有机化学第十二章羧酸衍生物和碳酸衍生物

有机化学第十二章羧酸衍生物和碳酸衍生物第一页，共一百零九页，2022年，8月28日一、结构酰卤酸酐酯酰胺羧基中羟基被置换生成羧酸衍生物，它们经简单的水解反应可转变为羧酸.水解生成羧酸,故也在本章予以讨论.腈第一节羧酸衍生物——羧酸衍生物的结构——第二页，共一百零九页，2022年，8月28日ROLp-πConjugation+CEffect:第三页，共一百零九页，2022年，8月28日二、命名1酰卤的命名:在命名时可作为酰基的卤化物，在酰基后加卤素的名称即可。普通命名法：-溴丁酰溴IUPAC命名法：

2-溴丁酰溴对甲氧基苯甲酰氯对氯甲酰基苯甲酸4-氯甲酰基苯甲酸第四页，共一百零九页，2022年，8月28日2酸酐的命名单酐：在羧酸的名称后加酐字；混酐：将简单的酸放前面，复杂的酸放后面再加酐字环酐：在二元酸的名称后加酐字。普通命名法：醋酸酐乙丙酐丁二酸酐IUPAC命名法：（琥珀酸酐）乙酸酐乙（酸）丙酸酐丁二酸酐第五页，共一百零九页，2022年，8月28日3酯的命名酯根据水解成的羧酸和醇的命名，称为某酸某酯。内酯命名时，用内酯二字代替酸字并标明羟基的位置。多元醇的酯为某醇某酸酯。普通命名法：醋酸苯甲(苄)酯IUPAC命名法：乙酸苯甲酯常用英文命名-甲基--丁内酯2-甲基-4-丁内酯甘油三乙酯丙三醇三乙酸酯第六页，共一百零九页，2022年，8月28日4

酰胺的命名命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可。普通命名法：异丁酰胺N,N,-三甲基戊酰胺IUPAC命名法：

2-甲基丙酰胺N,N,3-三甲基戊酰胺常用英文命名第七页，共一百零九页，2022年，8月28日5

腈的命名腈命名时要把CN中的碳原子计算在内，并从此碳原子开始编号；氰基作为取代基时，氰基碳原子不计在内。

普通命名法：-甲基戊腈-氰基丁酸己二腈

IUPAC命名法：

3-甲基戊腈2-氰基丁酸己二腈54321第八页，共一百零九页，2022年，8月28日乙酰氯环己烷羧酰氯对苯二甲酰二氯例：3-甲氧基苯甲酰溴间-乙二酰二氯草酰氯二光气碳酰二氯光气第九页，共一百零九页，2022年，8月28日N,N-二甲基甲酰胺（DMF）

N-溴代丁二酰亚胺NBS邻苯二甲酰二胺ε-己内酰胺N-甲基--戊内酰胺,,,N-四甲基-

-己内酰胺丁二酰二胺第十页，共一百零九页，2022年，8月28日丙(酸)酐乙酸苯甲酸酐邻苯二甲酸酐氯乙酸异戊酯

3-甲基丁酯丁炔二酸二乙酯β-萘甲酸乙烯酯,-二甲基--辛內酯2,4--1,4-1,2,3-丁三醇-1,2-二乙酸酯草酸二乙酯第十一页，共一百零九页，2022年，8月28日多官能团化合物命名原则：根据优先次序，选择一个官能团为母体，其它官能团作为取代基。优先次序：氨基甲酰基乙酰氨基氰基甲酰基氯甲酰基甲氧甲酰基乙酰氧基常用取代基第十二页，共一百零九页，2022年，8月28日4-乙氧甲酰基丁酸2-乙酰氧基苯甲酸例：(S)-2-氨基-3-(4-羟基苯基)丙酸(E)-2-乙酰基-3-(3-甲酰基苯基)丙烯酸甲酯乙酸(3-甲氧基-4-氰基苯基)酯5-乙酰氨基-7-(2-氧代丙基)-2-萘甲酸第十三页，共一百零九页，2022年，8月28日低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体，高级的为固体。低级的酯具有芳香的气味，可作为香料。乙酸异戊酯（香蕉味）；丁酸甲酯（菠萝味）；

