有机课件chapter12羧酸衍生物

羧酸分子中羧基发生变化所生成的化合物称为羧酸衍生物。主要有酰卤（acylhalide)、酸酐(anhydride)、酯(ester)、酰胺(amide)、和腈（nitrile）。一、结构和命名1.结构（structure）

L＝X、OR、OCOR、NHRR

CH

C

LHO用共振式表示：

CROLCROLCONHCONHHbHaHbHa腈的结构一、结构和命名1.结构（Structure）

2.命名（Nomenclature）（1）酰卤的命名酰卤命名是在酰基名称后加上卤素名称

4－溴戊酰溴（1）酰卤的命名（2）酯的命名酯的名称由生成酯的酸和醇的名称决定。命名时把羧酸名称放在前面，醇中烃基的名称放在后面，称为某酸某酯。内酯命名时，用内酯二字代替原来酸的酸字并标明羟基的位置。苯甲酸乙酯COCH2CH3O（1）酰卤的命名（2）酯的命名（3）酸酐的命名是由相应的酸加上“酐”字组成，混合酸酐依次写出形成酸酐的两个酸的名称，后面加上“酐”字，相对简单的酸写在前面苯甲酸酐乙（酸）丙（酸）酐（1）酰卤的命名（2）酯的命名（3）酸酐的命名（4）酰胺的命名酰胺的命名是在酰基名称后加上“胺”字。当N上有取代基时，该取代基用斜体的“N”

标出N，N－二甲基甲酰胺（DMF）邻苯二甲酰亚胺δ

－戊内酰胺OONHHON（1）酰卤的命名（2）酯的命名（3）酸酐的命名（4）酰胺的命名（5）腈的命名腈是根据主链碳原子数（包括氰基碳）用“腈”命名

乙腈苯甲腈CH3CNCNS－3－羟基－5－氧代己酸CH2COOHCH2CCH3HOHO一、结构和命名二、物理性质一、结构和命名二、物理性质三、化学性质三、化学性质（一）亲核取代反应其中：L＝X、OCH3、NH2

、OCOR等1.各种羧酸衍生物亲核取代的活性羧酸衍生物亲核取代反应的活性顺序为：OCROR'NH2RCNOOOO>>>≈OCRRCRCRCX烃基上的推电子基团降低羰基碳上的正电荷密度，增加空间位阻，因此降低反应活性（1）与羰基相连的基团(L)吸电子能力；（2）与羰基相连的基团(L)空间体积；（3）与羰基相连的基团(L)的离去能力；a.烃基上的吸电子基团增加反应活性离去基团的碱性越强，越不易离去。基团的离去能力顺序为：1.各种羧酸衍生物亲核取代的活性2.羧酸衍生物的亲核取代反应（1）水解反应（Hydrolysis）－生成酸酸和碱都可以催化反应，生成相应的羧酸，但是对于不同的羧酸衍生物，反应的活性也不同。（1）酰卤的水解

低级的酰卤极易水解，如乙酰氯遇水剧烈水解，在制备时需无水条件；随着酰卤分子量增大，在水中的溶解度降低，水解速度逐渐减慢。（1）酰卤的水解

（2）酸酐的水解酸酐可以在中性、酸性或碱性溶液中水解，反应活性比酰卤稍缓和一些。heat+HCHCCH2OOOCCH3COOHCOOHCCOCH3（3）酯的水解（1）酰卤的水解

（2）酸酐的水解酯水解需在酸或碱催化下进行。在酸催化下水解是酯化反应的逆反应，因此也是可逆反应。碱性条件下的水解不可逆，可以进行完全。a.碱性水解RC－OR'O+HO－+R'OHRC－OO－酯的水解常称作皂化反应，工业上利用此反应制备肥皂酯在水解时，分子可能在两处发生键的断裂，一种是酰氧断裂，另一种是烷氧断裂+R'

－OHR－C－O－R'OR'

－OHR'

－OHOH－OR－C－O－COROR'COROR'可见碱既是催化剂，又是反应试剂，所用的量超过1当量S18COOCH2CH3NaOHH2O18COONa+CH3CH2OHCH3COCCH2CH3CH3HONaOHH2OCH3COONa

