第十四章羧酸衍生物详解

第十四章羧酸衍生物详解演示文稿现在是1页\一共有115页\编辑于星期四优选第十四章羧酸衍生物现在是2页\一共有115页\编辑于星期四现在是3页\一共有115页\编辑于星期四TheAmericanChemicalSocietyGreenChemistryInstitutePharmaceuticalRoundtable(ACSGCIPR,Roundtable)Itwasfoundthatacylationscomprised12%ofallusedreactionsandthatN-acylationreactionstotheamidewereusedin84(65%)ofthe128drugcandidatesreviewed.Arecentsurveyofthereactionsusedfordrugcandidatespreparedbythreeleadingpharmaceuticalcompanies.Amideformationwasidentifiedasoneofthemostutilizedandproblematicsynthesesinthepharmaceuticalindustry.现在是4页\一共有115页\编辑于星期四现在是5页\一共有115页\编辑于星期四本章要点第一节羧酸衍生物的命名、物性和光谱性质第二节羧酸衍生物的结构和反应性能第三节羧酸衍生物的制备第四节羧酸衍生物的其它反应第五节与酯缩合、酯的烷基化、酰基化相类似的反应第六节β-二羰基化合物的特性及应用现在是6页\一共有115页\编辑于星期四第一节羧酸衍生物的命名、物性和光谱性质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。普通命名法：-溴丁酰溴对氯甲酰苯甲酸IUPAC命名法：2-溴丁酰溴4-氯甲酰苯甲酸一羧酸衍生物的命名现在是7页\一共有115页\编辑于星期四2酸酐的命名单酐：在羧酸的名称后加酐字；混酐：将简单的酸放前面，复杂的酸放后面再加酐字；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：乙酸酐乙丙酸酐丁二酸酐现在是8页\一共有115页\编辑于星期四3酯的命名酯可看作将羧酸的羧基氢原子被烃基取代的产物。命名时把羧酸名称放在前面，烃基的名称放在后面，再加一个酯字。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-丁内酯现在是9页\一共有115页\编辑于星期四4

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；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

CH3CH2CH2CH2CN(CH3)2OO2-Methylpropanamide

dimethylpentanamideN,N-2现在是10页\一共有115页\编辑于星期四5

腈的命名腈命名时要把CN中的碳原子计算在内，并从此碳原子开始编号；氰基作为取代基时，氰基碳原子不计在内。普通命名法：-甲基戊腈-氰基丁酸己二腈IUPAC命名法：3-甲基戊腈2-氰基丁酸己二腈现在是11页\一共有115页\编辑于星期四二羧酸衍生物的物理性质三羧酸衍生物的光谱性质现在是12页\一共有115页\编辑于星期四氧的碱性-H的活性羰基的活性离去基团第二节羧酸衍生物的结构和反应性能现在是13页\一共有115页\编辑于星期四-H的活性减小（-H的pka

值增大）羰基的活性减小（取决于综合电子效应）W的离去能力减小（离去基团的稳定性减小）-H的活性W的离去能力羰基的活性现在是14页\一共有115页\编辑于星期四第三节羧酸及其衍生物的制备及互相转换

一羧酸衍生物的羰基的亲核加成--消除机制二羧酸及衍生物的转换关系概貌三酰卤的制备四酸酐的制备五羧酸的制备六酯的制备七酰胺的酸碱性及制备八腈的制备现在是15页\一共有115页\编辑于星期四该取代反应需要在碱或酸的催化作用下进行。碱性催化的反应机制为：取代反应一羧酸衍生物的羰基的亲核加成-消除反应催化剂现在是16页\一共有115页\编辑于星期四酸催化的反应机制为：这是一个可逆反应，要使反应向右方进行，其条件是：（1）羰基的活性（2）离去基团的活性W->Nu-（3）改变影响平衡移动的其它因素。现在是17页\一共有115页\编辑于星期四二羧酸及其衍生物的转换关系概貌腈芳烃氧化酸酐羧酸酰卤酸酐酯酯酰胺H2O羧酸RXNaCN+RMgX+CO2思考：请为下面的转化各举一例。现在是18页\一共有115页\编辑于星期四三酰卤的制备实例说明：（i）反应原料是羧酸，反应试剂是SOCl2、PCl3、PCl5。（ii）反应需在无水条件下进行。（iii）产物酰卤通常都通过蒸馏方法提纯，所以试剂、副产物与产物的沸点要有较大的差别。（iv）反应机制与醇的卤代类似。SOCl2(bp77oC)PCl3(bp74.2oC)(160oC升华)PCl5+SO2+HCl+H3PO3+POCl3(bp197oC)(bp80oC)(bp196oC)(bp107oC)(200oC分解)亚硫酰氯现在是19页\一共有115页\编辑于星期四亲核取代卤化反应的类别卤化试剂反应条件及催化剂反应机理烷烃的卤化X2光照自由基取代芳烃的卤化X2路易斯酸FeX3亲电取代（加成消除）烯丙位\苯甲位的卤代NBS或X2+光照自由基取代醇的卤化SOCl2PCl5PCl3

