有机化学-羧酸衍生物

银杏内酯穿心莲内酯红霉素头孢氨苄青霉素G除虫菊酯金霉素第十章羧酸的衍生物(DerivativesofCarboxylicAcid)羧酸的衍生物—羧酸中的羟基被其他非碳(氢)原子

(如卤素原子,氧原子或氮原子)基团取代后的产物.羧酸衍生物的分类和命名羧酸衍生物的化学性质羧酸衍生物的亲核取代反应

（加成–消去反应历程）丙二酸酯和乙酰乙酸乙酯在合成上的应用本章主要内容10-1羧酸衍生物的分类和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。p-π共轭体系活性顺序由强到弱顺序——酰卤>酸酐>酯>酰胺二、羧酸衍生物的命名酰卤和酰胺根据酰基称为“某酰某”酰基：酯的命名是根据形成它的酸和醇称为“某酸某酯”酸酐的命名是在相应羧酸的名称之后加一“酐”字多元醇的酯一般将醇的名称放在酸的前面，命名为“某醇某酸酯”10-2羧酸衍生物的物理性质1.沸点(b.p)

b.p：酰卤、酸酐、酯＜M相近的羧酸原因：酰卤、酸酐、酯

没有分子间的氢键缔合作用酰胺(N上没有取代基)>相应的羧酸原因：酰胺的氨基上的氢原子可在分子之间形成较强的氢键随着酰胺的氨基上的氢原子被取代，分子间的氢键缔合作用将逐渐削弱，以致不能发生氢键缔合，其沸点必然下降。分子间氢键形成酰胺＞N—一取代酰胺＞N—二取代酰胺2.溶解度

酰卤、酸酐和酯不溶于水，但低级酰卤、酸酐遇水则分解。低级酰胺溶于水，随着M↑，溶解度↓10-3羧酸衍生物的化学性质

水解（酰卤和酸酐常温下即反应,不须要催化剂;

酯和酰胺须用碱或酸催化）一、酰基上的亲核取代(加成-消去)反应(2)醇(酚)解酯交换反应—蒸出低沸点醇,平衡右移(3)氨解—酰卤、酸酐和酯均可与氨或胺作用，

生成相应酰胺亲核取代反应机理—加成-消除酸性水解——大部分情况是酰氧键断裂的加成-消除机理，是酸催化酯化反应的逆反应。酯水解反应机理酯化反应机理碱性水解——多数情况也是以酰氧键断裂方式进行3

醇酯的酸性水解：

3

醇（叔醇）酯化H2O中有18O，说明反应为烷氧断裂(4)酯缩合反应有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-羰基酯的反应叫酯缩合反应，又称为克莱森酯缩合（Claisenestercondensation）。例如：反应机理：交叉酯缩合分子内酯缩合——狄克曼（Dieckmann）反应

缩合产物经酸水解生成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。二、还原反应LiAlH4还原—除酰胺还原得到相应的胺外，酰卤、酸酐和酯还原均得到相应的伯醇(2)

Bouveault-Blanc(布沃-布朗)还原反应—用金属钠-醇还原酯与金属钠在醇溶液中加热回流，可被还原成伯醇。在反应中加入适量的喹啉–S或硫脲等做为“抑制剂”可降低催化剂的活性，以使反应停留在生成醛的阶段。(3)Rosenmund还原—酰卤在Pd/BaSO4催化剂存在下，进行常压加氢，使酰卤还原成相应醛，称为Rosenmund还原。

三、与Grignard试剂作用反应可以停留在生成酮的阶段,但产率不高

反应活性:

四、酰胺的特性

(1)酰胺的酸碱性N原子上的未共用电子对与羰基处于p-

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：NH3>>RCONH2由于p-π共轭效应导致N原子上的电子云密度↓，N─H键必然受到诱导效应的影响，使H原子解离的趋势↑，而表现出一定的酸性，但其酸性也很弱，其酸性大体与醇相当。酰胺虽具有碱性，但其碱性很弱，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)形成的盐一旦遇水则又水解为酰胺和盐酸。酰亚胺化合物由于受两个羰基的影响，N上的H原子的酸性将明显增强酰亚胺化合物可与强碱作用，生成稳定的盐N-Bromosuccinimide(NBS)N—溴代丁二酰亚胺丁二酰亚胺（Succinimide）

(2)脱水反应

酰胺在脱水剂P2O5、SOCl2等存在下共热或高温加热，则发生分子内脱水，生成腈。如：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胺的反应，称为霍夫曼降解反应。2­甲基­3­苯基丙酰胺苯异丙胺（安非他明）此反应不适合N-取代酰胺⑶霍夫曼（Hofmann）降解反应霍夫曼降级反应机理：乃春（Nitrene）五、油脂油脂包括油和脂肪。油——常温下为液体，如：豆油、桐油和花生油等。脂肪——常温下为固体或半固体，如：牛油、猪油等。油脂的主要成分为直链高级脂肪酸的甘油三酯一般而言，油中不饱和酸的甘油酯较多；脂肪中饱和酸的甘油酯较多。

1.皂化反应与皂化值油脂的性质：碘值：100g油脂所能吸收的碘的质量(单位：mg)，称为碘值。碘值↑，说明油脂的不饱和程度↑。由于碘与碳碳双键加成较为困难，测定时通常用ICl或IBr作试剂，再折算成碘的质量。皂化值：工业上把1g油脂完全皂化所需的KOH的质量(单位：mg)，称为皂化值。

