羧酸衍生物的水解反应课件

1、2022/7/211第十五章 羧酸衍生物 Carboxylic acid Derivatives2022/7/212 Carboxylic acids are just one number of a class of acyl derivatives，RCOL，where the acyl group is bounded to an electronegatives substituent L that can act as a leaving group in substitution reactions. Numerous acyl derivatives are possible，b

2、ut well be concerned only with four of the more common ones，in addition to carboxylic acids themselves：acid halides，acid anhydrides， ester，and amides.2022/7/213 羧酸衍生物羧酸酰卤酸酐酯酰胺腈2022/7/21415.1 羧酸衍生物的命名2022/7/215一、酰卤(Acyl Halides)的命名 酰卤：酰基名后加卤素名 ic acidyl halide carboxylic acidcarbonyl halide2022/7/216

3、Acetyl chlorideAcryloyl chloride苯甲酰溴Benzoyl chloride乙酰氯丙烯酰氯环己烷甲酰氯Cyclohexane carbonyl chloride2022/7/217乙二酰二氯3-甲基戊酰溴氯甲酰基对氯甲酰基苯甲酸Chloroformyl2022/7/218二、酸酐(Acid Anhydrides)的命名 单酐羧酸名后加“酐”。 混酐简单的酸名放前面，复杂的酸名 放后面再加“酐”。 环酐二元酸名后加“酐”。 acidanhydride2022/7/219乙酸酐Acetic anhydride甲(酸)乙(酸)酐Acetic formic anhydrid

4、e丁二酸酐butanedioic anhydride2022/7/2110邻苯二甲酸酐顺丁烯二酸酐Phthalic anhydrideMaleic anhydride2022/7/2111三、酯(Esters)的命名 酯酸名 + 烃基名 + 酯 酯在环上称内酯用内酯代替酸字，注明羟基的位次。羧酸的氢被烃基取代 ic acidAlkyl + ate2022/7/2112乙酸乙酯苯甲酸甲酯环己烷羧酸叔丁酯Ethyl acetateMethyl benzoatetert-Butyl cyclohexane carboxylate 2022/7/21133-甲基-4-丁内酯丁二酸单丁酯2022/7/2

5、114四、酰胺(Amides)的命名 酰胺“酸”改为“酰胺”。 酰胺N-烃基的名加“酰胺”。 ic acidamide carboxylic acidcarboxamide2022/7/2115乙酰胺N,N-二甲基甲酰胺AcetamideN,N-Dimethyl foramideDMF2022/7/2116环己烷羧酰胺己内酰胺Cyclohexane carboxamideCaprolactam2022/7/2117 腈把CN中的碳原子计算在内，并从氰基碳原子开始编号。 五、腈(Nitriles)的命名 Alkanenitrile ic acid or oic acidonitrile carb

6、oxylic acidcarbonitrile 2022/7/2118乙腈戊腈6-溴己腈苯甲腈AcetonitrilePentanenitrile6-Bromo-hexanenitrileBenzonitrile2022/7/211915.2 羧酸衍生物的结构和反应性2022/7/2120LCl、O、N一、结构2022/7/2121二、L基团的电子效应 诱导效应 共轭效应 离去能力2022/7/2122三、-氢的活泼性2022/7/2123四、L-基团的离去能力和羰基的活性2022/7/212415.3 羧酸衍生物的制备Preparation of Carboxylic Acid Deriva

7、tives2022/7/2125一、酯的制备1. 直接酯化反应2022/7/21262. 羧酸盐与卤代烃反应3. 酰卤或酸酐醇解反应2022/7/21274. 羧酸与重氮甲烷反应5. 腈在酸性条件下与醇反应2022/7/2128二、酰卤的制备 羧酸与三氯化磷、五氯化磷和亚硫酰氯反应2022/7/2129三、酸酐的制备1. 羧酸钠盐与酰氯反应制备2. 羧酸在脱水剂作用下制备2022/7/21303. 工业上乙酸酐的制备2022/7/2131四、酰胺的制备1. 羧酸与氨反应2. 酰氯或酸酐与氨(胺)反应2022/7/21323. 酯与氨(胺)反应2022/7/213315.4 羧酸衍生物的水解、醇

8、解和氨解反应Hydrolysis, Alcoholysis and Amonolysis Reactions of Carboxylic Acid Derivatives2022/7/2134一、羧酸衍生物的水解反应+2022/7/21352022/7/2136 水解速度：酰卤 酸酐 酯 酰胺 酯水解反应机理：碱催化（B）酸催化（A）单分子双分子酰氧断裂（Ac）烷氧断裂（Al） 注意：酯的水解用于羧酸的制备。2022/7/21371. 碱性水解：BAc2碱性催化双分子酰氧断裂+2022/7/2138（1）酯的碱性水解是不可逆的；（2）碱既是催化剂又是试剂。 酯碱性水解反应特点：2022/7/2