+

ROHCH2OCCH3CH3O+NaOH(95-97%)CH2OHCH3OCH3CONa+water-methanolheat*酯的碱性水解反应讨论：*反应机理（Mechanism）如下：1.碱性水解速率与[-OH]成正比。2.羰基活性越大，－C空间位阻越小，酯基空间位阻越小，反应速率越快。4.酯的碱性水解是不可逆的。5.碱的用量要超过催化量。RCOHO+R'OHRCOR'O+H2OH+b.酸性水解羧酸的伯、仲醇酯在酸催化下水解时,也是以酰氧断裂方式进行,而叔醇则多以烷氧断裂的方式进行。a.碱性水解*反应机理（Mechanism）如下：H+转

移CROHOR'OH2+H2OCROH+OR'叔醇酯在酸催化下水解时，由于立体阻碍较大，反应按烷氧断裂方式进行

+*反应机理（Mechanism）如下：*酯酸性水解反应活性讨论：1.酸在反应中的作用有二：①活化羧基②使OH、OR形成盐而更易离去。2在酯（RCOOR’）中，R有吸电子基团虽能活化羧羰基，但会使关键中间体正离子能量升高，R

为给电子基团亦有两种相反的作用，故表现不出明显的影响。3.酯的酸性水解和酯化反应互为逆反应，平衡的移动取决于反应的条件。体系中有大量水存在，发生酯的水解。若有大量醇存在，并采取去水措施，则有利于酯化反应。4.在RCOOR1中，

R对速率的影响是：一级>二级>三级

R1对速率的影响是：三级>一级>二级（4）酰胺的水解

酰胺比酯难水解，一般需在酸或碱催化、加热条件下进行

（3）酯的水解（1）酰卤的水解

（2）酸酐的水解O2NNH2OCH3O2NNHCOCH3OCH3100ºCKOH/H2OCH3COOK+（5）腈的水解

（4）酰胺的水解（3）酯的水解（1）酰卤的水解

（2）酸酐的水解腈在酸或碱催化下水解成酰胺，继续水解生成羧酸

RCNH2ORCOOH-OHH+或CRONH2-OH或H2OH+（1）水解反应（Hydrolysis）－生成酸（2）醇解反应（Alcoholysis）－生成酯通式：+CRLOHOR'C+ROR'HLO（1）酰卤的醇解酰卤与醇很快反应生成酯，是合成酯的常用方法之一，通常用来制备难以直接从羧酸与醇反应得到的酯

（2）酸酐的醇解

（3）酯的醇解－酯交换（esterexchange）反应酯交换反应常用来制备难以合成的酯（如酚酯或烯醇酯）或从低沸点醇酯合成高沸点醇酯+此页已讲（3）氨解反应

（Aminolysis）－生成酰胺（1）水解反应（Hydrolysis）－生成酸（2）醇解反应（Alcoholysis）－生成酯)HNR2,H2NR(HNH2+)NR2NHR,(NH2ORC+HLCROL（1）酰卤的氨解环状酸酐与氨（或胺）反应，则开环生成单酰胺酸的铵盐，酸化后生成单酰胺酸；或在高温下加热，则生成酰亚胺（imide）

+NaOHOClC6H5CHN+NaCl%81OC6H5CN（3）酯的氨解酯与氨（或胺）及氨的衍生物（如肼、羟氨等）发生氨解反应生成酰胺或酰胺衍生物++C2H5OHOCOC2H5OHH3CH2NOHNCH3COH（3）氨解反应－生成酰胺或酰亚胺（1）水解反应（Hydrolysis）－生成酸（2）醇解反应（Alcoholysis）－生成酯（4）羧酸衍生物的相互转化通过羧酸的各种反应和羧酸衍生物的水解、醇解、氨解等反应可以实现它们之间的相互转化，或者用以有的羧酸或其衍生物，可以制备其他的化合物1.各种羧酸衍生物亲核取代的活性2.羧酸衍生物的亲核取代反应3.羧酸衍生物的亲核加成反应

－酯与格氏试剂的反应

四种羧酸衍生物均可与Grignard试剂作用，生成相应的叔醇。然而，在合成中用途比较大的是酯和酰卤(尤其是酯)与Grignard试剂的作用。RC=OX+

R'MgX无水乙醚RCOMgXXR'RCR'OMgX2R'MgX乙醚RCR'OMgXR'H3O+RCR'OHR'1.各种羧酸衍生物亲核取代的活性2.羧酸衍生物的亲核取代反应3.羧酸衍生物的亲核加成反应

