有机化学课件 第十五章_羧酸衍生物

1、第十五章第十五章 羧酸衍生物羧酸衍生物 羧酸衍生物羧酸衍生物: :一般指羧基中的烃基被其他原子或基团取代一般指羧基中的烃基被其他原子或基团取代 后所生成的化合物。羧酸和羧酸衍生物中都含有后所生成的化合物。羧酸和羧酸衍生物中都含有酰基酰基，因，因 此也统称为此也统称为酰基化合物酰基化合物。 ROH O ROR O RO OO R 羧酸分子中羧酸分子中OH被不同取代基取代，分别称为被不同取代基取代，分别称为酰卤酰卤、酸酸 酐酐、酰胺酰胺和和酯酯： RCl O RNH2 O 分类与命名分类与命名 一一. .分类：分类： 羧酸分子中的羟基被其它原子或基团取代生成的化羧酸分子中的羟基被其它原子或基团取代

2、生成的化 合物叫羧酸衍生物，常见的有合物叫羧酸衍生物，常见的有: : RCX O R-COC-R OO R-COR O R-C-NH2 O 酰卤酸酐酯酰胺 RCN 腈腈 酰胺的结构特点决定其羰基活性较低酰胺的结构特点决定其羰基活性较低 二、命名二、命名 1. 1. 酰卤和酰胺根据相应的酰基来命名酰卤和酰胺根据相应的酰基来命名 RCOH O 酰酰基基 - OH RC O 羧酸去掉羧酸去掉-OH后剩下的部分叫酰基后剩下的部分叫酰基 CH3C Cl C BrCH2 CH C Cl OOO 乙乙酰酰氯氯苯苯甲甲酰酰溴溴丙丙烯烯酰酰氯氯 O 乙乙酰酰胺胺 CH3C NH2 酰氯由相应的酰基和卤素组成酰氯

3、由相应的酰基和卤素组成 HCN(CH3)2 O O CNH N N, ,N N- -二二甲甲基基甲甲酰酰胺胺 (DMF) 己己内内酰酰胺胺 = O O C N C H NBr O O 邻邻苯苯二二甲甲酰酰亚亚胺胺 溴溴代代丁丁二二酰酰亚亚胺胺 ( (N NB BS S) ) 酰胺由相应的酰基和胺组成名字，若氮上有取代基，名前加酰胺由相应的酰基和胺组成名字，若氮上有取代基，名前加N 标出，称为标出，称为N-烃基烃基“某某”酰胺，含有酰胺，含有CONH基的环状结构基的环状结构 的酰胺，称为内酰胺的酰胺，称为内酰胺 2 2、酯和酸酐是根据相应的生成它们的酸和醇来命名、酯和酸酐是根据相应的生成它们的酸

4、和醇来命名 3 3、腈的命名要将氰基中的碳原子计入母体碳链内、腈的命名要将氰基中的碳原子计入母体碳链内 OOO CH3COCH2CH3CH3COCH=CH2 CH2 C C OCH3 CH3 乙乙酸酸乙乙酯酯酯酯酸酸乙乙烯烯酯酯 - -甲甲基基丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯 O OO CH3COCCH3CH3CH2COCCH3 C C O O O 乙乙（酸酸）酐酐乙乙丙丙酐酐邻邻苯苯二二甲甲酸酸酐酐 O CH3CNNC(CH2)4CN 乙乙腈腈丙丙烯烯腈腈已已二二腈腈 CH2 CHCN 第二节第二节 物理性质及光谱性质物理性质及光谱性质 低级的酰氯与酸酐有强烈的刺激性，对人的眼睛低级的酰氯与酸酐有强烈的

5、刺激性，对人的眼睛 和呼吸道粘膜有刺激，高级的为固体。和呼吸道粘膜有刺激，高级的为固体。 低级的酯有水果香味，可作为香料；十四碳酸以下低级的酯有水果香味，可作为香料；十四碳酸以下 的甲酯和乙酯均为液体；例：的甲酯和乙酯均为液体；例： 乙酸乙酯乙酸乙酯 乙酸异戊酯乙酸异戊酯 戊酸异戊酯戊酸异戊酯 梨香梨香 香蕉香香蕉香 苹果香苹果香 丁酸丁酯丁酸丁酯 异戊酸戊酯异戊酸戊酯 菠萝香菠萝香 桔子香桔子香 它们都是极性化合物它们都是极性化合物.酰氯、酸酐、酯不能形成分子间的酰氯、酸酐、酯不能形成分子间的 氢键，沸点比相应的羧酸略低。酯的沸点比相应的酸和醇氢键，沸点比相应的羧酸略低。酯的沸点比相应的酸和

