Transcript 第十三章羧酸衍生物

第十三章
羧酸衍生物
Carboxylic acid derivatives
13.1 羧酸衍生物的命名
13.2 羧酸衍生物的物理性质
13.4 羧酸衍生物的化学性质
13.4.1 酰基上的亲核取代反应
13.4.2 酰基上的亲核取代反应机理
13.4.3 羧酸衍生物的相对反应活性
13.4.4 还原反应
13.4.5 与有机金属试剂的反应
13.4.6 酰胺氮原子上的反应—酰胺的个性
13.5 碳酸衍生物
O
羧酸衍生物：
C
R
O
R
R
酰基，酰基化合物
L
O
X
O
R
O
酰卤
酸酐
O
O
N
H
H
R
R
OR1
酯
O
H
R
O
N
R1
酰胺
R
N
R1
R2
13.1 羧酸衍生物的命名
1. 酰卤
通式：
把相应羧酸名称去掉“酸”字，加上酰卤。
丙酰氯
苯甲酰溴
丙烯酰氯
2. 酸酐
通式:
命名:在相应羧酸的名称后加 “酐”字
乙酸酐（单纯酐）
甲乙酐（混酐）
（也称苯酐，白色晶体，制
染料、药物、塑料等。）
邻苯二甲酸酐
（内酐）
3. 酯
通式:
命名:根据形成它的酸和醇称为“某酸某酯”
苯甲酸异丙酯
甲酸乙酯
乙酸苄酯
乙酸甲酯
无色淡黄色液体，有浓郁
的茉莉花香气，纯品用于配
制花香香精和皂用香精。
多数酯有愉快的香味。水果的香味是由酯
引起的。许多酯被用来调配食品或做化妆品香
精。
乙酸异戊酯 (香蕉、梨子香味)
异戊酸异戊酯 (苹果香味)
丁酸乙酯 (菠萝香味)
乙酸桂酯（凤仙花、茉莉花香韵）
4．酰胺
（1）非取代酰胺
通式：
命名: 某酰胺 (与酰卤的命名相似)
乙酰胺
苯甲酰胺
（2）取代酰胺
通式：
把氮原子上所连的烃基作为取代基，
写名称时用“N”表示其位次。
O
H3C
O
NHCH3CH3
N乙基乙酰胺
O
C6H5 C N
CH3
C2H5
H
N(CH3)2
N, N二甲基甲酰胺
（简称DMF）
N甲基-N-乙基苯甲酰胺
离
去
基
团
-H的
活性下
降
羰基的活性根据W
的不同而不同
13.4 羧酸衍生物的化学性质
OH
CH
R
还原
O
OH
R
C
R,
R,
与格式试剂反应
C
,
2R MgX
-OH
R
-OR
L
-NH2
取代反应
概况
 主要由一种衍生物变成另一种衍生物，或转变为
原羧酸。
 机理：羧酸衍生物和羧酸一样，发生亲核加成－
消除反应，结果是离去基团被取代。
 分子中的-Cl、-OOCR、-OR、-NH2被亲核基团
羟基、烷氧基或氨基取代。分别称为水解、醇解、
氨解。
 反应活性：酰氯﹥酸酐﹥酯﹥酰胺
 酰胺有一些独特的性质
13.4.1 酰基上的亲核取代反应
反应通式：
O
O
R C L + Nu:
R C Nu + L:
Nu- ：-OH、-OR、-NH2
反
应
活
性
依
次
减
弱
酰氯易水解，乙酰氯暴露于空气中即吸湿分解。放
出白雾的氯化氢气体。故酰氯须密封储存。
 酯和酰胺的水解需酸、碱催化且加热，反应可逆。
1. 水解
O
R
O
H2O
C
L
C
R
OH
+
H L
H+ or OH
O
R C
Cl
HCl
O
R C
OCOR
H2O
O
OR,
R C
O
R C
HOCOR
OH +
HOR,
O
R C
NH2
HNH2
例：
O
O
CH3 C C
H C
O
C
H2O, ¡÷
94%
CH3 C C OH
H C C OH
O
O
O
C
H2O, NaOH
