羧酸及羧酸衍生物的重要反应及重要反应机理

1、第六章羧酸及羧酸衍生物的性质及重要反应机理一、羧酸的化学性质1酸性羧酸具有酸性，诱导、共轭、场效应等对酸性强弱有影响。利用羧酸的酸性可以制备羧酸酯 和羧酸盐。RCOOH + CHzN2 RCCX)CH3RCOOH + R MgX 一 RCOOMgX + RHRCOOH + NaHCOj一 RCOONa 十 COj + H20+RCOOR，2亲核取代反应这是羧酸在一定条件下转变成羧酸生物的反应。 大多数亲核取代反应是通过加成-消除历程完 成的。O泌叽叫(酰卤)O OI IIRCOCR（酸？ff）RCOOHO 宀1*RCOR （SB）3还原反应羧酸能被LiAIH4和B2H6还原成相应的伯醇LiAl

2、H,或民耳 H,ORCOOH * RCH2OH4. a -H 的卤化（Hell-Volhard-Zelinsky 反应）O0少盘pIrch2coh + x2* rChcoh:- L I 通过控制卤素的用量可以制备一元或多元的卤代羧酸，并进一步制备羟基酸和氨基酸。5脱羧反应羧酸在适当的条件下，一般都能发生脱羧反应，这是缩短碳链的反应。通常的脱羧反应表示 如下：或璇ACH2COOH ACHj + CO2 fA 为-COOH、-CN、- (C=O) R、-NO2、-CX3、-C=O、C6H5-等吸电子基团时，脱羧反应 相当容易进行。此外还有一些特殊的脱羧方法。(1) Kolbe 法(2) Hunsd

3、iecker 法j . .Cristol法(4) Kochi 法电績2CH3CONa + CQ + NaOJI +2出0_ v*v*阳扱阴极RCH2COOH -*RCH2CWAgRCH2COOir2(RCH2COO)2HgRCH2BrBr2Cd*RCH2BrRCOOH-PhCRCOOOCRRCOOR RCONR2 酸和碱都能催化反应。2与有机金属化合物的反应-WMgXRORRCR?MgX H2OOHIRYR选用空阻大的酰卤，反应能控制在酮的阶段。选用甲酸酯，可以制备对称二级醇。选用碳酸 酯，可制备三个烃基相同的三级醇。二元酸的环状酸酐可用来制备酮酸。 酰胺氮上有活泼氢, 一般不宜使用。3还原反

4、应般还原反应归纳于下表:反应物还原剂NaBH4LiAlH 4催化氢化B2H6RCOClRosenmund法RCHO+RCH 2OHRCOOOCR+2RCH2OHRCOOR+特殊催化剂+RCH 2OH R OHRCONH 2+特殊催化剂+RCH2NH2RCN+RCH2NH2其他重要反应如：Claison缩合、Reformatsky反应、Darzens反映、Perkin反应、Bouveault-Blanc反应、酮醇反应、酯的热裂等见重要反应机理。三、羧酸和羧酸衍生物的制备1. 羧酸的制备2. （ 1）氧化法 甲基方庭、一级醇、醛经氧化生成和原料化合物碳原子数相同的羧酸。烯、 炔、芳甲位有氢的侧链芳

5、烃（芳甲位不含氢原子的侧链不被氧化）二级醇、三级醇、铜经 氧化生成比原料化合物碳原子数少的羧酸。（2）水解法羧酸衍生物和腈均产生相应的羧酸（三级卤代烃，新戊级卤不能经腈来制备相 应的羧酸）。O0UIIRCW + H20* RCOH + HWO H I R8N + H20 RCOH（3）有机金属化合物制备法格氏试剂和有机锂试剂均能与二氧化碳反应生成增加一个碳原子的相应的羧酸。Hz0RMgX + CQ * RCOOH2酰卤的制备RCOOH竺竺Wk3酸酐的制备（1）混合酸酐法0IIRCONa +OIRCX（2）羧酸脱水法（制备单纯的酸酐）0II2RCOH脱水剂Mr（3）芳烃的氧化5 MS .声400