6、醇 都要低（与同碳数的醛酮差不多）。酰胺的氨基上的氢原都要低（与同碳数的醛酮差不多）。酰胺的氨基上的氢原 子可在分子间形成强的氢键，沸点比相应的羧酸还高子可在分子间形成强的氢键，沸点比相应的羧酸还高 甲甲酸酸甲甲酰酰胺胺乙乙酸酸乙乙酰酰胺胺 b.poC100 195117222 酰氯和酸酐不溶于水，低级的酰氯、酸酐遇水分解；酰氯和酸酐不溶于水，低级的酰氯、酸酐遇水分解； 低级的酰胺易溶于水低级的酰胺易溶于水 ； 酯在水中的溶解度很小；酯在水中的溶解度很小； 羧酸衍生物易溶于有机溶剂。羧酸衍生物易溶于有机溶剂。 酰胺，除甲酰胺外均是固体；而当酰胺的氮上有取代酰胺，除甲酰胺外均是固体；而当酰胺的氮

7、上有取代 基时为液体；基时为液体； 波谱性质：波谱性质：P508 第三节第三节 羧酸衍生物的化学性质羧酸衍生物的化学性质 亲核加成亲核加成 消除反应消除反应 R的性质可对反应产生影响，的性质可对反应产生影响，L的电负性影响的电负性影响 L-碱性越弱越易离去碱性越弱越易离去 NuNu- -: :亲核试剂亲核试剂 L-:离去基团离去基团 离去难易顺序：离去难易顺序： 在亲核取代反应中，酰氯的活泼性最大，酸酐次之，在亲核取代反应中，酰氯的活泼性最大，酸酐次之， 所以酰氯、酸酐在有机合成中常用为酰基化剂。所以酰氯、酸酐在有机合成中常用为酰基化剂。 R C XR C O C RR C OHR C OR

8、R C N OOOOO O R R 酰卤酸酐羧酸酯酰胺 酰卤酰卤 酸酐酸酐 醛醛 酮酮 羧酸羧酸 酯酯 酰胺酰胺 亲核反应活性亲核反应活性 位阻效应的影响位阻效应的影响 取代反应的加成步骤是有棱锥形反应物苄位四面体中间体，因取代反应的加成步骤是有棱锥形反应物苄位四面体中间体，因 此位阻效应明显影响反应速度，若四面体中间体所连基团较大，此位阻效应明显影响反应速度，若四面体中间体所连基团较大， 该中间体能量高，不容易形成，反应速度将减小。不同取代基该中间体能量高，不容易形成，反应速度将减小。不同取代基 反应活性顺序见反应活性顺序见(P518) 一、羧酸衍生物的取代反应一、羧酸衍生物的取代反应 这类

9、反应是羧酸衍生物与羧酸、以及羧酸衍生物之间这类反应是羧酸衍生物与羧酸、以及羧酸衍生物之间 的相互转化。的相互转化。 1 1、酰氯的取代反应、酰氯的取代反应 HOH HOR HNH2 RCOH RCOR HCl HCl NH4Cl 水解 氨解 + RCNH2 醇解 O O O RCCl O 酰氯活性高，是优良的酰基化试剂，活性低，位阻大酰氯活性高，是优良的酰基化试剂，活性低，位阻大 的醇均可用酰氯酰化（的醇均可用酰氯酰化（P512) )。 CH3CCl + CH3CH2CH2OH CH3COCH2CH2CH3 OO O COH + HO O O CCl+ 吡吡啶啶 HOCO OO CH3CCl