PBr3

HX(HI>HBr>HCl)X-醛、酮、酸的-H卤化X2PX3烯醇化加成羧酸羟基的卤化卤代烃中卤素的交换醇能用HX取代，羧酸不行SOCl2PCl5PCl3亲核取代汉斯狄克法、克利斯脱羧法、柯珀脱羧法、柯齐反应烯烃、炔烃的加成X2，HX，HOX亲电加成自由基反应羧酸的脱羧卤化各类卤化反应的归纳总结现在是20页\一共有115页\编辑于星期四四酸酐的制备1.混合酸酐法（酰卤和羧酸盐的反应）2.羧酸的脱水（甲酸除外）COOH(CH3CO)2OC)2OO+

CH3COOH（现在是21页\一共有115页\编辑于星期四4.乙酸酐的特殊制法700-800oC700-740oCAlPO4乙烯酮互变异构3.芳烃的氧化V2O5400oC+3O2（空气）现在是22页\一共有115页\编辑于星期四现在是23页\一共有115页\编辑于星期四五羧酸的制备1.氧化法（参见羧酸一章）2.金属有机化合物与二氧化碳的反应（参见羧酸一章）现在是24页\一共有115页\编辑于星期四HClNH3NH3}}室温加热长时间回流请考虑：反应是否需要催化剂？需要什么催化剂？为什么？（1）水解反应的一般情况3.羧酸衍生物的水解反应现在是25页\一共有115页\编辑于星期四HNO2-H+CH3COOHH2SO4，H2O35oC亚硝酸在酰胺制酸中的作用如果酰胺的空间位阻大，较难水解，可用亚硝酸处理，反应可在室温下完成。重氮化合物现在是26页\一共有115页\编辑于星期四（2）酯的水解反应*1.碱性水解（又称皂化反应）同位素跟踪结果表明：碱性水解时，发生酰氧键断裂。现在是27页\一共有115页\编辑于星期四四面体中间体是负离子反应机理慢快现在是28页\一共有115页\编辑于星期四碱性水解的讨论1.碱性水解速率与[-OH]成正比。

2.羰基活性越大，-C空阻越小，酯基空阻越小，反应速率越快。

CH3COOCMe3Me3CCOOEtCH3COOEtClCH2COOEtV相对

0.0020.01

12963.形成的四面体中间体负离子的能量越低，反应速度越快。（能分散负电荷的取代基对反应是有利的）4.酯的碱性水解是不可逆的。5.碱的用量要超过催化量。6.反应速率：1oROH>2oROH>3oROH现在是29页\一共有115页\编辑于星期四*2.酸性水解同位素跟踪结果表明：酸性水解时，也发生酰氧键断裂。反应机理四面体中间体是正离子现在是30页\一共有115页\编辑于星期四1.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。酸性水解的讨论现在是31页\一共有115页\编辑于星期四3.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。现在是32页\一共有115页\编辑于星期四4.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CH3COOR1在盐酸中，于25OC时水解的相对速率v的实验数据如下：

