第十二章羧酸衍生物(4hr).ppt

1、第十二章 羧酸衍生物,（4学时）,本章要点：,掌握羧酸衍生物的分类和命名,熟悉羧酸衍生物的制备方法,掌握羧酸衍生物的波谱性质,掌握羧酸衍生物的化学性质,医学相关羧酸衍生物的结构和性质,亲核取代反应,还原反应,酯与格氏试剂反应,酰胺的特殊反应,碳酸衍生物,油脂,甘油磷脂,一、羧酸衍生物的分类和命名,（一）羧酸衍生物的分类,（酰基化合物）,酰卤,酯,酸酐,酰胺,O,R-C-L,O,R-C-X,O,R-C-O-C-R,O,O,R-C-OR,O,R-C-N-H(R1),H(R2),L为卤素,L为酰氧基,L为烃氧基,L为(烃)氨基,R-CN,腈,-CN 氰基,（二）羧酸衍生物的命名,1、酰卤,例：,命名

2、原则：,酰基 + 卤素,C-Cl,苯甲酰氯,CH3CH2C-Br,O,O,丙酰溴,ClCH2C-Br,O,-氯代乙酰溴,CH3CH2CHCH2C-Cl,O,3-甲基戊酰氯,CH3,2、酸酐,命名原则：,羧酸名 + “酐”,乙(酸)酐,CH3C,O,O,R-C-O-C-R,O,单酐（RR）,混酐（RR）,羧酸名 + “酐”,（羧酸名由简单到复杂列出）,CH3C,O,O,(C6H5CO)2O,CH3C,O,H-C,O,O,O,O,苯甲(酸)酐,邻苯二甲(酸)酐,甲乙(酸)酐,(CH3CO)2O,3、酯,例：,命名原则：,某酸某(醇)酯,乙酸苯甲酯,CH3C-OCH2,O,O,R-C-O-R,（1）

3、一元醇酯,CH2COOCH3,O-C-H,C-OC2H5,O,苯甲酸乙酯,丁二酸甲乙酯,O,甲酸苯酯,CH2COOC2H5,（乙酸苄酯）,CH2COOCH3,戊二酸单甲酯,CH2CH2COOH,（2）多元醇酯,某醇某酸酯,（羧酸名由简单到复杂列出）,例：,CH2-O-CCH3,乙二醇甲乙酸酯,CH2-O-CH,O,O,CH2-O-C-C15H31,O,CH-O-C-C15H31,O,CH2-O-C-C15H31,O,丙三醇三十六碳酸酯,（丙三醇三软脂酸酯）,（甘油三软脂酸酯）,（3）内酯,（常见为由或-醇酸获得的五、六元环状内酯）,根据相应醇酸的结构命名,O,O,CH3,O,CH3,CH2CH

4、3,O,-丁内酯,（1,4-丁内酯）,-戊内酯,（1,4-戊内酯）,-戊内酯,（1,5-戊内酯）,-甲基-己内酯,（2-甲基-1,4-己内酯）,1,2,3,4,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,2,3,4,5,1,4、酰胺,命名原则：,酰基 + 胺,乙酰胺,CH3C-NHC6H5,O,O,R-C-N,H-C-N,C-NH2,O,苯甲酰胺,邻苯二甲酰亚胺,O,甲酰胺,（乙酰苯胺）,H(R1),H(R2),CH3,CH3,C-N,O,CH3,C2H5,O,O,苯甲酰胺,N-苯基,O,CH3,-戊内酰胺,N,N-二甲基,N-甲基-N-乙基,（DMF）,（内酰胺）,（酰亚胺）,1,2,3,4

5、,5,NH,NH,5、腈,例：,命名原则：,据主链碳原子数(包括氰基碳),CN,苯甲腈,CH3CH2CN,丙腈,CH3CH2CHCH2CN,3-甲基戊腈,CH3,“某腈”,CH3-CHCH2CN,（-甲基己二腈）,CH2CH2CN,3-甲基己二腈,（-甲基戊腈）,6、多官能团化合物的命名,例：,母体优先次序：,羧酸磺酸羧酸衍生物醛酮 醇酚,-戊酮酸乙酯,2-甲基-6-氰基苯甲酸,6-乙酰基-2-萘甲酰胺,酸酐酯酰卤酰胺腈,羧酸衍生物：,胺醚烃卤代烃硝基化合物,二、羧酸衍生物的结构,1、结构共性：,与酰基直接相连的原子（X、O、N）均含有孤电子对，可以与羰基形成 p-共轭。,R,C,O,L,电子