90%
O O
（H2SO4）
O
CH3C NH
Br
OH
OH
O
C2H5OH£- H2O, KOHCH C O-K+
3
¡÷£¬95%
+ NH2
Br
酯的碱性水解，皂化反应。
酰胺的水解需在催化剂存在下长时间回流。
2. 醇解
酰氯、酸酐和酯与醇或酚作用，主要产物是酯。
O
O
R
C
O
OH
OH
水杨酸
L
+ R,OH
R
乙酐
OR'
+ HL
O
O O
+ CH3COCCH3
C
吡啶
OH + CH3COO
OCCH3
O
阿司匹林（乙酰水杨酸）
有些羧酸与醇反应难以制备酯，可用活性较大的
酰氯或酸酐与醇反应制取：
O
+
H3C
Cl
NaOH
HO
H3C
O
+
H3C
OH
O
HO
NaOH
+ NaCl + H2O
O
×
由于酚的亲核性弱（氧原子的电子密度降低），酚酯
不能用羧酸与酚直接合成。
3.氨解或胺解
酰氯、酸酐和酯与氨或胺作用，主要产物是酰胺。
通式：
O
O
L + H-N
R
R
CH3 O
CH3 O
CH3CH C
Cl + NH3
78%~83%
CH3CH C
CH C
O
O
NH2 + HCl
O
O
CH C
+ HL
N
+ C6H5NH2
CH C NHC6H5
98%
CH C OH
O
应用：保护-NH2
如：
NH 2
(C H3C O )2O +
a
CH3
a.乙酐的氨解
NHCOCH 3
NHCOCH 3
b
CH3
b.甲基的氧化
c
COOH
c.酰胺的水解
NH 2
COOH
羧酸及其衍生物的转换关系概貌
酸酐
羧酸
酰卤
酯
酯
酰胺
羧酸与羧酸衍生物之间的转变是可逆的；
羧酸衍生物之间的转变一般是不可逆的
13.4.2 酰基上的亲核取代反应机理
和羧酸的亲核取代机理一样——加成-消除机理 ：
O
R C L + Nu:
O
O
加成
R C L
Nu
①
② 原因：
③ 当加成后共轭体系
消失，L方可离去。
消除
R C Nu + L:
13.4.3 羧酸衍生物的相对反应活性
加成-消除机理
反应活性取决于羰基碳的
电正性：推电子基不利。
反应活性取决于离去基团的稳
定性：离去基的碱性小易离去。
ôÈËáÑÜÉúÎïË®½â¡¢´¼½â¡¢°±½â·´Ó¦ » îÐÔ´óСµÄ½âÊÍ
- I ЧӦ
Z
P -¦ й²éîЧӦ
Cl
RCOO
Ç¿
Èõ
Èõ
Ç¿
-
Z Îȶ¨ ÐÔ
·´Ó¦ » îÐÔ
´ó
´ó
С
С
RO
NH2
Z：离去基团
离去基团离去的难易：
离去基团(L)的碱性愈弱，愈易离去。
L碱性的强弱，可从其共轭酸的酸性强弱得知:
HL的酸性:
HCl > RCOOH > ROH > NH3
L的碱性：
Cl-＜RCOO-＜RO-＜NH2-
L的离去难易次序：
Cl-﹥RCOO- ﹥ RO- ﹥ NH2-
即：羧酸衍生物的反应活性：
RCOCl ﹥(RCO)2O ﹥ RCOOR, ﹥ RCONH2
习题13.2
乙酰氯与下列化合物作用将得到什么主要产物？
（1）H2O （2）CH3NH2 （3）CH3COONa （4）CH3(CH2)3OH
（1）CH3COCl
（2）CH3CONHCH3
（3）CH3COOCOCH3
（4）CH3COO(CH2)3CH3
13.4.4 还原反应
羧酸衍生物比羧酸较易还原，
酰氯、酸酐和酯还原为伯醇，
酰胺还原为胺。
酰胺
腈
LiAlH4
胺
酰卤
酸酐
酯
LiAlH4
伯醇
