高中化学竞赛有机专题六羧酸衍生物

1、专题六专题六 羧酸衍生物羧酸衍生物 羧酸衍生物羧酸衍生物一一. 结构、命名与物性结构、命名与物性RCOLRCO-L+RCO-L+ 碳碳-杂原子键具杂原子键具 某些双键性质某些双键性质RCOX R COOCOR R COOR R CONH2(R) RCN 酰卤 酸酐 酯 酰胺 腈 RCOL （X、O、N）sp2 HCNH2 CH3ONH2 HCOCH3 CH3OOHCN: 137.6 147.4ppm CO: 133.4 143.0ppm 酰卤酰卤CH3CH2CHCBrBrOHOOCCClO 2-溴丁酰溴溴丁酰溴 4-( 氯甲酰氯甲酰 )苯甲酸苯甲酸 酸酐酸酐COCO OCH3COCCH2CH3

2、O OHOOCHOOCCOCOO 苯甲苯甲(酸酸)酐酐 乙丙酐乙丙酐 1,2,3,4-环己烷四羧酸环己烷四羧酸 -1,2-酐酐 酯酯 内酯需标明羟基的位次。内酯需标明羟基的位次。 -氯丙酸苯酯氯丙酸苯酯 - -甲基甲基 -丁内酯丁内酯(3-(3-甲基甲基-4-4-丁内酯丁内酯) )ClCH2CH2COOC6H5OH3COOOOH3COHH3CHOH3CH2CHOOHCH3CH3CH3OOCH3OHCH3OCH3OCH3N(CH3)2HO Erythromycin A (红霉素红霉素) AOOOHOHHCHOHOH2C Vitamin C 酰胺酰胺CH3CH2CHCH2CNHCH3CH3OHCN

3、-CH3OCH3COOHNHCOCH3 N,3-二甲基戊酰胺二甲基戊酰胺 N,N-二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺 (DMF) 4-乙酰氨基乙酰氨基-1- 萘羧酸萘羧酸 氮原子上有取代基氮原子上有取代基, 在取代基名称前加在取代基名称前加N标出。标出。 -内酰胺内酰胺 青霉素青霉素 ( penicillin )NHORR-C-NHONOSCH3CH3COOHR=C6H5CH2-(penicillin G) 物理性质（自学）物理性质（自学）1. 的活泼性的活泼性CH3CClOCH2CCl + H+O-CH3COCH3OCH2COCH3 + H+O-CH3CN(CH3)2OCH2CN(CH3)2 + H+

4、O-pka 162530二二. 羧酸衍生物中主要反应基团性能的比较羧酸衍生物中主要反应基团性能的比较 2. 羰基氧的碱性羰基氧的碱性 酯酯或酰胺酸催化时，或酰胺酸催化时，H+加到羰基氧上还是加到烷氧基氧上加到羰基氧上还是加到烷氧基氧上 或氨基氮上或氨基氮上？RCOR+OHRCOROH+H+RCN(CH3)2ORCN(CH3)2+OH电荷转移使羰基氧具有一定的碱性电荷转移使羰基氧具有一定的碱性, 易接受质子。易接受质子。质子化发生质子化发生在羰基氧上在羰基氧上。 羰羰基与烷氧基基与烷氧基不发生不发生p- 共轭，共轭， 质子化发生在哪个原子上质子化发生在哪个原子上？H+RCCH2CH2ORORCO

5、CH2CH2ORH+ORRCORRsp2sp3碱性较强碱性较弱3. 羧羰基的亲核取代反应活性羧羰基的亲核取代反应活性RCOX RCOOCOR RCOOR RCONH2RCOY + Nu-RCO-NuYRCONu + Y-影响反应活性的因素：影响反应活性的因素：1) 与羰基相连的基团与羰基相连的基团(Y) 吸电子能力；吸电子能力；2) 与羰基相连的基团与羰基相连的基团(Y) 空间体积；空间体积； 3) 与羰基相连的基团与羰基相连的基团(Y) 离去能力；离去能力； 4) 反应物稳定化程度。反应物稳定化程度。 离去基团的离去能力：离去基团的离去能力：RCOYRCO-Y+羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序

6、：羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序： RCNRCX RCOCR OO ORCOORRCOOHRCNH2O 三三. 羧酸衍生物的反应羧酸衍生物的反应 1. 亲核取代亲核取代X- RO- H2N-RCOO-亲核加成亲核加成消除消除 总结果：亲核取代。总结果：亲核取代。RCLO+ Nu:-RCLO-NuRCNuO+ L-1) 水解水解 酸、碱催化。生成相应的羧酸。酸、碱催化。生成相应的羧酸。CH3CClO+ H2O-20oC1min.CH3COOH(CH3CO)2O + H2OCH3COOHCH3COOC2H5 + H2OOH-CH3COOH + C2H5OHCH2CONH235% HCl回流CH2C