6、云,p-共轭：,R,C,O,L,R,C,O,L,-,+,（一）酰基化合物,O,R-C-L,2、结构差异：,（ 电负性：X O N）,p-共轭程度：,O,R-C-N,H(R1),H(R2),O,R-C-OR,O,R-C-O-C-R,O,O,R-C-X, 的结构稳定性：,酰卤 酸酐 酯 酰胺,O,R-C-L,其中：,酸酐由于RC-的-I效应， p-共轭程度,O,酯由于R-的+I效应， p-共轭程度,酰卤,酯,酸酐,酰胺,键参数证据：,O,CH3-C-NH2,O,CH3-NH2,CH3-C-Cl,CH3-Cl,d,C-N,=137.6pm,d,C-N,=147.4pm,d,C-Cl,=178.4pm

7、,d,C-Cl,=178.9pm,结论： 变化大，共轭效应明显,d,C-N,结论： 变化小，共轭效应不明显,d,C-Cl,1、C、N均为sp杂化：,（二）腈的结构,R-CN,C：,sp,p,N：,sp,p,2、成键方式：,N的孤电子对在杂化轨道中,3、-CN为极性叁键,-,+,（与碳碳叁键类似）,（与碳碳叁键不同）,三、羧酸衍生物的波谱性质,（一）1HNMR谱,常见的值：,2 3,（特征）,1、-H ：,或,2、酯 ：,3.7 4.1,3、酰胺 ：,5 9.4,（特征）,（宽而矮）,（特征）,例：,乙酸乙酯的核磁共振谱图,a,b,c,c,b,a,分子式为C6H10O4的酯，1HNMR谱数据为：

8、,例：,2.6（6H, s）；4.1（4H, s）,该酯的结构是（ ）,A,B,D,C,a,b,c,d,a,b,c,d,a,a,b,b,a,a,b,b,D,（二）IR谱,C=O,1850 1630cm-1,特征吸收主要有：,( vs ),C-O,1310 1050cm-1,（特征）,1、,（酰基化合物特有；酸酐为双峰）,2、,（酯和酸酐特有）,N-H,3500 3100cm-1,3、,（酰胺特有：,（尖峰）,RCONH2,RCONHR,RCONR2）,双峰,单峰,无峰,2260 2220cm-1,( s ),4、,（尖峰）,例：,苯甲酰氯的红外光谱图,C-Cl,O,C=O,C=C,例：,乙酸酐

9、的红外光谱图,CH3C,O,CH3C,O,O,C=O,C-O,例：,乙酸乙酯的红外光谱图,CH3COOC2H5,C=O,C-O,例：,苯甲酰胺的红外光谱图,C-NH2,O,C=O,N-H,四、羧酸衍生物的化学性质,（一）亲核取代反应,O,R C L,O,R-C-Nu,+ Nu,+ L,-,-,反应机理：,O,R C L,-,Nu,加成,消除,-,+,亲核加成-消除反应机理,反应活性及其影响因素：,a. 不同羧酸衍生物：,酰卤酸酐酯酰胺, p-共轭程度,反应活性：,电子效应为主,影响因素：,腈, 反应物稳定性, 反应活性,b. 同一羧酸衍生物,结论：,电子效应：,吸电子效应,空间效应：,空间位阻

10、,例1：,比较 乙酸甲酯 乙酸乙酯 乙酸异丙酯 乙酸叔丁酯 水解反应的活性次序？, 醇部分烷基的空间位阻,-CH3 -CH2CH3 -CH(CH3)2 -C(CH3)3, 反应活性：, ,O,R C L,-,Nu,，反应活性,，反应活性,例2：,比较下列酯的亲核取代反应活性：,-H -CH3 -CH2CH3 -CH(CH3)2 -C(CH3)3, 羧酸部分的空间位阻, 反应活性：, CH3CH2COOC2H5, CH3COOC2H5, HCOOC2H5, (CH3)3CCOOC2H5, (CH3)2CHCOOC2H5,例3：,比较下列酰卤的亲核取代反应活性：,-NO2 -Br -H -CH3