R1：CH3C2H5CH(CH3)2C(CH3)3v：10.970.531.15(机理不同)现在是33页\一共有115页\编辑于星期四*3酯的酸性水解和碱性水解的比较不同点1催化剂用量不同。碱大于1mol，酸只需要催化量。2碱催化反应是不可逆的，酸催化反应是可逆的。3吸电子取代剂对碱性催化有利。对酸性催化没有明显的影响。4碱性催化：1oROH>2oROH>3oROH酸性催化：3oROH>1oROH>2oROH相同点1都是经过加成消除机理进行的，增大空阻，对反应不利。2都发生酰氧键断裂3oROH的水解只能用新的机理来解释。现在是34页\一共有115页\编辑于星期四*43o醇酯的酸性水解历程通过同位素跟踪可以证明上述反应机制反应式反应机理关键中间体现在是35页\一共有115页\编辑于星期四A制备羧酸和醇B测定酯的结构*5酯水解的应用现在是36页\一共有115页\编辑于星期四六酯的制备1.酯化反应2.羧酸盐+卤代烷3.羧酸+重氮甲烷参见羧酸一章4.羧酸衍生物的醇解反应现在是37页\一共有115页\编辑于星期四4.羧酸衍生物的醇解反应酯交换酸催化为主酸催化催化剂催化剂催化剂催化剂催化剂现在是38页\一共有115页\编辑于星期四*酯交换的讨论：（1）酯交换用酸（HCl,H2SO4,对甲苯磺酸）和碱（RONa）等催化均可。（2）3oROH的酯交换比较困难（因空阻太大）。（3）常应用于一个低沸点醇的酯转化为高沸点醇的酯，反应过程中将低沸点醇不断蒸出，可移动平衡。现在是39页\一共有115页\编辑于星期四*RCN醇解的反应机制H+亚胺酯的盐，无水条件下能得到。现在是40页\一共有115页\编辑于星期四反应实例实例二：实例一：将乙醇不断蒸出。+CH3CH2CH2OHCH3CH2CH2O-CH3CH(OH)CH2CH2COOCH2CH2CH3现在是41页\一共有115页\编辑于星期四实例四：ClCH2COONaClCH2COOHNCCH2COONaC2H5OOCCH2COOC2H5Na2CO3H2O低温NaCNC2H5OHH2SO4ClCH2COOHH2SO4C2H5OHClCH2COOC2H5NaCNNCCH2COOC2H5丙二酸二乙酯氰乙酸乙酯实例三:实例五：CH3O-现在是42页\一共有115页\编辑于星期四七酰胺的酸碱性和制备1.酰胺的酸碱性

CH3CH3CH2=CH2NH3CHCHC2H5OHH2OpKa

~50~40~34-35~25~16~15.7pka~109.628.3~15.1中性弱酸性碱性现在是43页\一共有115页\编辑于星期四Br2KOH+H2OHBr+丁二酰亚胺N-溴代丁二酰亚胺(NBS)丁二酰亚胺的钾盐酸碱反应取代反应现在是44页\一共有115页\编辑于星期四(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

2.酰胺的制备现在是45页\一共有115页\编辑于星期四eg3.CH3COOH+NH3CH3COO-NH4++H2O35%HCl40~50oCeg1.eg2.+H2O26NNaOH,C2H5OH40~50oC,4小时

+O2100oC现在是46页\一共有115页\编辑于星期四5.羧酸衍生物的氨（胺）解（碱催化）(1)反应只能碱催化，不能酸催化。(2)不溶于水的酰卤可用NaOH水溶液催化，溶于水的酰卤须用有机碱催化。(3)3o胺不能发生酰基化反应。现在是47页\一共有115页\编辑于星期四(4)酰胺交换注意平衡移动请写出酸酐氨解的反应机理。(5)酸酐氨解的应用现在是48页\一共有115页\编辑于星期四八腈的制备1用卤代烃和氢氰酸盐制备(参见卤代烃）2酰胺失水(参见酰胺的制备）现在是49页\一共有115页\编辑于星期四现在是50页\一共有115页\编辑于星期四现在是51页\一共有115页\编辑于星期四

一羧酸衍生物与有机金属化合物的反应

二羧酸衍生物的还原反应

三酰卤α-氢的卤化

四瑞佛马斯基反应

五酯的热裂

六酯缩合反应

七酯的酰基化反应

八酯的烷基化反应第四节羧酸衍生物的其它反应现在是52页\一共有115页\编辑于星期四一羧酸衍生物与有机金属化合物的反应现在是53页\一共有115页\编辑于星期四R1MgXR1LiR12CuLiR2CdRCOOHRCOOMgRR’C=ORCOXRR12C-OHRR’C=ORR’C=ORR’C=ORR’C=ORR’C=ORR12C-OH(RCO)2ORCHO1oROH2oROH3oROHR2C=ORCOOR”RCNRCONH2同左同左（慢）同左（慢）同左同左（慢）同左（慢）2oROH3oROH同左同左羰基化合物与有机金属化合物的反应归纳现在是54页\一共有115页\编辑于星期四现在是55页\一共有115页\编辑于星期四位阻较大时现在是56页\一共有115页\编辑于星期四91%eg3:88%eg2:现在是57页\一共有115页\编辑于星期四二羧酸衍生物的还原反应1.一般还原反应的归纳：（1）各类化合物还原反应的总结现在是58页\一共有115页\编辑于星期四现在是59页\一共有115页\编辑于星期四2.特殊还原法（1）酯的单分子还原：鲍维特--勃朗克还原

1定义：用金属钠和无水乙醇将酯还原成一级醇的反应称为鲍维特--勃朗克还原。此法双键不受影响。RCOOR1RCH2OH+R1OHNa-无水乙醇现在是60页\一共有115页\编辑于星期四2酯单分子还原的反应机理自由基负离子现在是61页\一共有115页\编辑于星期四（2）酯的双分子还原：酮醇反应（偶姻反应）Na惰性溶剂H2O