7、OOH + NH4Cl酯水解反应，键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？酯水解反应，键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？RCORORCORO大多数大多数2o和和 1o醇的羧酸酯的水解发生酰氧键断裂；醇的羧酸酯的水解发生酰氧键断裂； 3o醇的羧酸酯的水解发生烷氧键断裂。醇的羧酸酯的水解发生烷氧键断裂。酸催化：酸催化：RCOROH+RCOR+OHH2ORCOROH+OH2RCOROHOH+H:-ROHRCOH+OH-H+RCOOHRCORO+ OH-RCORO-OHRCOHO+ -ORRCOO- + ROH 碱催化：碱催化：RCOC(CH3)3OH+RC OOHC(CH3)3+RCO + C(CH3)OH+

8、C(CH3)3+ H2OH2OC(CH3)3+-H+(CH3)3COH3o醇的羧酸酯水解：醇的羧酸酯水解：SN1机制机制COOCHCH2CH3CH3COOCCH2CH2CH3CH2CH3CH3(A) (B)试试写出化合物写出化合物(A)和和(B)用用H2O18在酸催化下水解的产物。在酸催化下水解的产物。 2) 醇解醇解(CH3)3CCOHOSOCl2(CH3)3CCClOC2H5OH吡啶(CH3)3CCOC2H5O+ NHClOOO+ 2 CH3OCH2CH2OHH2SO4COOCH2CH2OCH3COOCH2CH2OCH3 形成酯形成酯R CH3 CH2Cl CHCl2 CCl3 CH3CO

9、相对速率RCOOC2H5 , H2O(OH-)，25oC 1 290 6130 23150 7200 R CH3 CH3CH2 (CH3)2CH (CH3)3C C6H5相对速率CH3COOR , H2O(H+)，25oC 1 0.97 0.53 1.15 0.69 COOHCOOHCOOC4H9-nCOOC2H5BrCOOHCOOH-H2OOOOC2H5OHCOOHCOOC2H5SOCl2COClCOOC2H5Br2COClCOOC2H5Brn-C4H9OHCOOC4H9-nCOOC2H5Br酰卤酰卤 -H比酯比酯 -H活泼。活泼。 酯的醇解（酯的醇解（酯交换酯交换）CH3OH（大量）CH3

10、ONa (少量)CH3COOCOOCH3HOCOOCH3 3) 氨氨(胺胺)解解SClONSOH2NHHCOOHOONSOHNHHCOOHOOSOClCClONCH2COOHCH3H3COH+?4) 羧酸衍生物的相互转化羧酸衍生物的相互转化RCClORCOHO SOCl2 or PX3 or PX5H2ORCOCRO ORCOOHor RCOONaRCNH2ORCORORCNRCOROROHNH3(R) 2. 羧酸衍生物的还原反应羧酸衍生物的还原反应C15H31CClOLiAlH4 H2OC15H31CH2OHOOOLiAlH4 H2OCH2OHCH2OH1) LiAlH4酰卤、酸酐和酯被还原

11、成伯醇酰卤、酸酐和酯被还原成伯醇;酰胺和腈被还原成胺。酰胺和腈被还原成胺。CH3CH=CHCH2COOCH31) LiAlH42) H2OCH3CH=CHCH2CH2OH + CH3OHCN(CH3)2OLiAlH4 H2OCH2N(CH3)2CH2CNLiAlH4 H2OCH2CH2NH2 2) Na-ROH 酯酯 伯醇伯醇CH3CHCHCH2CH2COOC2H5NaC2H5OHCH3CHCHCH2CH2CH2OH 3) 羧酸酯的还原缩合反应羧酸酯的还原缩合反应 产物：产物：a-羟基酮羟基酮2 CH3CH2CH2COC2H5 + 4 NaOEt2OH+CH3CH2CH2CCHCH2CH2CH

12、3OOHRCOOR + NaRCORO-RCORO-2RCCRORORO-O-RCCROO2NaRCCRO-O-H+RCHCROHOCH3OC(CH2)8COCH3OO NaH+?OOH4) Rosenmund(罗森孟罗森孟)还原法还原法 酰氯酰氯 醛醛COClH2 , pd-BaSO4硫 喹啉COH3. 酯的热消除酯的热消除CH3COCH2CH2CH2CH3O500oCCH2CHCH2CH3 + CH3COOH 经过环状过渡态经过环状过渡态顺式消除顺式消除(酰氧基与酰氧基与 -H同时离去同时离去)CH2CHCH2CH3 + CH3COOHCH3COOCH2CHCH2CH3 H OCOCH2C

