Transcript 第十四章羧酸衍生物

第十四章 羧酸衍生物
(Carboxylic Acid Derivatives)
羧酸衍生物：
羧基中的－OH被－X,－OCOR, -OR,－NH2(R)置换而产
生的衍生物。由于腈可水解为羧酸，故一起讨论。
O
R C O R'
õ¥(e s te rs )
O
õ£ÂÈ(acyl halide s )
R C Cl
O
O
R C O C R' ôû(anhydride s )
O
R C NR'R''
R
C
N
õ£°·(am ide )
ë æ(nitrile s )
一
结构、命名、物性
1 .结构
前四类化合物均含C=O，L上有孤对电子，可形成P-π共轭,
故-COL 中C-L键有部分双键性质。用共振式表示为：
O
R C
L
O
O
R
R C
C
L
L
O ¦Ä
O
用离域式可表示为：
R C
R
C
¦Ä
NH2
NH2
¦Ä
O
R C
O R'
O
用离域式可表示为：
R
C
¦Ä
O R'
2. 命名
例：
O
O
O C H(C H3)2
C6H 5 C
±½¼×ËáÒì±ûõ¥
CH3 C
O
CH3 C
ÒÒõ£ÂÈ
Cl
NH2
O
CH3
C N
O
H
CH3 C
O
CH3
ÒÒõ£°·
CH3
N,N-¶þ¼×»ù¼×õ£°·
DMF(N,N-Dim e thyl formamide )
ÒÒôû(ace tic anhydride )
C
O
CH3 C
O
O
O
ÁÚ±½¶þ¼×ôû
N
ÒÒëæ(acetonitrile)
3.物性
◎b.p. 酰氯<相应的羧酸（羧酸可以通过氢键缔合）
酯<相应的酸或（醇）（酸或醇均可通过氢键缔合）
O
H C
O
O
CH3
N
<
H C
NH CH3 <
CH3
( 153¡æ)
( 180- 185¡æ)
H C
NH2
( 210¡æ·Ö½â)
酰胺可通过氢键缔合：
H
O
R
C
N
R'
H
R'
N
O C
R
氮上的H被烃基取代越多，缔合程度减少，b.p.下降。
例：下列化合物，沸点最高的是：
a. CH3COCl
c. CH3COOCH3
b. (CH3CO)2O
d. CH3CONH2
答：d.由于酰胺分子中同时存在着很强的偶极作
用和氢键作用。
◎低级酯具有芳香气味，存在于植物的花果中（如
乙酸异戊酯有香蕉香味）。
二.酰基碳上的亲核取代反应（加成－消除）反应
O
R C
+
L
O
Âý
Nu
¿ì
R C Nu
£¨¼Ó³É£©
L
O
R C
£¨Ïû³ý£©
+
L
Nu
[L=X(酰卤)，OR,(酯)，OCOR(酐),NR2(酰胺)]
[Nu-=OH-(水解),R,O-(醇解),R,COO-(酸解),NH2-(氨解)]
反应是经过四面体中间体，
按加成－消除机理进行的亲
核取代反应。
反应活性次序为：酰卤
>
酸酐
>
酯 >
酰胺
1.水解反应(Hydrolysis)
Í ¨ ʽ:
Á¢¼´·´Ó¦
O
RC O O H+ HC l
R C Cl
O
O
R C O C R'
O
R C O R'
O
R C NH2
2RC O O H
H2O
Ë®½â
¡÷
+
-
H »òOH
¡÷
+
RC O O H+ R'O H
-
H »ò OH
³¤Ê±¼ä»ØÁ÷
RC O O H+ NH3
1.1 酯的水解机理
酯水解过程中有两种C-O键断裂方式:
O
R
C
O
O
R'
õ£Ñõ¶ÏÁÑ
(Ac, Acyl-O xyge n C le avage )
R
C
O
R'
ÍéÑõ¶ÏÁÑ
(Al, Alk yl-O xyge n C le avag
