羧酸及其衍生物含氮有机化合物

羧酸及其衍生物、含氮有机化合物南京师范大学化科院有机学科刘平2017.071

2017年第31届中国化学奥林匹克竞赛(江苏赛区)夏令营培训——第九讲电负性与元素周期表电负性：电负性是元素的原子在化合物中吸引电子的能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强。2F>O>Cl>N>Br>I,S,C>H

+

-亲电反应和亲核反应亲电加成反应亲电取代反应3类型一：亲电反应——亲电加成反应&亲电取代反应类型二：亲核反应——亲核加成反应&亲核取代反应亲核加成反应亲核取代反应RCH2–X+Nu：

RCH2–Nu+X：1羧酸

羧酸：分子中含有羧基的化合物。羧基：—COOH41.1命名1.1.1系统命名法：选择含羧基的碳链作为主链，编号从羧基开始。

一元羧酸：HCOOHCH3COOH

甲酸乙酸

3-甲基-2-丁烯酸

3-（对-氯苯基）丁酸苯甲酸4二元羧酸：

HOOCCOOH

乙二酸丁烯二酸对苯二甲酸56蚁酸（甲酸）醋酸（乙酸）草酸（乙二酸）甘氨酸（H2NCH2COOH）肉桂酸柠檬酸1.1.2常见羧酸的俗名和来源：1.2羧酸的实验室制法

羧酸的制备方法较多，常用的有氧化法、水解法和由有机金属化合物制备等。71.2.1由烃、醇、醛氧化常用的氧化剂有K2Cr2O7+H2SO4,KMnO4,HNO3,CrO3

等。芳烃支链的氧化常用于芳香族羧酸的合成：

通常采用醇作原料氧化制备羧酸，由醛出发制备羧酸只适用于那些容易得到的醛。如：8室温1.2.2由腈、酯等羧酸衍生物水解腈在酸性或碱性条件下回流水解，生成羧酸。伯卤代烷通过亲核取代反应，容易制得腈，因为用叔卤代烷制腈容易发生消除反应，因此腈水解制备羧酸一般从伯代卤烷出发。9增加一个碳1.2.3

羧化法1.3.1酸性：

HCl

>RCOOH>H2CO3>ArOH>H2O>ROH>RC≡CH>NH3>RHRCOOH+NaHCO3RCOONa+CO2+H2O

RCOONa+HClRCOOH+NaCl101.3化学性质影响分子酸碱强度的因素（一）内部因素——电子效应（1）共轭效应(Conjugatedeffect)——是轨道离域或电子离域所产生的一种电子效应。

RCOOHpKa=4～5

ROHpKa=16～19

在羧酸根离子中两个氧原子是等同的：

这种共轭效应的存在使羧酸根离子得以稳定。

11（2）诱导效应(Inductiveeffect)

——由于原子或基团电负性的影响，引起分子中电子云沿

键传递的效应称为诱导效应。

和基团或原子的电负性及相对距离有关。

–I:–F>–OR>–NR2>–CR3–F>–Cl>–Br>–I+I:–NR->–O-H—CH2COOHCl—CH2COOHCH3—CH2COOH

Ka1.75x10-51.4x10-31.3x10-5CH3CH2CH2COOHCH3CH2CHClCOOHCH3CHClCH2COOH

ClCH2CH2CH2COOHpKa4.822.824.414.70pKa4.761.6812

吸电子基的吸电能力：

13（二）外部条件——溶剂、温度等。

1.3.2―OH的取代反应

酰卤酸酐酯酰胺14酯化反应：反应历程：15酰卤化：

RCOOH+PCl3RCOCl

酰卤化剂可以是PX3,PX5,SOCl2

等生成酸酐：

RCOOH+R’COOHRCO-O-COR’生成酰胺：P2O5

161.3.3脱羧反应Kolbe反应（电解反应，自由基型脱羧）：17一元羧酸脱羧比较困难，主要掌握二元羧酸的脱羧。二元羧酸的脱羧反应二元羧酸的Ka1远大于Ka2。因为第一个羧基离解后，羧酸根成为给电子基。两羧基的相对位置不同，受热后产物也不同：形成五，六员环更稳定18

乙二酸乙二酸也称草酸，工业上常采用甲酸钠热解法，即将甲酸钠快速加热到400℃，制得草酸钠，再用稀硫酸酸化得到草酸。

草酸的主要用途是作为还原剂（除去铁屑和墨水痕迹）、媒染剂和麦秸编织品的漂白剂，还用于提取稀有金属。草酸可被KMnO4氧化成CO2。在定量分析中，草酸用来标定高锰酸钾溶液。191.3.4α-H的卤代

RCH2COOH+Br2RCHBrCOOH1.3.5还原

RCOOHRCH2OHP

20LiAlH41.4取代酸1.4.1卤代酸21亲核取代反应ClCH2COOHHOCH2COOHClCH2CH2COOHCH2=CHCOOHOH-OH-22亲核取代反应消除反应分子内的亲核取代反应1.4.2羟基酸23几种光学活性的醇酸：（1）乳酸:即2-羟基丙酸，分子中含一个手性碳原子，有一对对映体。S-（+）-乳酸R-（-）-乳酸24（2）苹果酸:即2-羟基丁二酸，含有一个手性碳原子，具有两个对映异构体，其构型为：怎样判断手性构型？2羧酸衍生物N,N

