第十三章羧酸衍生物

第十三章羧酸衍生物exit第一节羧酸衍生物的结构和命名第二节羧酸衍生物的性质第三节乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯

在有机合成上的应用第四节碳酸衍生物第五节有机合成路线本章提纲第一节羧酸衍生物的结构和命名一、羧酸衍生物的结构羧酸衍生物在结构上的共同特点是都含有酰基（），酰基与其所连的基团都能形成P-π共轭体系。

1.酰氯；氯原子吸电子诱导效应强，共轭效应弱。酰氯中的C—Cl键易断裂，化学性质活泼。2.酰胺中N共轭效应较强，C—N键具有明显的双键性质，化学性质稳定。3.酸酐和酯位于其中，但酸酐的性质要比酯活泼。1、酰卤的命名: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。某酸——>某酰卤普通命名法：丁酰溴-溴丁酰溴苯甲酰氯对氯苯甲酰氯IUPAC命名法：丁酰溴

2-溴丁酰溴苯甲酰氯4-氯苯甲酰氯常用英文命名二、羧酸衍生物的命名2、酸酐的命名（命名似醚）单酐：在羧酸的名称后加酐字,叫某酸酐；混酐：将简单的酸放前面，复杂的酸放后面再加酐字，叫某某酸酐；环酐：在二元酸的名称后加酐字。普通命名法：醋酸酐乙丙酸酐丁二酸酐IUPAC命名法：乙酸酐（乙酐）乙丙酸酐丁二酸酐常用英文命名3、酯的命名常根据相应的羧酸和醇的命名称为某酸某酯。内酯命名时，用内酯二字代替酸字并标明羟基的位置。普通命名法：醋酸苯甲酯

-甲基--丁内酯IUPAC命名法：乙酸苯甲酯

2-甲基-4-丁内酯常用英文命名多元醇的酯一般称为某醇羧酸酯。例甘油三硝酸酯。多元酸的酯一般称为某羧某某酯。4、酰胺的命名命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可，叫某酰胺；普通命名法：异丁酰胺N,N-二甲基戊酰胺IUPAC命名法：2-甲基丙酰胺N,N-二甲基戊酰胺(CH3)CHCNH2

CH3CH2CHCH2CN(CH3)2OO2-Methylpropanamide

dimethylpentanamide常用英文命名N,N-如果氮上有取代基，则在取代基名称前加“N”标出；C6H5CONHC6H5

CH3CONHCH2CH3HCON(CH3)2

N-苯基苯甲酰胺N-乙基乙酰胺N,N-二甲基甲酰胺(DMF)环状酰胺的命名低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体，高级的为固体；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；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；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；酯在水中溶解度很小；低级酰胺可溶于水。第二节羧酸衍生物的性质一、物理性质二、光谱性质羧酸及其衍生物的羰基在1850-1630cm-1之间有强的特征吸收峰，属于C=O伸缩振动吸收。1、红外光谱（IR）伯酰胺和仲酰胺在3500-3200cm-1处存在N—H伸缩振动吸收；N—H的弯曲振动吸收在1640和1600cm-1处，是伯酰胺的另一特征吸收。羧酸、酯和酸酐在1320-1050cm-1处有C—O伸缩振动吸收；乙酸乙酯的红外光谱2、核磁共振光谱（H-NMR）伯酰胺和仲酰胺氮上的质子（-CO-NH-）在5-8ppm（通常是一个宽峰）。羧酸衍生物的-位质子因受羰基的吸电子作用影响，化学位移稍向低场移动（-CH-CO），一般在2-3ppm处。酯的烷氧基上的质子（-COO-CH-），一般在3-4ppm处。氧的碱性-H的活性羰基的活性离去基团三、化学性质羧酸衍生物的结构和反应性能羧酸衍生物的酰基上连有一个可被取代的基团，能发生水解、醇解、氨解的反应。1、水解—羧酸合成方法酰氯、酸酐、酯和酰胺都能水解反应生成相应的羧酸。（一）、羧酸衍生物的亲核取代（加成——消去）反应活性次序为：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺立即反应加热反应长时间回流长时间回流