6、-500 V 0（4）乙酸酐的特殊制法700 一 740 V 化CI右一*CH20O0700 - 800rCH3CCH3 一O OI I CHjCOCCHsCHjCOOH J4.酯的制备（1）酯化反应RCOOH +ROHRCOOR+ H20（2）羧酸衍生物的醇解O0IIIRCW + RQHRCOR + HW（3）羧酸盐与卤代烷反应（指适应于一级卤代烃和活泼卤代烃）RCOONa + ClCH2Ar*RCOCCH2Ar + NaCl（4）羧酸与重氮甲烷的反应RCOOH + CH2N2 RCOOCH, + N2（5）羧酸对烯和炔的加成OH* fHgSO4RCOOH + HC=CH RCOCH=CH2

7、5酰胺的制备（1）羧酸铵盐的失水0 iRCOONH4一 ch3cnh2 + h2o（2）腈的控制水解0AVRC=N + H3O RCNH2（3）羧酸衍生物的胺（氨）解o0O,RCNR；）I DIIRCW + NHj（或 NHgRSHNR；） RCNH；（或 RCNHR6腈的制备（1）酰胺失水OOII - + II aRCN 已RCN出（2）用卤代烃与氰化钠反应RX + NaCN RCN + NaX四、重要反应的反应机理（一）羧酸衍生物的转换反应反应式：o0IIIIRCW + Nu： = RC_Nu +反应机理：碱催化反应机理酸催化反应机理:RCOOR+ H,O* RCOOH + ROH（二）酯

8、化反应反应式：RCOOH 4- R7OH RCDOR + H2O反应机理：1加成-消除反应机理（大多数酯化反应按此机理进行）2碳正离子机理（SN1）（三级醇的酯化反应按此机理进行）埒Hb Ho2. CnrC RcOCtCHj 二P-COC（CHJ33酰基正离子反应机理（Sn1）（仅有少数空阻大的羧酸按此反应机理进行）：CHaOH-HCH,RCOOR+ H,O* RCOOH + ROH（三）、酯的水解反应 反应式：RCOOR+ H,O* RCOOH + ROH反应机理1.碱性水解（皂化反应）机理RCOH+ 良Rco_ + RJOH-RCOONa2酸性水解机理HI快)角6理O+&R-C- ORJI

9、 HOH3三级醇酯水解反应机理O： -RJOH(CH3)3C O H2、- Hlf CH亠一CH(四)Claison酯缩合反应 反应式：ooIfRCH2COC2 H, + RCHsCOQjHs0 0反应机理:CjHiO-GHQNbCjHjOH *HOAcRCH3CCHCXXHs 十 QH5OHIRo oo oo oII HQHQNa J SCHjCOOHII FCHjCCHzCOCaHi CHC C HCOQH； CH3CCH2COCiH5 + CH3COONaNa+Hz+QjHsOH用乙醇钠作催化剂，酯必须提供两个 a -H，乙醇钠的用量要大于1摩尔，才能有利于平衡向 缩合方向移动。若酯只有

10、一个 a -H，则需要用更强的碱如PhsCNa作催化剂。该反应可用来 制备B -酮酸酯。二元酸酯可以发生分子内的酯缩合反应，产物为环状3 -酮酸酯，这称为Dieckmann缩合反应。（五）酯缩合的逆反应、酮式分解和酸式分解 酯缩合的逆反应：0 OI ICCHsCOCaH；070r八iiCHjC CH：COC3H50CH3COCjHsfCHsCOCzHs 0QHQH Y巴C0C2也酮式分解:0 0CHjCCHjCOCaHj0 0一吨主2 CHjCCH2O)H* CH3CCHj酸式分解：0 OI SCHjCCHjCOQHs-OH(#E)OH比OPCIOoICHjCOH +o-ch2coh + GH

11、ycrh2oCHjCOOH(六)Reformatsky反应反应式：、苯或乙離)0=0+ XCHaCOOCHs + ZnXc/OZnXH： *小/ XCH2COOC2H5 H2O / CHjCOOCzHs-OCT-i|ZhBrCHCOQHj _c%cOCHy f CH2=COCaHi反应机理:yCo+ ZnBr OXBi一ZnCOC2H5O竺 hU-chh,(七) Darzens反应反应式：、NaNH2 20=0 + BrCHzCOaQ比 或 ro /CHCQzQHs反应机理：CH,、 c卄 厂口 ；c=0NaNHi CH、C”co2c2h5HBrCHCOOCaHj Br CHCOgCHS -B

