第十四章__羧酸衍生物.ppt

1、第十三章 羧酸衍生物,exit,本章提纲,第一节 羧酸衍生物的命名、物性和光谱性质 第二节 羧酸衍生物的结构和反应性能 第三节 羧酸及其衍生物的制备 第四节 羧酸衍生物的其它反应 第五节 与酯缩合、酯的烷基化、酰基化相类 似的反应 第六节 -二羰基化合物的特性及应用,类型：,酰卤 酸酐,酯 酰胺,羧酸衍生物： 羧酸分子中羧基( )上的羟基由 其他原子或基团替代后形成的化合物,腈： RCN,羧酸衍生物概述,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 对氯甲酰苯甲酸 IUPAC 命名法： 2-溴丁酰溴 4-氯甲酰苯甲酸,羧酸衍生物的命名:,2

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 乙丙酸酐 丁二酸酐 IUPAC 命名法： 乙酸酐 乙丙酸酐 丁二酸酐,3 酯的命名 酯可看作将羧酸的羧基氢原子被烃基取代的产物。命名时把羧酸名称放在前面，烃基的名称放在后面，再加一个酯字。内酯命名时，用内酯二字代替酸字并标明羟基的位置。,普通命名法： 醋酸苯甲酯 -甲基-丁内酯 IUPAC 命名法： 乙酸苯甲酯 2-甲基-4-丁内酯,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-二甲基戊酰胺 I

3、UPAC 命名法： 2-甲基丙酰胺 N,N-二甲基戊酰胺,(,C,H,3,),C,H,C,N,H,2,C,H,3,C,H,2,C,H,C,H,2,C,N,(,C,H,3,),2,O,O,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,第一节 羧酸衍生物的结构,氧的碱性,-H的活性,羰基的活性,离去基团,-H的活性减小（ -H的 pka 值增大）,羰基的活性减小（取决于综合电子效应）,W的离去能力减小（离去基团的稳定性减小）,第二

4、节 羧酸衍生物的物性,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；十四碳酸以下 的甲酯和乙酯均为液体； 酰胺除甲酰胺外，由于分子内形成氢键，均是固体； 而当酰胺的氮上有取代基时为液体； 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； 低级酰胺可溶于水。,羧酸衍生物的反应,1. 酰基碳上的亲核取代反应 2. 与有机金属化合物的反应 3. 羧酸衍生物的还原 4. 酰卤-氢的卤化 5. 酰亚胺的酸性 6. 烯酮的制备和反应 7. 瑞佛马斯基反应 8. 酯的热解（裂）,该取代反应需要在碱或酸的催化作用下进行。,碱性催化

5、的反应机制为：,一、概述：,第三节 酰基碳上的亲核取代反应,催化剂,W- 的离去能力的相对大小是： I- Br- Cl- RCOO- RO- OH- -NH2,酸催化的反应机制为：,总的说，羧酸衍生物酰基碳上发生亲核取代的 反应活性的大小顺序是： 酰卤 酸酐 酯 酰胺,室温,加热,酸碱催化/长时间回流,问： 反应条件为什么会各有不同？,二、 羧酸衍生物的水解反应,1. 反应式,HNO2,CH3COOH +,H2SO4 H2O,35oC,亚硝酸在酰胺制酸中的作用 空阻大的酰胺水解的方法,2. 酯的水解反应,*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

6、体中间体 是负离子,反应机理,慢,快,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。,CH3COOCMe3 Me3CCOOEt CH3COOEt ClCH2COOEt 0.002 0.01 1 296,3. 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。,V相对,*2. 酸性水解,同位素跟踪结果表明：酸性水解时，也发生酰氧键断裂。,反应机理,四面体中间体是正离子,1. 酸在反应中的作用有二： 活化羧基 使OH、OR形成 盐而更

7、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。,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： CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3 v： 1 0.97 0

8、.53 1.15(机理不同),*3 酯的酸性水解和碱性水解的异同点,不 同 点： 1 催化剂用量不同。碱大于1 mol，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。 3 吸电子取代剂对碱性催化有利。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,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,3oROH的水解的机理与此不同。,*4 3o醇酯的酸性水解历程,反应式,通过同位素跟踪可以证明上述反应机制,关键中间体,反 应 机 理,A 制备羧酸和醇 B 测定酯的结构

9、,*5 酯水解的应用,三、 羧酸衍生物的醇解反应,催化剂：吡啶、三乙胺、N , N-二甲苯胺等弱有机碱 这样的催化条件被称为肖特-鲍曼条件,催化剂,催化剂,1. 酰氯和酸酐的醇解,H+,水杨酸,乙酰水杨酸 (阿司匹林),酸或碱,2. 酯的醇解（酯交换反应）,*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。,酸,酸,反 应 实 例,将乙醇不断蒸出。,+ CH3CH2CH2OH,CH3CH2CH2