-辛內酯（椰子味）。十四碳酸以下的甲酯和乙酯均为液体。由于形成分子间氢键，沸点高。除甲酰胺外均是固体；当酰胺的氮上有取代基不能形成分子间氢键时为液体。

三、物理性质酰氯酸酐：酯：酰胺：第十四页，共一百零九页，2022年，8月28日溶解性：羧酸衍生物可溶于有机溶剂。

酰氯和酸酐不溶于水，低级的遇水分解；酯在水中溶解度很小；酰胺低级酰胺可溶于水。N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺可与水混溶,是很好的非质子极性溶剂.沸点和熔点氮上氢被取代后,显著降低.m.p.

82℃28℃-20℃b.p.221℃204℃165℃第十五页，共一百零九页，2022年，8月28日羰基亲核取代反应还原反应与grinard试剂的反应RHHOL四、化学性质α氢Claisen酯缩合

羧酸衍生物的球棒模型如下(L=Cl,OCOR,OR’,NH2等):酰胺氮原子上的反应：脱水，脱羰基。——羧酸衍生物的化学性质——第十六页，共一百零九页，2022年，8月28日（1）酰基上亲核取代反应机理四面体中间体——酰基上的亲核取代——水解、醇解、氨解第十七页，共一百零九页，2022年，8月28日酯化反应的机理*1加成--消除机制质子转移加成消除四面体正离子-H2O-H+双分子反应一步活化能较高按加成--消除机制进行反应，是酰氧键断裂第十八页，共一百零九页，2022年，8月28日（2）亲核取代反应相对活性活性顺序:理论解释:加成一步决定因素：1）L的供电性：34，P-共轭使羰基上电子密度升高，亲核加成反应变难。吸电利于加成反应。2）L的体积:体积小，位阻小,反应速度快。第十九页，共一百零九页，2022年，8月28日消除一步决定因素：活性取决于L-基团的稳定性，越稳定越易离去.共轭酸的酸性：-2.24~516~1934碱性愈弱，愈易离去。离去基团的碱性：——酰基上的亲核取代——离去能力：第二十页，共一百零九页，2022年，8月28日（一）酰基上的亲核取代与水猛烈反应并放热加热下易反应需催化剂存在下进行（A）水解：所有羧酸衍生物均可发生，最终产物都是酸催化剂存在并长时间回流催化剂存在并长时间回流控制部分水解第二十一页，共一百零九页，2022年，8月28日1.碱性水解又称皂化反应，同位素跟踪结果表明：碱性水解时，发生酰氧键断裂。四面体中间体是负离子慢快反应机理亲核加成成盐，不可逆酯的水解反应消除第二十二页，共一百零九页，2022年，8月28日碱性水解的讨论1.碱性水解速率与[OH-]成正比。2.羰基活性越大，-C空阻越小，酯基空阻越小，反应速率越快。3.形成的四面体中间体能量越低，反应速度越快。（能分散负电荷的取代基对反应是有利的）4.酯的碱性水解是不可逆的。5.碱的用量要超过催化量。

CH3COOCMe3Me3CCOOEtCH3COOEtClCH2COOEtV相对0.0020.011296四面体中间体是负离子慢快亲核加成成盐，不可逆第二十三页，共一百零九页，2022年，8月28日2.酸性下水解同位素跟踪结果表明：酸性水解时，发生酰氧键断裂。反应机理四面体中间体是正离子第二十四页，共一百零九页，2022年，8月28日1.酸在反应中的作用有二：①活化羧基②使OH、OR形成盐而更易离去。2在酯（RCOOR）中，R有吸电子基团虽能活化羧羰基，但会使关键中间体正离子能量升高，R

为给电子基团亦有两种相反的作用，故表现不出明显的影响。酸性水解的讨论3.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。体系中有大量水存在，发生酯的水解。若有大量醇存在，并采取去水措施，则有利于酯化反应。四面体中间体是正离子第二十五页，共一百零九页，2022年，8月28日4.在RCOOR1中，