11、-OCH3,（空间位阻相当，电子效应为主要影响因素）, 反应活性：, ,COCl,OCH3,Br,NO2,CH3,COCl,COCl,COCl,COCl, 吸电子效应：,反应类型：,亲核试剂（Nu）,水,H OH,醇,H OR,氨(胺),H N,H(R1),H(R2),-,+,（Nu ）,-,反 应,水解反应,醇解反应,氨解反应,反应特点：,较活泼的羧酸衍生物可以直接转化为较不活泼的羧酸衍生物；反之则困难。,（形成羧酸）,（形成酯）,（形成酰胺）,a. 羧酸衍生物均可以水解形成羧酸；,b.,H-OH,1、酰卤的亲核取代反应,O,R-C-X,RCOOH,+,HX,羧酸,H-N,H(R1),H(R

12、2),R-OH,室温 或 低温,RCOOR,酯,O,R-C-N,H(R1),H(R2),酰胺,应用：,实验室合成酯或酰胺的常用方法。特别是空间位阻大、难以通过羧酸直接合成的酯。,室温,室温 或 低温,例：,(CH3)3CCOCl,OH,(CH3)3C-C-O,O,吡啶,+, HCl,O,C-Cl,+,NaOH,O,C,+ NaCl + H2O,特点：,反应往往有碱的参与。,作用是：,中和反应形成的酸，促进反应进行；避免反应物的消耗。,+,H-OH,2、酸酐的亲核取代反应,RCOOH,+,RCOOH,羧酸,H-N,H(R1),H(R2),R-OH,室温,RCOOR,酯,O,R-C-N,H(R1)

13、,H(R2),酰胺,特点：,反应所需条件往往高于酰卤，较温和。,室温 或 ,O,R-C-O-C-R,O,室温,应用：,也是合成酯或酰胺的常用方法。,例：,+ (CH3CO)2O,OH,COOH,H2SO4,OCCH3,COOH,O,+ CH3COOH,阿司匹林（乙酰水杨酸）的合成,水杨酸,阿司匹林,NH3,H+,丁二酸单酰胺,丁二酰亚胺,丁二酸酐,（用于酰亚胺的制备）,H-OH,3、酯的亲核取代反应,RCOOH,羧酸,H-N,H(R1),H(R2),O,R-C-N,H(R1),H(R2),酰胺,特点：,O,R-C-O-R3,室温,酸 或 碱 /,+ R3OH,b. 酯水解碱催化不可逆，应用多。

14、,a. 酸催化水解是羧酸成酯反应的逆反应。,R-OH,RCOOR,酯,酸 或 强碱 /,（酯交换反应）,c. 酯交换(醇解)反应活性不高，有诸多限定。,（甲醇有相对较高的酯交换反应活性）,d. 酯的氨解无需催化剂易进行,（酰氧键断裂为主）,应用：, 天然酯水解合成羧酸,丙三醇三软脂酸酯,H2O,H+/,+ 3CH3(CH2)15COOH,甘油,软脂酸,（直链高级羧酸）,（天然脂肪）, 酯氨解常用于药物合成, 酯交换反应进行二元酯的选择性水解,+ CH3OH,+ CH3COOCH3,二元酯,CH3ONa,一元酯,（P369）,H-OH,4、酰胺的亲核取代反应,RCOOH,羧酸,H-N,H(R1)

15、,H(R2),O,R-C-N,H(R1),H(R2),特点：,c.,酸 或 碱 /,酰胺的水解反应活性低，需强酸或强碱催化且加强热条件下才能进行。,+,水解反应,a. 酰胺不发生醇解反应,b. 氨解（酰胺交换）反应一般难以发生,（条件：反应物胺(氨)碱性产物胺碱性）,苄青霉素,（水解点）,（-内酰胺类药物）,d.,一些环状的内酰胺容易发生开环的水解反应。,5、腈的亲核取代反应,RCOOH,羧酸,O,R-C-NH2,水解反应,H-OH,R-CN,应用：,a. 控制反应条件部分水解合成酰胺,例：, H2SO4, H2O,酸 或 碱,H-OH,酸 或 碱,酰胺,异构化,（部分水解）,（完全水解）,b

16、. 合成增加1个碳原子的羧酸,例：,丙烯醛,丁二酸酐,CH2=CHCHO,HBr,BrCH2CH2CHO,Tollens,NaCN,H3O+,醇,H+,（注：腈的醇解反应不要求）,亲核取代反应小结：,2、以羧酸衍生物为主体,水解、醇解、氨解,3、以水、醇、氨（胺）为主体：,（反应分子中H被酰基取代）,酰化反应,酰化能力：,酰卤 酸酐 酯 酰胺,（亲核取代反应活性）,常用酰化剂：,酰卤 （ RCOX ）,酸酐 （(RCO)2O ）,1、氨解反应活性一般高于水解或醇解反应,亲核取代反应的应用：,合成药物,例2：,(CH3CH2CH2)2CHCOCl,冷却,NH3,-丙基戊酰氯,(CH3CH2CH2