10、O,CH3CH(OH)CH2CH2COOCH2CH2CH3,ClCH2COONa,ClCH2COOH,NCCH2COONa,C2H5OOCCH2COOC2H5,Na2CO3,低温,NaCN,C2H5OH,H2SO4,ClCH2COOH,H2SO4,C2H5OH,ClCH2COOC2H5,NaCN,NCCH2COOC2H5,丙二酸二乙酯,氰乙酸乙酯,CH3O-,四、 羧酸衍生物的氨（胺）解（碱催化）,1. 反应只能碱催化，不能酸催化。 2. 不溶于水的酰卤可用NaOH水溶液催化，溶于水 的酰卤须用有机碱催化。 3. 3o胺不能发生酰基化反应。,请写出酸酐氨解的反应机理。,4. 酸酐氨解的应用,2

11、00,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,RX,NaCN,+,RMgX,+,CO2,第四节 羧酸衍生物与有机金属化合物的反应,一、 格氏试剂与羧酸衍生物反应大多数情况下生成叔醇，合成上一般是用酯和格氏试剂反应。,2 CH3CH2MgX,无水醚,H+/H2O,HCOOC2H5,无水醚,H+ / H2O,CH3CH2 CH CH2CH3,OH,用甲酸酯可以制备对称的2oROH 如： 制备(C2H5)2CHOH,2 CH3CH2MgX,2 CH3CH2MgX,无水醚,H+/H2O,酸酐和格氏试剂的反应:,可用于制备酮酸,91%,88%,二

12、、有机铜锂、有机镉与酰氯的反应 偶联生成酮,(参见醛酮的制备),RCN,n-C10H7MgBr,H2O/H+,n,三、腈和格氏试剂的反应生成酮,通常，不用酰胺和有机金属试剂反应,R1MgX,R1Li,R12CuLi,R2Cd,RCOOH,RCOOMg,RRC=O,RCOX,RR12C-OH,RRC=O,RRC=O,RRC=O,RRC=O,RRC=O,RR12C-OH,(RCO)2O*1,RCHO,1oROH,2oROH,3oROH,R2C=O,RCOOR”,RCN,RCONH2*2,同左,同左（慢）,同左（慢）,同左,同左（慢）,同左（慢）,2oROH,3oROH,同左,同左,羰基化合物与有机

13、金属化合物的反应归纳,第五节 羧酸衍生物的还原,一、催化加氢,条件：高温、高压和催化剂应用：制取高级脂肪醇和高级脂肪胺(P618),RCHO + HCl,H2/Pd-BaSO4 硫-喹啉,罗森孟(Rosenmund)还原法P557(上),二、金属氢化物还原法 常用的有：LiAlH4, NaBH4, LiBH4 等 还原性大小： LiAlH4 LiBH4 NaBH4,LiAlH(OBu-t)3,RCHO,NaBH4 主要还原醛、酮、酰氯的羰基、2oRX、3oRX 不能还原酯基,LiAlH4 能还原所有的极性不饱和键,+ NaBH4,0-25oC,DMF, 1h,LiAlH(OBu-t)3,RCH

14、O,LiAlH4,RCH2OH,酰胺的还原, 2 LiAlH4,H2O,RCH2NH2,RCH2NHR,RCH2NR2, 2 LiAlH4,H2O, 2 LiAlH4,H2O,三、酯的金属钠还原法,1. 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称为鲍维特-勃朗克还原。,RCOOR1,RCH2OH + R1OH,Na-无水乙醇,2. 酯的双分子还原：酮醇反应（偶姻反应）,Na,惰性溶剂,H2O,定义：在惰性溶剂中，用金属钠将脂肪酸酯还原成-羟基酮的反应称为酮醇反应。,酯双分子还原反应的应用,A 制备-羟基酮 B 制备-羟基环酮,第六节 酰卤-氢的卤化,例

15、、请完成下列转换,赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应,RCH2COOH + Br2,PBr3 -HBr,RCHCOOH,Br,RCH2COBr + Br2,RCHCOBr,Br,类似于赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应，但是，无需催化,KMnO4,(CH3CO)2O,C2H5OH,SOCl2,C2H5OH,Br2,第七节 酰亚胺的酸性,有关化合物的pKa：,CH3CH3 CH2=CH2 NH3 CHCH C2H5OH H2O pKa 50 40 34-35 25 16 15.7,pka 15.1 10 9.62 8.3,中性,碱性,弱 酸 性,Br2,KOH,+ H2O,HBr +,丁二酰亚胺,N-溴代丁二酰

