第十二章 羧酸衍生物

第十二章羧酸衍生物12.1命名单酐称“某酸酐”，混酐是先简单后复杂排列两个酸。命名(续)酰胺的N上有取代基时，要注明连在N上。分子内形成的酯或酰胺，称作内酯或内酰胺并表明羟基或氨基所连的位置。12.2羧酸衍生物的化学性质羧酸衍生物可用通式表示：一、亲核取代(亲核加成－消除)反应羧酸衍生物的取代反应实际上是经历了先亲核加成、后消除两步反应。其酸催化的历程如下：上述反应中，亲核加成一步是慢步骤，是决定整个反应速度的步骤。不同的羧酸衍生物在发生亲核加成－消除反应时，反应活性是不同的。可从亲核加成一步的影响因素分析得到解释：四种羧酸衍生物的反应活性对亲核加成一步来说，影响反应的关键是羰碳上正电性的大小，当R、Nu、溶剂、温度、酸度等一定时，羰碳上的正电性只与L的电子效应有关。从诱导效应看，L的吸电子能力越强，羰碳上的正电性就越大，而四种羧酸衍生物的吸电子能力大小为：－Cl＞－OCOR＞－OR’＞－NH2从共轭效应看，L上的孤电子对与C＝O存在p-

共轭，使羰碳正电性降低，而四种衍生物共轭效应的强弱为：

－NH2＞－OR’＞－OCOR＞－Cl

共轭效应越强，羰碳的正电性越小，亲核活性就越小。因此，从两种效应看，四种羧酸衍生物的亲核活性大小顺序为：

酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺1.水解反应2.醇解酯交换反应的应用聚酯纤维“涤纶”的合成也用到了酯交换反应。3.氨解4.与格氏试剂反应格氏试剂能与羧酸衍生物先进行亲核加成－消除反应，生成酮后，再进行一次亲核加成－水解反应，最终得到叔醇。二、

-H的反应羧酸衍生物的

-H受羰基的影响也有一定的酸性，可以发生取代和缩合反应。但是，在四个羧酸衍生物中，酰氯的羰基吸电子能力最强，最易发生-H的卤代反应，其它三个活性较低，不易反应。如：

-H的反应在-H的反应中，应用最广的是缩合反应。1.克莱森(Claisen)酯缩合

-H的反应含有-H的其它酯也能发生克莱森酯缩合反应。如：2.交叉酯缩合反应如果是两种含有

-H的酯，进行交叉酯缩合，可得四种产物。但如果有一个是甲酸酯，由于其空间位阻较小，可使交叉缩合成为主要产物。当含有-H的酯与不含-H醛进行缩合时，由于醛基的活性较高，也可发生类似的交叉缩合反应。当酮和酯都含有-H时，由于酮的-H酸性比酯的高，所以一般在反应中酮作为亚甲基组分，酯作为羰基组分。3.狄克曼(Diekmann)反应狄克曼反应实质上是分子内酯缩合反应4.柏金(Perkin)反应芳香醛与乙酐在碱催化下发生的缩合反应叫柏金反应。柏金(Perkin)反应柏金反应的原料是芳香醛和酸酐,酸酐的

-C上必须含两个-H，芳香醛的芳环上带有吸电子基(如－X、－NO2等)有利于反应的进行，但芳环上带有羟基，也能得到满意的结果。如邻羟基苯甲醛与乙酐在乙酸钠存在下，很容易得到一个内酯(香豆素)。该反发生是先发生柏金反应，然后，又发生分子内的酸酐酚解反应。三、还原反应除了催化加氢外，化学还原剂常用LiAlH4；NaBH4只能还原酰氯；ROH＋Na常用于酯的还原。还原反应如果用活性较低的催化剂，可使酰氯还原停留在醛这一步。这是由羧酸制备醛的一种好方法。还原反应(续)在工业上，应用较广的是酯的还原，是制备高级脂肪醇的主要方法。四、酰胺的其它性质酰胺除了上述性质外，由于具有－NH2，还有一些特殊的性质。1.酸碱性酰胺的酸碱性丁二酰亚胺的酸碱性2.脱水反应酰胺在强脱水剂(P2O5)存在下，加热脱水生成腈。这个反应实际上是腈水解反应的逆反应。3.霍夫曼(Hofmann)降级反应非取代酰胺与NaOX的碱溶液作用，脱去羰基，生成少一个碳的伯胺，叫做酰胺降级反应。4.贝克曼重排贝克曼重排是生产锦纶-6单体(