1. 用氢化铝锂还原
O
¢ÙLiAlH4, Et2O
C15H31CH2OH
C15H31CCl
¢ÚH2O,98%
O
C
C
O
¢ÙLiAlH4, Et2O
CH2OH
¢ÚH2O,87%
CH2OH
O
CH3CH CHCH2COOCH3
¢ÙLiAlH4, Et2O
¢ÚH2O,75%
CH3CH CHCH2CH2OH
+ CH3OH
双键保留
O
CN(CH3)2
¢ÙLiAlH4, Et2O
¢Ú»ØÁ÷,88%
CH2N(CH3)2
3. 加氢还原，Rosenmund 还原法
酰氯在催化剂（Pd–BaSO4）下加氢生成醛。
COCl
H2,Pd£- BaSO4,
£- S
CHO
N
150℃，79£¥
CH3
HC
C
C
CHCH2CH2OH + H2
Pd¨C
CaCO3
à-ßø
80%
CH3
H2C CH C CHCH2CH2OH
Lindlar 催化剂: Pd/ CaCO3, Pb(Ac)2–喹啉
13.4.5 与Grignard 试剂反应
羧酸衍生物
RMgX
羧酸衍生物的加成-离去
反应，即取代。
酮
RMgX
叔醇
羰基物的亲核加成反应
O
(CH3)2CHC
OH
OC2H5
1) 2CH3OH
2) H2O/H+
(CH3)2CHC
CH3
CH3
O
中间产物：
(CH3)2CHC
CH3
亲核取代得到
瑞佛尔马斯基(Reforinatsky)反应
增碳
有机锌试剂的活性较有机镁试剂的小，只与醛
酮的羰基反应，而不与酯羰基发生反应。
13.4.6 酰胺的个性
1.酰胺的酸碱性
受酰基的影响，碱性变弱，酸性变强
弱碱性：
酰胺分子中氮原子上未共有电子对与酰基碳氧双
键形成p﹣共轭，降低了氮的电子云密度，减弱了
它接受质子的能力。故酰胺的碱性极弱或不显碱性，
不能使石蕊变色，但遇强酸（盐酸、硫酸）能成盐
（产物为不溶于乙醚的沉淀）
CH3CONH2＋HCl  CH3CONH2·HCl↓
弱酸性：
由于酰基的吸电性，增加了N―H键的极性，使酰
胺表现出弱酸性，尤其是氮原子同时与两个酰基相连的
二酰亚胺酸性更强，可与强碱作用生成盐。
O
C NH + KOH(aq)
C
O
O
C N- K £« + H O
2
C
O
O
O
RNH2
R C NH2
NH3
Ç¿
Èõ
R C
R C
¼îÐÔ
Èõ
ËáÐÔ
Ç¿
O
NH
3. Hofmann 降解反应
酰胺与溴和碱的水溶液作用，放出CO2, 生成少
一个碳原子的胺, 称为霍夫曼重排(降解）.
RCONH2 + Br2 + NaOH
RNH2 + CO2 + NaBr + H2O
这是制备伯胺的重要方法，例：
(CH 3)3CCH 2COOH
NH3
¡÷
(CH 3)3CCH 2CONH 2 NaOH (CH 3)3CCH 2CH 2NH 2
Br2
£¨94%£©
例：如何由间溴苯甲酸转变为间溴苯胺
CONH2
NH2
Br2, KOH
Br
Br
本章学习要点




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

羧酸衍生物的命名
羧酸衍生物的相互转化及应用
羧酸衍生物的相对反应活性
还原反应
用氢化铝锂还原
（用金属钠 – 醇还原）
Rosenmund 还原
与有机金属试剂的反应
酰胺的酸碱性
Hofmann 降解反应
作业
一.
二.1，2，3，6，7
三.3
五.3
六.1