（加碱）（加酸、碱）

在合成方面上有意义：酯水解，也叫皂化反应。例：2、醇解—酯的合成方法酰氯、酸酐、酯和酰胺能和醇反应生成相应的酯活性次序为：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺立即反应加热反应酯交换反应反应缓慢（常见方法）羟基保护高级酯的合成应用极小

例:酯交换反应：反应是可逆。其它反应实例实例一：CHCH+CH3COOHH+CH3COOCH=CH2聚合CH3OHCH3O-CH2O维尼纶实例三：实例二：将乙醇不断蒸出。+CH3CH2CH2OHCH3CH2CH2O-CH3CH(OH)CH2CH2COOCH2CH2CH3实例五：ClCH2COONaClCH2COOHNCCH2COONaC2H5OOCCH2COOC2H5Na2CO3H2O低温NaCNC2H5OHH2SO4ClCH2COOHH2SO4C2H5OHClCH2COOC2H5NaCNNCCH2COOC2H5丙二酸二乙酯氰乙酸乙酯实例四:实例六：CH3O-3、氨解——制备酰胺的方法酰氯、酸酐和酯与氨或胺反应生成酰胺，称为氨解。由于氨或胺具有碱性，氨解反应比水解反应容易进行。酰卤和酸酐的反应能力强，是常用的酰基化试剂。活性次序为：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺立即反应立即反应加热加压反应反应缓慢（难）例:4、羧酸衍生物的亲核取代（加成——消去）反应历程（1）、酯的反应历程酯的水解有酸催化和碱催化反应，不管是酸催化水解还是碱催化水解，都有四种可能的历程。（可能是酰氧键断裂，也可能是烷氧键断裂；每种方式都可按单分子或双分子历程进行）。

A、酯的碱性水解

研究证明，酯的碱性水解为酰氧键断裂的双分子历程（BAc2）。

将含同位素O18的酯水解证明是按酰氧键断裂方式进行的。

碱性水解反应历程表示如下：

酯的碱性水解（皂化反应）得到的产物是羧酸盐，使反应不可逆，可以进行到底，因此酯的水解通常用碱催化。

B、酸性水解历程研究证明，酯经酸催化水解时：一级，二级醇酯绝大多数为酰氧断裂的双分子历程（AAc2历程）。少数特殊结构的酯为酰氧断裂的单分子历程（AAc1历程）。三级醇酯为烷氧断裂的单分子历程（AA11历程）。AAc2历程AAc1历程酯空间位阻大AAA1历程（2）、酰基衍生物的水解、氨解、醇解历程

酰基衍生物的水解、氨解、醇解历程与酯的水解历程相同，都是通过加成-消除历程来完成的，可用通式表示如下：

的反应活性与L基团的性质有关。（L对反应性能的影响如下表）1.亲核加成时，羰基碳原子所连基团体积小，并具有吸电子性（吸电子诱导效应：—X＞—OCOR＞—OR＞—NH2），有利于亲核试剂Nu－的进攻和形成稳定的中间体，反应速率快；反之，就慢。2.消去反应，其反应速率取决于离去基团的稳定性，稳定性从大到小的次序：X－＞RCOO－＞RO－＞NH2－酰基亲核取代反应速率受到空间和电子效应两方面的影响。L诱导效应（-I）P-π共轭效应（+C）L-的稳定性反应活性-Cl最大最小最大最大-OCOR大小大大-OR中中中中-NH2小大小小（二）、羧酸衍生物的与格氏试剂反应活性次序为：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺一般不用一般不用常用反应缓慢（不用）例:酯与格氏试剂反应生成酮，由于格氏试剂对酮的反应比酯还快，反应很难停留在酮的阶段，故产物是第三醇。

具有位阻的酯可以停留在酮的阶段。

（三）、羧酸衍生物的还原一般比羧酸易还原，各种衍生物被还原能力不同，其特殊反应：酰卤还原：一般还原方法没有大的意义，罗森蒙德（Rosenmund）还原法可将酰卤还原为醛

