十 克莱森酯缩合

第十章羧酸及其衍生物

Carboxylicacidsandderivatives

通式:RCOOH

羧酸与人类生活醋：2%醋酸肥皂：高级脂肪酸的钠盐食用油：羧酸的甘油酯合成纤维（尼龙，的确良）：重要原料之一是羧酸羧酸及其衍生物是有机合成中非常重要的一大类原料一、羧酸的分类和命名

1.分类

根据分子中羧基的数目

一元酸mono-

二元酸di-

多元酸poly-

根据R的性质

芳香酸饱和酸脂肪酸不饱和酸

2.命名

选取含羧基的最长碳链——主链从靠近羧基的一端开始编号取代基、重键的位置用阿拉伯数字标出

a)IUPAC命名法HCOOH甲酸

CH3COOH乙酸

CH3CH2COOH丙酸脂肪二元酸以包含两个羧基的最长碳链为主链，叫某二酸。“某”指所有碳原子数HOOCCOOH乙二酸HOOCCH2COOH丙二酸HOOC(CH2)2COOH丁二酸含环羧酸羧基与环相连:母体为芳烃(或脂环烃)名称+甲酸.对甲基苯甲酸2,4-环戊二烯甲酸反-1,2-环戊烷二甲酸羧基与侧链相连:母体为脂肪酸.3-苯基丙烯酸1,2-苯二乙酸3-环戊基丁酸一元酸系统命名普通命名HCOOH甲酸蚁酸CH3COOH乙酸醋酸CH3CH2COOH丙酸初油酸CH3CH2CH2COOH丁酸酪酸CH3(CH2)16COOH十八酸硬脂酸最常见的酸，可根据它的来源命名。常见一元酸的名称对照b)俗名二元酸系统命名普通命名HOOCCOOH乙二酸草酸HOOCCH2COOH丙二酸缩苹果酸HOOC(CH2)2COOH丁二酸琥珀酸(Z)-HOOCCH=CHCOOH顺丁烯二酸马来酸(E)-HOOCCH=CHCOOH反丁烯二酸富马酸常见二元酸的名称对照二、羧酸的物理性质

1.分子中有两个部位可形成H-键，常以二聚体存在

1）b.p很高（比M相近的醇高）

例：M甲酸=M乙醇，

b.p100.7℃78.5℃

2）与水形成H-键=>易溶于水

C1—C4的酸与水混溶，R增大，水溶性↓

三、羧酸的化学性质OH氧上带孤对电子，与C=O的π键共轭P-π共轭C=O键增长：120123pm的证据：C-O键缩短：143136pm结果：O-H键极化加大，H易离去酸性使得羧基碳原子上的正电性削弱亲核加成比醛酮难

α-H的酸性比醛酮弱

+-活泼H的反应酸性羰基的亲核加成，然后再消除（表现为羟基的取代）。羰基的亲核加成，还原。有弱酸性，可取代羧基可脱去CO2羧酸的结构和反应:羧酸的化学性质1.酸性2.羧基中羟基被取代的反应（成酰卤、酸酐、酯和酰胺）3.羧酸的还原反应4.α-H的取代反应5.二元羧酸受热时的特殊反应(脱羧)两个碳氧键不等长，部分离域。两个碳氧键等长，完全离域。1.酸性1.36Å1.23Å1.27Å醇中C-O单键键长为1.43Å羧酸和羧酸根的结构比较

酸性大小：

大多无机酸>羧酸>H2CO3>苯酚>NaHCO3

>

ROHpKa

4.75-56.379.9810.2516-17

溶于Na2CO3

溶溶于NaHCO3

不溶酸根负电荷平均分布在两个O原子上——稳定利用羧酸的酸性和羧酸盐的性质，可把羧酸与中性或碱性有机化合物分开.应用：利用羧酸的酸性（生成羧酸盐溶于水）分离和纯化化合物Na2CO3

NaHCO3电子效应对酸性的影响

诱导效应：X-CH2COOH-I使酸性增强

X=FClBrICHONO2N+(CH3)3pKa

2.662.862.903.183.531.681.83+I使酸性减弱

HCOOH

CH3COOH

(CH3)2CHCOOH

pKa

3.754.764.86

2.羧基中羟基被取代的反应

成酰卤、酸酐、酯和酰胺羟基被取代共同的反应历程：

1）酯化

使反应进行到底：反应慢，H催化+可逆，难进行完全乙酸+乙醇K=2/3①反应物之一过量②除去产物之一（常是HO）使平衡向左移动2反应机理：

两种可能机理须说明的问题：

a.

反应可逆性

b.H+在反应中起什么的作用？先作用在哪？

c.

酯中OR‘中氧的来自于酸还是醇？

实验事实：说明反应是按a式进行的完整反应历程可以表示如下：

H+先与羧基羰基氧结合（增强了羧基的亲电性）

OR'上的氧原子来自于醇1º、2º醇的酯化按a式进行：亲核加成—消除，动力学上二级反应3º醇的酯化按b式进行：单分子亲和取代，动力学上是一级反应进一步研究发现：

H+先与醇羟基氧结合羧基羰基氧作为亲核试剂，OR'上的氧原子来自于酸碳正离子中间体证据：酸与烯烃反应可生成酯机理b的关键——碳正离子

2）生成酰卤的反应

历程：

+-可能机理:乙烯酮衍生物酸酐强除水剂3）生成酸酐的反应

Δ二酸的分子内脱水:正常反应:形成环状酸酐异常反应:形成环状酮加热反应即发生环酐4）生成酰胺的反应反应是可逆的，加热、脱水有利于正反应，为了使正反应顺利进行，常采用苯、甲苯带水的方式除去反应体系中产生的水。