10、+ 2CH3NH2 CH3CNHCH3 + CH3NH3Cl- + 酰氯与羧酸盐可用以制备混合酸酐：酰氯与羧酸盐可用以制备混合酸酐： OO + CH3CH2CO- Na+ C O O CCH2CH3 -NaCl O CCl 2、 酸酐的取代反应酸酐的取代反应 O O RC O C R HOH HOR R C RCOOH RCOOH RCOO-NH4+ O R C O R C OH OR NH2 O H NH2 酸酐也是一种良好的酰基化试剂，其活性比酰氯小酸酐也是一种良好的酰基化试剂，其活性比酰氯小 但反应中不产生腐蚀性强的但反应中不产生腐蚀性强的HCl且价格便宜。且价格便宜。 OO CH3CO

11、OH+ 吡吡啶啶 CH3COCCH3 + HO O CH3CO 酯的酯的水解是工业上获得高级脂肪酸的重要方法，酯的醇解酯的酯的水解是工业上获得高级脂肪酸的重要方法，酯的醇解 是由一种酯转化成另一种酯，因而叫作酯交换反应，反应中一是由一种酯转化成另一种酯，因而叫作酯交换反应，反应中一 般用大分子醇置换小分子醇，便于蒸出利于反应。般用大分子醇置换小分子醇，便于蒸出利于反应。 3、酯的取代反应、酯的取代反应 酯的反应活性较小，取代反应需在酸、碱催化、加热酯的反应活性较小，取代反应需在酸、碱催化、加热 下进行：下进行： R C OR H2O ROH NH3 R C-OH R C-OR ROH ROH

12、ROH O + + 或或 OHH+ 或或 OHH+ R C-NH2 O O O O CH3CH32HOCH2CH2OHCOOC + H+ -2CH3OH O COOCHOCH2CH2CH2CH2OH CH3CH3COOC HOCH2CH2OH OO OO CCOCH2CH2O ( ( 涤涤纶纶 ) ) n n=80 100 OO 酯交换酯交换 酯交换反应在工业上的典型应用是涤纶（聚对苯二酯交换反应在工业上的典型应用是涤纶（聚对苯二 甲酸乙二醇酯）的合成甲酸乙二醇酯）的合成 酯交换酯交换 酯氨解缓慢，但当分子中存在对酰氯不稳定的其他官能团时，酯氨解缓慢，但当分子中存在对酰氯不稳定的其他官能团时，

13、 可以用酯作为酰化试剂。的一个典型例子是巴比土酸可以用酯作为酰化试剂。的一个典型例子是巴比土酸(巴比妥酸）巴比妥酸） 的合成：的合成： O O O + CH2 CO2C2H5 CO2C2H5 C = O NH2 NH2 C2H5ONa NH NH 110OC 丙丙二二酸酸二二乙乙酯酯脲脲巴巴比比土土酸酸 O O NH NH =R O 不同巴比土不同巴比土(巴比妥）药物的差别在巴比妥）药物的差别在 于活泼亚甲基上连接的烃基不同。于活泼亚甲基上连接的烃基不同。 1.1.镇静：如焦虑不安、烦躁、镇静：如焦虑不安、烦躁、甲状腺功能亢进甲状腺功能亢进、高血压、功能性恶心、小、高血压、功能性恶心、小 儿幽

14、门痉挛等症。儿幽门痉挛等症。 2.2.安眠：偶用于顽固性失眠症，但醒后往往有疲倦、思安眠：偶用于顽固性失眠症，但醒后往往有疲倦、思 睡等后遗效应。睡等后遗效应。 3.3.抗惊厥：常用其对抗中枢兴奋药中毒或抗惊厥：常用其对抗中枢兴奋药中毒或高热高热、破伤风、破伤风、 脑炎、脑出血等疾病引起的惊厥。脑炎、脑出血等疾病引起的惊厥。 4.4.抗抗癫痫癫痫：用于癫痫大发作的防治，作：用于癫痫大发作的防治，作 用出现快，也可用于癫痫持续状态。用出现快，也可用于癫痫持续状态。 5.5.麻醉前给药。麻醉前给药。 6.6.与与解热镇痛药解热镇痛药配配 伍应用，以增强其作用。伍应用，以增强其作用。 7.7.治疗新