-己内酰胺)的基本原理:§12.3乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯和2,4-戊二酮中，中间的亚甲基对两边的两个羰基来说，都是α-位，同时受两个羰基吸电子作用的影响，使得这个碳上的α-H显得特别活泼，或者说酸性较强。因此，它们常被叫做含有活泼亚甲基的化合物(或称为

-二羰基化合物)。正因为如此，这类化合物具有自己独特的性质，在有机合成上也有着广泛的应用。1.酸性大小首先看它们的酸性：由于亚甲基同时受两个羰基的吸电子作用的影响，使其α-H有较强的酸性。如一般羰基化合物的pKa在17－20之间，而β-二羰基化合物的pKa则在9－13之间，远比醇和水的酸性强。一些羰基化合物的pKa值如下：2.烯醇式重排在上述羰基化合物中，一方面由于亚甲基上的氢活性较强，氢能以质子的形式离去；另一方面，羰基氧上带有负电荷，能结合质子。所以在羰基化合物中都存在着不同程度的烯醇式重排产物。尤其是在后两个化合物中，形成烯醇式后，其C＝C双键还与C＝O双键存在着π-π共轭，使烯醇式结构趋于更稳定。能使烯醇结构稳定的另一个原因是，在烯醇式结构中，能够通过分子内氢键形成稳定的六元环。在一个羰基化合物中，其烯醇式含量的多少，与其α-H的酸性大小有关，还与其烯醇式结构的稳定性有关。一般其α-H的酸性越强，在互变异构平衡中，烯醇含量就越高。3.活泼亚甲基化合物的性质在这些化合物中，由于都存在着酮式－烯醇式重排，所有它们即具有酮的性质，又同时具有烯醇式结构的性质。在羰基的性质中，它们都能与HCN、NaHSO3、NH2OH、苯肼等羰基试剂发生亲核加成反应。在烯醇式结构的性质中，它们又都能使Br2/CCl4溶液褪色，能使FeCl3溶液显色，能与金属钠作用放出氢气。但是，它们虽然具有甲羰基结构，但却不能发生碘仿反应。4.碳负离子的反应由于这些化合物亚甲基氢的酸在Pka=9-13之间，比水还强，它就能与强碱作用，形成碳负离子。如：生成的碳负离子具有碱性，能够与具有活泼氢的物质(更强的酸)作用形成中性分子。生成的碳负离子也具有亲核性，(1)能够与卤代烃发生亲核取代反应.(2)能与醛酮发生亲核加成反应.(3)能与羧酸衍生物发生亲核加成－消除反应等.(4)还能与、－不饱和醛酮发生Michael反应。碳负离子的反应(1)能够与卤代烃发生亲核取代反应(2)与羰基化合物发生亲核加成反应，常又称为缩合反应。碳负离子的反应(3)与酰氯或酸酐发生亲核加成－消除反应，在亚甲基上引入酰基。但酯和酰胺活性太低不能反应。(4)与共轭不饱和醛酮发生1,4－加成反应，即Michael反应通过上述反应可以看出，它们都形成了新的C－C键，是增长碳链的重要方法，因此，在有机合成中有着非常广泛的应用。12.3.1乙酰乙酸乙酯一、制备：1、克莱森酯缩合法：2、双乙烯酮法：二、三乙的性质在三乙中，其中间的亚甲基同时受羰基和酯基的影响，亚甲基氢比较活泼，具有酸性，Pka=11，可与强碱（如醇钠）作用形成钠盐；也存在着酮式－烯醇式互变异构。1、存在酮羰基：能与HCN、NaHSO3、NH2OH、苯肼作用、能被NaBH4还原成－羟基丁酸酯。乙酰乙酸乙酯的性质2、存在烯醇式结构：能使溴的醇溶液褪色、与Na作用放出H2气、还与FeCl3溶液显紫色。实验发现三乙中烯醇式含量的多少，与溶剂的极性有关：在极性溶剂如水中，烯醇式含量占0.4%，在弱极性溶剂如乙醇中，占7.5%，在非极性溶剂如正己烷中，占46.4%。3、虽然含有CH3CO-结构，但不发生碘仿反应。4、酮式分解三乙属于－羰基酯，在5%的稀碱中水解，再酸化得－羰基酸，该酸不稳定，加热会发生分解脱羧，生成丙酮，因此，这种分解方式称为酮式