9、139BAl2碱性双分子烷氧断裂机理+2022/7/21402. 酸性水解：AAc2酸性双分子酰氧断裂+2022/7/2141+2022/7/2142 酸在反应中有两个作用：（1）活化酯中的羰基钅羊（2） 使OR形成盐而更易离去 注意：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。2022/7/2143AAc1酸性单分子酰氧断裂+2022/7/2144+2022/7/2145AAl1酸性单分子烷氧断裂+2022/7/2146+R+R+2022/7/2147二、羧酸衍生物的醇解反应+2022/7/2148 反应活性：酰卤 酸酐 酯 酰胺 反应机理：一般为亲核加成消除机理1. 反应

10、机理2022/7/2149（1）碱催化下的反应机理2022/7/2150（2）酸催化下的反应机理2022/7/2151 酰卤的醇解广泛用于合成酯+2. 酰卤和酸酐的醇解2022/7/2152 酐的醇解用于各种醇的酰化。+2022/7/2153+丁二酸一甲酯丁二酸二甲酯 环酐的醇解可以得到分子内具有酯基的酸2022/7/21543. 酯的醇解酯交换反应 酯交换反应可以制备难以合成或不能用直接酯化合成的酯。 将一个低沸点醇的酯转为高沸点醇的酯。2022/7/2155+2022/7/2156 酯交换反应也用于工业生产中+涤纶2022/7/2157维尼纶部分甲基化2022/7/2158 酯交换反应练习

11、2022/7/21594. 酰胺的醇解 酰胺在酸条件下可发生醇解。 酰胺在碱条件很难或不发生醇解。2022/7/2160 腈在酸性溶液中醇解能得到酯5. 腈的醇解2022/7/21612022/7/2162三、羧酸衍生物的氨解反应 羧酸衍生物氨解得到酰胺； 反应在碱性条件下有利； 反应在酸性条件下较为不利； 叔胺不能与羧酸衍生物反应生成酰胺；2022/7/2163（1）反应活性（2）反应机理1. 羧酸衍生物氨解生成酰胺 酰卤 酸酐 酯 一般为亲核加成消除机理 2022/7/2164（3）酰氯氨解制备酰胺+2022/7/2165（4）酸酐的胺解用于胺的酰化+2022/7/2166（5）环酐的氨解

12、可以得到酰胺酸2022/7/2167（6）酯的氨解可以得到酰胺（7）酰胺的氨解2022/7/2168练习：完成反应2022/7/21692. 丁二酰亚胺及其反应（1）丁二酰亚胺2022/7/2170（2）丁二酰亚胺的反应2022/7/2171（3）酰胺NH的酸性比较pKa: 34 15.1 9.6 8.3pKa=102022/7/21723. 羧酸衍生物氨解小结 分子量较小的酰卤胺解或氨解反应非常剧烈，氨解及生成的卤化氢与胺或氨的反应都是放热反应，通常需要冷却或稀释下反应。 酸酐的胺解或氨解反应比酰卤略慢。酐的水解比氨解慢，一般可以在水溶液中进行。2022/7/2173 酯的胺解或氨解反应比酰

13、卤或酸酐慢得多，必须用浓氨水或胺。 叔胺和酰卤反应形成非常活泼酰基铵盐。遇水则解生成酸，遇醇则醇解生成酯。 酰胺的氨解能否进行看平衡能否往右进行。2022/7/21742022/7/2175 酰氯与另一羧酸发生交换的反应。四、羧酸衍生物的酸解反应+2022/7/2176 酐与另一羧酸的反应。+2022/7/2177 酰氯在吡啶存在下酸解可以制备单酐。+96%98%2022/7/2178 用下列方法可以制备混合酐+混酐+2022/7/2179 三氟乙酐酸解形成的混酐是一个良好的酰化试剂。在合成上用处很大。+三氟乙酐混酐2022/7/2180例：酚不易和酸形成酯，而在三氟乙酐存在下这个反应很容易进

14、行。+2,4,6-三甲基苯甲酸-2,4,6-三甲基苯酚酯2022/7/2181 羧酸衍生物制备归纳总结 酰卤制备(？) 酸酐的制备用干燥羧酸钠盐与酰氯制备单酐或混酐羧酸失水制备酸酐，特别用于二元酸失水制备环酐。用羧酸与SOCl2 , PCl3, PCl5反应来制备2022/7/2182+工业苯酐上苯酐的制备：2022/7/2183 酯的制备羧酸与醇在酸催化作用下直接酯化羧酸盐与活泼卤代烷反应合成酰卤的醇解 酰胺的制备酰氯、酸酐的氨（胺）解制备酰胺铵盐加热失水2022/7/218415.5 羧酸衍生物的其它反应2022/7/218515.5.1 与有机金属化合物的反应一、与格利雅试剂的反应 在低