2.加成反应与碘值含有不饱和酸的油脂，分子中的碳碳双键可与H2或X2加成。如：将油在200℃以上、0.1~0.3MPa下，以Ni为催化剂进行催化加氢，称为油的氢化或油的硬化。工业上常通过该反应把液态的植物油转变为人造脂肪，用于食用或制造肥皂。

碳酰氯俗称光气。常温下为无色有甜味的气体，熔点-118℃，沸点8.2℃，有剧毒，对人和动物的呼吸道有强烈的刺激作用，能引起窒息。在第一次世界大战中曾用它作化学武器，造成极大伤亡。工业碳酰氯可用一氧化碳和氯气在活性碳催化下加热制得：

碳酰氯六、碳酸衍生物简介

碳酰氯具有酰氯的一般特性，可水解生成CO2+HCl，醇解生成氯代甲酸酯、碳酸酯，氨解生成尿素，也可以与芳烃发生付—克酰基化反应。它是有机合成上的一种重要的原料，可用来生产染料、安眠药、泡沫塑料和聚碳酸酯塑料等。

碳酰胺俗称尿素，也称为脲，存在于人和哺乳动物的尿中。脲为白色晶体，熔点132℃，易溶于水和乙醇，不溶于乙醚。尿素主要用作化肥，还是重要的化工原料，主要用于塑料和医药工业。

碳酰胺工业上尿素利用二氧化碳和过量氨在高压下加热制取：

脲除具有酰胺的化学性质外，由于其结构特点还具有一些特殊性质1．成盐：脲的碱性比酰胺强，能与强酸成盐，但仍是个弱碱，其水溶液不能使石蕊变蓝。脲与硝酸反应生成硝酸脲，它不溶于水和浓硝酸，利用这一性质可从尿中提取脲。2．水解：脲在酸、碱或尿素酶的存在下，可水解生成氨（或铵盐），故可用作氮肥。3．与亚硝酸作用：脲与亚硝酸反应立即放出氮气和二氧化碳，反应可定量进行，利用此反应可以测定脲的含量或用来除去某些反应中残留的过量亚硝酸。4．加热反应：将固体脲慢慢加热到150~160℃左右，两分子脲脱去一分子氨，生成缩二脲缩二脲以及分子中含有两个以上的酰胺基的有机化合物，都能与硫酸铜的碱溶液生成紫色络合物，这个显色反应叫做缩二脲反应，常用于有机分析鉴定。

5．酰基化：脲与酰氯、酸酐或酯作用可生成相应的酰脲。例如：脲与丙二酸酯反应生成环状的丙二酰脲，它有酸性，又称巴比土酸（barbituricacid）。巴比土酸是一类重要的安眠剂药物，它互变异构后形成六元嘧啶芳环体系，能溶于氢氧化钠，故有酸性，但结构中酮式占有最主要的形式。

10-4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°具有羰基化合物(醛或酮)的性质2°具有烯烃和醇(严格说具有烯醇结构)的性质1．互变异构现象

1°共轭体系的形成，降低了体系的内能

2°形成分子内氢键（较稳定的六元环体系),使烯醇式稳定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烷基化注：1.RX最好用1°卤代烃，2°卤代烃产量低

(不能用3°卤代烃和乙烯式卤代烃)。

2.二次引入时，第二次引入的R′要比R活泼。

3.RX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，故称为酮式分解酮式分解机理酸式分解—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，故称为酸式分解酸式分解机理说明：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。

a.合成甲基酮（二）乙酰乙酸乙酯在有机合成上的应用单次取代二次取代合成实例逆推理过程：b.合成二酮用酰卤、酸酐与乙酰乙酯反应，再经过酮式分解可得到β—二酮。c.合成各种羧酸

利用烃基乙酰乙酸乙酯酸式分解可以合成各种羧酸。但由于酸式分解时常伴有酮式分解的副产物生成，产率低，因此一般不采用乙酰乙酸乙酯合成法制取各种羧酸，通常采用丙二酸酯合成法。

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，加热时易脱羧成为羧酸（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）制备各类羧酸（包括开链、环状、多元等结构）三、活泼亚甲基化合物的其它反应与乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯相似，所有具有被双活化基团相连的亚甲基化合物都有类似丙二酸酯和乙酰乙酸乙酯的性质。如:CH3COCH2COCH3、NCCH2CN、CH3COCH2CN、O2NCH2CN、CH2(NO2)2等化合物都可形成稳定的负碳离子，进行类似的反应.Knoevenagel缩合反应活泼亚甲基化合物上的负碳离子在吡啶等有机碱催化下,和醛酮羰基加成发生类似羟醛缩合的反应,称之为Knoevenagel缩合反应有机半导体材料（有机太阳能电池小分子受体的合成）Knoevenagel缩合反应麦克尔（Michael）反应

活泼亚甲基化合物在碱催化下与α，β-不饱和醛、酮、酯、腈、硝基化合物等可以进行1，4-共轭加成反应，反应的结果总是负碳离子加α，β—不饱和羰基（腈基、硝基）化合物的β碳原子上，而α—碳原子则上加上一个氢离子