16、亚胺,丁二酰亚胺的钾盐,酸碱反应,取代反应,+ H2O,+ H2O,第八节 烯酮的制备和反应,最简单的烯酮是乙烯酮。,CH2=C=O (乙)烯酮 CH3CH=C=O 甲基(乙)烯酮,二、烯酮的制备方法：,1. -溴代酰溴脱溴,RCH=C=O + ZnBr2,Zn,一、定义：羧酸分子内失水后的生成物称为烯酮。,3. 甲基酮脱甲烷,2. 羧酸的脱水,CH3COOH,AlPO4, 700oC,CH2=C=O,RCH2COOH,AlPO4, 700oC,-H2O,-H2O,RCH2=C=O,700-800oC,700-800oC,CH2=C=O,-CH4,-CH4,RCH2=C=O,三、 烯酮的反应,

17、1. 发生羰基的一般反应。 (两个键成正交，互不共轭，可各自进行反应),CH2=C=O +,H-OH H-X HO2CR,CH3COOH,CH3COX,氢加在氧上，其余部分加在碳上。,CH3COOR,CH3CONH2,H2O,H-OR H-NH2 RMgBr,CH2=C=O +,2. 形成亚甲基卡宾的反应,h,:CH2 + CO,这也是乙烯酮的储存方式。,3. 烯酮和甲醛的反应和乙烯酮的二聚,*1 乙烯酮与甲醛反应形成-丙内酯,*2 乙烯酮二聚形成取代的-丙内酯,ZnCl2,或AlCl3,乙酰乙酸乙酯的合成：,反应机理：,*3 -丙内酯的开环反应,在中性或弱酸性条件下，通过烷氧键断裂开环（发生

18、SN2反应），烷氧键断裂开环得到-取代羧酸。,CH3OH,+,NaCl,HCl,NaSH,NH3,H2O,H2O,CH3OH,CH3CN,ClCH2CH2COOH (91%),HSCH2CH2COOH (81%),H2NCH2CH2COOH,CH3OCH2CH2COOH (73%),在碱性或强酸性条件下，通过酰氧键断裂开环（加成消除机制），生成-取代羧酸衍生物。,第九节 瑞佛马斯基反应 (Reformatsky),醛或酮、-溴(卤)代酸酯、锌在惰性溶剂中互相作用，得到-羟基酸酯的反应称为瑞佛马斯基反应。,一、定义：,说 明 1 反应需在惰性溶剂中进行； 2 不能用BrMgCH2CO2Et代替B

19、rZnCH2CO2Et； 3 -溴代酸酯的-碳上的取代基空阻太大时， 反应不能进行。 4 该反应定向性好。,反应主要用来制备： 1. -羟基酸酯, 2. -羟基酸 , 3. , -不饱和酸酯 4. ,-不饱和酸以及由它们衍生的化合物。,二、反应的应用,应用不超过4个碳的醇合成,实 例,第十节 酯的热解（裂）,酯在400500的高温进行热裂，产生烯和 相应羧酸的反应 称为酯的热解。,CH3COO-CH2CH2-H,CH3COOH + CH2=CH2,400-500oC,1. 定义：,一、 酯的热解,500oC,500oC,主要产物,2. 立体化学特征： 有顺反异构时，以反型产物占多数。,CH2=

20、CHCH2CH2CH3 + CH3CH=CHCH2CH3,500oC,3. 当-c两侧都有-H时，以空阻小，酸性大的-H被消除为主要产物霍夫曼规则,主要产物,以 为起始原料，制备 和,CH3COCl,-H+,500oC,H+,重排,+ CH3COOH,环外双键,环内双键,以CH3CH2CH2CH2OH为原料合成CH3CH2CH=CH2,CH3CH2CH2CH2OH,CH3CH=CHCH3,CH3CH2CH=CH2,HOAc,CH3COOCH2CH2CH2CH3,500oC, 100%,末端烯烃,H+,羧酸衍生物的制备,1. 酰卤的制备 2. 酸酐的制备 3. 酯的制备 4. 酰胺和腈的制备,第

21、十一节 酰卤的制备,实 例,说明： （i） 反应原料是羧酸，反应试剂是SOCl2、PCl3、PCl5。 （ii） 反应需在无水条件下进行。 （iii） 产物酰卤通常都通过蒸馏方法提纯，所以试剂、 副产物与产物的沸点要有较大的差别。 （iv） 反应机制与醇的卤代类似。,SOCl2,PCl3,PCl5,+ SO2 + HCl,+ H3PO3,+ POCl3,(bp 80oC),(bp 196oC),(bp 107oC),(bp 200oC),亲核取代,各类卤化反应的归纳总结,卤化反应的类别,卤化试剂,反应条件及催化剂,反应机理,烷烃的卤化,X2,光照,自由基取代,芳烃的卤化,X2,路易斯酸 FeX3,亲电取代（加成消除）,烯丙位苯甲位的卤代,NBS *1,或X2+光照,自由基取代,醇的卤化,SOCl2 PCl5 PCl3 PBr3 HX (HIHBrHCl),X-,醛、酮、酸的