R对速率的影响是：一级>二级>三级

R1对速率的影响是：三级>一级>二级CH3COOR1在盐酸中，于25OC时水解的相对速率v的实验数据如下：

R1：CH3C2H5CH(CH3)2C(CH3)3v：10.970.531.15(机理不同)第二十六页，共一百零九页，2022年，8月28日3o醇酯的酸性水解历程通过同位素跟踪可以证明上述反应机制关键中间体*2碳正离子机理属于SN1机理(CH3)3C-OHH+(CH3)3COH2+-H2O-H+按SN1机理进行反应，是烷氧键断裂第二十七页，共一百零九页，2022年，8月28日*3酯的酸性水解和碱性水解的异同点相同点

1都是经过加成消除机理进行的，增大空阻，对反应不利。

2都发生酰氧键断裂。（酸水解3o醇例外）不同点

1催化剂用量不同。碱大于1mol，酸只需要催化量。

2碱催化反应是不可逆的，酸催化反应是可逆的。结构中有碱性敏感基团用酸水解

3吸电子取代基对碱性催化有利。对酸性催化没有明显的影响。

4碱性催化：1oROH>2oROH>3oROH

酸性催化：3oROH>1oROH>2oROH第二十八页，共一百零九页，2022年，8月28日A制备羧酸和醇B测定酯的结构酯水解的应用第二十九页，共一百零九页，2022年，8月28日酯交换反应酸或碱催化（B）羧酸衍生物的醇解反应--生成酯酸催化酸催化为主肖特-鲍曼条件第三十页，共一百零九页，2022年，8月28日肖特-鲍曼条件：反应条件为用吡啶、三乙胺、N,N-二甲苯胺（溶于有机溶剂）等弱有机碱来中和生成的酸，是制备酯的常用方法。酰氯、酸酐反应活性高，合成酚酯、叔醇酯。酚用酸酰化几乎不反应环状酸酐控制条件可得单酯或双酯醇过量产物第三十一页，共一百零九页，2022年，8月28日酯交换的讨论：（1）酯交换用酸（HCl,H2SO4,对甲苯磺酸）和碱（RONa）等催化均可。（2）3oROH的酯交换比较困难（因空阻太大）。（3）常应用于一个低沸点醇的酯转化为高沸点醇的酯，反应过程中将低沸点醇不断蒸出，可移动平衡。催化剂第三十二页，共一百零九页，2022年，8月28日例：酯交换用来制备难合成的酯。酚酯、烯醇酯。三：二：将乙醇不断蒸出。+CH3CH2CH2OH

CH3CH2CH2O-一：对甲苯磺酸第三十三页，共一百零九页，2022年，8月28日RCN醇解的反应机制H+亚胺酯的盐，无水条件下能得到。第三十四页，共一百零九页，2022年，8月28日腈的醇解：制备丙二酸二乙酯ClCH2COOHH2SO4C2H5OHClCH2COOC2H5NaCNNCCH2COOC2H5制备氰乙酸乙酯CH3O-制备醇:ClCH2COONaClCH2COOHNCCH2COONaC2H5OOCCH2COOC2H5Na2CO3H2O低温NaCNC2H5OHH2SO4第三十五页，共一百零九页，2022年，8月28日酯的氨解（C）羧酸衍生物的氨(胺)解或(胺的酰化)生成酰胺(1)3o胺不能发生酰基化反应。(2)溶于水的酰卤可用NaOH水溶液催化，不溶于水的酰卤须用有机碱催化。中和，否则消耗原料胺第三十六页，共一百零九页，2022年，8月28日(3)氨的亲核性比水、醇强，氨解比水解、醇解更易进行。反应只能碱催化，不能酸催化。第三十七页，共一百零九页，2022年，8月28日酰胺交换需要打破平衡第三十八页，共一百零九页，2022年，8月28日与grignard试剂的反应酰卤酮叔醇两个烃基来自格氏试剂（二）与金属有机化合物的反应低温、酰卤过量得到酮第三十九页，共一百零九页，2022年，8月28日酸酐有机镉试剂活性低，只与酰卤反应不与酮和酯反应。叔醇两个烃基来自格氏试剂第四十页，共一百零九页，2022年，8月28日酯腈叔醇两个烃基来自格氏试剂酮——与grignard试剂的反应——第四十一页，共一百零九页，2022年，8月28日只有甲酸酯生成仲醇第四十二页，共一百零九页，2022年，8月28日用氢化铝锂能还原所有羧酸衍生物（三）还原反应伯醇胺还原由易到难第四十三页，共一百零九页，2022年，8月28日酯的单分子还原：鲍维特--勃朗克还原定义：用金属钠和无水乙醇将酯还原成一级醇的反应。RCOOR1RCH2OH+R1OHNa-无水乙醇双键不反应腈的还原伯胺醛斯蒂芬Stephen反应第四十四页，共一百零九页，2022年，8月28日酰卤的还原：罗森孟德Rosenmund还原酰卤在Pd/BaSO4催化剂存在下，进行常压加氢，可使酰卤还原成相应的醛，称为Rosenmund还原。