—

二甲基甲酰胺(DMF)2.1命名酰卤和酰胺：根据酰基命名酰基CH3COClCH2=CHCOClPhCOClCH3CONH2PhCONH2

乙酰氯丙烯酰氯苯甲酰氯乙酰胺苯甲酰胺25酰卤酸酐酯酰胺腈相互转化?酸酐：根据水解后生成的酸的名称。

乙酸酐乙丙酸酐苯甲酸酐丁二酸酐顺丁烯二酸酐（马来酐）26酯：根据水解后生成的酸和醇的名称。CH3COOC2H5PhCOOC2H5

乙酸乙酯苯甲酸乙酯甲基丙烯酸甲酯不少挥发性酯具有花果香气——可作香料：27

2.2化学性质2.2.1亲核取代反应反应活性：RCOCl>(RCO)2O>RCOOR’>RCONH2>RCONR’228醇解：RCOClRCOOR’+HCl(RCO)2O+R’OH

RCOOR’+RCOOHRCOOR”RCOOR’+R”OH

(酯交换反应)酰胺不能发生醇解反应（1）水解、醇解、氨解29RCOClRCONH2+HCl(RCO)2O+NH3

RCONH2+RCOONH4RCOOR”RCONH2+R”OH例：阿司匹林的制备：30氨解：酯的水解反应历程碱性水解：v=k[RCOOR’][OH-]酸性水解：31（2）

与Grignard试剂的反应酸酐与Grignard试剂的反应在低温下也可得到酮。酰胺与Grignard试剂作用时，氮上的氢可使Grignard试剂分解。该反应不适合用于制备酮，但可制备醇。322.2.2还原催化氢化或用LiAlH4作还原剂，酰卤、酸酐、酯可被还原成醇，酰胺则被还原成胺。2.2.3酯缩合反应Claisen缩合——分子间酯缩合2CH3COOC2H5

CH3COCH2COOC2H5C2H5ONa33

Dieckmann缩合——分子内酯缩合例：教程P123342.2.5Reformatsky反应2.2.4

Knoevenagel缩合：C6H5CHO+CH2(COOC2H5)2C6H5CH=C(COOC2H5)2六氢吡啶35教程P1182.3羧酸衍生物的制备可由羧酸或其它羧酸衍生物制备（见羧酸衍生物性质部分）。

SOCl2RCOOH+PCl3RCOCl

PCl5362.4乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯在合成中的应用RX可以是卤代烃、酰卤、α-卤代酮、卤代酸酯等。但不可是乙烯式、芳卤式卤代烃和三级卤代烃。还可在同一个碳上导入第二个R基团。37浓碱酮式水解酸式水解乙酰乙酸乙酯的酮式水解和酸式水解3839环烷取代酸丙二酸酯40支链二元羧酸41含氮有机化合物主要包括硝基化合物,胺类化合物,重氮和偶氮化合物等。3.1硝基化合物3.1.1芳香族硝基化合物的性质（1）还原3含氮有机化合物4243（2）芳环上的亲核取代反应44453.1.2脂肪族硝基化合物的性质（1）α-氢的酸性CH3NO2CH3CH2NO2(CH3)2CHNO2pKa10.28.57.8(2)与羰基化合物的反应463.2胺氨分子中一个，两个或三个氢原子被烃基取代所生成的化合物分别称为伯胺（一级胺）、仲胺（二级胺）和叔胺（三级胺）。铵盐分子中四个氢原子都被烃基取代生成的化合物称为季铵盐。有些胺类化合物因其特殊的生理活性，与人类的生命活动及健康密切相关。维生素B1

1-苯基-2-氨基丙烷（苯异丙胺）47

胺和氨一样，氮原子为sp3杂化，三个sp3杂化轨道分别与氢或碳原子形成三个σ键，剩下一个sp3杂化轨道被一对电子占据。例如甲胺、三甲胺均为棱锥形结构,苯胺中的氮原子则接近平面构型，其杂化状态在sp3与sp2之间。483.2.1胺的命名CH3NH2

(CH3)2NH(CH3CH2)3N甲胺二甲胺三乙胺

苯胺

邻甲基苯胺N-甲基苯胺N，N-二甲基苯胺2-氨基-3，4-二甲基戊烷3-（N，N-二乙氨基）-4-甲基己烷49季铵盐的命名与铵盐相似。如：(CH3CH2CH2CH2)4N+Br-(CH3CH2)4N+Cl-溴化四丁基铵氯化四乙基铵

3.2.2胺的化学性质（1）胺的碱性

各类胺的碱性次序和影响因素。气相:NH3＜C2H5NH2＜(C2H5)2NH＜(C2H5)3N溶液中：50

芳香胺的碱性比氨和脂肪胺弱，这是由于氮原子上孤对电子通过p-π共轭部分地向苯环转移，形成更稳定的共轭体系，使氮原子与质子的结合能力降低。由于羰基的吸电子性，酰胺的碱性比胺弱。酰胺与酸不能形成铵盐。51(2)烃化反应52(3)酰化反应伯胺与仲胺与酰氯、酸酐和酯作用生成酰胺53因此可以利用胺的磺酰化反应来鉴定或分离三种胺Hinsberg反应：伯胺，先生成沉淀，后溶解仲胺，生成沉淀，但不溶解叔胺，无沉淀生成54(4)与亚硝酸反应5556(5)芳胺环上的亲电取代反应上保护基脱保护基573.2.3胺的制法(1)氨和胺