第十二章-羧酸衍生物

1、有机化学第三阶段主讲：解增洋电话箱：地址：北实验楼基础学院化学教研室 (S1-424)第十二章 羧酸衍生物(derivatives of carboxylic acid)羧酸衍生物：羧酸中羧基上的羟基被取代后的产物。RCOX酰卤RCOOCRO酸酐RCOOR酯RCONH2(R)酰胺 阿司匹林 （解热镇痛药）青霉素青霉素G G钠钠COOHOCCH3ONOCH2CONHSCH3CH3COONa第一节 羧酸衍生物的命名酰基（acyl group)： 相应酸 酰加基字 乙酰基(acetyl group) 苯甲酰基(benzoyl group)(Ar)RCO(Ar)RCOCH3C

2、OPhCO一、酰卤和酰胺：按酰基命名CH3COCl(acetyl chloride)乙酰氯(benzyl bromide)苯甲酰溴CONH2(benzyl aniline)苯甲酰胺COBr(phthalimide)邻邻苯苯二二甲甲酰酰亚亚胺胺CNHCOOCNHCOOCH3COHNCH3(N-methyl acetamide)N-甲甲基基乙乙酰酰胺胺CH3CONC2H5CH3CH3CONC2H5CH3(N-ethyl -N-methyl acetamide)N- -甲甲基基- -N- -乙乙基基乙乙酰酰胺胺二、酸酐：按其水解产物命名CH3COOCCH3O 乙酸酐(acetic anhydride

3、)CH3COOCCH2CH3O 乙丙酸酐(acetic propanoic anhydride)COCOOCCOOO 邻苯二甲酸酐(phthalic anhydride) 苯甲酸酐(benzoic anhydride)三、酯：按水解生成的酸和醇命名，先酸后醇。CH3COOC2H5 乙酸乙酯(ethyl acetate)C2H5OCCOOHO 乙二酸氢乙酯(ethyl hydrogen ethanedioate)COC2H5O 苯甲酸乙酯(ethyl benzoate)OH3CO 3-甲基-4-丁内酯(3-methyl-4-butanolide)第二节 羧酸衍生物的性质一、物理性质(自学)1.气

4、味； 2.溶解性； 3.熔沸点二、化学性质结构。.。.。 。.CRL平面O L为离去基团,作为其相应酸的共轭碱的碱性越弱，其活性越大。故其反应活性顺序一般：酰卤酸酐酯酰胺(一)、酰基的亲核取代反应 羧酸衍生物的主要化学性质是可以发生水解、醇解和氨解，其产物是羧酸衍生物中的酰基取代了水、醇、氨中的氢原子，形成羧酸、酯、酰胺等取代产物。CH3COOCOCH3+ H2O2CH3COOH1、 水解反应+ H2OCH3COOH + HCl 所有羧酸衍生物都能发生水解生成相应的羧酸。反应活性：酰卤 酸酐 酯 酰胺。加热CH3CClORCOOR+ H2OH+或OHRCOOH+ ROHRCONH2 H2O+O

5、H -RCOOH+NH32、醇解反应、醇解反应 羧酸衍生物与醇反应生成酯，称为羧酸衍生物的醇解（alcoholysis）。CH3CClO+ (CH3)3COHEt2O胺CH3COC(CH3)3O+铵铵盐盐 酰卤与醇很快反应生成酯，利用这个反应来制备某些醇或酚不能与羧酸直接生成的酯。 用途：CH3COOCOCH3HOPh+H2SO4CH3COOPh+ CH3COOH 该反应应用范围较为广泛，酸酐可以与所有的醇或酚反应，生成酯和羧酸 酯在酸存在下发生醇解反应，生成新的酯和醇，所以酯的醇解又称酯交换反应。有机合成中常用来从低级醇制备高级醇。RCOOR+ ROH酸酸RCOOR ROH+3、氨解反应 酰

6、卤、酸酐、酯和酰胺与氨作用生成酰胺的反应称为氨解反应（ammonolysis）。）。 由于氨（或胺）的亲核性比水强，因此氨解比水解容易进行。+ NH3RCNH2O HX+RCXO(RNH2、R2NH)(NHR、NR2)CH3COOCOCH3H2NPh+CH3COHNPh CH3COOH+RCOOR+NH2RRCONHR+ ROHRCONH2 H2NR+RCONHR+ NH34、酰化反应：NH2 CH3COCl+NH COCH3 HCl+OHCOOH (CH3CO)2O+ CH3COOH+OCOOHCOCH3 能够提供酰基的化合物称为酰化剂。酰卤和酸酐是最常用的酰化剂。由酰化剂与含活泼氢的化合物