在反应中加入适量的喹啉–S或硫脲等做为“抑制剂”可降低催化剂的活性，以使反应停留在生成醛的阶段。第四十五页，共一百零九页，2022年，8月28日（四）酰胺的特殊性质1.酸碱性酰胺具弱碱性具弱酸性亚酰胺

氢原子受两个酰基的影响,易以质子的形式被碱夺去,酸性比酰胺强,形成的盐稳定.——酰胺氮原子上的反应——第四十六页，共一百零九页，2022年，8月28日

CH3CH3CH2=CH2NH3CHCHC2H5OHH2OpKa

~50~40~34-35~25~16~15.7pka~109.628.3~15.1中性弱酸性碱性Br2KOH+H2OHBr+丁二酰亚胺N-溴代丁二酰亚胺NBS丁二酰亚胺的钾盐酸碱反应取代反应第四十七页，共一百零九页，2022年，8月28日2.酰胺脱水合成腈最常用的方法之一.3.Hofmann降解反应

酰胺与溴或氯在碱溶液中作用,脱去羰基生成伯胺的反应.

该反应可由酰胺制备少一个碳原子的伯胺,产率较高，产品较纯.第四十八页，共一百零九页，2022年，8月28日反应机理：特点：必须是N上未被取代的酰胺（反应条件与卤仿反应相同）迁移基团从羰基碳原子转移到氮原子上，C-N键的生成和C-C键断裂同时进行，所以当酰胺-Ｃ是手性中心，重排后构型保持。不稳定氮卡宾异氰酸酯加成重排第四十九页，共一百零九页，2022年，8月28日制备氨基酸第五十页，共一百零九页，2022年，8月28日五、制备（一）羧酸衍生物的相互转化H2O,H+orOH-NH3,P2O5ROHNH3NH3ROHROH,H+H2O,H+P2O5H2O,H+orOH-ROH,H+H2O第五十一页，共一百零九页，2022年，8月28日（二）贝克曼重排制备酰胺肟的几何异构

(Z)-苯甲醛肟(E)-苯甲醛肟肟在酸催化下重排生成N-取代酰胺第五十二页，共一百零九页，2022年，8月28日反应机理：与肟羟基处于反式的烃基发生重排

贝克曼重排特点：

酸催化；离去基团与迁移基团处于反位且反应同步；迁移基团迁移前后构型保留。第五十三页，共一百零九页，2022年，8月28日第五十四页，共一百零九页，2022年，8月28日（三）拜尔-魏立格氧化（Baeyer-Villiger

）酮酯

基团迁移优先顺序：第五十五页，共一百零九页，2022年，8月28日不对称的邻二醇，重排如何进行？优先生成较稳定的碳正离子决定基团迁移及反应的产物。

提供较多电子的基团优先迁移迁移能力：芳基>烷基或H第五十六页，共一百零九页，2022年，8月28日第二节羧酸衍生物涉及碳负离子的反应及其在合成中的应用一、酯缩合(Claisen酯缩合)反应

定义：具有-活泼氢的酯，在碱的作用下，两分子酯相互作用，生成β-羰基酯，同时失去一分子醇的反应。(一分子酯的-活泼氢被另一分子酯的酰基取代，生成1,3二官能团化合物）3-氧代，二取代乙酰乙酸乙酯第五十七页，共一百零九页，2022年，8月28日反应机理：不可逆pKa