碱催化水解:
BAc2:
机理:
O
R
C
O
O H Âý
R
OR'
C
O
¿ì
R
OR
'
C
OH +
R'O
OH
例子:
O
O
18
C H3C H2C O C H2C H3
+
NaO H
18
C H3C H2C O Na + C H3C H2 O H
18
(ÈôΪÍé Ñõ¶ÏÁÑ, Ôò O Ó¦ÔÚËáÖÐ)
BAl2:
对于RCOOR’中的R位阻很大时,不能用一般方法
水解，固 OH-不易进攻 C=O
例子：
CH3
H3C
CO O CH
3
CH3
+
NaC N
HMPA, 25¡æ
C O O Na + C H3C N
H3C
CH3
CH3
2, 4, 6-Èý¼×»ù±½¼×ËáÄÆ
2, 4, 6-Èý¼×»ù±½¼×Ëá¼×õ¥
机理：
RCO O CH3 +
CN
RCO O +
CH3CN
酸催化水解：
AAc2:
机理：
O
H ¿ì
R
C
O R'
OH
OH
+
R
¿ì
C
H2OÂý
OR'
¿ì
R
C
H2O
R
¿ì
C
O R'
¿ì
O R'
H
OH
R
¿ì
+
C
O R'
O
+
-H ¿ì
R
C
OH
OH
OH
+
H ¿ì
OH
+
-H ¿ì
OH
¿ì
R
¿ì
C
OH
例子：
O
C6H5
C
O
+
18
O C H3 +
H
H2O
C6H5
18
C OH + HO CH3
AAc1:
对于 RCOOR’中R空间位阻很大的酯，如2,4,6-三甲基苯甲酸甲酯不
容易水解(碱催化水解见BAl2)，但若将其溶解在浓硫酸中，然后倒在
冰上，却可以得到相应的酸，机理为:
CH3
CH3
O
CH3
C
CH3
CH3 + H
O
O
¿ì
+
CH3
¿ì
C
CH3
CH3
Âý
CH3
C
O
+
¿ì
C H3O H
CH3
Âý
H2O¿ì
CH3
O
CH3
C
CH3
CH3
O
+
-H ¿ì
C H
H
¿ì
CH3
C
CH3
OH
O
H
CH3
AAl1:
O
例子：
CH3 C
O
O CPh3
+
18
H2O
0. 03mol/LCH3COOH
¶þ¶ñÍé - H 2O
CH3 C
OH
+
Èý±½¼×´¼
ÒÒËá
ÒÒËáÈý±½¼×´¼õ¥
18
H O C Ph3
机理：
O
R
C
O R' +
H
+
¿ì
R
C
Âý
O
R'
¿ì
¿ì
¿ì
R' + H2O
OH
OH
R'
Âý
+
O
H
H
R
C
O +
R'
总结：
BAc2
BAl2
AAc2
AAc1
AAl1
1.2 腈的水解
例子：
HCl, 50¡æ
O
C6H5C H2 C NH2
±½ÒÒõ£°·
C6H5C H2C N + H2O
±½ÒÒëæ
H2SO4, 100¡æ
3h
C6H5C H2C O O H
±½ÒÒËá
即腈水解时先生成酰胺，再继续水解成羧酸。
机理：如碱性水解
R
C
+
N
OH
R
C
H2 O
N
(-OH )
OH
H3C
C
HO
NH
R
C
O
NH2
2. 醇解反应（Alcoholysis）
RC O O R"+
RC O C l
(RC O )2O
RC O O R'
RC O NH2
RC O O R"+ RC O O H
R"OH
´¼½â
HC l
õ¥½»»»
RC O O R"+ R'O H
RC O O R"+ NH3¡ü
2.1 酯的醇解
酯与醇反应，生成新的酯和醇，称为酯交换或酯基转移
（transesterification）。
例1：
O
O C CH3
O
O
CH3 C
O
C
p-CH3 C6 H4 SO3 H
CH2 +
+
¼ÓÈÈ,12h
