第13章羧酸衍生物

1、 第十三章第十三章 羧酸衍生物羧酸衍生物Carboxylic Acid Derivatives Carboxylic Acid Derivatives 教学目标与要求：教学目标与要求：掌握羧酸衍生物的命名掌握羧酸衍生物的命名掌握酰基化反应及规律掌握酰基化反应及规律掌握重要的羧酸衍生物及其性质掌握重要的羧酸衍生物及其性质简单了解碳酸衍生物的化学性质简单了解碳酸衍生物的化学性质( (一一) ) 羧酸衍生物的命名羧酸衍生物的命名羧酸衍生物系指酰卤、酸酐、酯、酰胺，它们羧酸衍生物系指酰卤、酸酐、酯、酰胺，它们经简单水解后都得到羧酸。经简单水解后都得到羧酸。 （R或R可以是Ar或H）酰卤酯酰胺酸酐R-C

2、-XOR-CR-COOOOR-C-OROR-C-NH2酰卤的命名: RCOX 酰卤酰卤 相应的羧酸名称去掉相应的羧酸名称去掉“酸酸”字字 + “酰卤酰卤” -ic acid -yl + halide or-carboxylic acid carbonyl + halideCH3CClOCBrOCClO乙酰氯 苯甲酰溴 环己烷甲酰氯Acetyl chloride Benzoyl bromide Cyclohexanecarbonylchloride酸酐的命名: RCO2COR 酸酐 酸酸 ( (酸酸) )酐酐 x x酸酸酸酐酸酐 acidanhydrideCH3COOCCH3OHCOOCCH3O

3、OOO乙酸酐 甲(酸)乙(酸)酐 丁二酸酐Acetic anhydride Acetic formic Butanedioicanhydrideanhydride酯的命名：RCO2RR COORR COOH羧酸的氢被烃基取代 酯 酸酸( (烃基名烃基名) )酯酯 -ic acid alkyl -ateCH3COOCH2CH3Ethyl acetate Methyl benzoate tert-Buthyl乙酸乙酯 苯甲酸甲酯 环己烷羧酸叔丁酯cyclohexanecarboxylateCOCH3OC OC(CH3)3OCH2OCCH3CH2OCCH3OOCH2ONO2CHONO2CH2O N

4、O2多元醇的酯多元醇的酯, ,一般把一般把”酸酸”名放在后面名放在后面, ,称为称为”某醇某酸酯某醇某酸酯”酰胺的命名：RCONH2 酰胺酰胺 酸酸 酰胺酰胺 N-N-烃基烃基酰胺酰胺 -ic acid -amide-carboxylic acid -carboxamide CH3CONH2CNH2OHCON(CH3)2乙酰胺 环戊烷羧酰胺 N,N-二甲基甲酰胺Acetamide Cyclopentanecarboxamide N,N-Dimethylformamide物态及水溶解性：物态及水溶解性： 酰氯、酸酐酰氯、酸酐：分子间无氢键作用，挥发性强，有刺鼻：分子间无氢键作用，挥发性强，有刺鼻

5、气味的液体。沸点随着相对分子质量气味的液体。沸点随着相对分子质量而而。遇水水。遇水水解。解。 酯酯：酯不溶于水。低级酯是有酯香味的液体。高级脂：酯不溶于水。低级酯是有酯香味的液体。高级脂肪酸的高级脂肪醇酯为固体，俗称肪酸的高级脂肪醇酯为固体，俗称“蜡蜡”。酰胺酰胺：分子间氢键作用强，一般为固体，但：分子间氢键作用强，一般为固体，但DMFDMF或或DEFDEF为液体，是常用的非质子性溶剂。低级酰胺可溶于水，为液体，是常用的非质子性溶剂。低级酰胺可溶于水，随着分子量随着分子量，水溶解度，水溶解度。沸点：沸点： 酰卤、酸酐、酯的沸点低于羧酸；酰卤、酸酐、酯的沸点低于羧酸； 伯酰胺的沸点高于羧酸。伯酰