17、)2CHCONH2,-丙基戊酰胺,（丙戊酰胺，抗癫痫药）,(CH3CO)2O,NH2,NHCOCH3,乙酰苯胺,（退热冰，解热镇痛药）,HO,（扑热息痛）,+ CH3COOH,例1：,例3：,(CH3CO)2O,OH,COOH,H2SO4/,O-CCH3,COOH,O,+ CH3COOH,阿司匹林,（解热镇痛药）,水杨酸,（酸酐的醇解）,（酸酐的氨解）,（酰卤的氨解）,苯胺,（治疗心血管疾病药物）,（二）还原反应,1、氢化锂铝还原,+ RCH2OH,特点：酰卤、酸酐、酯均还原生成伯醇,O,R-C-X,O,R-C-O-C-R,O,O,R-C-OR, LiAlH4, H3O+,RCH2OH,+ R

18、OH,+ HX, LiAlH4, H3O+,RCH2OH, LiAlH4, H3O+,RCH2OH,特点：酰胺和腈还原生成胺,R-CN, LiAlH4, H3O+, LiAlH4, H3O+,RCH2NH2,2、催化加氢还原,R-CN,H2/Ni,RCH2NH2,特点：仅还原腈，不还原酰基化合物,还原反应的应用：,胺,伯胺,伯胺,醇和胺的合成,（强调：NaBH4不还原羧酸衍生物）,OH, LiAlH4, H3O+,例：,H2 / Ni,CH2CH=CHCH2-CH2,OH,O, LiAlH4, H3O+,CH2=CH-C-NHCH3,CH2=CHCH2NHCH3, LiAlH4, H3O+,仅

19、还原腈,腈和酰胺均还原, LiAlH4, H3O+,例：,COOCH3,CH2COOH,COOCH3,CH2OH,SOCl2,CH2Cl,KCN,CH2CN,H2O / H+,CH2COOH,醇,（酯与格氏试剂的反应）,反应：,O,R-C-OR2,R,RMgX,OR2,O-MgX,R-C,O,R-C-R,RMgX,OMgX,R-C-R,R,H3O+,OH,R-C-R,R,（三）与金属有机化合物的反应,酯,酮,特点：,醇,a. 酯首先发生亲核加成-消除反应形成酮；,b. 活性相对较高的酮进一步加成形成醇。,加成,消除,加成,应用：,合成结构对称的高级醇类,O,CH3-C-OC2H5, CH3CH

20、2MgX, H3O+,乙酸乙酯, 一般酯为原料合成结构对称的叔醇,CH3,CH3CH2-C-CH2CH3,OH,O,H-C-OC2H5, (CH3)2CHMgX, H3O+,甲酸乙酯, 甲酸酯为原料合成结构对称的仲醇,CH3,CH3-CH-CH-CH-CH3,OH,CH3, CH3MgX, H3O+,3-甲基-1,4-丁内酯, 内酯为原料合成高级二元醇,CH3,CH2CHCH2-C-CH3,OH,CH3,OH,1,2,3,4,1,2,3,4,（四）酰胺的特殊反应,1、酸碱性,+ NaOH,+ H2O,( pKa= 9.6 ),特点：,一般酰胺呈中性，酰亚胺类呈弱酸性。,丁二酰亚胺,(苯酚 pK

21、a= 10 ),+ KOH,+ H2O,( pKa= 7.4 ),邻苯二甲酰亚胺,解释：,a. p-共轭使酰胺N基本无给电子能力,b. 双重p-共轭使酰亚胺的N-H 键极性,2、Hofmann降解（重排）反应,反应条件：,N上未取代的酰胺,R-C-NH2,O,反应试剂：,X2 / NaOH,（常用Br2 /NaOH）,反应结果：,生成比反应物少1C的伯胺,反应：,R-C-NH2,O,Br2 / NaOH,R-NH2,反应特点：,a. 反应温和，常用于制备伯胺；,b. 酰胺-C有手性时，产物构型保持。,例：,(CH3)2CH-C-NH2,O,Br2 / NaOH,(CH3)2CHNH2,C6H5