CH3
OH
CH3
C
O
CH3
例2：
CH
O
CH3 OH
C H2 CH
CH2
n
OCOCH
3 OCOCH
3
CH CH2 CH CH2
n
OH
OH
OH
¾ÛÒÒËáÒÒÏ©õ¥
+ nC H3 C O C H3
¾ÛÒÒÏ©´¼
(άÄáÂÚµÄÖмä²úÎï)
2.2 酰氯的醇解
酰氯与醇或酚迅速作用生成相应的酯。
例：
CH
3
O
CH3 C
O
Et2 O, C 5 H5 N
Cl + HO
CH3
CH3
´ß»¯¼Á
C
O
+ C5H5N. HC l
ßÁà¤ÑÎËáÑÎ
CH3
(CH3COOHÓë·Ó²»ÄÜÖ±½Óõ¥»¯µÃµ½¸Ã²úÎï)
缚酸剂（中和生成的酸）
吡啶的作用：
CH3
2.3 酐的醇解：
例：
C2 H5
O
C
C
O
O
+
2C4H9 C HC H2O H
CO O CH
2C HC4H9
CO O CH
2C HC4H9
C2H 5
C2 H5
ÁÚ±½¶þ¼×Ëá¶þÐÁõ¥(DOP)
(¾ÛÂÈÒÒÏ©ËÜÁÏÓõĴó¶ÖλÔöËܼÁ, Õ¼ÔöËÜÊÐ
80%)
3.酸解反应（Acidolysis）
3.1 酰氯的酸解
例1：
CO Cl
CO Cl
O
O
+
2RC
¼ÓÈÈ
OH
R
O
C
O
C
R
+ C O+ C O2+ 2HC l
ôû
²ÝËá¶þõ£ÂÈ
O
R
C
O
O
O
C
C
O
O
C
R
例2：
O
O
Cl
C
Cl
+
Cl
C
OH
O
C5 H 5 N
Cl
C
O
2
¶ÔÂȱ½¼×õ£ÂÈ
¶ÔÂȱ½¼×Ëá
¶ÔÂȱ½¼×ôû
3.2 酐的酸解
O
例1： (C H3C O )2O +
C
O
C
H + CH3
C
OH
¼×ÒÒôû
例2：
H3C
CH3
CH3
COOH
+
CH3
HO
CH3
25¡æ
CH3
COO
CH3
H3C
O
C
O
O
+
OH
O
C
(»îÐÔ´ó)
CH3
(CF3 CO)2 O
CH3
注：该直
接酯化难
进行，但
三氟乙酐
与羧酸生
成的混酐
为良好酰
化剂。
CH3
HC O O H
O
O
(C F3C O )2O
C
O
C
HO
COO
C F3
CH3
CH3
例3：
O
2 C6 H 5 C
OH
±½¼×Ëá
+
¼ÓÈÈ
(C H3C O )2O
ÒÒôû
实际上乙酐起脱水剂作用
(C6H5C O )2O
±½¼×ôû
+
2 C H3C O O H
ÒÒËá
4.氨解反应（Ammonolysis）
酰氯、酸酐和酯均为N-酰化剂 （当然也作O-酰化剂，见醇解反应）。
例1：
CO Cl
+
H2 O, NaOH
C O NHC H
2C O O H + HCl
NH2C H2C O O H
ÂíÄòËá(ΪҽҩºÍȾÁϵÄÖмäÌå)
例2：
(C H3C O )2O
例3：
+ H2N
C H(C H3)2
C H(C H3)2
C O NHC H3
CO
CH3 NH2
CO
¼ÓÈÈ
O
N
CO
例4：C H3 O
C H3C O NH
CO O H
C O O C2H5
+
CO
NaH, DMSO
C6H5NH2
C H3 O
CH3
O
C NHC6H5
三．与有机金属化合物的反应
1. 酰氯、酯、腈与格氏试剂的反应
RC O C l +
R
R'MgX
C
R'
¢ÙR'MgX
R'
R
¢ÚH3O
O
C
R'
R"
¢ÙR"MgX
RCO O R'+ R"MgX
R
C
R"
OH
R
¢ÚH3O
C
OH
R"
O
O
R
C
N
+
R'MgX
R
C
NMgX
H2 O
Ë®½â
R'