6、胺的沸点高于羧酸。 IR光谱光谱NMR谱：谱： 例1：丙酸酐的红外光谱。 例2：乙酸乙酯的红外光谱。例：乙酸乙酯的核磁共振谱。(1)(1)酰基上的亲核取代酰基上的亲核取代 ( (甲甲) ) 水解水解( (乙乙) ) 醇解醇解 ( (丙丙) ) 氨解氨解 (2)(2)酰基上的亲核取代反应机理酰基上的亲核取代反应机理 (3)(3)酰基化试剂的相对活性酰基化试剂的相对活性 (4)(4)还原反应还原反应 ( (甲甲) ) 用氢化铝锂还原用氢化铝锂还原 ( (乙乙) )用金属钠用金属钠- -醇还原醇还原 ( (丙丙) ) RosenmundRosenmund还原还原 (5) (5) 与有机金属试剂的反应

7、与有机金属试剂的反应 (6) (6) 酰氨氮原子上的反应酰氨氮原子上的反应 ( (甲甲) ) 酰胺的酸碱性酰胺的酸碱性 ( (乙乙) ) 酰胺脱水酰胺脱水 ( (丙丙) ) HofmannHofmann降解反应降解反应 ( (三三) ) 羧酸衍生物的化学性质羧酸衍生物的化学性质 (1)(1) 酰基上的亲核取代酰基上的亲核取代( (甲甲) ) 水解水解 OR-C-NH2OR-C-OR(R-C)2OOR-C-ClO+ H2ORCOOH +HClRCOOHROHNH3羧酸R-C-ClO(R-C)2OOOR-C-OROR-C-NH2水解速度：剧烈放热热水中进行H+orOH-催化，催化剂，高温下长时间回

8、流加热难！(C6H5)2CHCH2CClO(C6H5)2CHCH2COHOH2O,Na2CO30 C,95%。3,3-二苯基丙酰氯3,3-二苯基丙酸CCOOOH3CHH2O,94%COOHCOOHCCH3CH顺-2-甲基丁烯二酸酐顺-2-甲基丁烯二酸OOCH2CH2COOHOH邻羟基苯丙酸内酯邻羟基苯丙酸H2O,NaOH90%,对溴乙酰苯胺对溴苯胺乙酸钾BrH2NBrCH3C-NHOCH3CO-K+O+C2H5OH-H2O,KOH95%例：例： ( (乙乙) ) 醇解醇解 OR-C-NH2OR-C-OR(R-C)2OOR-C-ClO+ HORRCOOR +HClRCOOHROHNH3酯活性降低

9、直接醇解可逆，酯交换难，醇需过量醇解速度：难！R-C-ClO(R-C)2OOOR-C-OROR-C-NH2常用酰基化剂从低级酯制高级酯（如涤纶的生产）酯交换反应CH2=CH-C-OCH3O+ CH3CH2CH2CH2OHH+,94%+ CH3OHOCH2=CH-C-OCH2CH2CH2CH3高级醇酯低级醇酯例：例：2(CH3C)2O +OOHHOOCCH3CH3COOO+ 2CH3COOHH2SO493%常用酰基化试剂酚酯( (丙丙) ) 氨解氨解 + NH3NH4ClRCOONH4ROH+酰胺活性降低OR-C-NH2OR-C-OR(R-C)2OOR-C-ClO+ HClCH3OCH3CH-C

10、-NH2CH3CH-C-ClOCH3+ NH378%-83%例： + NH3 + C2H5OHClCH2COC2H5OOClCH2C-NH2H2O,0-5 C78%-84%。N-N-未取代的酰胺与胺反应生成未取代的酰胺与胺反应生成N-N-取代酰胺。例如：取代酰胺。例如： CH3CONH2 +NH2HClNH C-CH3O+ NH4Cl80%CCOOOHH+ C6H5NH297%-98%CONHC6H5COOHCCHH 水解、醇解、氨解的结果是在水解、醇解、氨解的结果是在HOHHOH、HORHOR、HNHHNH2 2等分子中引入酰基，因而酰氯、酸酐是常等分子中引入酰基，因而酰氯、酸酐是常用的酰基

