沈阳药科大学-有机化学-电子教案第十二节

1、 主要内容主要内容第一节第一节 羧酸衍生物的结构和命名羧酸衍生物的结构和命名第二节第二节 羧酸衍生物的物理性质羧酸衍生物的物理性质第三节第三节 羧酸及其衍生物的化学性质羧酸及其衍生物的化学性质第四节第四节 羧酸衍生物的制备羧酸衍生物的制备第五节第五节 乙酰乙酸乙酯在合成上的应用乙酰乙酸乙酯在合成上的应用第六节第六节 丙二酸二乙酯在合成上的应用丙二酸二乙酯在合成上的应用第七节第七节 碳酸及原酸衍生物碳酸及原酸衍生物RCOOHRCOXRCOORCOORRCONH2(R)CRO酰卤酸酐酯酰胺第一节第一节 羧酸衍生物的结构和命名羧酸衍生物的结构和命名一、一、 分类与结构分类与结构1. 分类分类 碳碳-

2、杂原子键具杂原子键具 某些双键性质某些双键性质2. 结构结构RCOL （X、O、N）sp2RCOLRCO-L+RCO-L+ HCNH2 CH3ONH2 HCOCH3 CH3OOHCN: 137.6 147.4ppm CO: 133.4 143.0ppm 1. 酰卤的命名酰卤的命名:普通命名法：普通命名法： -溴丁酰溴溴丁酰溴 对氯甲酰苯甲酸对氯甲酰苯甲酸IUPAC 命名法：命名法： 2-溴丁酰溴溴丁酰溴 4-氯甲酰苯甲酸氯甲酰苯甲酸二、二、 羧酸衍生物的命名羧酸衍生物的命名CH3CH2CHCBr HOOCBr OCOCl2-Bromobutyryl bromide 4-Chlorocarbon

3、ylbezioc acid 在命名时可作为酰基的卤化物，在酰基后加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。卤素的名称即可。2. 酸酐的命名酸酐的命名单酐：在羧酸的名称后加酐字；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；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。环酐：在二元酸的名称后加酐字。CH3COCCH3 CH3COCCH2CH3O OO OOOOAcetic anhydride Aceticpropionic anhydride Succinic anhydride IUPAC 命名法：命名法： 乙酸酐乙酸

4、酐 乙丙酸酐乙丙酸酐 丁二酸酐丁二酸酐3. 酯的命名酯的命名 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。位置。IUPAC 命名法：命名法： 乙酸苯甲酯乙酸苯甲酯 2-甲基甲基-4-丁内酯丁内酯CH3COCH2C6H5OOOH3CBenzyl acetate 2-Methyl-4-butyrolactone4. 酰胺的命名酰胺的命名命名时把羧酸

5、名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可；命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可；(CH3)CHCNH2 CH3CH2CHCH2CN(CH3)2OO2-Methylpropanamide N,N,3-dimethylpentanamideIUPAC 命名法：命名法： 2-甲基丙酰胺甲基丙酰胺 N,N,3-二甲基戊酰胺二甲基戊酰胺*酰亚胺酰亚胺*内酰胺内酰胺6. 多官能团化合物的命名多官能团化合物的命名优先次序：优先次序：取代基名称：取代基名称：RCO2H RSO3HR(CO)2O RCO2R RCOX RCONHR RCN RCHO RCOR ROH ArOH RNHR-CO2CH3 甲

6、氧甲酰基甲氧甲酰基 -OCOCH3 乙酰氧基乙酰氧基 -CONH2 氨基甲酰基氨基甲酰基 -NHCOCH3 乙酰氨基乙酰氨基 -COCl 氯甲酰基氯甲酰基 -CN 氰基氰基 第二节第二节 羧酸衍生物的物理性质羧酸衍生物的物理性质 低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体，高级的低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体，高级的为固体；为固体； 低级的酯具有芳香的气味，可作为香料；十四碳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；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；固体；而

7、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；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；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；酯在水中溶解度很小； 低级酰胺可溶于水。低级酰胺可溶于水。羧酸衍生物化学性质羧酸衍生物化学性质酰基上的亲核取代酰基上的亲核取代RCOLNuRCONu+L取代过程：取代过程：RCOLNuRCONu+LRCONuL亲核加成消除亲核取代的速度：亲核取代的速度：RCOXRCOORCOORRCONH2(R)CRO从两方面进行分析（从两方面进行分析（ 即分别考虑加成和消除二步）即分别考虑加成和消除二步） ：（1）由羰基的亲电性分