4.羧酸衍生物的还原反应发生还原反应由易到难的顺序为：酰氯>酸酐>酯>羧酸（1）氢化锂铝还原

C15H31COCl1.2.LiAlH4H3O+C15H31CH2OHO2.LiAlH4H3O+CH2OHCH2OH1.OOCON(CH3)21.2.LiAlH4H3O+CH2N(CH3)2（2）罗森孟德（Rosenmund）还原

（1）氢化锂铝还原

+HC2H5OC(CH2)2CH2OOOOClC2H5OC(CH2)2CPd/BaSO4二甲苯5.酰胺的特性

1.各种羧酸衍生物亲核取代的活性2.羧酸衍生物的亲核取代反应3.羧酸衍生物的亲核加成反应

4.羧酸衍生物的还原反应

(1)酰胺的酸碱性N原子上的未共用电子对与羰基处于p－π共轭体系，使得N原子上的电子云密度下降，从而减弱了它接受质子的能力，因此其碱性降低在酰亚胺分子中，氮原子上连接两个酰基，氮上的电子云密度大大降低而不显碱性；同时氮氢键的极性增强，而表现出明显的酸性，能与氢氧化钠（或氢氧化钾）水溶液成盐

(1)酰胺的酸碱性（2）霍夫曼（Hoffmann）降解反应

酰胺在碱性溶液中与卤素作用，失去二氧化碳，重排得一级胺。RCNH2ONaOH

+

Br2RNH2（1）酰胺的酸碱性（2）霍夫曼（Hoffmann）降解反应（3）脱水反应酰胺与强的脱水剂（如P2O5、POCl3、SOCl2等）共热可脱水生成腈，这是制备腈的方法之一加热CH3(CH2)4CNCH3(CH2)4CONH2SOCl26.酯缩合反应5.酰胺的特性

1.各种羧酸衍生物亲核取代的活性2.羧酸衍生物的亲核取代反应3.羧酸衍生物的亲核加成反应

4.羧酸衍生物的还原反应

2H3O+CH3COC2H5OC2H5ONa1.2.C2H5OH+CH3CCH2COC2H5OO（1）克莱森酯缩合反应反应机理：CH2COC2H5OC2H5OCH2COC2H5OHCH3COOC2H5CH2COOC2H5CH3COOC2H5+CH2COOC2H5H3+OCH3COOC2H5CH2COOC2H5CH3COCH2COC2H5O-C2H5OCH3COCH2COC2H5O+C2H5OCH3COCHCOC2H5OCH3COCH2COC2H5O（1）克莱森酯缩合反应（2）交叉酯缩合反应不同的具α－H的酯进行酯缩合时，可能有四种产物，在合成上无意义

CH3COOC2H5

和CH3CH2COOC2H5不具有α-氢的酯可以提供羰基，与具有α-氢的酯进行酯缩合反应时，可得到较纯的产物。这种缩合称为交叉酯缩合（crossedestercondensation）。COOCH2CH3COOCH2CH3+C6H5CH2COOC2H5COOCH2CH3COCHCOOC2H5C6H51)

C2H5ONa2)

H+RO-NaH0-25oCNaBH4C2H5OH25oC常见的无α－H的酯：苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯和碳酸酯等OHOH+

HCOEtOH2OO-HHCO2ROHOHCHOOHOHCH2OHH5C2OCOOC2H5+HCH2COC2H5OH5C2OCOCH2COC2H5O1.EtONa2.H2OCCC2H5OOC2H5OO+CH2COC2H5OH1.

EtONa2.