1定义：在惰性溶剂中，用金属钠将脂肪酸酯还原成α-羟基酮的反应称为酮醇反应。现在是62页\一共有115页\编辑于星期四+2Na2Na-2R’O-H2O偶联偶合互变异构2酯双分子还原的反应机理现在是63页\一共有115页\编辑于星期四3.酯双分子还原反应的应用A制备α-羟基酮

B制备α-羟基环酮C制备索烃………………现在是64页\一共有115页\编辑于星期四三酰卤α-氢的卤化请完成下列转换KMnO4(CH3CO)2OC2H5OHSOCl2C2H5OHBr2现在是65页\一共有115页\编辑于星期四五酯的热解（裂）酯在400~500℃的高温进行热裂，产生烯和相应羧酸的反应称为酯的热解。CH3COO-CH2CH2-HCH3COOH+CH2=CH2400-500oC（1）定义：1酯的热解现在是66页\一共有115页\编辑于星期四1消除反应是通过一个六中心过渡态完成的。CH3COOH+六中心过渡态2反应机理说明：消除时，与-C相连的酰氧键和与-C相连的H处在同一平面上，发生顺式消除。（2）反应机理：现在是67页\一共有115页\编辑于星期四eg1.顺式消除顺式消除500oC500oC主要产物全重叠式部分重叠式3部分重叠式构象比全重叠式构象稳定，因此以部分重叠式构象进行顺式消除而得到的反型产物占多数。现在是68页\一共有115页\编辑于星期四CH2=CHCH2CH2CH3+CH3CH=CHCH2CH3eg2.500oC4当α-C两侧都有β-H时，以空阻小，酸性大的β-H被消除为主要产物.主要产物现在是69页\一共有115页\编辑于星期四以为起始原料，制备和eg3.CH3COCl-H+500oCH+重排+CH3COOH环外双键环内双键现在是70页\一共有115页\编辑于星期四eg4.

以CH3CH2CH2CH2OH为原料合成CH3CH2CH=CH2CH3CH2CH2CH2OHCH3CH=CHCH3CH3CH2CH=CH2HOAcCH3COOCH2CH2CH2CH3500oC~100%末端烯烃H+现在是71页\一共有115页\编辑于星期四1.克莱森缩合反应

（1）定义：具有-活泼氢的酯，在碱的作用下,两分子酯相互作用，生成β-羰基酯,同时失去一分子醇的反应。六酯缩合反应现在是72页\一共有115页\编辑于星期四（2）反应机理现在是73页\一共有115页\编辑于星期四（3）在强碱作用下的酯缩合反应只有一个α-H，必须用强碱作催化剂，才能使反应进行。现在是74页\一共有115页\编辑于星期四在强碱作用下酯缩合的反应机制现在是75页\一共有115页\编辑于星期四2.混合酯缩合（1）甲酸酯醛基现在是76页\一共有115页\编辑于星期四RO-NaH0-25oCH2ONaBH4C2H5OH25oC1.甲酸酯中含有醛基、催化剂碱性不能太强，产率不高.2.是在分子中引入甲酰基的好方法.3.如果用一个内酯和甲酸酯缩合，不能用RO-做催化剂，否则会发生酯交换而开环.讨论现在是77页\一共有115页\编辑于星期四1.一个酯羰基的诱导效应，增加了另一个酯羰基的活性，反应顺利，产率好。2.羰基活性好，所以催化剂的碱性不用太强。3.在合成上用来制备①丙二酸酯或α-取代的丙二酸酯。②α-羰基酸。（2）草酸酯丙二酸酯α-羰基酸现在是78页\一共有115页\编辑于星期四1.羰基活性差，选用强一些碱作催化剂。2.在合成上用来制备丙二酸酯或α-取代的丙二酸酯。(3)碳酸酯现在是79页\一共有115页\编辑于星期四1.羰基活性差，选用强碱作催化剂。2.在合成上，主要用于在α-C上引入苯甲酰基。(4)苯甲酸酯现在是80页\一共有115页\编辑于星期四（5）实例剖析eg1.选用合适原料制备eg2.选用合适的原料制备合成二：HCOOEt+C6H5CH2COOEtEtONa70%合成一：EtOOC-COOEt+C6H5CH2COOEtEtONa-CO175oC+C6H5CH2COOEtEtONa现在是81页\一共有115页\编辑于星期四合成：eg3.选用合适的原料合成逆合成分析-CO2EtO-H+H+OH-现在是82页\一共有115页\编辑于星期四4狄克曼酯缩合反应