2．酰氯与二烃基铜锂的反应
RC O C l
O
R'2CuLi
R
C
R'
R
C
R'
四. 还原反应
1. 用LiAlH4还原
RC H2O H + R'O H
RC O O R'
LiAlH4
RC O C l
RC H2O H
RC O NH2
RC H2NH2 £¨²®°·£©
RC N
RC H2NH2 £¨²®°·£©
2. 用其它试剂还原
如:
RC O C l
+
RC O C l
RC O O R'
H2
5% Pd/B aSO4
(CH3 )2 C6 H4 , ¼ÓÈÈ
LiHAl(OC4 H9 -t)3
Na/ROH
RC HO
Rose nm und
»¹Ô-
RC HO
RC H2O H
+
R'O H Bouve ault-Blanc
·´Ó¦
(²£ÎÖ-²¼À¼)
五、Ritter反应
Àý1: д ³ ö»úÀí
H
+
C H3C O NHC (C H
3)3
(C H3)3C O H + C H3C N
½â£º
(C H3)3C O H
+ H2O
-H
+
+H
+
(C H3)3C
- H2O
C H3 C
OH
N
+
C (C H3)3
+ C H3 C N
+
C H3 C N C (C H3)3
C H3 C NHC (C H3)3
O
H2O
O H + (C H3)3C
C H3 C
NH2
¼´ ½øÒ»² ½Ë®½â¿ÉµÃµ½°·
O
³ ÆΪ Ri t t er · ´ Ó¦ £¬µ«ÓÃÓÚ°· ÖƱ¸ Π޶ഠóÒâÒ壬Òòõ£°· Ë®½â² »Ò×£¬ÔÙ˵Ҳ ¿É
-O H
-Br
NH3
-NH2
Àý2£º
+
(C H3)3C O H
+
C2H 5 C
N
´ ð£º
C2H 5
C
O
NHC (C H3)3
H
£¿
六. 烯酮(Ketenes)
烯酮是结构与累积二烯烃相似的羰基化合物:
H2C
C
ÒÒϩͪ
O
R'
C
C
ÆäËüϩͪ
O
R"
1.制备
乙烯酮:
O
C H3 C OH
¡÷
H2C
C
O
+
H2O
ÒÒϩͪ(ôÈËáµÄÄÚôû)
¶þ¾Û
H2C
C
O
H2C
C
O
¶þ¾ÛÒÒϩͪ(˫ϩͪ)
(C H3)2 C
C
Br
其它烯酮:
O
+
¡÷
Zn
C
+
O
Zn Br2
Br
¶þ¼×»ùÒÒϩͪ
2-äå- 2-¼×»ù±ûõ£äå
(¦Á-±´úËáµÄõ£Â±)
C H3C H2C O C l
±ûõ£ÂÈ
+
R3N
¡÷
Êå°·
2.反应
ROH
C
O
+
C H3 C H C
O
+
R3NHC l
¼×»ùÒÒϩͪ
H2O
H2C
(C H3)2C
CH3 COOH
ÒÒϩͪ
NH3
O
CH3 C
O
CH3 C
O
CH3 C
O
CH3 C
OH
OR
O
O
C
NH2
CH3
O
故乙烯酮为理想的乙酰化试剂，引入
CH3 C
机理:
H2C
C
H
O
+
H 2C
C
OH
Nu
»¥±äÒì¹¹
H 2C
C
O
CH3 C
H
Nu
H2C
C
Nu
O
O
+
H2C
˫ϩͪ
C
O
C2H 5O H
CH3
C
O
CH2 C O
O
ÒÒõ£ÒÒËáÒÒõ¥
C2H5
七.过酸和二酰基过氧
过酸 (peroxy acids)
¾ù¿ÉÊÓΪ¹ýÑõ»¯ÇâµÄõ£»ùÑÜÉúÎï
二酰基过氧 (diacyl peroxides)
H
O
O
H
O
O
¹ýÑõ»¯Çâ
O
CH3 C
O
C6 H5 C O
O
¹ýÒÒËá
H
O
C
C6 H5
¶þ±½¼×õ£¹ýÑõ
1.过酸的反应
1.1 酸性
小于相应的羧酸
O
因为:
R
O
H
C