酸酐还原：还原没有大的意义；酯还原：应用比较多，酯比羧酸易还原，可用多种方法（催化氢化、LiAlH4、Na+C2H5OH等还原剂）还原。还原产物为两分子醇

注意：1、羧酸要还原，首先制备成酯，再进行还原；2、醛、酮也能被还原；3、用四氢铝锂、硼氢化钠、Na+C2H5OH等还原剂，只选择性还原酯基，不还原双键、叁键。酰胺还原：还原成胺，没有多大意义。但当酯在金属（一般为钠）和非质子溶剂（如二甲苯、甲苯）中发生醇酮缩合，生成α-酮醇（α-羟基酮）。

二元酯在此条件下发生分子内酮醇缩合合成中环、大环化合物。1、酰胺的酸碱性

CH3CH3CH2=CH2NH3CHCHC2H5OHH2OpKa

~50~40~34-35~25~16~15.7pka~109.628.3~15.1中性弱酸性碱性（四）、酰胺的特殊性质酰胺的碱性很弱，接近于中性。（因氮原子上的未共用电子对与碳氧双键形成P-π共轭）。酰亚胺显弱酸性（例如，邻苯二甲酰亚胺，能与强碱的水溶液生成盐）。Br2KOH+H2OHBr+丁二酰亚胺N-溴代丁二酰亚胺丁二酰亚胺的钾盐酸碱反应取代反应2、脱水反应——腈的制备方法脱水剂：P2O5SOCl2等；酰胺与铵盐和腈的关系如下：

3、霍夫曼（Hofmann）降级反应

酰胺与次卤酸钠的碱溶液作用，脱去羧基生成比原料少一个碳的伯胺的反应，称为霍夫曼降级反应。

霍夫曼降级反应是制备纯伯胺的好方法。X=ClBr例:

*注意：反应范围是未取代的酰胺，否则，成不了氮烯；在有机合成中可作为降解反应，合成10胺；立体化学——Ｒ基团构型不变应用：合成少一个碳原子的伯胺(1)羧酸铵盐的失水(2)腈的水解羧酸NH3铵盐酰胺100o~200oC-H2OH2O40o~50oC-H2O腈H2O

4、酰胺的制备(3)羧酸衍生物的氨解（五）、酯的缩合反应有α-H的酯在强碱（一般是用乙醇钠）的作用下与另一分子酯发生缩合反应，失去一分子醇，生成β-羰基酯的反应叫做酯缩合反应，又称为克莱森（Claisen）缩合。例如：

1、反应历程

相似于醇醛缩合反应，酯的-H与醛酮的H相似呈正电性，可被碱打掉，形成负碳离子，然后去进攻另一分子的羰基，再脱去一分子醇，形成-羰基酯。先亲核加成，后消去。2、反应类型*分子之间缩合称为克莱森（Claisen)酯缩合反应。⑴、同种酯缩合⑵、交叉酯缩合

两种不同的有α-H的酯的酯缩合反应产物复杂，无实用价值。无α-H的酯与有α-H的酯的酯缩合反应产物纯，有合成价值。

常见无α-H的酯有：苯甲酸酯、甲酸酯、乙二酸酯和碳酸酯。合成苯基丙二酸酯的方法。酮与酯进行缩合得到β-羰基酮。

（4）分子内酯缩合——狄克曼（Dieckmann）反应。己二酸和庚二酸酯在强碱的作用下发生分子内酯缩合，生成环酮衍生物的反应称为狄克曼（Dieckmann）反应。（3）酯类化合物在碱性条件下也能与腈或酮发生缩合反应缩合产物经酸性水解生成β-羰基酸，β-羰基酸受热易脱羧，最后产物是环酮。狄克曼（Dieckmann）反应是合成五元和六元碳环的重要方法。例如：第三节乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯

在有机合成上的应用一、乙酰乙酸乙酯

（一）性质1．互变异构现象这二种互变异构体在1911年，在低温-78℃下得到分离，室温下难分离。

（1）生成的烯醇式稳定的原因

1°形成共轭体系，降低了体系的内能。2°烯醇结构可形成分子内氢键（形成较稳定的六元环体系）（2）其他含活泼亚甲基化合物的互变异构体中烯醇式的含量见P52表13-5。2．亚甲基活泼氢的性质（1）酸性乙酰乙酸乙酯的α-C原子上由于受到两个吸电子基（羰基和酯基）的作用，α-H很活泼，具有一定的酸性，易与金属钠、乙醇钠作用形成钠盐。（2）钠盐的烷基化和酰基化乙酰乙酸乙酯的钠盐与卤代烃、酰卤反应，生成烃基和酰基取代的乙酰乙酸乙酯。烷基化：

注意：①R最好用1°，2°卤代烃，不能用3°和乙烯式卤代烃。②二次引入时，第二次引入的R′要比R活泼。③RX也可是卤代酸酯和卤代酮。酰基化：3．酮式分解和酸式分解酮式分解乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物与稀碱作用，水解生成β-羰基酸，受热后脱羧生成甲基酮。故称为酮式分解。

例如：酸式分解乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物在浓碱作用下，主要发生乙酰基的断裂，生成乙酸或取代乙酸，故称为酸式分解。例如：（二）乙酰乙酸乙酯在有机合成上的应用由于乙酰乙酸乙酯的上述性质，我们可以通过亚甲基上的取代，引入各种不同的基团后，再经酮式分解或酸式分解，就可以得到不同结构的酮或酸。

说明：乙酰乙酸乙酯合成法主要用其酮式分解制取酮，酸式分解制酸很少，制酸一般用丙二酸二乙酯合成法。

例1：合成例2：合成

例3：合成例4：合成例5：合成选用不超过4个碳的合适原料制备2CH3COOC2H5C2H5ONaC2H5ONaBr(CH2)4Br分子内的亲核取代稀-OHH+-CO2选用合适的原料制备下列结构的化合物。

二、丙二酸二乙酯

（一）制法

（二）性质1．酸性和烃基化2．水解脱羧

丙二酸二乙酯及其取代衍生物水解生成丙二酸，丙二酸不稳定，易脱羧成为羧酸。（三）丙二酸二乙酯在有机合成的应用丙二酸二乙酯的上述性质在有机合成上广泛用于合成各种类型的羧酸（一取代乙酸，二取代乙酸，环烷基甲酸，二元羧酸等）。例如，用丙二酸二乙酯法合成下列化合物，其结构分析如下：I2的作用2CH2(CO2Et)22EtO-BrCH2CH2CH2BrCH(CO2Et)2CH(CO2Et)22EtO-H+I2OH-用简单的有机原料合成第四节碳酸衍生物

一、碳酰氯（光气）

二、尿素例题：第五节有机合成路线一、碳胳的形成1、碳链的增长（1）、碳负离子的亲核取代反应例题：4-苯基-2-丁酮的合成（2）、碳负离子对羰基亲核加成-P67（3）、麦克尔（Michael）1，4加成（4）、付-克反应（Friedel-Crafts）2、碳链的减短（1）、脱羧反应范围：带吸电子的一元酸、芳香酸、二元酸（2）、烯、炔烃的臭氧化/水解反应—合成醛、酮代合物（3）、烯、炔烃的酸性高锰酸钾氧化——一般合成羧酸（4）、邻二醇的高碘酸氧化——结构测定（5）、卤仿反应——合成小一个碳原子羧酸化合物（6）、霍夫曼降解反应——合成小一个碳原子伯胺范围：甲基酮类化合物3、利用重排反应改变碳胳（1）、碳正离子重排

（2）、频哪醇重排

（3）、Baceyer-Villiger重排4、碳环的合成（1）、小环（三元环、四元环）合成由于小环有张力，比合成无张力环困难。常见合成方法有：A、卡宾对双键的加成：形成三元环B、分子内碳负离子烷基化反应C、丙二酸二乙酯与二卤代烃的反应——大小环都可以合成例：P69CH2(CO2Et)22EtO-EtOHBrCH2(CH2)nCH2BrOH-H+-CO2SOCl2CH2(CO2Et)22EtO-合成螺环化合物还原CH3CHO+3CH