室温-H2OP2O5RCN+H2O反应机制（与酯化反应的加成--消除机制类似）

-H2O-H2ORCN互变异构亲核加成质子转移应用实例：尼龙66的合成nHO2C(CH2)4COOH+nH2N(CH2)6NH2270oC1MPa+nH2O己二酸己二胺3.羧酸的还原反应还原为伯醇+①无水乙醚②酸水解+①LiAlH4,乙醚②酸水解

用LiAlH4做还原剂，具有高度的选择性。4.α-H的取代反应羧酸的α-H不如醛酮的活泼，需红磷（光、碘、硫等）催化：

X

NH2,CN,OH等

多功能基化合物

α-卤代酸在合成上很有用：羧酸a

氢的反应机理机理：a-卤代羧酸5.二元羧酸受热时的特殊反应⑴乙二酸、丙二酸受热时脱羧并生成少一个碳原子的羧酸。△CO2+△CO2+⑵丁二酸、戊二酸加热时脱水并生成环酐。△+H2O△+H2O⑶己二酸、庚二酸受热时，既脱羧又脱水并生成环酮。+CO2+H2O△△+CO2+H2O说明五六元环稳定四、羧酸的制备1.氧化法醇：

酮：醛：2.由卤代烃制备烃：几种类型的羧酸衍生物酰卤酸酐酯酰胺羧酸类型五、羧酸衍生物1.羧酸衍生物的命名a)酰氯和酰胺——根据酰基来命名

b)酸酐和酯——根据水解后生成的酸（和醇）来命名

丙烯酰氯苯甲酰胺乙酐乙丙酐顺丁烯二酸酐甲基丙烯酸甲酯（单酐）（混酐）（马来酸酐）2.物理性质a)不少挥发性酯具有花果香气——可作香料

b)酰胺分子之间形成多个氢键，b.p.（m.p.）比相应羧酸还高。甲酰胺（b.p.111℃/20mm），其余均为固体

香蕉香菠萝香c)低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体，高级的为固体L：可被亲核试剂取代羰基：可加成至饱和a-H：有弱酸性离去基团(Leavinggroup)性质分析3.羧酸衍生物的化学性质羧酸衍生物酰基上的亲核取代通式水解反应醇解反应胺解反应反应类型酰基上的亲核取代的一般机理酰基上的亲核取代=亲核加成＋消除或酰基上的亲核取代相对速度（相对反应活性）两方面原因：(i)羰基的亲电性不同（与加成步骤有关）诱导效应的影响：电负性：Cl>O>N正电荷密度大对加成步骤有利(ii)离去基团的离去能力（与消除步骤有关）羧酸衍生物的水解反应酰氯的水解易反应（可直接与水反应）酸酐的水解较易反应，H＋

或OH－催化更快。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。酰胺的水解H+orOH－的用量须大于化学计量，要加热。(1)

酯的酸性水解机理(有两种可能机理）

羧酸衍生物的水解机理（以酯和酰胺的水解为例）机理(i)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？问题机理(ii)(2)

酯的碱性水解（皂化反应）机理碱过量时，产物为羧酸盐，反应不可逆。(3)

酰胺的酸性水解机理

H+

过量，胺可成盐，反应不可逆。(4)酰胺的碱性水解机理慢步骤。离去能力:碱过量，成羧酸盐，反应不可逆。羧酸衍生物的醇解反应酰氯的醇解反应优点：反应完全，产率好。（碱吸收）合成上用于制备酯酯酸酐的醇解反应优点：反应温和，产率好酯的醇解反应（酯交换反应）反应可逆需H＋或R”O¯催化酰胺的醇解反应反应相对不易进行（离去能力:）合成上意义不大羧酸衍生物的胺解反应酰氯的胺(氨)解酸酐的胺(氨)解酯的胺(氨)解酰胺的胺解条件：碱性催化、过量胺胺的交换，合成上意义不大5酰胺的特殊反应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,形成的盐较稳定.6.还原为伯醇LiAlH4LiAlH42+Na+C2H5OH△羧酸及其衍生物的相互转化羧酸及其衍生物的转换关系概貌腈芳烃氧化酸酐羧酸酰卤酸酐酯酯酰胺H2O羧酸RXNaCN+RMgX+CO2酯的a-位的反应——Claisen缩合b-羰基酯两分子酯的缩合反应可逆机理：加长碳链β-二羰基化合物的酮式分解和酸式分解1乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应

2乙酰乙酸乙酯的酮式分解

3乙酰乙酸乙酯的酸式分解

1乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应+C2H5O-2乙酰乙酸乙酯的酮式分解乙酰乙酸乙酯的H+-CO2-OH（稀）3乙酰乙酸乙酯的酸式分解H2OH2OC2H5OH-OH（浓）β-二羰基化合物在合成中的应用实例eg1:以乙酸乙酯为原料合成4-苯基-2-丁酮CH3COOC2H5RONa(>1mol)C6H5CH2Cl1稀OH-2H+-CO2

eg2: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+

-CO2eg3:乙酰乙酸乙酯与BrCH2CH2CH2Br在醇钠作用下反应，主要得到而不是。请解释原因。吡喃衍生物（主要产物）有张力无张力慢主要稀

eg4:制备H+NaOEtEtOHNaOEtEtOHCH3ICH3CH2CH2BrOH-（浓）+CH3COOH酸式分解

eg5:选用合适的原料制备下列结构的化合物。eg6:如何实现下列转换(CH3)3SiCl蒸馏分离1moln-C4H9BrCH3Lin-C4H9BrC2H5ONaHCOOC2H