11、化试剂。酯酰化能力较弱，酰胺的酰用的酰基化试剂。酯酰化能力较弱，酰胺的酰化 能 力 最 弱 ， 一 般 不 用 作 酰 基 化 试 剂 。化 能 力 最 弱 ， 一 般 不 用 作 酰 基 化 试 剂 。 RCClORCOHO SOCl2 or PX3 or PX5H2ORCOCRO ORCOOHor RCOONaRCNH2ORCORORCNRCOROROHNH3(R)羧酸衍生物的相互转化羧酸衍生物的相互转化(2) (2) 酰基上的亲核取代反应机理酰基上的亲核取代反应机理 该反应历程可用下式表示：该反应历程可用下式表示： (1)R-COLsp 杂化2Nu进攻时障碍小+ Nu-亲核加成R-C-L

12、O-Nu(2)NuR-C LO-NuOR-C+ L-消除反应Nu(亲核试剂) ：H2O (HO-)ROHNH3、L（离去基团）-Cl-O-CRO-OR-NH2：酰氧基烷氧基氨基、 反应是分步完成的反应是分步完成的：先先亲核加成，后消除，最终生成亲核加成，后消除，最终生成取代产物。取代产物。(3) (3) 酰基化试剂的相对活性酰基化试剂的相对活性 水解、醇解、氨解的实验事实证明，羧酸衍生水解、醇解、氨解的实验事实证明，羧酸衍生物酰化活性大小的顺序为：酰氯酸酐酯酰胺物酰化活性大小的顺序为：酰氯酸酐酯酰胺。Why?Why? 该反应是亲核加成该反应是亲核加成- -消除机理。消除机理。 R-COLp-共

13、轭使羰基碳上正电密度降低使C-L具有部分双键性质不利于酰基化反应发生-Cl-O-C-RO-O-R-NH2p-共轭的强度：第三周期元素电负性：O N酰基是吸电子基烃基是斥电子基即酰氯的羰基碳最正。即酰氯的羰基碳最正。 活性：酰氯酸酐酯酰胺活性：酰氯酸酐酯酰胺 L L愈易离去，越有利于第二步反应（消除反应）愈易离去，越有利于第二步反应（消除反应） 酸性：酸性：HCl HCl RCOOH RCOOH ROH ROH NHNH3 3 pKa pKa： -2.2 4-5 16-19 34-2.2 4-5 16-19 34 离去能力：离去能力：ClClOCOROCOROROR NHNH2 2 活性：酰氯酸

14、酐酯酰胺活性：酰氯酸酐酯酰胺 (4) (4) 还原反应还原反应 ( (甲甲) ) 用氢化铝锂还原用氢化铝锂还原四氢铝锂的还原性很强，可以还原羧酸及羧酸衍四氢铝锂的还原性很强，可以还原羧酸及羧酸衍生物。除酰胺被还原成相应的胺外，酰卤、酸酐生物。除酰胺被还原成相应的胺外，酰卤、酸酐和酯均被还原成相应的伯醇。例如：和酯均被还原成相应的伯醇。例如： C15H31CH2OH(1) LiAlH4,乙醚(2) H2O，98%C15H31CClO(1) LiAlH4,乙醚(2) H2O，87%OOOCH2OHCH2OHC-OC2H5OCH2OH+ LiAlH4+ C2H5OHH2O/H+CH2-N(CH3)2

15、C-N(CH3)2OLiAlH4,乙醚回流，88%CH3CH=CHCH2COOCH3CH3CH=CHCH2CH2OH(1) LiAlH4,乙醚(2) H2O，75%( (乙乙) )用金属钠用金属钠- -醇还原醇还原 酯与金属钠在醇溶液中加热回流，可被还原为相应的伯醇：酯与金属钠在醇溶液中加热回流，可被还原为相应的伯醇： R-C-ORONa+C2H5OHRCH2OH + ROH（还原酯最常用的方法、间接还原羧酸的方法。）例：n-C11H23COOC2H5 + Nan-C11H23CH2OH + C2H5OHC2H5OH月桂酸乙酯月桂醇CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOC2H5Na,C