15、生儿核黄疸治疗新生儿核黄疸 酰胺的反应活性更小，需在酸或碱催化下长时间酰胺的反应活性更小，需在酸或碱催化下长时间 加热回流才能水解加热回流才能水解 4、酰胺和腈的类似反应、酰胺和腈的类似反应 CH3CNH2 H2O ROH CH3CONH4 NH4 O O O + + + + OH H+ H+回回流流 回回流流 CH3COR 回回流流 CH3CO- + NH3 O O O nHN2(CH2)5COOH -H2O H2O NH(CH2)5C n 250OC C-NH 己己内内酰酰胺胺 尼尼龙龙- - 6 6 n CH3CN NH3 NH + NH4Cl 乙 月米 150oC CH3 C NH2

16、腈也可以进行水解、醇解和氨解：腈也可以进行水解、醇解和氨解： O +RCN H2O RCNH2 RCOH O 或 -OH H+ H2O 或 OHH+ + RCN + ROH RCOR H3O无水HCl O 二、羧酸衍生物取代反应的历程及活性二、羧酸衍生物取代反应的历程及活性 Cl-RCO- -NH2 O RO-离离去去基基的的 碱碱性性： 离离去去基基的的稳稳定定性性： Cl-RCO- O RO- -NH2 O L:Cl- RCO-NH2- Nu:H2O(-OH) ROH NH3 RO- O RCClRCOCR R COR O RCNH2 反反应应活活性性： OOO 加加成成 消消除除 RCL

17、 + Nu- O RCNu + L- O RCL O- Nu 常见羰基化合物中常见羰基化合物中氢的相对活性：氢的相对活性： 酰氯酰氯 酸酐酸酐 醛、酮醛、酮 酯酯 酰胺酰胺 O RCH2CX RCH2C-O-CR RCH2C-H RCH2C-R OOOO RCH2COR RCH2C-NH2 OO 羧酸衍生物的相互转化（掌握）羧酸衍生物的相互转化（掌握） 三、酯的水解反应历程的讨论三、酯的水解反应历程的讨论 RCOR + H2O RCOH + HOR OO H+ 或-OH 酸催化（A） 双分子 酰氧断裂（Ac） 烷氧断裂（Al） 单分子 酰氧断裂（Ac） 烷氧断裂（Al） 碱催化（B） 双分子

18、酰氧断裂（Ac） 烷氧断裂（Al） 单分子 酰氧断裂（Ac） 烷氧断裂（Al） 1、AAc2：酸催化双分子酰氧断裂历程：酸催化双分子酰氧断裂历程： O R C ORR COR R C OR OH + OH OH2H+ 质质子子迁迁移移 + OH2 18 18 18 +OH O RC OHRC OH -ROH + OH H H+ RCOR OH 18 18 = k CH3COO18C2H5 H+ 显然反应中发生的是酰氧断裂显然反应中发生的是酰氧断裂 加成加成 消除消除 + CH3COH + HOC2H5 H 1818 CH3C OC2H5 + H2O O O 酸性水解的影响：酸性水解的影响： 1

19、、 酸在反应中的作用：酸在反应中的作用： 、使酯羰基质子化，增加其反应活性。、使酯羰基质子化，增加其反应活性。 、使、使-OH、-OR质子化，由不良离去基转质子化，由不良离去基转 化成良好离去基而更易离去。化成良好离去基而更易离去。 2、 酯的酸性水解和酯化反应互为逆反应，平衡酯的酸性水解和酯化反应互为逆反应，平衡 的移动取决于反应的条件。体系中有大量水的移动取决于反应的条件。体系中有大量水 存在，发生酯的水解。若有大量醇存在，并存在，发生酯的水解。若有大量醇存在，并 采取去除水的措施，则有利于酯化反应。采取去除水的措施，则有利于酯化反应。 2、BAc2：碱催化双分子酰氧断裂历程：碱催化双分子

20、酰氧断裂历程： CH3CONa + HOC2H5 18 18 CH3C OC2H5 + H2O O O NaOH O CH3 COC2H5 + OH-CH3COC2H5 OH O- 慢慢 快快 1818 = k CH3COO18C2H5 OH- 不不可可逆逆 -O18 C2H5 O CH3 COH +HO18-C2H5 O CH3 CO- + 加成加成 消除消除 以上两种水解方式的异同：以上两种水解方式的异同： 上述历程只适用于上述历程只适用于10、20醇酯，醇酯，30醇酯或苄醇、烯丙醇酯或苄醇、烯丙 醇酯在酸催化下则主要进行单分子烷氧断裂反应，醇酯在酸催化下则主要进行单分子烷氧断裂反应， 相