15、温，与等mol的RMgX反应产物为酮。 如果格氏试剂过量，酮继续反应得到叔醇。1. 酰氯与格式试剂反应2022/7/2186+2022/7/21872022/7/2188 一般地，酯与RMgX反应产物为叔醇；2. 酯与格式试剂反应 甲酸酯与RMgX反应产物为仲醇； 内酯与RMgX反应产物为二醇。 2022/7/21892022/7/2190例2：例1：2022/7/2191例3：2022/7/21923. 酸酐 在低温，空间位阻较大时，与等mol的RMgX反应产物为酮。2022/7/21932022/7/2194 如果格氏试剂过量，酮继续反应得到叔醇。一般地没有合成意义！2022/7/2195

16、4. 酰胺 有活性氢，使格氏试剂分解。 与格氏试剂反应，在合成上没有价值。2022/7/2196二、与有机镉反应 只与酰氯反应生成酮。+有机镉没有格氏试剂活泼2022/7/2197三、与二烷基铜锂反应 只与酰氯反应生成酮+二烷基铜锂没有格氏试剂活泼。2022/7/2198将酯还原为醇。将醛、酮和所有的羧酸衍生物还原。只还原酰氯、醛和酮。15.5.2 羧酸衍生物还原反应2022/7/2199一、酰氯的还原1. LiAlH4 将酰氯还原生成醇2. 位阻大的还原剂，将酰氯还原生成醛2022/7/21100+罗森孟德(Rosenmund)还原反应3. Rosenmund还原剂将酰氯还原生成醛2022/

17、7/21101+硫脲2022/7/21102Pd、Pt等催化氢化下，酰卤、酸酐和酯还原生成醇；酰胺还原生成胺。2022/7/21103+二、酐的还原2022/7/21104三、酯的还原+1. LiAlH4还原2022/7/211052. 酯的单分子还原 酯与Na在质子性溶剂中还原发生单分子还原BouveaultBlanc Reaction单分子还原2022/7/211062022/7/211072. 酯的双分子还原Acyloin Condensation 酯与Na在惰性溶剂中，如二甲苯，还原发生双分子还原。2022/7/211082022/7/211092022/7/21110四、酰胺的还原2

18、022/7/21111例：2022/7/2111215.5.3 酰卤的-卤代反应2022/7/21113(Olefine Ketones)酮式烯酮醛式烯酮15.5.4 烯酮及其反应乙烯酮甲(基)烯酮2022/7/21114 类似于累积二烯烃，两个键互相垂直。一、结构 烯酮可以视为羧酸分子内脱水形成的产物。2022/7/21115如：乙烯酮的制备二、制备方法1. 羧酸高温下分子内脱水2022/7/211162. 丙酮高温下脱甲烷3. -卤代酰卤脱卤素2022/7/211174. 酰卤脱卤化氢2022/7/21118 乙烯酮是一个极活泼的、有毒气体，可和多种含活泼氢的化合物反应。三、化学性质202

19、2/7/21119+2022/7/21120+2022/7/21121 加成时，氢总加在氧上，另一部分加在碳上。 H2O，ROH，RCOOH，NH3中的氢被乙酰基取代，所以乙烯酮是一个乙酰化试剂。2022/7/21122 乙烯酮的沸点为-56，在室温下很快二聚。2二聚乙烯酮2022/7/21123+-丙内酯2022/7/2112415.5.5 酯的热解反应1. 定义：酯在高温下分解生成相应的羧酸和烯烃的反应称为酯的热解。2022/7/211252022/7/21126热解机理：顺式消除+2022/7/21127 当产物存在Z、E异构时，主要是Z或E？（主）2022/7/211282022/7/

20、211292. 酯热解的择向57%43%2022/7/21130酯的热解反应特点 趋向于消除酸性较强、空间位阻较小的-H。 酯的热解没有重排现象，也没有烯烃的异构化。 适合于末端烯烃的合成。2022/7/21131例：2022/7/21132如果：2022/7/21133例： 醇脱水主要得到Zaitsev烯烃。 酯的热解主要得到Hofmann烯烃。2022/7/2113476%24%2022/7/2113575%25%注意：酯的热解能得到共轭体系时，生成共轭烯烃为主要产品。2022/7/2113615.6 碳酸、原酸、黄原酸及其衍生物Carboxylic acid，Ortho-acid and