12、r C&H&、 L/o主姜产物（八）Perkin反应反应式:Ar,0=0H、COCCH?HCHjCOONalaot/HCC+ CHCOOHXCOOH反应机理:ooII IB-RCH2COCCH2RCHRO OII II .* RCH.COCCHRJio o5丫RCHXOCCH CHArh IO Ar R O- RCH2COCH dHCO加成-消除O ArE【O OO0RII 1 1IIIIi|-RCH,CQHII1RCHjCQCHCHCOCCHj R + RCH2CO0II -RCHjCO *O ()li I：A、/COCCH* RCYHZ 、R -Aj/COOH酸肝水解 H/ . R、oRC

13、H2COH（九）Bouveault-Blanc还原（酯的单分子还原） 反应式：0辛1； Ns-无水乙醇-tRCORRCHOH + RHOH反应机理：0BRCORf + NaOROICIO RCHCBr RCHCOOH +RCH2CBr去除第一步和最后 一步 （十二）脱羧反应反应式：,则为酰卤 a -H卤化的反应机理。反应机理:RCTR+ 2NaRCORR0*0R0-0PB. fl互变异构芒RCH2COOH - RCH2CBr 一 * RCH = CBrRCH-BrBrrOHII CBr1环状过渡态机理:Ao o II RCCHCOH 三当a-碳与不饱和键相连时（如 B-羰基酸），一般都通过环状

14、过渡态机理失羧。 2羧酸负离子机理失羧金丄 CbC- + COzOSCC-OH 叩CljCH酸性很强的羧酸易通过负离子机理失羧。 （十三）酯的热裂反应式：OCH2 -=ch2ch3coch2ch3 /仙匸 ch3coh +反应机理：CH,COH +CHjOH六中心过渡杰（十四）Hofmann降解反应 反应式：ORCNH； + Br? + 2NaOH RNH2 + CQ + 2NaBr + H2O反应机理：o加成H*转移OHH互变异构=x RNHCOH NaOXR-CO RNH2 + CQ例题1完成反应式:严叫、严， HiQlCO一cCH=CHCH3H+*(A) + B( ) + C( + )

15、+ D( )解:OACHQH5B()G码 /HO18CCHCHCH3 (),80HCHCHsC( )D（士）()180HOH（土）QH5 6巴X /*CCFHCHCH3-H+ HjO18GE、/iHO18CCH=CHCH2 (+)1 本题为酯的水解反应，因为酯基部分为空阻大的三级醇，三级碳又与乙烯基和苯基相连， 容易形成稳定的碳正离子，所以，本题以 Sn1机理发生酯的水解。18O连在醇羟基上。2 烯丙型碳原子是共振杂化体，具有两位反应性能。碳正离子呈平面结构，与H2O18结合时可以得到两种结构。例题2试为下述反应建议合理的、可能的、分步的反应机理CHOCH2C0CH2cO解:NH2r-7；oO

16、H5II1CHO互变异构nhcch2cch2h2oOH37-H2OAH说明本题是内酯胺解和羟醛缩合型反应的混合，因为反应物中有多种官能团，在反应类型 及反应部位的确定方面需要做出正确的判断。例题2试为下述反应加以合理的、可能的、分步的反应机理。岛 H3C-CH-CH(CH2)2COOHOCQ足ch2解:BuOH*oCe HjCCHJCHCHaCH： CO 舌C比oIQ H5CCH-；CT-CH2CH2 cohCH2Sn2反应、酸碱反应等知识点，题说明本题涉及构象、酮酯缩合、逆向酯缩合、分子内的 目比较灵活。例题3完成下列方程式，并写出反应的反应机理。解:(A) CH2=C=O的反应机理:O (

