1）制备难以合成的酯（如酚酯或烯醇酯）（2）从低沸点醇酯合成高沸点醇酯（3）由药用价值低的酯合成药用价值高的酯（4）多元酯分子选择性地脱掉一个酯基。,例：,低沸点醇边反应边蒸除,烯醇酯,4.酰胺的醇解反应,合成上意义不大（合成酯类化合物的方法有更好的方法）,反应相对不易进行（离去能力:）,例：,机理类似于腈的水解，请写一下!,5.腈的醇解反应,亚氨酸酯盐,亚氨酸酯盐与过量的醇作用可生成原羧酸酯,原乙酸三乙酯,(三)氨(胺)解反应,1.酰氯的氨(胺)解,通式：,碱催化,2.酸酐的氨(胺)解,羧酸衍生物“三解”反应的活性次序,胺解氨解醇解酚解,亲核能力：HNR2H2NRH3NHORHOAr,酰亚胺的制备,丁二酸单酰胺,丁二酰亚胺,3.酯的氨(胺)解,条件：无水、过量胺,4.酰胺的胺解,胺的交换，合成上意义不大,氮原子上连有氢的其他化合物如肼H2NNH2、羟胺H2NOH等，也能与酰胺、酸酐或酯发生亲核取代反应。,(四）异羟肟酸铁试验,羟肟酸,羧酸衍生物（酰卤除外）与羟胺反应生成异羟肟酸，异羟肟酸与三氯化铁反应有由红到紫的颜色变化，这一反应常常用来鉴别酸酐、酯和酰胺，称为异羟肟酸铁试验。,羟肟酸异羟肟酸红紫,酰卤、酸酐、酯和腈都可与格氏试剂反应生成叔醇。,酰氯、酸酐、酯,酮,叔醇,取代,（一）与格氏试剂的反应,二、与有机金属化合物的反应,对称的仲醇（引入两个相同的异丙基）,甲酸酯,利用酰卤的活泼性进行选择性反应制备酮,实验方法：将RMgX滴加到RCOCl中,RCOCl始终保持过量。,始终过量,叔醇(引入两个相同的甲基）,比较,酰氯与格氏试剂的反应,酯与格氏试剂的反应,快步骤,慢步骤,低温可保留!,利用酸酐反应中间体低温稳定性制备酮,机理,低温不易分解,利用酰胺反应的特殊性制备酮,机理,-RH,比较：,活性强,（二）与有机铜锂试剂反应,Me2Cd,有机镉可以替代,毒性太大受限制！,？,思考题：,酰卤、酸酐、酯一般都较易被还原成伯醇，酰胺较易被还原为胺。,（一）LiAlH4还原,酰氯，酸酐，酯,胺,伯醇,酰胺,注意：酰胺的还原有特殊性：,取代,特点：碳碳双键或三键可不受影响,三、还原反应,加成,还原活性：酰卤酸酐酯羧酸,常用于酯和酰胺的还原,用LiAlH(OPri)3还原酰氯至醛,只留有一个不活泼的H,很慢,制备,较快,可保留,Rosenmund还原,(二)酰氯选择性还原至醛,(三)酯还原至醇（工业化）,使Pd催化剂活性减弱（催化剂中毒）,(罗森孟德Rosenmund还原)参见p.300,酯的氢解所要求的反应条件较C=C的氢化要高些，故反应过程中C=C也同时被氢化，但苯环则不受影响。,氢解反应,（四）酯的金属钠还原,BouveaultBlanc还原,acyloin缩合（酮醇缩合）,伯醇,a-羟基酮,注意：溶剂的变化,注意：两个还原反应均须酸化的后处理过程,BouveaultBlanc还原机理,偶姻缩合还原机理,伯胺,催化还原过程逐步加氢（经过亚胺中间体）,(五）腈的还原反应,（liq),(一)酸碱性,N原子上的未共用电子对与羰基处于pp共轭体系，使得N原子上的电子云密度，从而减弱了它接受质子的能力，因此其碱性：NH3RCONH2,四、酰胺的特殊反应,酰胺虽具有碱性，但其碱性很弱，除很强的酸如：氯化氢气体外，其他酸很难与之形成稳定的盐，即便与HCl(气体)形成的盐一旦遇水则又水解为酰胺和盐酸。,由于pp-共轭效应导致N原子上的电子云密度，NH键必然受到诱导效应的影响，使H原子解离的趋势，而表现出一定的酸性，但其酸性也很弱，其酸性大体与醇相当。,其氮上的H被Na或K取代生成钠或钾盐,一般可以认为酰胺是中性化合物，它不能使石蕊变色。,酰亚胺化合物由于受2个羰基的影响，N上的H原子的酸性将明显增强；酰亚胺化合物可与强碱作用，生成稳定的盐。