16、2H5OH49%-51%油酸乙酯CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CH2OH油醇( (丙丙) Rosenmund) Rosenmund还原还原 酰氯经催化氢化还原为伯醇：酰氯经催化氢化还原为伯醇： R-C-Cl + H2PdORCH2OH若采用若采用RosenmundRosenmund还原，可使酰氯还原为醛：还原，可使酰氯还原为醛： Rosenmund 还原法RCHOOR-C-Cl + H2Pd/BaSO4喹啉-硫(Ar)(Ar)其中的其中的BaSO4BaSO4、喹啉、喹啉- -硫都具有抑制作用，使反应停留在生硫都具有抑制作用，使反应停留在生成醛的阶段。成醛的阶段。RosenmundRo

17、senmund还原是制备醛的一种好方法。例：还原是制备醛的一种好方法。例： COClCHOH2,Pd-BaSO4,喹啉-硫140-150 C，74%-81%。(5) (5) 与有机金属试剂的反应与有机金属试剂的反应 Grignard Grignard试剂与酯的反应试剂与酯的反应 酯与格氏试剂的反应是制备含有两个相同烃酯与格氏试剂的反应是制备含有两个相同烃基的基的3 3醇的好方法。醇的好方法。 （3 醇）。R-C-ORO+ RMgX酮 活性高于酯R-C-ORO MgXR-MgX(OR)无水乙醚R-C-ROMgXRR-C-ROHRH2O/H+RMgX无水乙醚R-C-RO不需过量！不能存在于体系中

18、慢于酮，生成的酮不能存在于体系中：慢于酮，生成的酮不能存在于体系中： + C6H5MgBr纯醚，苯回流C6H5-C-OC2H5OMgBrC6H5C6H5-C-OC2H5O-MgBrOC2H5C6H5-C-C6H5C6H5OMgBrOHC6H5C6H5-C-C6H5C6H5-C-C6H5OC6H5MgBr纯醚，苯，回流H2ONH4Cl三苯甲醇CH3CH2COCH3OCH3MgI,干醚H2O/H+CH3CH2CCH3CH3OH例例2 2：例例1 1： Grignard Grignard试剂与酰氯的反试剂与酰氯的反应应 快于酮，生成的酮可存在于体系中：快于酮，生成的酮可存在于体系中： 低温下，可稳定

19、存在（3 醇）。R-C-ClO+ RMgX酮 活性低于酰氯R-C-ClO MgXRR-C-RO-MgXCl无水乙醚R-C-ROMgXRR-C-ROHRH2O/H+过量 RMgX无水乙醚CH3-C-CH2CH2CH2CH3OCH3-C-ClO+ CH2CH2CH2CH2MgCl纯醚，FeCl3-70 C,72%。所以，低温下，酰氯与1mol Grignard试剂反应可以得到酮： 下列反应可停留在酮：下列反应可停留在酮： COOCH3BrMgBrClClCBrO74%+原因：原因：邻位溴的引入使空间障碍大，亲核加成反应难以进行。邻位溴的引入使空间障碍大，亲核加成反应难以进行。二芳基酮亲核加成反应活

20、性低；二芳基酮亲核加成反应活性低； 2RMgX+CdCl2纯醚R2Cd+2MgXCl（1）纯醚CH3CH2COCl+（CH3CH）2CdCH3（2）水解CH3CH2COCHCH3CH3CH3CHCH3COCl+（CH3）2CuLi纯醚CH3CHCH3COCH3(5) (5) 酰氨氮原子上的反应酰氨氮原子上的反应 ( (甲甲) ) 酰胺的酸碱性酰胺的酸碱性酰胺一般被认为是中性的。但有时酰胺可表现出酰胺一般被认为是中性的。但有时酰胺可表现出弱碱性和弱酸性：弱碱性和弱酸性： CH3CONH2 + HClCH3CONH2 HClH2OCH3CONH2 + HCl乙醚极弱的碱性CH3CONH2 + Hg