H2OCCH5C2OOCH2COC2H5OO（1）克莱森酯缩合反应（2）交叉酯缩合反应（3）狄克曼（Dieckmann）酯缩合主要用于制备五元和六元环状β-酮酸酯。OC2H5C2H5OOOC2H5OC2H5OHOCOOC2H5（1）克莱森酯缩合反应（2）交叉酯缩合反应（3）狄克曼（Dieckmann）酯缩合（4）酮与酯的缩合酮与酯之间缩合或酮酸酯分子内进行缩合时，主要产物为β-二酮。这是由于酮的α-氢酸性强于酯的α-氢，所以在碱催化下，酮提供α-氢形成碳负离子，与酯发生亲核加成-消除反应，生成β-二酮COOC2H5+CH3COCOCH2COC2H5OC2H5OH酯缩合反应是形成C-C键的重要反应，它可以合成β-酮酸酯、1,3-二酮、1,3-二酯、环状化合物等

（1）克莱森酯缩合反应（2）交叉酯缩合反应（3）狄克曼（Dieckmann）酯缩合（4）酮与酯的缩合（5）酯缩合反应在合成中的应用羧酸衍生物酯缩合C6H5COOC2H5

+CH3COOC2H5OOC6H5C-CH2-COC2H51.NaH2.H+酮酯缩合C2H5OCOC2H5O+O

C6H5C-CH31.NaH2.H+6.酯缩合反应5.酰胺的特性

1.各种羧酸衍生物亲核取代的活性2.羧酸衍生物的亲核取代反应3.羧酸衍生物的亲核加成反应

4.羧酸衍生物的还原反应7.乙酰乙酸乙酯及其在合成中的应用（1）酮式-烯醇式互变异构能使溴的四氯化碳溶液褪色，使三氯化铁显色，与金属钠反应放出氢气－说明具有烯醇（Enol）的结构b.与氢氰酸、亚硫酸氢钠加成，与羟胺、苯肼试剂生成肟或腙－说明具有酮的结构酮式92.5%烯醇式7.5%（1）酮式-烯醇式互变异构（2）酮式分解和酸式分解CH3CCH2OCOC2H5ONaOHCH3CCH2OCONaOHCH3CCH3O+

CO2（1）酮式-烯醇式互变异构（2）酮式分解和酸式分解（3）在合成中的应用乙酰乙酸乙酯分子中亚甲基上的氢，呈明显酸性，这是由于它在强碱（如RONa、NaH等）作用下其形成的碳负离子中的负电荷可离域到两个羰基氧原子上，使其趋向稳定

CH3COHCCOOC2H5CH3COCHCOOC2H5CH3COH2CCOOC2H5C2H5O/C2H5OHH2O,OH-H3+OC2H5O-C2H5OHR’－X1.H2O,OH-2.H3+OCH3COHCCOOC2H5RX+CH3COHCCOOC2H5RCH3COCH2RCH3COCCOOC2H5RCH3COCHRR'1.合成甲基酮

经乙酰乙酸乙酯合成：

分析：(1)产物为甲基酮，合成时一定要经过酮式分解。(2)将目标产物的结构与丙酮进行比较，确定引入基团。(3)最后确定合成路线。

注意：当引入基团不同时，通常是先引入活性较高和体积较大的基团CH3CCH2CH2PhOCH3CCH2COOC2H5O1.

EtONa,

EtOH2.

ClCH2PhCH3CCHCOOC2H5OCH2Ph1.

EtONa,

EtOH2.

CH3CH2ClCH3CCCOOC2H5OCH2PhCH2CH31.

H2O,

OH-2.

H3+OCH3CCHCH2PhOCH2CH32.合成二羰基化合物CH3CCH2COOC2H5O1.

EtONa,

EtOH2.

CH3COCH2BrCH3CCHCOOC2H5OCH2CCH31.

H2O,

OH-1.

H3+OCH3CCH2CH2CCH3OOO6.酯缩合反应5.酰胺的特性

1.各种羧酸衍生物亲核取代的活性2.羧酸衍生物的亲核取代反应3.羧酸衍生物的亲核加成反应

4.羧酸衍生物的还原反应7.乙酰乙酸乙酯及其在合成中的应用8.丙二酸二乙酯及其在合成中的应用丙二酸二乙酯分子中亚甲基上的氢也呈酸性（pKa＝13），在碱作用下形成碳负离子，可与卤代烷发生亲核取代反应1.H2O,OH-2.H3+O,heat1.EtONaEtOH2.R’－X1.H2O,OH-2.H3+O,heat其它活泼亚甲基化合物如氰乙酸乙酯、硝基化合物等也可发生类似反应。除α,β-不饱和羰基化合物外，α,β-不饱和酸酯、α,β-不饱和腈等具有α,β-不饱和共扼体系的化合物均可作为受体与活泼亚甲基化合物发生反应，这统称为麦克尔加