13、HHCH3产物以酸性大、位阻小的产物以酸性大、位阻小的 -H消除为主。消除为主。500oCCH3CHCH2CH2CH3OCCH3OCH2=CHCH2CH2CH3 + CH3CH=CHCH2CH357% 43%CCOCCH3OHHphDphCCphDHph+ CH3COOH 4. Reformatsky,S.(瑞福马斯基瑞福马斯基)反应反应 -羟基酸酯羟基酸酯 醛或酮、醛或酮、 -卤代酸酯、锌，在惰性溶剂中反应。卤代酸酯、锌，在惰性溶剂中反应。O BrCH2COOC2H5+ Zn苯CH2COOC2H5BrZnO+H2OCH2COOC2H5 HOBrCH2COOC2H5 + ZnBrZnCH2CO

14、OC2H5+-CH3CH2CHOCH3CH2CHCH2COOC2H5OZnBrH2OCH3CH2CHCH2COOC2H5OH 2-甲基甲基-3-苯基苯基-3-羟基丙酸乙酯羟基丙酸乙酯CHO + BrCHCOOC2H5CH3+ Zn1) 苯2) H2OCHCHCOOC2H5OHCH3CH3CH2CCH3 + BrCH2COOC2H5O1) 苯2) H2OLiAlH4BCH3CCH3OC+ ZnABCACH3CH2CCH2COOC2H5OHCH3CH3CH2CCH2CH2OHOHCH3OOCH3CH2CH3CH3CH3 凡有酯参与的缩合反应统称凡有酯参与的缩合反应统称Claisen酯缩合反应。酯缩

15、合反应。 两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成 -羰基酯羰基酯。5. 酯缩合酯缩合 (Claisen酯缩合酯缩合)反应反应 1) 酯缩合酯缩合 2 RCH2COOR1) C2H5ONa2) H+RCH2CCHCOORROC2H5O- RCHCOC2H5O-RCH=COC2H5 + C2H5OHO-RCH2COC2H5O RCH2COC2H5O+ RCHCOC2H5ORCH2C CHCOOC2H5O-OC2H5R-RCH2CCHCOOC2H5 + C2H5O-ORRCH2C-CCOOC2H5O R-RCH2C=CCOOC2H5 + C2H5OHO-RH+RCH2C

16、CHCOOC2H5OR2 CH3CH2CHCOOC2H5CH31) (C6H5)3CNa2) H+CH3CH2CHCCCOOC2H5OCH3CH3CH2CH32）交叉酯缩合）交叉酯缩合 3）分子内酯缩合（）分子内酯缩合（ Dieckmann缩合）缩合） 建立五、六元脂环系建立五、六元脂环系 两种不同的酯，其中一个不含两种不同的酯，其中一个不含 -H。CH2COOEtCH2COOEtCH3CH2ONaCOOEtONCOOCH3+ CH3CH2CH2COOEtNaHNCOCHCOOEtCH2CH3COOCH2CH3COOCH2CH3+ C6H5CH2COOC2H51) C2H5ONa2) H+CO

17、OCH2CH3COCHCOOC2H5C6H5 环化方向环化方向 含两种不同含两种不同 -H时时, 酸性较大的酸性较大的 -H优先被碱夺去。优先被碱夺去。CphCH2CH2COOCH3CH3OOCCH2CH2COOCH3CH3ONaphCH3OOCCOOCH3OCH2CH2CH2COOC2H5CH2CHCOOC2H5CH3:B-CH2CH2CHCOOC2H5CH2CHCOOC2H5CH3-COOC2H5CH3OCH2CH2CH2COOC2H5CH2CHCOOC2H5CH3abCOOC2H5O-CH3O-H3CCOOC2H5abOCH3CH3OOOCOOCH3HCH3CH=CH-CCH3OOCH3

18、CH3OOOCOOCH3CHCH2CCH3OCH3Na2CO3Claisen缩合OCH3CH3OOOH3COOCH3CCH3O+ CH3(CH2)4COOC2H51) NaH CH3(CH2)4CCH2CCH3OO2) H+酮的酮的 -H比酯的比酯的 -H活泼。活泼。4) 酮酯缩合酮酯缩合6. 酰胺的酸碱性与霍夫曼降解酰胺的酸碱性与霍夫曼降解NH + NaOHOON-Na+ + H2OOOCH3CNH2ONH OONH OOpka 15.1 9.62 8.3NH OO+ Br2 + NaOH0oCN OOBr + NaBr + H2OHofmann(霍夫曼霍夫曼)降解反应降解反应 酰胺在碱性溶