21、 Xanthic acid2022/7/2113715.6.1 碳酸及其衍生物 碳酸的单酰氯、单酯、单酰胺不稳定，易分解成CO22022/7/21138 碳酸二个羟基被取代所形成的衍生物是稳定的。2022/7/2113915.6.2 原酸及其衍生物原酸原酸酯2022/7/21140 原酸可看成是羧酸的羰基水合的产物。 原酸不稳定。 原酸的三酰氯、三酯是稳定的。原甲酸的三酰氯(氯仿)原甲酸的三乙酯2022/7/21141原酸酯的性质：（2）对碱稳定，但在酸性溶液中极易水解成羧酸酯。（1）原酸酯是一类反应活性很高的化合物。2022/7/21142（3）原酸酯用于缩醛、缩酮的合成。2022/7/21

22、143（4）原酸酯能与格式试剂反应2022/7/2114415.6.3 黄原酸及其衍生物黄原酸烷基黄原酸钠烷基黄原酸甲酯2022/7/211451. 烷基黄原酸钠和烷基黄原酸甲酯的制备2022/7/211462. 黄原酸酯的热解2022/7/211472022/7/2114815.7 过氧酸Peracids2022/7/21149过(氧)乙酸过(氧)苯甲酸过氧酸通式缩写为2022/7/21150 过氧酸是一种强氧化剂，低级过氧酸有爆炸危险，一般以水溶液的形式使用。2022/7/2115115.7.1 过氧酸的酸性+ 是一种弱酸，比相应的羧酸弱。2022/7/211521,2-环氧环己烷 顺式氧

23、化15.7.2 烯烃的氧化2022/7/21153+15.7.3 BaeyerVilliger Reaction2022/7/21154+2022/7/21155练习：2022/7/2115615.8 霍夫曼重排反应Hofmann Rearrangement Reaction2022/7/21157一、反应通式2022/7/21158二、反应机理2022/7/21159或三、重排反应特点2022/7/21160或练习12022/7/21161练习2：2022/7/2116215.9 酯的缩合反应Ester Condensation Reactions2022/7/2116315.9.1 Cla

24、isen Condensation Reaction 含-氢的酯在碱的作用下，两分子酯发生缩合反应，生成-羰基羧酸酯同时消去一分子醇的反应。一、克莱森缩合反应定义2022/7/21164二、克莱森缩合反应通式+2022/7/21165乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯2022/7/21166三、Mechanismpka=24.6pka11H+2022/7/211671. 如果只含一个-H的酯缩合时，需用更强的碱使平衡向右移动。22022/7/211682. 酯缩合反应常用的碱。 Ph3CNa / 苯或醚 NaH / 苯或醚 NaNH2 / 苯或醚 t-BuOK / t-BuOH EtONa / EtOH R

25、Li / EtOH2022/7/21169 含-氢的1,6-和1,7-二元酯在碱的作用下，发生分子内的酯缩合反应，生成环状-羰基羧酸酯同时消去一分子醇的反应。Dieckmann Condensation Reaction15.9.2 狄克曼缩合反应一、狄克曼缩合反应定义2022/7/211702022/7/211712022/7/21172反应总是形成热力学稳定的产物为主二、不对称二元酯的狄克曼缩合反应2022/7/21173Mixed Claisen Condensation一、甲酸酯15.9.3 混合酯的缩合反应2022/7/21174NaH0-25oCH2ONaBH42022/7/211

26、75RO- 为什么不能用醇钠呢？2022/7/21176 甲酸酯中含有醛基、催化剂碱性不能太强，产率不高。 是在分子中引入甲酰基(醛基)的好方法。 如果用一个环酯和甲酸酯缩合，不能用RO-做催化剂，否则会发生酯交换而开环。 讨论2022/7/21177二、草酸酯2022/7/211781752022/7/21179 一个酯羰基的诱导效应，增加了另一个酯羰基的活性，反应顺利，产率好。 羰基活性好，所以催化剂的碱性不用太强。 在合成上用来制备： 丙二酸酯或-取代的丙二酸酯。 -羰基酸。2022/7/211802022/7/21181三、碳酸酯2022/7/21182 碳酸酯的羰基活性差，需选用强一些碱作催化剂。 在合成上用来制备丙二酸酯或-取代的丙二酸酯。2022/7/21183四、苯甲酸酯2022/7/21184 羰基活性差，选用强碱作催化剂。 在合成上，主要用于在-C上引入苯甲酰基。2022/7/2118515.10 腈Nitriles2022/7/2118615.10.1 命名丙腈乙腈丙烯腈己二腈