17、B) CH,=COGHQH云矿CPCCH_Cg比OO2700-800 V , 冷却 GHQHCHjCCH3 -一 (A)才爲(C CHjCCCOCHjch2C=0OCjHjO O互变异构II IIh CHjCCH2COC2Hs例题4完成反应式，并为下述反应提出合理的、可能的、分步的反应机理。h2so4OH* H2SO4反应机理:H ohc9H在正离子的吸电子作用下,这是负离子失羧机理。首先通过电子转移，形成氧正离子。然后, 羧酸电离，羧酸根离子失羧，并恢复萘环的芳香结构。2.产物:这是六元环状过渡态失羧机理。 首先是醇羟基形成锌盐，然后失水成烯。 B，丫 -不饱和烯酸 经六元环状过渡态失羧，双

18、键移位。例题5请为下述反应提出合理的、可能的、分步的反应机理，简述实验操作顺序并阐明理由。CHS+ CHQH艷竺COOCHjch3ch3解：该成酯反应是按照酰基正离子反应机理进行的。0-H +ch3cOCH, lyCHjCH3CHs实验操作顺序：先将浓硫酸和羧酸混合，然后将混合液倒入相应的醇中。（实验操作不能反过 来，否则，醇遇浓硫酸会失水。例题6请为下述反应提出合理的反应机理。解:本体是芳香亲电取代与负离子脱羧交叉组合型的反应机理。例题7完成下列反应，并为这些反应提供合理的、可能的、分步的反应机理。CH/HH+b CH3COH + HO(CH2)5CH3OIIH*2 CH3COH + (CH

19、jJiCOH解：早C比H1.产物：CH3CO-C(ch2)5ch3反应机理:/： ch3c芒 ch3cOHCH3-C-O-T爲 H X(Ch2)5CH3ch3 .o4(CH2)5CH3+0Hch3(CH2)sCH3CH3CO-ch3； CH、CH込C&反应式按酰氧键断裂的机理进行的，所以反应后醇的构型保持不变018II2.产物；CH3COC(CH3)3反应机理：反应式按烷氧键断裂的机理进行的，所以氧的同位素18o保留在酯分子中HOHO解HOHHoJISO H/COOH0、ch2ohCH. ch32- g怎？ J本题在写酯化反应机理时要考虑立体化学。如果羧甲基和羟甲基处于反式，反应不能进行。C?

20、H Ah.CHCH.CH二：?H +zCHjch3ch2coh i- ch5ch2c ochch2ch2OH HC6H5CHj(CHj)jCOH(CH3)jC Hh?仁 o=cch3 (CHC 亠+o18ho18U _h+I(CHj) 3cocCH3(CH3)5CoCCHj例题8请为下列反应提出合理的反应机理。G比H /CC/ HCH(CH3)2COOHXch2oh2* CHjCH2COH +常转移ch3ch2c ochch2chCoh c6h5严xch3CHj ch3ch2c o chch2chII ItOH C6H5 Wch3ch3c o chch2chc6h5/CC且0H皆H亠上/卜HC

21、H(CH3)2一 c2h5 cohHCH(CH3)2c叫/H+ c = cH 、CH(CHJ本题为酯化反应和酯热裂消除反应的组合，在酯热裂消除反应中，应生成E型烯烃。例题9 CH2=CHCH（CH 3）COOH在酸的作用下得到两种产物。请写出两种产物的结构，哪一 种产物是主要的？为什么？ch2=chchcooh解：两种产物分别是 丫-丁内酯和B-丙内酯。反应过程如下:从碳正离子的稳定性看，（u）（I）,而从内酯的稳定性来讲，丫 - 丁内酯B -丙内酯，由 于各步反应都是可逆的，所以平衡移动的最后结果是大部分产物转变为稳定的丫 - 丁内酯。例题10酰卤氨解时会产生一部分氢卤酸，因此氨解反应通常是

22、在有其他碱存在的体系中进 行的。请回答通常选用什么碱性体系，为什么？解：能溶于水的酰卤氨解时常选用吡啶、三乙胺、N,N二甲苯胺等有机碱。不溶于水的酰卤氨解时，可用NaOH水溶液。因为溶于水的酰卤水解速率会比不溶于水的酰卤快，为了抑制 副反应，所以选用有机碱体系。不溶于水的酰卤水解速率很慢，而反应时产生的氢卤酸会迅 速进入水相与碱反应，所以可以选用 NaOH水溶液。例题11完成反应式，并写出合理的反应机理O CH?h+* AH2OII ICfcHJCOCCH2CH3CH3解:ch3产物 iQeHsCOOH, CH3CH2COH(A)ICHj反应机理:(B)och3DICHs COCCH2CH3(