二元酸酯若分子中的酯基被四个以上的碳原子隔开时，就发生分子中的酯缩合反应，形成五员环或更大环的酯，这种环化酯缩合反应称为狄克曼酯缩合。实例1现在是83页\一共有115页\编辑于星期四实例2实例3理论上应有两种产物，但两个反应是可逆的，因此最后产物是受热力学控制的，得到的总是最稳定的烯醇负离子。现在是84页\一共有115页\编辑于星期四反应机理现在是85页\一共有115页\编辑于星期四实例4实例5发生分子内酮酯缩合时,总是倾向于形成五元环、六元环。现在是86页\一共有115页\编辑于星期四七酯的酰基化反应反应在无质子溶剂中进行。

一元酸酯在强碱作用下，可与酰氯或酸酐进行反应，而在α-C上引入酰基，这称为酯的酰基化反应。现在是87页\一共有115页\编辑于星期四

一元酸酯在强碱作用下，与卤代烷发生反应，在α-C上引入烷基，这称为烷基化反应。八酯的烷基化反应反应在无质子溶剂中进行。现在是88页\一共有115页\编辑于星期四第五节β-二羰基化合物的特性及应用一β-二羰基化合物的酸性及判别二β-二羰基化合物的烷基化、酰基化三β-二羰基化合物的酮式分解和酸式分解四β-二羰基化合物在合成中的应用实例现在是89页\一共有115页\编辑于星期四一β-二羰基化合物的酸性及判别化合物 pKa 烯醇式含量 CH3COCH3 20 1.5×10-4(痕量) H2O 16 ROH 15 EtO2CCH2CO2Et 13.3 7.7×10-3

NCCH2CO2Et 92.5×10-1

CH3COCH2CO2Et 10.3 7.3(纯液态)，气态46.1%,水0.4%

CH3COCH2COCH3 9 76.5 C6H5COCH2COCH3 99

100*表中的烯醇式含量均在纯净液态（无溶剂）下测定。现在是90页\一共有115页\编辑于星期四碳负离子可以写出三个共振式(1)>(2)>(3)酮式（92.5%）41oC/2.66barmp-39oC烯醇式（7.5%）32oC/2.66bar现在是91页\一共有115页\编辑于星期四在极强碱的作用下，可以形成很不稳定的双负离子现在是92页\一共有115页\编辑于星期四二β-二羰基化合物的烷基化、酰基化1乙酰乙酸乙酯的α-烷基化、α-酰基化

2乙酰乙酸乙酯的γ-烷基化、γ-酰基化

3β-二酮的γ-烷基化、γ-酰基化

现在是93页\一共有115页\编辑于星期四1乙酰乙酸乙酯的α-烷基化、α-酰基化CH3COOC2H5C2H5ONa-C2H5OHNa+CH3INaH-HNa+CH3COCl现在是94页\一共有115页\编辑于星期四β-二羰基化合物的Na盐在非质子溶剂中不溶，为了改善盐的溶解性能，用可溶性的镁盐代替不溶性的钠盐。方法一：方法二：用可溶性的镁盐代替不溶性的钠盐。C2H5OH+Mg+CH2(COOC2H5)2C2H5OMg+-CH(COOC2H5)2CCl4C2H5COCl现在是95页\一共有115页\编辑于星期四一分子二羰基化合物在二分子强碱（如KNH2，NaNH2，RLi等）作用下，形成双负离子，再与一分子卤代烷或酯反应，可在γ位烷基化、酰基化，反应有区域选择性。2乙酰乙酸乙酯的γ-烷基化、γ-酰基化现在是96页\一共有115页\编辑于星期四or用RLi，惰性溶剂NH3(液)NaNH2Na+NaNH2NH3(液)1molRX1molRX1molRCOX1mol1molRCOOEt1molRCOXNH4ClorH2Oα氢酸性大，形成的烯醇负离子稳定，因此试剂选择在γ位发生反应，使负电荷在α位，如果使用二分子试剂，则α位与γ位均可反应。现在是97页\一共有115页\编辑于星期四3β-二酮的γ-烷基化、γ-酰基化烷基化用NaNH2-NH3(l)，酰基化用RLi-惰性溶剂其它的β-二羰基化合物也能发生同样的反应。例如:H3O+2NaNH2NH3(l)n-C4H9Br现在是98页\一共有115页\编辑于星期四对于不对称的β-二酮，有两个γ位，反应总是在质子酸性较大的γ位发生。例如：2NaNH2NH3(l)NH4ClRX现