7、（如醇、酚、氨、胺，含H的酯及醛酮等）的反应称为酰化反应，又称酰基转移反应。应用： 在有机合成中利用该反应可以保护易受氧化的酚羟基和芳香氨基。5.酯缩合反应 Claisen缩合反应 具有H的酯，在醇钠作用下能发生类似醇醛缩合反应。即一分子酯的H被另一分子酯的酰基取代生成酮酸酯，称为酯缩合反应或 Claisen缩合反应。2CH3COC2H5O(1)C2H5ONa(2)H3O+CH3CCH2COC2H5OO+ C2H5OH机制如下：CH3COC2H5OC2H5ONaC2H5ONa-CH2COC2H5OCH3COC2H5OCO-OC2H5CH2COC2H5OH3CCH3CCH2COC2H5OOC2H

8、5O-+注意：1、 缩合所用的酯一般要具有两个a- H。2 、 只有一个a-H的酯只能在三苯甲基钠存在下 才能发生该反应。3、 两种不同的具有a-H酯间的缩合没有意义。意义：在有机和药物合成方面具有重要价值。HCOOC2H5 CH3COOC2H5+C2H5ONaHCOCH2COOC2H5 C2H5OH+6. 酰胺的特性：霍夫曼降解反应酰胺 X2OH少一个碳原子的伯胺4OH_+ Br2+RCNH2ORNH2 + CO32- + 2Br- + 2H2O(二) 酰基亲核取代反应的机制CORL HNu+CORNu 羧酸衍生物的水解、醇解和氨（胺）解反应都是发生在酰基碳上的亲核取代反应，其过程是先发生亲

9、核加成，然后消除HL，其反应通式为： HL+ 式中：HNu代表亲核试剂，如H2O、ROH、NH3等 ；L代表离去基团，如X、OCOR、OR、NH2、NHR、NR2等。CORL+Nu-加成CRLO-NuCORNu L-+ 第二步，中间体发生消除反应，形成恢复碳氧双键的取代产物。 酰基的亲核取代反应分两步进行：第一步，亲核试剂进攻酰基碳，发生亲核加成反应，形成带负电荷的四面体结构的中间体： 酰基的亲核取代反应速率，受其分子中的电子效应和空间效应的影响。第一步，亲核加成形成四面体结构的中间体时，若烃基上有能使中间体稳定，且体积又小的基团存在，则有利于亲核加成反应，反应速率就快；反之，不利于加成，反应

10、速率就慢。第二步消除反应的速率取决于离去基团的碱性，碱性越弱，越利于离去基团离去，反应越易进行。 基团离去顺序：X OCOR OR NH2 羧酸衍生物的水解、醇解和氨（胺）解反应的活性顺序：酰卤酸酐酯酰胺。1、 酯的碱性水解COROR+OH-加成CRORO-OH消去+ RO-CORO- HOR+ 此反应的第一步是OH进攻酰基的羰基碳，形成带负电荷的四面体结构的中间体， 然后削去烷氧基，羧基质子转移形成醇和负离子。 反应速率取决于带负电荷的四面体结构中间体的稳定性，若烃基上有能分散负电荷的吸电子基，则中间体稳定，反应速率就快COROH酯的碱性水解是酰氧断裂CH3CH2COOCH3CH2COONa

11、 + C2H5OH1818C2H5 NaOH+ 空间因素对中间体的稳定性影响也很大，酰基碳上 取代基多、 体积大和烷氧基体积大都使中间体稳定性降低，而反应速率变慢。RCOOC2H5(H2O 250C)RCOOC2H5(87.8%ROH 300C)CH3COOR(70%ROH 300C)R相对速度R 相对速度R相对速度 CH3 1CH31CH31CH2Cl 290CH3CH20.407CH3CH20.431CHCl2 6130(CH3)2CH0.100(CH3)2CH0.065CCl323150(CH3 ) 3C0.010(CH3 ) 3C0.002酯碱性水解时电子效应及立体位阻对反应速率的影响

12、2、 酯的酸性水解+H+RCOOR质子化RCOHOR+H2 2ORCOHOROH2质子转移RCOHOROHHROH消去RCOHOHHRCOOH 该反应速率取决于第二步，形成四面体结构中间体的稳定性。 与碱溶液水解反应一样，R和OR基团体积增大，反应速率降低；不同的是中间体带正电荷所以R和OR基团供电子能力增强，使中间体稳定而水解反应速率加快。 由于生成酯的醇不同，酯水解反应的机制也不一样。同位素研究证明：伯、仲醇生成的酯水解时是酰氧键断裂，即为SN2机制；叔醇生成的酯水解时是烷氧键断裂，SN1即机制。例如：COOCH318+OH-COO-+OCH318H SN2COOC(CH3)18+H2OH