8、析（亲核加成步骤）由羰基的亲电性分析（亲核加成步骤）RCOXRCOORCOORRCONH2(R)CRO羰基的亲电性（与亲核试剂的反应活性）次序：羰基的亲电性（与亲核试剂的反应活性）次序：RCOL电负性：Cl O N 诱导作用XOORNH2(R)CRORCOORRCOORRCONH2RCONH2RCOXRCOX（贡献较小）（贡献较大）共轭作用羰基的亲电能力减小（2）由离去基团的性质分析（消除步骤）由离去基团的性质分析（消除步骤）羧酸衍生物酰基上的亲核取代反应羧酸衍生物酰基上的亲核取代反应RCOLRCOOHH2OH+ or OH水解反应ROHH+ or ORRNH2RMLiHAl(OPri )3或

9、 其它试剂醇解反应胺解反应还原反应RCOORRCONHRRCORRCOH酯酸酰胺酮醛一定条件一、一、 羧酸衍生物的水解反应羧酸衍生物的水解反应RCOOHH2OH+ or OHRCOL+HL酰氯酸酐酯酰胺易反应，直接与水反应较易反应，H+ 或 OH 催化更快需 H+ 或 OH 催化, OH 用量 化学计量时,反应进行完全需使用化学计量的 H+ 或 OH1. 酰氯的水解酰氯的水解RCOOHH2O+HClRCOClH2ORCOClH2ORCOClOHRCOHClRCOHOH- Cl- HClRCOOH易进行 Cl机理：机理：RCOOHH+ or OHRCOOCROH2O2使反应加快2. 酸酐的水解酸

10、酐的水解3. 酯的水解酯的水解RCOOHH+ or OHRCOORH2OHOR+ 酯的酸性水解机理（羧酸酯化反应的逆反应）酯的酸性水解机理（羧酸酯化反应的逆反应）机理机理 (a):H2ORCOHORH2ORCOHORRCOHOH- HORRCOOHRCOOR- HHHORCOHORH机理机理 (b)；RCHOOHORRCOOHRCOORHRRR烯烃 如何证明这两种可能的机理？如何证明这两种可能的机理？ 这两种机理分别适合于何种结构的酯类？这两种机理分别适合于何种结构的酯类？ 酯的碱性水解机理（皂化反应）酯的碱性水解机理（皂化反应）RCOOHRCOORRCOORHOROHRCOO+OR OH碱用

11、量碱用量 化学计量，反应可进行完全。化学计量，反应可进行完全。4. 酰胺的水解酰胺的水解RCOOHRCONHRH2OH3NR+H+ or OH 的用量均须大于化学计量H+RCOORCONHRH2OH2NR+OHRCOHOHRCOOHHORCOHNHRHNH2R+NH3RH2ORCOHNHRH2ORCOHNHRRCONHRHH酰胺的酸性水解机理酰胺的酸性水解机理酰胺的碱性水解机理酰胺的碱性水解机理RCOOHRCONHRH2NROHRCOO+NHRRCONHR OH RNH - 的离去能力比的离去能力比OH - 差，但反应仍能进行完全，差，但反应仍能进行完全， 试说明原因。试说明原因。二、羧酸衍生

12、物的醇解反应二、羧酸衍生物的醇解反应1. 酰氯的醇解反应（用于通过酰氯制备酯）酰氯的醇解反应（用于通过酰氯制备酯）ROHRCOORRCOCl+Et3N or 吡啶Et3NHClNHClor优点：反应完全，产率好。优点：反应完全，产率好。ROHRCOORRCOClEt3N or 吡啶RCOOHSOCl2 碱的作用碱的作用: 吸收产生的吸收产生的 HCl 和和 催化催化2. 酸酐的醇解反应（合成上用于制备酯）酸酐的醇解反应（合成上用于制备酯）RCOOHRCOOCROROHRCOOR+C2H5OHSCH2OH(CH3CO)2OCH3COONaSCH2OC CH3OOOOCOOEtCOOH二酸单酯CO

13、OEtCOOEt3. 酯的醇解反应（酯交换反应）酯的醇解反应（酯交换反应）RCOORRCOORROHH+or RO+ROH 反应可逆，用过量的醇反应可逆，用过量的醇 R”OH 和除去生成的醇和除去生成的醇 ROH 使反应进行完全。使反应进行完全。 酸或碱对反应是必需的酸或碱对反应是必需的 反应机理？（参考酯的水解机理）反应机理？（参考酯的水解机理）H2CCH COOCH3n-BuOHTsOHH2CCH COOBun+CH3OH蒸 除OCOHOCH3NaOCH3CH3OOHCOCH3OCH3COOCH3+CHCH2CHCH2OAcOAcnCH3OHOHCHCH2CHCH2OHOHn聚乙烯醇不溶于