11pKa

16pKa

24.5pKa

16第五十八页，共一百零九页，2022年，8月28日只有一个α-H，必须用强碱作催化剂，才能使反应进行。交叉酯缩合当两种不同的酯，其中一个不含-H时有意义，否则4种产物。第五十九页，共一百零九页，2022年，8月28日碳酸二乙酯甲酸酯-甲基丙二酸二乙酯是在分子中引入甲酰基的好方法NaH0-25oCH2ORO-不能用RONa做催化剂，会发生酯交换而开环.第六十页，共一百零九页，2022年，8月28日实例剖析例1.选用合适原料制备例2.选用合适的原料制备-CO175oC第六十一页，共一百零九页，2022年，8月28日例4.选用合适的原料合成逆合成剖析：具体合成：第六十二页，共一百零九页，2022年，8月28日二元酸酯:丁二酸酯可发生分子间酯缩合反应，形成六元环的酯。第六十三页，共一百零九页，2022年，8月28日

二元酸酯若分子中的酯基被四个以上的碳原子隔开时，就发生分子内的酯缩合反应，形成五员环或更大环的酯，这种环化酯缩合反应称为狄克曼酯缩合。

分子内酯缩合（Dieckmann缩合）建立五、六元环系第六十四页，共一百零九页，2022年，8月28日

[环化方向]

含两种不同-H时,酸性较大的-H优先被碱夺去。例1例2例3第六十五页，共一百零九页，2022年，8月28日从理论上分析，有可能生成四种化合物。但酮的-H比酯的-H活泼。酮提供-H为主产物，生成-二酮

酮与酯之间缩合NaHNaHH2OH2O第六十六页，共一百零九页，2022年，8月28日例4例5发生分子内酮酯缩合时,总是倾向于形成五、六元环。例6第六十七页，共一百零九页，2022年，8月28日酮酯缩合实例例1.选用合适的原料合成酯缩合C6H5COOC2H5+CH3COOC2H5{1NaH1NaH2H+2H+-CONaH第六十八页，共一百零九页，2022年，8月28日三、乙酰乙酸乙酯及其在合成中的应用（一）结构及互变异构存在酮式和烯醇式争论:

烯醇式结构（1863）CH3C=CHCOOC2H5GeutherOH证据：烯烃性质－加溴（使溴水褪色）；烯醇式结构－三氯化铁水溶液显色；醇的性质—与三氯化磷，乙酰氯反应等酮式结构（1865）：Duppa和Frankland证据：有酮的典型性质—与亚硫酸氢钠等羰基试剂发生亲核加成反应；还原变为3－羟基丁酸乙酯。-丁酮酸乙酯、3-氧代丁酸乙酯第六十九页，共一百零九页，2022年，8月28日

1911年Knorr证明乙酰乙酸乙酯实际是酮式和烯醇式混合物，酮式和烯醇式混合物是互变异构，两者处于平衡状态，互相转换。乙酰乙酸乙酯在不同溶剂中烯醇式和酮式比例不同，溶剂极性越小，烯醇式比例越高。质子型极性溶剂易于与酮式形成分子间氢键，酮式比例高；非极性溶剂易于烯醇式分子内氢键的形成，所以在环己烷类非极性溶剂中烯醇式比例高酮式92.5%烯醇式7.5%第七十页，共一百零九页，2022年，8月28日存在互变异构的原因是生成的烯醇比较稳定：-H的酸性，亚甲基上的氢活泼容易失去，pKa11，与氧结合形成烯醇。由于：2.分子内氢键3.形成π-π、

p-π共轭体系——酮－烯醇互变异构——第七十一页，共一百零九页，2022年，8月28日烯醇式%-H的酸性强，共轭体系长，烯醇式比例高第七十二页，共一百零九页，2022年，8月28日乙酰乙酸乙酯酮的反应烯醇的反应——酮－烯醇互变异构——酮式烯醇式第七十三页，共一百零九页，2022年，8月28日鉴别：丁酸乙酯乙酰乙酸乙酯2-己酮FeCl3--+蓝紫色

