有机化学 羧酸衍生物

第10章羧酸及碳酸衍生物湖南中医药大学药学院有机药化教研室DerivativesofCarboxylicAcidandCarbethylicAcid§10－1羧酸衍生物一、分类和命名酰卤AcidHalide酸酐AcidAnhydride酯Ester酰胺Amide类型腈Nitrile羧酸R－C≡N酰基羧酸衍生物的命名酰卤——由相应酸的酰基和卤素组成可作为酰基的卤化物，在酰基后加卤素的名称乙酰氯a-溴丁酰溴苯甲酰氯草酰氯

二分子不同一元羧酸所得的酐叫混酐酸酐：

环酐：在二元酸的名称后加酐字二分子相同一元酸所得的酐叫单酐。命名在酸字后加“酐”字命名时，简单或低级酸在前，复杂或高级酸在后，再加上“酐”字乙酸酐(醋酐)乙丙酐(乙酸丙酸酐)顺丁烯二酸酐(顺酐、马来酸酐)邻苯二甲酸酐(苯酐)丁二酸酐(琥珀酸酐)酯：以相应的酸和醇来命名，酸在前，醇在后，再加一个“酯”字二乙酸乙二醇酯草酸单乙酯草酸甲乙酯苯甲酸乙酯HOOC-COOCH2CH3CH3OOC-COOC2H5CH2-OCOCH3CH2-OCOCH3丙二酸二乙酯内酯命名时，用内酯二字代替酸字并标明羟基的位置b-甲基-g-丁内酯g-戊内酯羟基的位号主链的总碳原子数

酰胺：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)2CHCNH2OCH3CH2CHCH2CN(CH3)2O2-甲基丙酰胺N,N-二甲基戊酰胺乙酰苯胺N,N-二甲基甲酰胺(DMF)己内酰胺d-己内酰胺在有机化学中，命名多官能团的化合物时，须选择某一官能团为母体化合物，而把其他官能团作为取代基。选作母体化合物的优先次序如下：＞炔烃＞

烯烃＞芳香烃＞

烷烃＞硝基化合物≈卤代烃二、物理性质羧酸衍生物分子中都含有羰基，都是有一定极性的化合物。低级的酰卤和酸酐都是有刺激性臭味的无色液体，高级的为白色固体。低级酯为具有水果香味的无色液体，例如乙酸戊酯具有梨的香味，丁酸甲酯有菠萝的香味。十四碳酸以下的甲酯、乙酯均为液体。由于分子间氢键的缔合作用，酰胺中除甲酰胺外，其他氮原子上无烃基取代的酰胺均是固体。1.物态：2.沸点(bp)：酰卤、酸酐、酯＜分子量相近的羧酸，原因：酰卤、酸酐、酯没有分子间的氢键缔合作用。CH3CO2HCH3CONH2bp(℃)118222酰胺分子间存在氢键，同时分子极性强，沸点比羧酸高，但氨基上无氢时，分子间氢键消失，沸点降低。腈极性强，沸点高于酰卤和酯，低于羧酸。3.溶解性：酰卤和酸酐不溶于水，低级的遇水分解；低级酰胺溶于水，随着M↑，溶解度↓

；酯不溶于水。三、结构和性质的关系L=Cl、Br、I、OR、OCOR、NH2、NHR酰卤、酸酐、酯和酰胺的结构与羧酸相似，羰基碳以其sp2杂化轨道分别与其它三个原子形成s键，再以p轨道与氧原子p轨道形成p键，成平面构型。以单键与羰基相连的卤素、氧或氮原子的未共用p电子对，则与羰基的键形成p－p共轭。C—L键的键长一般的单键短。羧酸衍生物中的羰基，既能增加其a氢原子的酸性，也能接受亲核试剂的进攻。L：可被亲核试剂取代羰基：可加成至饱和a-H：有弱酸性离去基团(Leavinggroup)