,例：,pKa9.6,pKa8.3,(二)霍夫曼降解,氮上无取代的酰胺与Cl2或Br2在碱溶液中作用，则脱去羰基生成少1个C伯胺的反应。,Hofmann降解反应的反应历程：,由酰基氮烯重排为异氰酸酯的过程，称为Hofmann重排。,酸性,氮烯只有6个电子，不稳定，易重排,异氰酸酯,“氨基甲酸”不稳定,Hofmann重排,Hofmann重排属于缺电子的1，2-迁移，故-手性酰胺在重排中构型保持不变,Hofmann降解反应也可用来制备氨基酸,（三）脱水反应,酰胺在脱水剂P2O5、POCl3、SOCl2等存在下共热或高温加热，则发生分子内脱水，生成腈。,酰胺、羧酸、铵盐、腈之间的关系：,碳酸极不稳定，不能游离存在。碳酸分子中只有1个羟基换成其它基团的碳酸衍生物也不稳定，例如氯甲酸、氨基甲酸、碳酸甲酯等，在一般条件下也不能游离存在。,碳酸(不稳定),碳酸分子中2个羟基都换成其它基团的衍生物是稳定的，它们是有机合成，药物合成的原料。,第四节碳酸衍生物和原酸衍生物,一、碳酸衍生物,（一）碳酰氯,碳酰氯是碳酸的二酰氯。最初是由一氧化碳和氯在日光照射下作用而得，故又名光气。,光气,光气具有酰氯的一般特性，可发生水解、醇解、氨解等反应，是有机合成的原料，可用来制备许多化合物。,（二）碳酰胺(尿素、脲),是碳酸的二元酰胺，为蛋白质在哺乳动物体内代谢的最终产物，也是最早由人体排泄物中取得的一个纯有机化合物。,1弱碱性脲具弱碱性，它的水溶液不使石蕊变色。只能和强酸作用生成盐。例如，在脲的水溶液中加入浓硝酸，生成的硝酸脲不溶于浓硝酸中，成白色沉淀析出，也只微溶于水。,硝酸脲,利用这个性质可以从尿中分离出尿素。脲与草酸作用生成的草酸脲，也是难溶于水的。,2.水解脲与酰胺一样能水解。在酸、碱或酶的存在下，水解反应更为迅速。,根据放出氮气可以测定尿素的含量。,3.加热反应把固体脲慢慢加热到135190，则两分子的脲就脱去1分子氨，生成缩二脲。,缩二脲反应：缩二脲的碱性溶液硫酸铜溶液，呈现紫红色的显色反应。凡分子中具有2个或2个以上的酰胺键(肽键)的化合物都有此类显色反应。,4.酰基化脲和酰氯、酸酐或酯作用，则生成相应的酰脲。,例：在乙醇钠的作用下，脲与丙二酸酯缩合，生成环状的丙二酰脲。,EtONa,丙二酰脲为无色结晶，熔点245，微溶于水。它的分子中含有一个活泼的亚甲基和两个二酰亚氨基，所以存在着烯醇型互变异构。,巴比妥酸(pKa=3.98),巴比妥：R=R=C2H5苯巴比妥：R=C2H5，R=C6H5(鲁米那),脲与羟基乙酸酯在碱催化下缩合，生成乙内酰脲，它在水溶液中也存在互变异构：互变异构平衡显弱酸性：,5，5-二取代乙内酰脲是治疗癫痫病的药物，例如，5，5-二苯基乙内酰脲（又名苯妥因钠）,苯妥因钠（抗癫痫药）,苯妥因钠属于弱酸强碱盐易溶于水，水溶液呈碱性，能吸收空气中的二氧化碳而游离出苯妥因结晶，使溶液浑浊。,N,N-二取代脲在脱水剂存在下可失水得碳二亚胺：,碳二亚胺是优良的脱水剂，在它的存在下，醇和羧酸可直接脱水成酯，是羧酸酯化反应的特效脱水剂，也可用于二肽和多肽的合成，最常用的的碳二亚胺是N,N-二环己基碳二亚胺（Dicyclohexylcarbomide,DCC）,（DCC）,（-氨基酸,（二肽）,肽键,苯妥因钠的合成方法（药物化学实验原理）,缩合反应机理：,安息香（二苯乙醇酮）,二苯乙二酮,脲素复合物（包合物）的形成脲的饱和甲醇溶液与含六个碳原子以上的直链化合物(烃、醇、醛、酸和胺等)混合时，可形成晶形的分子复合物而沉淀出来。但是小于六个碳或具有支链或环状的化合物一般不会形成结晶析出。已证实这种分子复合物之间没有新的化学键形成，而是借助分子间范德华力而结合的。,结晶学的研究发现，这种复合物中的脲分子形成一种六边形的笼状结晶，中间有一狭窄的柱状管道(直径0.53nm)，如图所示。