--Br2/H2O-褪色-2,4-二硝基苯肼-黄

黄

NaOH/I2黄黄第七十四页，共一百零九页，2022年，8月28日分子中的亚甲基受两个羰基的影响，比较活泼，与醇钠等强碱作用，生成乙酰乙酸乙酯的钠盐，可与卤代烃或酰卤反应。负碳亲核试剂负碳亲核试剂——乙酰乙酸乙酯的性质——（二）乙酰乙酸乙酯的α-烷基化、α-酰基化第七十五页，共一百零九页，2022年，8月28日CH3COOC2H5C2H5ONa-C2H5OHNa+CH3INaH-H2Na+CH3COCl酰基化多用酰卤，用氢钠催化，不用醇钠(与醇反应)。第七十六页，共一百零九页，2022年，8月28日（三）乙酰乙酸乙酯的酮式分解和酸式分解H+-CO2-OH（稀）酮式分解生成丙酮-酮酸不稳定第七十七页，共一百零九页，2022年，8月28日H2OH2OC2H5OH-OH（浓）酸式分解生成乙酸第七十八页，共一百零九页，2022年，8月28日(四)乙酰乙酸乙酯在合成上的应用烷基和二烷基取代的乙酰乙酸乙酯可进行酮式分解或酸式分解,合成取代乙酸和取代丙酮.——乙酰乙酸乙酯在合成上的应用——②①二者是竞争反应，都会有副产物第七十九页，共一百零九页，2022年，8月28日(1)合成甲基酮：例:合成——乙酰乙酸乙酯在合成上的应用——先引入大基团，再引入小基团，否则有位阻。第八十页，共一百零九页，2022年，8月28日（2）合成一元酸例合成2-甲基戊酸——乙酰乙酸乙酯在合成上的应用——第八十一页，共一百零九页，2022年，8月28日应用实例例1:以乙酸乙酯为原料合成CH3COOC2H5C2H5ONa(>1mol)先上烃基，再上酰基第八十二页，共一百零九页，2022年，8月28日例2:选用不超过4个碳的合适原料制备2CH3COOC2H5C2H5ONaC2H5ONaBr(CH2)4Br分子内的亲核取代

稀-OHH+-CO2第八十三页，共一百零九页，2022年，8月28日例5:选用合适的原料制备下列结构的化合物。第八十四页，共一百零九页，2022年，8月28日由酯缩合反应生成的其它-酮酸酯也可发生同样反应。如Dieckmann酯缩合产物：第八十五页，共一百零九页，2022年，8月28日四、丙二酸二乙酯及其在有机合成中的应用（一）特点丙二酸二乙酯：α-氢活泼,有微弱的酸性:第八十六页，共一百零九页，2022年，8月28日（二）应用制备取代乙酸一取代乙酸二取代乙酸第八十七页，共一百零九页，2022年，8月28日应用：合成三、四、五、六元脂环烷羧酸酯1,1,4,4-环己烷四羧酸乙酯第八十八页，共一百零九页，2022年，8月28日I2在上例中的作用2CH2(CO2Et)22EtO-BrCH2CH2CH2BrCH(CO2Et)2CH(CO2Et)22EtO-H+I2OH-例1：用简单的有机原料合成第八十九页，共一百零九页，2022年，8月28日CH2(CO2Et)22EtO-EtOHBrCH2(CH2)nCH2BrOH-H+-CO2SOCl2CH2(CO2Et)22EtO-例2：合成螺环化合物。LiAlH4第九十页，共一百零九页，2022年，8月28日五、迈克尔加成具有活泼-H的化合物，在碱作用下形成碳负离子，该碳负离子与，不饱和羰基化合物进行1,4-亲核共轭加成反应，称为麦克尔加成(Michael,A.)反应。(反应产物为1,5-二官能团化合物，尤以1,5-二羰基化合物为多)。常用碱性催化剂：+-+

-第九十一页，共一百零九页，2022年，8月28日+-+-,-不饱和醛酮亲核加成94%1,4加成第九十二页，共一百零九页，2022年，8月28日反应历程常见能提供亲核碳负离子的化合物第九十三页，共一百零九页，2022年，8月28日例：制备1，5二官能团化合物第九十四页，共一百零九页，2022年，8月28日