性质分析(一)a－氢原子的酸性CH3COClCH3CHOCH3COCH3\CH3COOCOCH3CH3CO2CH3

CH3CON(CH3)2≈1617≈20

2225≈30不同类型化合物a-H的pKa吸电子能力下降，斥电子能力增强，a－H酸性下降,羰基活性下降羰基上各类取代基对羰基和a－H的电子效应吸电子效应供电子电子效应(二)羰基的亲核反应羧酸衍生物的羰基受亲核试剂的进攻，大多发生加成－消除反应，并因受酸或碱催化有不同的反应历程：酰基上的亲核取代

=亲核加成＋消除碱催化的反应历程酸催化的反应历程酰基上的亲核取代相对速度（相对反应活性）两方面原因：(i)羰基的亲电性不同（与加成步骤有关）诱导效应的影响：电负性：Cl>O>N正电荷密度大对加成步骤有利(ii)离去基团的离去能力（与消除步骤步骤有关）共轭效应的影响：共轭较弱（羰基性质较强）共轭较强(羰基性质减弱)四、羧酸衍生物的化学性质(一)水解易反应（可直接与水反应）较易反应，H＋

或OH－催化更快需H＋或OH－催化，当OH－用量大于化学计量时，反应完全H+orOH－的用量须大于化学计量，要加热(1)酯的酸性水解机理羧酸衍生物的水解机理（以酯的水解为例）了解机理

(2)酯的碱性水解（皂化反应）机理特点：碱过量时，产物为羧酸盐，反应不可逆。例：控制反应，可制备酰胺腈的水解反应——制备酰胺或羧酸了解(二)醇(酚)解反应(三)氨(胺)解反应酰氯的氨(胺)解酸酐的氨(胺)解酯的氨(胺)解条件：无水、过量胺酰胺的胺解胺的交换，合成上意义不大氮原子上连有氢的其他化合物如肼(H2NNH2)、羟胺(H2NOH)等，也能与酰胺、酸酐或酯发生引入酰基的反应。羧酸衍生物（除酰卤外）与羟胺反应生成异羟肟酸，再与三氯化铁反应发生由红到紫的颜色变化。这一反应常常用来鉴别酸酐、酯和酰胺，称为异羟肟酸铁盐试验。异羟肟酸红—紫异羟肟酸铁盐试验鉴别总结：羧酸衍生物的相互转换（制备方法）(四)还原反应

酰卤、酸酐、酯一般都较易被还原成伯醇，酰胺较易被还原为胺。

LiAlH4还原酰氯，酸酐，酯胺伯醇酰胺酰胺的还原：难还原p194取代特点：碳碳双键或三键可不受影响羧酸衍生物的催化氢化还原（典型的例子了解）Rosenmund还原(i)酰氯选择性还原至醛(ii)酯还原至醇（工业化）使Pd催化剂活性减弱（催化剂中毒）——Rosenmund(罗森孟德)还原因酯的氢解条件较C=C的氢化要更高些，故反应过程中C=C也同时被氢化，但苯环则不受影响。——氢解反应酯的金属钠还原：产物可因溶剂环境不同而异（了解）——Bouveault－Blanc还原——acyloin缩合（酮醇缩合）伯醇a-羟基酮注意：溶剂的变化伯胺催化还原过程——逐步加氢（经过亚胺中间体）不饱和可加成腈的还原反应了解(五)与有机金属化合物的反应（了解）