22、,H3C,CONH2,H,C6H5,H3C,NH2,H,Br2 / NaOH,2-甲基丙酰胺,异丙胺,-苯基丙酰胺,-苯基乙胺,(S)-,(S)-, H2SO4, H2O,Br2 / NaOH,氨力农,（治疗心衰的强心药）,（构型保持）,五、羧酸衍生物的制备,（一）由羧酸制备,PX3 or SOCl2,R-C-Cl,酰卤,R-C-O-C-R,酯,O,R-C-N,H(R1),H(R2),酰胺,O,R-C-OH,P2O5,O,O,单酐,O,R-C-OR,O,ROH,H+ /,（P382）,（二）由羧酸衍生物间转化制备,O,R-C-N,H(R1),H(R2),ROH,R-C-O-R,RCOX,O,1

23、、酯的制备,(RCO)2O,2、酰胺的制备,RCOX,(RCO)2O,（三）腈的制备,KCN/醇,R-CN,R-X,1、RX的SN反应,2、重氮盐的放氮反应,CuCN,KCN,CN,+ N2,六、碳酸衍生物,（一）脲（尿素）,O,H2N-C-NH2,O,HCl,尿素的化学性质：,1、水解反应：,H2N-C-NH2,NaOH,尿素酶,CO2 + NH4Cl,NH3 + Na2CO3,NH3 + CO2,（P369）,O,2、缩二脲形成和缩二脲反应,H2N-C-NH2,NH3,+,O,H-N-C-NH2,H,O,H2N-C-NH-C-N-H,+,O,H,H, 缩二脲形成, 缩二脲反应,显色反应,缩

24、二脲,CuSO4 / OH-,呈紫红色,缩二脲,（有2个肽键）,（多肽、蛋白质）,（有2个及以上的肽键）,（鉴别试剂）,3、丙二酰脲的形成,EtONa,+,-2C2H5OH,丙二酰脲,丙二酰脲的互变异构现象：,（pKa=3.98）,（含嘧啶芳香环）,（巴比妥酸）,酸性强于醋酸,（二）胍,NH,H2N-C-NH2,（氨基脲）,1、化学性质：,呈强碱性（pKa = 13.8），碱性与KOH相当,2、医学相关性：,（以基团形式出现）,胍基：,NH,-NH-C-NH2,脒基：,NH,-C-NH2,精氨酸,NH,NH2-C-NH-CH2CH2CH2CHCOOH,NH2,（碱性氨基酸）,含胍的药物：,CH

25、3,西咪替丁,NH,NH2-C-NH-CH2S (CH2)2-NH-C-NH-CH3,N-CN,（甲氰咪胍）,（治疗胃溃疡药物）,苯乙双胍,（降糖灵）,（治疗糖尿病药物）,七、油脂,（一）油脂的组成与结构,组成：,1甘油,3高级脂肪酸,+,甘油三酸酯,（三酰甘油）,结构：,CH2-O-C-R1,O,CH-O-C-R2,O,CH2-O-C-R3,O,三酰甘油,R1R2R3,R1 R2R3,单三酰甘油,混三酰甘油,天然油脂的特点：,1、若中间碳为C*，天然油脂均为L-构型；,2、天然油脂均为混合物。,CH2-O-C-R1,O,R2-C-O,O,CH2-O-C-R3,O,H,L-构型,高级脂肪酸的分

26、类：, 饱和脂肪酸：,软脂酸,CH3(CH2)14COOH,硬脂酸,CH3(CH2)16COOH, 不饱和脂肪酸：,油酸,CH3(CH2)7CH=CHCH2(CH2)6COOH,CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COOH,亚油酸,CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6COOH,亚麻酸,CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH,花生四烯酸,必需脂肪酸：,亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸,-6族,-3族,-6族,CH3CH2(CH=CHCH2)6CH2COOH,DHA,-3族,高级脂肪酸的结构特点：,（1）多为直链羧酸，不含支链；,多含偶数个碳原子。一般为1222个，常见的为1618个；,不饱和脂肪酸的双键多为非共轭，且多为顺式构型。,（2）,（3）,（二）油脂的物理性质,1、比重小于1，比水轻；,2、不溶于水，易溶于有机试剂；,3、天然油脂为混合物，无恒定熔、沸点。,油：,脂肪：,常温液态,常温固态,（不饱和脂肪酸含量高