19、液中与卤素作用，失去二氧化碳，重排得一级胺。酰胺在碱性溶液中与卤素作用，失去二氧化碳，重排得一级胺。RCNH2ONaOH + Br2RNH2RCNH2OBr2OH-RCNHBrOOH-H2OR-C-NOBr-Br-RCONRNCOH2ORNHCOOH-CO2RNH2(CH3)3CCH2CONH2Br2NaOH(CH3)3CCH2NH2Br2NaOHO + 2NH3OOCH2CH2CCOONH4ONH2H2NCH2CH2COO-7. Perkin(普尔金普尔金)反应和反应和Knoevenagel(脑文格脑文格)反应反应 含活泼亚甲基化合物的缩合反应含活泼亚甲基化合物的缩合反应CHO+ CH3CO

20、CCH3O OCH3COONa170oCCH=CHCOOHOHCHO+ CH3COCCH3O OCH3COONaOO（香豆素）CH3CCH2CH2CH3 + CH2COOC2H5O CN吡啶CH3CH2CH2CCCOOC2H5CNCH3CHO+ CH2(COOH)2NH-H2OCH=CHCOOH四四. 酯的烯醇负离子反应酯的烯醇负离子反应1. 在强碱作用下，酯的在强碱作用下，酯的a-位与醛、酮、酰卤、卤代烷等反应位与醛、酮、酰卤、卤代烷等反应CH3COC2H5OLDACH2COC2H5O- Li+-CH2COC2H5OOO- Li+CH2COOC2H5H2OOHCH2COOC2H5LDA: C

21、H NLiCH3CH32CH2COC2H5O- Li+(CH3)3CClO(CH3)3CCCH2COC2H5O-ClO(CH3)3CCCH2COC2H5OO 酮式酮式-烯醇式互变异构烯醇式互变异构 （具有酮和烯醇的双重反应性）（具有酮和烯醇的双重反应性）CH3CCH2COOC2H5OCH3COCHCOOC2H5HOCCHCOHCH3OC2H592.5% 7.5%CH3CH2OCCH2COCH2CH3OOCH3CH2OCCHCOCH2CH3OHO99.9% 0.1%CH3CCH2CCH3OOCH3CCHOHCCH3O24% 76% 成酮分解和成酸分解成酮分解和成酸分解2. 乙酰乙酸乙酯的性质及应

22、用乙酰乙酸乙酯的性质及应用CH3COCH2COC2H5OCH3COCH2COC2H5O成酮分解 成酸分解CH3CCH2COC2H5OO浓NaOHH+2 CH3COOH + C2H5OHCH3CCH2COC2H5OO稀NaOHCH3CCH2CONaOOH+CH3CCH2COHOOCH3CCH3O-C2H5OHCH3CCH2COC2H5OOOH-CH3C-CH2COC2H5O-OHOCH3COOH + -CH2COC2H5OCH3COO- + CH3COC2H5OOH- H+2 CH3COOH + C2H5OH 在合成上的应用在合成上的应用CH3CCH2COOC2H5OC2H5ONaCH3CCHC

23、OOC2H5O-CH3CH2CH2BrCH3CCHCOOC2H5OCH2CH2CH31) C2H5ONa2) CH3ICH3CCCOOC2H5OCH2CH2CH3CH31) 稀OH-2）H+ 3）1) 浓OH-2）H+ 3）ABCH3CCHCH2CH2CH3 BOCH3CH3COOH + CH3CHCOOHCH2CH2CH3ACH3CCH2COOC2H5OCCH3OCH3CCH2COOC2H5OC2H5ONaCH3CCHCOOC2H5O-BrCH2CH2CH2CH2BrBrCH2CH2CH2CH2CHCOOC2H5CCH3OC2H5ONaCH2CH2CH2CH2CCOOC2H5CCH3OBr-COOC2H5COCH31) OH- 2) H+3)CCH3O3. 丙二酸酯的性质及应用丙二酸酯的性质及应用EtOCCH2COEt + EtONaOOEtOCCHCOEtOO- EtOCOCCOOEtHNa+CH2COOC2H5COOC2H5C2H5ONaCHCOOC2H5COOC2H5_CH3CH2BrCH3CH2CHCOOC2H5COOC2H51