21、相同同点点：1 1. .都 都是是通通过过加加成成- - - -消消除除历历程程进进行行 2 2. .都都发发生生的的是是酰酰氧氧键键断断裂裂 不不同同点点：1 1. .催催化化剂剂用用量量不不同同，酸酸只只需需催催化化量量、碱碱则则量量大大于于1 1m mo ol l 2 2. .酸酸催催化化反反应应可可逆逆，碱碱催催化化反反应应不不可可逆逆 3 3. .吸吸电电子子基基对对碱碱催催化化有有利利 3、AAl1：酸催化单分子烷氧断裂历程：酸催化单分子烷氧断裂历程： = k CH3COO18C(CH3)3 H2O (CH3)3COH O O18 + H+ CH3-C- O18C(CH3) CH3

22、 C OH H+ CH3-C-O18-C(CH3)3 O CH3-C-O18-C(CH3)3 OH +C(CH3)3 CH3 C O18 OH + + + H2O(CH3)3C OH2(CH3)3COH H+ (CH3)3C+ 4、AAc1：酸催化单分子酰氧断裂历程：酸催化单分子酰氧断裂历程： CH3 CH3 H3C O C OCH3 + H+ 快 CH3 CH3 H3C O COCH3 H 慢 CH3 CH3 H3C O + H2OC CH3 CH3 H3C O C O H H 快快 CH3 CH3 H3C O C OH + H+ 三、与金属试剂的反应三、与金属试剂的反应 羰基化合物与金属有

23、机化合物加成反应的活性：羰基化合物与金属有机化合物加成反应的活性： O R C Cl R C H C OR CORR CNH2 O OO R R O O +R C L O RMgXR C L MgX R MgXL R C R + R C R R OH RMgX H O 3 1 2 格氏试剂与酯加成首先生成酮，因酮的活性大于酯，格氏试剂与酯加成首先生成酮，因酮的活性大于酯， 故反应很难停留在故反应很难停留在 酮的阶段，而是进一步加成生成酮的阶段，而是进一步加成生成 叔醇：叔醇： + C CH3MgI OMgI CH3 OH CH3 C CH3 CH3 H3O + O C O COC2H5CH3M

24、gI -Mg(OC2H5)I CH3 例例1. 1 1、格氏试剂与酯加成、格氏试剂与酯加成 +O O O C2H5MgBrCH2(CH2)3C C2H5 OMgBr C2H5MgBr OH + OMgBr C2H5 OMgBr OH C2H5 CH2(CH2)3 C C2H5 H3O CH2(CH2)3C C2H5 例例2 2 2、格氏试剂与酰氯加成、格氏试剂与酰氯加成 CH3CH2CH2CH2MgClCH3CCH2CH2CH2CH3 OO -70oC 乙乙醚醚 7 72 2% % CH3C Cl + 酰氯在低温下与格式试剂加成反应可停留在酮的阶段酰氯在低温下与格式试剂加成反应可停留在酮的阶段

25、 (CH3)3CCCl + (CH3)2CuLi (CH3)3CC CH3 O O 78oC 乙乙醚醚 酰氯与二烷基铜锂或二烷基镉加成也可停留在酮酰氯与二烷基铜锂或二烷基镉加成也可停留在酮 的阶段：的阶段： OO O CH3OCCH2CH2CCl + (C2H5)2Cd O 苯苯 回回流流 CH3OCCH2CH2CC2H5 ( 2RMgX + CdCl2 R2Cd + 2MgClX ) 3、二烷基铜锂或二烷基镉与酰氯的加成、二烷基铜锂或二烷基镉与酰氯的加成 1、格氏试剂与腈加成、格氏试剂与腈加成 R C N R C R R C R NMgXO + + H3O RMgX 2C2H5MgCl C2H5CCH2CH2CCH2CH3 OO H3O N CCH2CH2C N 四、还