O
R
C
O
+
O
·Ö×ÓÄÚÇâ¼ü
H
O
²»Îȶ¨(Ò×·Ö½â·Å³ö O2)
1.2 烯烃的氧化
O
+
C6 H5 C O O H
H
CH2 Cl2
O +
C6 H5 C O O H
H
»·Ñõ»¯Îï
H3 O
+
OH
OH
1.3 醛酮的氧化
¹ýËá
C HO
COOH
O
¹ýËá
C
C
O
O
O
Bae ye r-Villige
r
Ñõ»¯£¨ÖØÅÅ£©
O
例:
O
O
O
CH3
+
C6H5 C O OH
CH2 Cl2
O
机理:
R
R
C
R
O
O
+
HO O
C C6H5
R
CH2
+
C
O O
C C6H5
OH
O
R
R
C O
O
C
C6H5
R
C
O
R
+
O C C6H5
+
OH
HO
O
R
O
ÖØÅÅ
C
O
R
+
O
C6H5 C OH
烷基迁移次序:H > 叔烷基 > 仲烷基,苯基 > 伯烷基 > 甲基
八、 β-酮酸酯
β-酮酸酯：
R
活性亚甲基有酸性，易失
去质子成为碳负离子亲核
试剂，可通过亲核取代引
入其它基团。
C CH2 COOR'
O
活性亚甲基
1、β-酮酸酯的制备
例1：
O
O
2 CH3
C
OEt
乙酸乙酯
(1) NaOEt, EtOH
(2)CH3COOH,H2O
CH3
C CH2
O
C
乙酰乙酸乙酯
OEt + EtOH
机理：
O
CH3
CH3
O
C
OEt + EtO-
O
O
C
+ CH2
CH2
C
O
OEt
-O-Et
OEt
O-Et
-HOEt
O
CH3
OEt + EtOH
C CH2 C OEt
CH3
OEt
C
O
O
C
CH2
OEt
O
C CH2 C
O
CH3
OEt
C
O
CH C
OEt
CH3COOH
O
CH3
C CH2
O
C
OEt
此为分子间缩合之自身缩合
例2：C H
O
6 5
C
OEt + CH3COOEt
无α-H
O
(1)NaOEt, EtOH
(2)H3O+
此为分子间缩合之交叉缩合
C6H5
C
CH2COOEt
CH2COOC2H5
COOC2H5
例3：
EtONa
+
CHCH3
COOC2H5
O
EtOH
COOC2H5
O
CH2COOC2H5
水解
脱羧
△
例4：
O
C
CH2
CH2
COOC2H5
O
CH3
O
OEt
(1)EtONa
CH2 COOEt
CH2
C6H5
C
COOEt
O
OEt +
此为
分子
内酯酯缩
合
O
(2)H3O+
O
例5：
此为
双酯
之交
叉缩
合
CH3
O
O
(1)EtONa
C6H5
C
CH3
(2)H3O+
C6H5
C
CH2
β－二酮
C
C6H5
此为酮酯缩合
（分子
间）
2、β-酮酸酯的反应
◎烃化和酰化
O
O
C
CH2 C
NaOEt
CH3
OEt
CH3
乙酰乙酸乙酯（β-酮酸酯）
H3C
C
O
RCOCl
H3C
C
C
CH
C
OEt
碳负离子（烯醇盐）
O
O
RX
O
O
CH
C
R
OEt C-烃化产物
O
CH
C
OEt C-酰化产物
R C O
烯醇盐共振式：
O
O
C
CH3
O
C
CH
OEt
CH3
O
C
C
CH
OEt
CH3
O
O
C
C
CH
OEt
Na+
◎β-酮酸酯的水解
R
O
O
C CH2
C
OEt
R
O
O
C
CH2 C
成酮水解(稀碱)
成酸水解(浓碱)
O
R
O
例：
C
O
(1)KOH(稀，冷),H2O
CH3 C CH2 C OEt
O
CH3
RCOOH+CH3COOH 羧酸
CH3 甲基酮
O
+
(2)H3O
O
C CH2 C OEt