14、水, 不能直接水解选择性酯交换CCH3O例：例：4. 酰胺的醇解反应酰胺的醇解反应RCOORRCONHRROHH+or RO+RNH2NHR的离去能力比OR差）合成上意义不大（合成酯类化合物的方法有更好的方法）*反应相对不易进行（因为三、三、 羧酸衍生物的胺解反应羧酸衍生物的胺解反应1. 酰氯的胺酰氯的胺(氨氨)解解RNH2RCONHRRCOCl+Et3N or 其它碱Et3NH Cl2. 酸酐的胺酸酐的胺(氨氨)解解RCOOHNEt3RCOOCRORNH2RCONHR+Et3N or其它叔胺 酰氯和酸酐的胺解是制备酰胺的主要方法酰氯和酸酐的胺解是制备酰胺的主要方法 比较比较: 直接由羧酸制备

15、酰胺直接由羧酸制备酰胺RCONHRRNH2RCOONH3RRCOOH- H2O反应产率较差反应产率较差ArNH2CH3COClor (CH3CO)2OArNHCOCH3氨基的保护例例:3. 酯的胺酯的胺(氨氨)解解RNH2RCONHRRCOOR+HOR条件：无水、过量胺4. 酰胺的胺解酰胺的胺解RNH2RCONHRRCONHR+HNHR胺的交换羧酸衍生物的相互转换关系羧酸衍生物的相互转换关系RCOOHRCOORRCONHRRCOClRCOOCROH2OSOCl2RCOOHROHP2O5H2ORNH2ROHNH2RRNH2,H2O, H+ or OH-ROH, H+RNH2ROHH2O, H+

16、or OH-四、四、 羧酸衍生物与金属有机试剂的反应羧酸衍生物与金属有机试剂的反应RMgXRCORRCOLRMgXRCOHRR酮叔醇(1 mol RMgX)(2 mol RMgX)1. 与与 RMgX (活泼金属有机试剂活泼金属有机试剂)的反应：的反应：反应能否控制在中间体酮？反应能否控制在中间体酮？ 反应机理：反应机理：RRCOLMgXRRCOLMgXRCORRMgXRRCORMgXH2ORRCOHRAB如何控制至酮？如何控制至酮？* 利用酰氯羰基的活性利用酰氯羰基的活性 * 利用反应中间体利用反应中间体 A 的一定的稳定性的一定的稳定性H2ORCORRRCOHL2. 与与 R2Cd 和和

17、与与 R2CuLi （不活泼金属试剂）的反应不活泼金属试剂）的反应RCOClH2ORCORR2CdR2CuLiH2OR2CuLiRCORRCOORR2Cdor不反应or五、五、 羧酸衍生物的羧酸衍生物的 还原反应还原反应RCOLRCH2OHLiAlH4RCONH2H2O酰氯，酸酐，酯LiAlH4RCH2NH2RCOHLiAlH4伯 醇伯 胺1. LiAlH4 及其衍生物及其衍生物 LiAlH(OPri)3 还原还原RCOClLiAlH(OPri)3RCOHH2O醛RCOHLiAlH(OPri)3反 应 较 慢2. 催化氢化还原催化氢化还原-罗森孟德反应罗森孟德反应RCOClRCOORRCH2O

18、HRCOHH2, Pd-BaSO4, 硫 - 喹啉Rosenmund 反应H2, CuO CuCrO4工业化3. 金属钠还原金属钠还原RCOORRCH2OHNa, N2乙醚 or 甲苯NaROHRCORCHOHBouveault 还原acyloin 缩合 （酮酮醇醇缩缩合合）六、六、 酯缩合反应酯缩合反应 酯的酰基化酯的酰基化RCH2CORORCHCORORCH2COCHCORORH+HOROR -羰基酯Claisen （酯）缩合（两个相同酯之间的缩合）酯）缩合（两个相同酯之间的缩合）碱碱 用用 量量大大于于化化学学计计量量：反反应应可可进进行行完完全全（为为什什么么？） 催催 化化 量量：