21、O(CH3CONH)2Hg + H2OH2O分解乙醚极弱的酸性酰亚胺分子中氮原子上的氢具有微弱的酸酰亚胺分子中氮原子上的氢具有微弱的酸性：性： COOHCOOHCCOONHKOH乙醇CCOON-K+RXCCOONRH2O/H+COOHCOOH+ RNH2邻苯二甲酰亚胺N烷基邻苯二甲酰亚胺活泼氢（伯胺）NH3（G abriel合 成法，制伯胺的特殊方法）( (乙乙) ) 酰胺脱水酰胺脱水 这是合成腈最常用的方法之一。例如：这是合成腈最常用的方法之一。例如： R-C-NH2 R-CN + H2OP2O5O腈CH3CH2CH2CH2CHCONH2CH2CH3SOCl2,苯，75-80 C86%-94

22、%。CH3CH2CH2CH2CHCNCH2CH3R-C-NH2 R-CN + H2OSOCl2O腈( (丙丙) Hofmann) Hofmann降解反应降解反应 例如：例如： R-C-NH2 + NaOBr + NaOHRNH2 + Na2CO3 + NaBr + H2OO（Hofmann降解，制少一个碳的伯胺!产率高，产品纯!)(CH3)3CCH2CNH2 + Br2 + 4NaOH(CH3)3CCH2NH2 O94%+ 2NaBr + Na2CO3 + 2H2O(机理： )C-NH2ONaOBr/OH-CHCH3CH2CH3CHCH3CH2CH3NH2(S)-(S)-手性碳构型不变手性碳构

23、型不变! !( (五五) ) 碳酸衍生物碳酸衍生物 (1)(1)碳酰氯碳酰氯制法制法性质性质 (2) (2) 碳酰胺碳酰胺 性质性质 ( (甲甲) ) 成盐成盐 ( (乙乙) ) 水解水解 ( (丙丙) ) 加热反应加热反应 (3) (3) 胍胍 ( (五五) ) 碳酸衍生物碳酸衍生物 碳酸具有胞二醇结构，不稳定。但碳酸衍生物，碳酸具有胞二醇结构，不稳定。但碳酸衍生物，尤其是中性碳酸衍生物稳定。尤其是中性碳酸衍生物稳定。 Y-C-YOY-C-OHOHO-C-OHO碳酸Y = X OR NH2、 、酸性碳酸衍生物中性碳酸衍生物不稳定稳定(1) (1) 碳酰氯碳酰氯 Cl-C-ClO剧毒，有酰氯性

24、质！CO + Cl2活性碳Cl-C-ClO制法：制法：性质：性质： Cl-C-ClOH2OROHNH3+HO-C-OHO碳酸酯碳酸NH2-C-NH2O脲（尿素）碳酰胺、NH3RO-C-OROCl-C-OROROH氯甲酸酯NH2-C-ORO氨基甲酸酯2+ Cl-C-ClOAlCl3-C-O+ 2HCl(2) (2) 碳酰胺碳酰胺 H2N C NH2ONH3 + CO2+ H2OH2N-C-NH2O180 C,20MPa。O=C=O + H-NH2H2N-C-OHOH2N-C-ONH4ONH3-H2OH2N-C-NH2O碳酰胺俗称尿素，具有酰碳酰胺俗称尿素，具有酰胺结构片断，因此具有酰胺结构片断，

25、因此具有酰胺的一般性质。胺的一般性质。制法：制法：性质：性质： ( (甲甲) ) 成盐成盐 脲只能与强酸成盐。因为碱性脲只能与强酸成盐。因为碱性： H2N C NH2ONH3CO(NH2)2 + HNO3CO(NH2)2 HNO3脲硝酸脲CO(NH2)2 + (COOH)2脲草酸脲CO(NH2)2 (COOH)2草酸( (乙乙) ) 水解水解 H2N C NH2O+ H2O尿素酶HClNaOHCO2 + H2O + 2NH3CO2+ NH4Cl2NH3 + NaCO3（尿素可用作氮肥）( (丙丙) ) 加热反应加热反应 CH2COOC2H5COOC2H5+H2NH2NC=OC2H5OHHNHN