OEt
CH3
O
C CH2 C OH
(1)KOH(浓),EtOH
+
(2)H3O
2 CH3COOH
O
100℃
-CO2
CH3
C CH3
（丙酮）
（乙酸）
机理：
O
O
O
CH3 C CH2 C OEt + OH-
CH3
O
C CH2C OEt
OH
CH3COOH + CH2COOEt
CH3COO
O
+ CH3COOEt
O
CH3COEt +
OH-
CH3
C OEt
OH
CH3COO
+ EtOH
BAC2
CH3COOH + OEt
3、 乙酰乙酸乙酯合成法和丙二酸酯合成法
◎乙酰乙酸乙酯合成法
O
CH3
C
O
O
CH2
NaOEt
C
O
RX
OEt
CH3
C
CH
C
OEt
R
-
稀OH
O
+
H3O
△
CH3
C
CH2
R
一取代丙酮
O
同样还可以合成：
CH3
C
CH
R'
R
二取代丙酮
例：用乙酰乙酸乙酯法合成下列化合物:
O
CH3
O
C CH CH2 CH2 CH3
CH3 C CH2 CH2 C6H5
解：前者为一取代丙酮：
后者为二取代丙酮
CH2 CH3
O
CH3 C CH2
O
CH3 C CH
CH2 C6H5
CH2CH2 CH3
CH2 CH3
RX可为C6H5CH2Br
RX为CH3CH2Br，
R’X为CH3CH2CH2Br
◎其它β-酮酸酯在合成中的应用
例1：
O
CH2CH2CO2Et
O
O
H
NaOEt
CO2Et
NaOEt
CH2CH2CO2Et
R
稀OHCO2Et
RX
R
+
H
△
环状β-酮酸酯
同理，β-二酮也可用于有机合成
例2：2006/10/11
O
CH2 C CH3
NaOEt
CH2
CH2 CO2C2H5
O
O
H
NaOEt
H
O
RX
O
R
H NaOEt
O
R'X
R
R'
O
◎丙二酸酯合成法
CH2(COOC2H5)2 NaOEt
RX
R-CH(COOC2H5)2 稀OH
H3O+
△
CH2COOH
R
一取代乙酸
同理，可合成:
R' CHCOOH
二取代乙酸
R
(CH2)n
CHCOOH
环酸（n=3，4，5，6）
例：从丙二酸二乙酯合成环戊基甲酸
CH2(CO2Et)2
(1) EtONa,EtOH
(2)BrCH2(CH2)2CH2Br
CO2Et (1) KOH,EtOH
CO2Et (2)H3O+,△
COOH
环戊
基甲
酸
课堂练习
一、（武汉理工大学，2004）将下列各组化合物按
指定性质排序：
（1）酸性
（A） 乙酸
（B）氯乙酸
（C） 苯酚
（D）三氯乙酸
（2）与与水的反应活性
（A）乙酐
（B）乙酰氯
（C）乙酰胺 （D）乙酸乙酯
二、(武汉大学，2002)如下反应步骤中，反应产物
d的结构式应为（ ）.
C O O HSOCl2
a
LiAlH(OB u-t)3
HCN
b
H
c
+
d
H2O
(A)
(C )
C H2 C O O H
(B)
CH COOH
OH
(D)
C H2
C H NO H
C COOH
O
三、（厦门大学，2002）
¢Ù LiAlH4
H3C
H3C
N
H
O
¢Ú H2O
四、（武汉理工大学，2004）
C O NH2
P2 O 5
五、（华中科技大学，2003）
C H2C H2C H2C N
H3 O
+
¡÷
¡÷
OH
答案：
一、
（1）（D）＞（B）＞（A）＞（C）
（2）（B）＞（A）＞（D）＞（C）
三、
四、
五、
CN
二、(C)
H3C
CH 2CH 2CH 2COOH
H3C
OH
N
H
O
O
Thank you for your attention!