13、+COOH18HOC(CH3) SN1三、碳酸衍生物COHOOHCOH2NOHCOClOH 碳酸是两个羟基共用一个羰基的二元酸，很不稳定不能游离存在。其分子中一个羟基被取代后的碳酸衍生物也极不稳定。如：碳酸氨基甲酸氯甲酸COH2NORCOH2NNH2CNHH2NNH2COClCl 但氨基甲酸盐或其酯，以及碳酸双衍生物很稳定是合成药物的原料。如：（一）氨基甲酸酯 许多氨基甲酸酯具有生物活性，在医药卫生和植物保护领域里得到广泛应用。如有些取代氨基甲酸酯因毒性较低、产生抗药性慢、生物活性高而广泛用做植物保护的杀虫剂、杀菌剂和除草剂。如： 上述化合物具有酰胺和酯的结构，因此也具有它们的通性，如在碱溶液

14、中可水解成氨 (胺)、醇和CO2OCH3CH3OCONHCH3克百威（杀虫剂）NHCOOCH2CClCCH2Cl燕麦灵（除草剂)NNNHCOOCH3CONH(CH2)3CH3苯菌灵（杀菌剂）(二)脲(尿素)1.弱碱性 脲的水溶液不能使石蕊试纸变色，只能与强酸作用生成盐。COH2NNH2+ HNO3(浓)COH2NNH2HNO3白色硝酸脲2.水解H2NCONH2H+CO2+ NH4+OH -CO32-+ NH3尿尿素素酶酶 +CO2NH3H2O+ 脲具有一般酰胺的性质，在酸、脲酶或碱催化下发生如下反应：3. 与HNO2的反应H2NCONH22HNO2+ +CO22N23H2O + 通过测定氮的体

15、积，可测定脲的含量。此反应也用于除去反应中过量的亚硝酸。4.缩二脲的生成和缩二脲反应1501600CH2NCONH2H2NCONH2+H2N CONH CONH2+ NH3CONHNH2CONH2 + CuSO4 + NaOH缩二脲反应紫色或紫红色溶液CONH凡分子中含两个或两个以上结构的化合物都能进行缩二脲反应肽键(三) 胍 脲分子中的氧原子被亚氨基取代后的化合物，称为胍，又称亚氨基脲。胍易溶于水，吸湿性极强，有强碱性，易水解。CNHH2NNH2CNHH2NHNCNHH2N胍胍基脒基CNHH2NNH2CO2H2O+H2N CNH2NH2CO32.2CNHH2NNH2+H2OBa(OH)2H2

16、NCONH2+ NH3强碱性： H2NCNHNH2+ H+CNH2H2NNH2+(四) 丙二酰脲 H2CCCOOC2H5OC2H5OCH2NH2NO+C2H5ONaNNH2COOOHHC2H5OH+NNH2COOOHHNNOHHOHONNOHHOHO烯醇型表现出比乙酸还强的酸性，故常称为巴比妥酸。 巴比妥酸本身无生物活性，分子中的亚甲基被取代后的巴比妥类药物有镇静、催眠和麻醉作用，但具有成瘾性，用量过大危及生命。CNHCNHCCOOORRR=R=Et 巴比妥R=Et R=Ph 苯巴比妥R=Et R=异戊基 异戊巴比妥RCH2CHCH2 RCH(CH2)2CH3CH3司可巴比妥常见的巴比妥类药物

17、，通式如下：(五) 乙内酰脲 HOCH2COOC2H5 +H2NH2NC=OOH-H2CNHCNC=OHOHCNHCNC OHHOH2CNHCNC=OHO酮型烯醇型CNHCNC ONaOC6H5C6H5治疗癫痫三、聚酰胺的结构、性质和三、聚酰胺的结构、性质和用途用途(一一) 结构结构脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺HN(CO2)xNHCO(CH2)yCO nx4 y4芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺HNCONHNHCONHCOCOn常见的一些聚酰胺结构：常见的一些聚酰胺结构：尼龙尼龙HN(CH2)5COn尼龙尼龙66HN(CH2)6NHCO(CH2)6COnHN(CH2)6NHCO(CH2)8COn尼龙尼龙610水溶性尼龙水溶性尼龙CH2CONH(CH2)nNHCOCH2CCH2OHCH