19、反反应应可可逆逆（为为什什么么？）其其它它常常用用碱碱（弱弱亲亲核核性性强强碱碱）NaH, NaNH2, LDA, Ph3CNa, t-BuOK 酯中的酯中的 - H显弱酸性显弱酸性,在醇的作用下可与另一分子酯发在醇的作用下可与另一分子酯发生类似与羟醛缩合的反应生类似与羟醛缩合的反应,称为称为Claisen （酯）缩合反应酯）缩合反应Claisen 缩合举例缩合举例CH3COOC2H52（1）Na / C2H5OHCOOC2H5CH3CO乙乙酰酰乙乙酸酸乙乙酯酯（2） 50% HOAcCH2NaOC2H5CH3(CH2)3COCHCO2C2H5CH2CH2CH32CH3CH2CHCO2C2H5

20、CH3Ph3C NaCH3CH2CHCCH3COCH3CH2CH3CO2C2H52CH3(CH2)3CO2C2H5Claisen 缩合机理缩合机理RCHCOORHRORCHCOORRCH2COORRCHCOORRCH2COORCCOORRCH2CORHROCCOORRCH2COR较较稳稳定定的的烯烯醇醇负负离离子子RO混合酯缩合混合酯缩合CH2COOC2H5RCH2COOC2H5R+碱碱四种产物无合成意义均有 氢CH2COOC2H5RRCOOC2H5强强碱碱（化化学学计计量量）R 无 氢CHCOOC2H5CORR产物单一CHCOOC2H5R混合酯缩合举例：混合酯缩合举例：CH2CO2EtCH2

21、CO2Et+CO2EtCO2EtNaOEtHCCO2EtH2CCO2EtCOCO2EtNCO2C2H5CH3(CH2)2CO2Et+NCOCHCO2EtCH2CH3NaH七、七、 酰胺的特性酰胺的特性1. 酰胺的酸碱性酰胺的酸碱性 CH3CH3 CH2=CH2 NH3 CH CH C2H5OH H2OpKa 50 40 34-35 25 16 15.7OCH3CNH2SO2NH2NHOONHOOpka 10 9.62 8.315.1中性中性弱酸性弱酸性碱性碱性七、七、 酰胺的特性酰胺的特性1. 酰胺的酸碱性酰胺的酸碱性Gabriel合成法合成法2. Hofmann(霍夫曼霍夫曼)降解反应降解反

22、应 RCNH2ONaOH + Br2RNH2RCNH2OBr2OH-RCNHBrOOH-H2OR-C-NOBr-Br-RCONRNCOH2ORNHCOOH-CO2RNH2(CH3)3CCH2CONH2Br2NaOH(CH3)3CCH2NH2Br2NaOHO + 2NH3OOCH2CH2CCOONH4ONH2H2NCH2CH2COO-羧酸羧酸NH3铵盐铵盐酰胺酰胺100o200oC -H2OH2O 40o50oC -H2O腈腈H2O3. 脱水反应脱水反应酰胺与强的脱水剂共热可脱水生成睛酰胺与强的脱水剂共热可脱水生成睛, ,这是制备腈的方法之一这是制备腈的方法之一第四节第四节 羧酸衍生物的制备羧酸

23、衍生物的制备一、一、 由羧酸制备由羧酸制备二、二、 由羧酸衍生物之间的相互转化制备由羧酸衍生物之间的相互转化制备三、三、 贝克曼重排贝克曼重排(Beckmann rearrangement)酮肟在酸性试剂作用下酮肟在酸性试剂作用下,重排为重排为N-取代酰胺取代酰胺,称为称为贝克曼重排贝克曼重排一、一、 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.

24、9% 0.1%CH3CCH2CCH3OOCH3CCHOHCCH3O24% 76%第五节第五节 乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯在合成中的应用在合成中的应用1. 乙酰乙酸乙酯的酮式分解乙酰乙酸乙酯的酮式分解CH3C-CH2-COC2H5OO乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯CH3C-CH2-C-OC2H5O-O-OHOHH+-CO2CH3C-CH3OCH3C-CH2-COHOO-OH（稀）稀）二、二、 酮式分解和酸式分解酮式分解和酸式分解2. 乙酰乙酸乙酯的酸式分解乙酰乙酸乙酯的酸式分解CH3C-CH2-COC2H5OOCH3C-CH2-C-OC2H5O-O-OHOHCH3-COHO+ -CH2-COH + C2