23、pCH2CH3 CH,OHICHjCO +ch3 I,CH3CH2COH2ch3CH.-H+!一一 CH3CH2COHCHj本题为酯的水解反应，因为是 3o醇酯的水解反应，所以反应按烷氧键断裂的机理进行 例题12 CH3C00R 在盐酸中，于25C时水解的相对速率：R7：CH3QHsCH(CH3)2C(CH3)3卫I0-970.531.15请解释上述实验事实。解：酯的酸性水解可以按照烷氧键断裂的机理进行，也可以按照酰氧键断裂的机理进行。当 R为C(CH)3时，反应按照烷氧键断裂的机理进行。Och3Aoc(ch.). XC(CH3)3OHICHJ-9 ttC(ch3)3OHCH30=0 +|HZ

24、O*(CHj)3COH2这是一个单分子反应，速率较双分子反应快得多。当 按照酰氧键断裂的机理进行OIR 为 CH、GH5、CH( CH) 2 时，反应o+ OHCHjCORCH3COR7 *OH兰 CH3C-OR* CH-OR：OHoh2ttoh7 H OJ-CIO c 一3Hc+ 0HCH3COH + R OH反应关键的一步是形成四面体中间体，当R为CH、CH、CH(CH) 2时，空阻逐渐增大,羰基碳的电正性逐渐降低，所以反应速率逐渐降低。例题13写出反应产物，并为下述反应提出合理的反应机理：O.II .,、I mol HClK2CO31. HOCH2CH2NH2 + (CHjOiO 1 m

25、ot) (A) f B)CHjONaCHOH解:1-产物CHsCOCH2CH2N HjCI (A)H+ khoch: CH2NHz* HOCH2CH2NH3, HOCH2CH2NHCCH3 (B)chc-o-cch3Oi o 咲nCHj c0CCHj - CHaCOH F.*HH触申 COCg 轨- HK2COjch3qoch3ch2nh:ch3 o+xh2n owo1CHjCnhch2 ch2oh在酸性条件下，胺成盐，所以酸酐只能发生醇解，生成(A )后，体系转入碱性，胺又游离出来，此时酯发生胺解。2.产物反应机理:aC OCH,Lo och3本题为酰胺二次醇解和分子内亲核取代反应交叉组合的

26、反应机理例题14请为下述反应提出合理的反应机理。1.QHsONaQHQHCHQHsOI2. (CHjJjCCCHj0+ CH3OhQ)COHjCjHQNaCiHsOH *oo(CHCCOC 比 + CH3OhQk-CCH33.O 0QtHjONaGHQH”OBr(CH2)3Br QHQNa z_x II GHQH aCHzbgQHso4. I .-CHiCCHsCOCzH； + O/CHzCHjCiH5ONflCHiOH-1CH5. CHHCQQHsbCiH5ONa H+如CH廿 见心少ghqhO厶ch2ch3C赵 ； COjCjHj j0II-CH OH士 C2H5O CCHjCHjCHjC

27、 co:c2e l J 二ch2c6hsoIIoII -C2H5OCCH2CH2CH2CHCOC2H5CH:C6H5C2H5OibCjHOCCHCCHsCHCOCHCH.Cc凹OC VJ-CH汇起-c2h5o:oC0$OCCHgCH先发生酯缩合的逆反应，再发生酯缩合? C2HsONa?22. (CH禺 C C CI 右 (CH3)3 C C CHf& O、(C H)OI(CHJsCCOCj 比O+ - ch2c-Qwdch3先发生酮酯缩合反应，再发生酯缩合的逆反应。H H3. OOC2Hs 0Br O0 Br(CI 12)5 Qr oOH 一 OC2Hs 厂飞 II 匸吐产Cc（叫COOC且本题为B -二羰基化合物的烷基化反应和酯缩合逆反应的组合。4.O 0II IICHjCCHjCOCjHO OC.H.O II II； CH3CCnCOC2H5 硕C!IjCCHqOC2H5? sOI /HjCH2CHjCH J本题为环氧化合物的碱性开环和分子内酯交，