因此，这种分子复合物也叫包合物或笼状“化合物”。只有直链化合物可以包合在这种通道中。而含支链或环状的化合物，由于体积大而不能进入管道相互作用形成结晶；小于六个碳原子的化合物也不适于形成结晶。,当形成的结晶用水稀释处理，或加热到脲熔融时，则晶格被破坏，被关闭在管道内的化合物就能自行分出。脲的这种特殊性能可用于某些化合物如直链和支链烃（庚烷与异庚烷）的鉴别和分离，也可用于顺反异构体的鉴别和分离。例如，反丁烯二酸酯能与脲结合，而顺丁烯二酸酯则不能，借此可将它们鉴别分离。,胍可看作是脲分子中的氧原子被亚氨基(=NH)取代而生成的化合物，又称亚氨基脲。胍分子中除去一个H后的基团叫胍基；除去一个NH2后的基团叫脒基。,（三）胍,胍基,胍,脒基,胍是一个有机强碱(pKa=13.8)，碱性与氢氧化钠相近。它能吸收空气中的二氧化碳生成稳定的碳酸盐。,稳定的胍正离子,胍极易水解，例如在氢氧化钡溶液中加热，即水解生成脲和氨。,根据X-射线对胍盐晶体的研究证明，胍正离子中的3个N对称地分布在碳的周围，三个碳氮键长均为118pm，比一般的C一N键（147pm）或C=N键（128pm）都短。这是由于胍正离子中存在共轭效应，使正电荷不集中在某一个氮原子上，而是完全平均地分配在三个氮原子上，从而使键长完全平均化了。具有这种结构的化合物无疑是很稳定的，故胍有接受质子以形成这种稳定结构的强烈倾向，而表现出很强的碱性。,二、原酸衍生物,原酸,高级脂肪酸甘油酯的混合物,第五节油脂、磷脂和蜡,一、油脂,油脂磷脂蜡,类脂,不溶于水而溶于弱极性或非极性有机溶剂的一类有机化合物,油脂包括油和脂肪。,油常温下为液体，如：豆油、桐油和花生油等。,脂肪常温下为固体或半固体，如：牛油、猪油等。,油脂的主要成分为直链含偶碳数高级脂肪酸的甘油三酯。,甘油端,R、R、R”相同，称为同酸甘油三酯。,R、R、R”不同，称为混酸甘油三酯。,就一般情况而言，油中不饱和酸的甘油酯多；脂肪中饱和酸的甘油酯多。,（一）结构,油脂中的不饱和脂肪酸(C18-20、烯键均为Z-构型)绿叶蔬菜和深海鱼类中常含有多不饱和脂肪酸PUFAs,油脂中的饱和脂肪酸n=14软脂酸n=16硬脂酸CH3(CH2)nCOOHn=18花生酸n=10月桂酸,油脂中的饱和脂肪酸,油脂中的不饱和脂肪酸,“*”表示为必需脂肪酸,（9Z,12Z,15Z)-9,12,15-十八碳三烯酸(亚麻酸，简称ALA)（5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸(简称EPA)（4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-4,7,10,13,16,19-二十碳六烯酸(简称DHA)（9Z,12Z)-9,12-十八碳二烯酸(亚油酸，简称LA)（6Z,9Z,12Z)-6,9,12-十八碳三烯酸(-亚麻酸，简称GLA)(5Z,8Z,11Z,14Z)-5,8,11,14-二十碳四烯酸(花生四烯酸,简称AA),人体不能合成或合成不足，必须从食物中摄取的不饱和脂肪酸必需脂肪酸,美容酸,（二）化学反应,1.皂化反应与皂化值,将油脂与NaOH溶液共热，可水解生成甘油和高级脂肪酸的钠盐。,如：,油脂的碱性水解称为皂化。后将其推广为酯的碱性水解反应均称为皂化反应。,皂化值：工业上把1g油脂完全皂化所需的KOH的毫克数。,皂化值反映出油脂的平均相对分子质量。显然，皂化值，油脂的平均相对分子质量。,2.加成反应与碘值,含有不饱和酸的油脂，分子中的碳碳双键可与H2或X2加成。,如：将油在200以上、0.10.3MPa下，以Ni为催化剂进行催化加氢，称为油的氢化或油的硬化。,工业上常通过该反应把液态的植物油转变为人造脂肪，用于食用或制造肥皂