25、H5O-OH2OH2OCH3-COHOC2H5OH-OH（浓）浓）三、乙酰乙酸乙酯的三、乙酰乙酸乙酯的-烷基化、烷基化、 -酰基化酰基化CH3C-CH-COC2H5OOCOCH3CH3CCHCOC2H5OOCH3CCHCOC2H5OOCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3COCCH3O OCH3COOC2H5C2H5ONa-C2H5OHNa+CH3INaH-H2Na+CH3COClCH3CCH2COC2H5OOCH3C-CH-COC2H5OOCH3四、乙酰乙酸乙酯在合成中的应用实例四、乙酰乙酸乙酯在合成中的应用实例eg 1: 以乙酸乙酯为原料合成以乙酸乙酯为

26、原料合成4-苯基苯基-2-丁酮丁酮CH3CCHCOOC2H5ONa+CH3CCHCOOC2H5OCH2C6H5CH3CCHCOOHOCH2C6H5CH3CCH2CH2C6H5OCH3COOC2H5RONa (1mol)C6H5CH2Cl1 稀稀OH -2 H+-CO2CH3CCH2CH2C6H5Oeg 2: 选用不超过选用不超过4个个碳的碳的合适原料制备合适原料制备CH3CCHCOOC2H5O(CH2)4BrBrCH3CCCOOC2H5O2 CH3COOC2H5C2H5ONaCH3CCHCOOC2H5ONa+C2H5ONaCH3COCOOC2H5CH3COCOOHBr(CH2)4Br分子内的亲

27、核取代分子内的亲核取代 稀稀-OHH+-CO2CCH3OCCH3Oeg 3: 乙酰乙酸乙酯与乙酰乙酸乙酯与BrCH2CH2CH2Br在醇钠作用下反应，在醇钠作用下反应， 主要得到主要得到 而不是而不是 。请解释原因。请解释原因。CH3CCH2COEtOOEtO-Br(CH2)3BrCH3CCHCOEtOOEtO-CH2CH2CH2BrBrCO2EtOBrCO2EtCH3CEtO2COCH3COOH-H+OOCO2EtOH-H+OCO2H吡喃衍生物吡喃衍生物（主要产物）（主要产物）有张力有张力无张力无张力慢慢主要主要稀稀OCOOC2H5H3CCOCH3COOC2H5eg 4: 制备制备 CH3C

28、-C-COOEtOCH3CH2CH2CH3CH3CCH2COOEtOCH3CH2CH2CHCOOHCH3CH3CH2CH2CHCOOHCH3H+NaOEtEtOHNaOEtEtOHCH3ICH3CH2CH2BrOH-（浓）浓）+ CH3COOH酸式分解酸式分解eg 5: 选用合适的原料制备下列结构的化合物。选用合适的原料制备下列结构的化合物。CH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2COEtOCH3C-CH-COOEtOCH2CH2COOC2H5OH-H+H2O- CO2CH3CCH2CH2CH2CCH3 + CH3COOHOOCH3CCH2COEt

29、OOEtO-ClCH2CH2CCH3OCH3C-CH-COO EtOCH2CH2CCH3OH-H+H2O- CO2OCH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2CH2CH2CCH3OO第六节第六节 丙二酸二乙酯在合成中的应用丙二酸二乙酯在合成中的应用EtOCCH2COEt + EtONaOOEtOCCHCOEtOO- EtOCOCCOOEtHNa+第六节第六节 丙二酸二乙酯在合成中的应用丙二酸二乙酯在合成中的应用CH2COOC2H5COOC2H5C2H5ONaCHCOOC2H5COOC2H5_CH3CH2BrCH3CH2CHCOOC2H5COOC2H51) C2H5ONa2) CH3IC

30、H3CH2CCH3COOC2H5COOC2H51) OH-2) H+CH3CH2CCH3COOHCOOH-CO2CH3CH2CHCOOHCH3丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯的的-烷基化烷基化2 CH2(COOC2H5)2C2H5ONa2 CH(COOC2H5)2_BrCH2CH2BrCH2CH(COOC2H5)2CH2CH(COOC2H5)2CH2CH2COOHCH2CH2COOH1) OH-2) H+-CO2CH2(COOC2H5)22 C2H5ONaBr(CH2)4BrCOOC2H5COOC2H51) OH-2) H+COOHI2在在 eg 9中的作用中的作用2 CH2(CO2Et)22 EtO-BrCH2CH2CH2BrCH(CO2Et)2CH(CO2Et)22 EtO-COOHCOOHH+I2OH-eg ： 用简单的有机原料合成用简单的有机原料合成COOHCOOH(COOEt)2(COOEt)2CH2(CO2Et)22EtO-EtOHBrCH2(CH2)nCH2BrOH-H+-CO2SOCl2CH2(CO2Et)22EtO-eg ：合成螺环化合物合成螺环化合物还原还原CH3CHO + 3C