酰卤、酸酐、酯和腈都可与格氏试剂反应生成叔醇。酰氯、酸酐、酯酮叔醇取代羧酸衍生物与RMgX的反应

应用：利用酰卤的活泼性选择性反应制备酮实验方法：将R’MgX

滴加到

RCOCl

中,RCOCl

始终保持过量。（六）、酯缩合反应p191

酯中的a－H显弱酸性，在醇钠作用下可与另一分子酯发生类似于羟醛缩合的反应，结果一分子的a－H被另一分子酯的酰基替代，生成b-酮酸酯，称为酯缩合反应或克莱森（Claisen）酯缩合反应。两种均含a-H的酯进行酯缩合时,可有4种产物,无实用价值。若含aH的酯与无a－H且羰基比较活泼的酯（如苯甲酸酯、甲酸酯、碳酸酯或草酸酯等）进行酯缩合反应时,可得到单一产物，被广泛应用。乙酰乙酸乙酯互变异构现象酮式(92.5%)烯醇式在室温下乙酰乙酸乙酯的两种异构体以一定比例（酮式92.5%，烯醇式7.5%）动态平衡存在，两者之间互变速度很快，不能将它们分离。但在特殊条件下，可以分离出两种异构体。乙酰乙酸乙酯的平衡混合物溶解于石油醚，再冷至-78℃，可得到酮式结构的结晶，熔点为39℃。它不和溴发生加成反应，也不与三氯化铁溶液发生显色反应（即烯醇试验都为负性反应），但能与羰基试剂如亚硫酸氢钠、氢氰酸等反应。若在-78℃用足够的盐酸分解乙酰乙酸乙酯钠，得到的液体不与羰基试剂反应，但遇三氯化铁显色，说明为烯醇式结构。可由乙酸酯在强碱中与卤代烃取代获得(条件苛刻，产率低)或丙二酸酯在醇钠条件,与卤代烃取代获得(条件温和，产氯、率好)

注意：烃基化反应中，用伯卤烃反应最好，用仲卤烃产率低，而用叔卤烃主要发生消除反应，芳卤烃则不反应。丙二酸二酯合成法（了解）（七）、酰胺的特性

p193(1)酰胺的酸碱性

N原子上的未共用电子对与羰基处于p－p共轭，使得N原子上的电子云密度↓，使其接受质子的能力减弱，因此其碱性减弱：

NH3

＞

RCONH2

酰胺的碱性：很弱，除很强的酸如：氯化氢气体外，其他酸很难与之形成稳定的盐，即便与HCl(气体)形成的盐，遇水易水解为酰胺和盐酸。

酰胺的酸性：由于p－p-共轭效应导致N原子上的电子云密度↓，N─H键受诱导效应的影响，其H原子解离的趋势↑，因而表现出一定的酸性，但其酸性也很弱，其酸性与醇相当。故可以认为酰胺是中性化合物

酰亚胺类化合物：由于受2个羰基的影响，N上的H原子的酸性将明显增强；酰亚胺类化合物与强碱可生成稳定的盐。盖布瑞尔（Gabriel）反应，可用于实验室制备脂肪伯胺。(2)霍夫曼降解酰胺与Cl2或Br2在碱溶液中作用，则脱去羰基生成少1个C伯胺的反应。§10－2碳酸衍生物碳酸极不稳定，不能游离存在。碳酸分子中只有1个羟基换成其它基团的碳酸衍生物也不稳定，例如氯甲酸、氨基甲酸、碳酸甲酯等，在一般条件下也不能游离存在。碳酸(不稳定)碳酸分子中2个羟基都换成其它基团的衍生物稳定，它们是有机合成、合成药物的原料。碳酰氯碳酰氯是碳酸的二酰氯。最初是由一氧化碳和氯在日光照射下作用而得，故又名光气。光气光气可发生类似酰氯的水解、醇解、氨解等反应。是有机合成的原料，可用来制备许多化合物。

尿素或脲（碳酰胺）是碳酸的二元酰胺，为蛋白质在哺乳动物体内代谢的最终产物，也是最早由人体排泄物中取得的一个有机化合物。1．弱碱性脲具弱碱性，它的水溶液不使石蕊变色。只能与强酸成盐。例如，在脲的水溶液中加入浓硝酸，生成的硝酸脲不溶于浓硝酸中，成白色沉淀析出，微溶于水。硝酸脲应用：从尿中分离出尿素。脲与草酸作用生成的草酸脲，也难溶于水

2.水解脲与酰胺一样能水解。在酸、碱或酶的存在时水解更迅速。

应用：根据放出氮气，测定尿素的含量。3.加热聚合固体脲慢慢加热到135～190℃，则两分子的脲脱去1分子氨，生成缩二脲。缩二脲反应：缩二脲的碱性溶液＋

硫酸铜溶液，呈现紫红色的颜色反应。凡分子中具有2个或2个以上的酰胺键(肽键)的化合物都有此类显色反应。4.酰基化

:脲和酰氯、酸酐或酯作用，则生成相应的内酰脲丙二酰脲为无色结晶，熔点245℃，微溶于水。它的分子中含有一个活泼的亚甲基和两个二酰亚氨基，存在