26、C=OCO-CO-CH2+ 2C2H5OH丙二酰脲巴比士酸其衍生物曾用作安眠药尿素的用途：化肥、脲醛树脂等。皮革上用做填充剂、制备鞣剂等。尿素的用途：化肥、脲醛树脂等。皮革上用做填充剂、制备鞣剂等。 蛋白质分子中有多个蛋白质分子中有多个COCONHNH结构片断结构片断 蛋白质亦有缩二脲反应（遇蛋白质亦有缩二脲反应（遇CuSOCuSO4 4/OH /OH - -显紫色）显紫色） H2N-C-NH2O+H2N-C-NH-HO缩二脲CuSO4/OH-紫色具有两个以上-CO-NH-结构片断H2N-C-NH-C-NH2OO(3) (3) 胍胍 NH2-C-NH2NH胍H2NC N + NH4Cl(H2N

27、)2C=NH HCl氨基氰H2N-C-NHCN + 2NH3NH2(H2N)2C=NH双氰胺结构：结构：制法制法：性质：性质： 胍具有强碱性，其碱性与氢氧化钠相当，可吸收胍具有强碱性，其碱性与氢氧化钠相当，可吸收空气中的二氧化碳而生成碳酸盐。空气中的二氧化碳而生成碳酸盐。 水解：水解： + H2OH2NH2NC=NHH2NH2NC=O + NH3Ba(OH)2缓和水解生理作用：生理作用： H2NSO2NHCNH2NHN-C-NH-C-NH2ONHNH对氨基苯磺酰胍磺酰胍肠道消炎药吗啉胍预防流感药本章重点本章重点重要的人名反应：重要的人名反应： RosenmundRosenmund还原法（把酰氯

28、还原法（把酰氯还原为醛）、还原为醛）、HofmannHofmann降解（制少一个碳的伯降解（制少一个碳的伯胺）等。胺）等。羧酸衍生物的亲核取代（加成消除）反应：羧酸衍生物的亲核取代（加成消除）反应：水解、醇解、氨解；腈的水解、醇解、格氏试水解、醇解、氨解；腈的水解、醇解、格氏试剂解。剂解。酯、酰氯、腈与格氏试剂的反应。酯、酰氯、腈与格氏试剂的反应。羧酸、酯、酰胺和腈的还原羧酸、酯、酰胺和腈的还原(LiAlH(LiAlH4 4可还原羧可还原羧酸及其衍生物，酸及其衍生物，Na+CNa+C2 2H H5 5OHOH可还原酯可还原酯) )。羧酸衍生物的制法；羧酸衍生物的制法； 丙酸酐的丙酸酐的IRIR

29、乙酸乙酯的乙酸乙酯的IRIR乙酸乙酯的乙酸乙酯的NMRNMRR-C-NH2OOH- Br2OR-C-NHBrOH-OR-C N Br-Br-R-N=C=O异氰酸酯H2OR-NH-C-OHORNH2 + CO2HofmannHofmann降解反应机理降解反应机理酯的命名：RCO2RR COORR COOH羧酸的氢被烃基取代 酯 酸酸( (烃基名烃基名) )酯酯 -ic acid alkyl -ateCH3COOCH2CH3Ethyl acetate Methyl benzoate tert-Buthyl乙酸乙酯 苯甲酸甲酯 环己烷羧酸叔丁酯cyclohexanecarboxylateCOCH3OC OC(CH3)3OCH2OCCH3CH2OCCH3OOCH2ONO2CHONO2CH2O N O2多元醇的酯多元醇的酯, ,一般把一般把”酸酸”名放在后面名放在后面,