第13章 羧酸衍生物.ppt

1、第1页,第十三章 羧酸衍生物 (carboxylic acid derivatives),13.3 羧酸衍生物的化学性质,13.6 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯,13.1 羧酸衍生物的结构和命名,13.5 其它羧酸衍生物,13.2 羧酸衍生物的物理性质,13.4 羧酸衍生物的制备,第2页,腈 (nitrile),13-1 羧酸衍生物的结构和命名,第3页,1、羧酸衍生物的结构,羧酸衍生物的结构可以用通式表示为：,第4页,2、羧酸衍生物的命名,酰卤 由相应羧酸的酰基和卤素组成。,乙酰氯,对甲氧基苯甲酰氯,苯甲酰溴,可作为酰基的卤化物，在酰基名称后加卤素的名称。,2-溴丁酰溴,第5页,酰胺 由相应酸的

2、酰基和“胺”组成它的名称。 若氮上有取代基，在烃基名称前加 N 标出。,乙酰胺,环己烷甲酰胺,丙二酰胺,苯甲酰胺,N-乙基乙酰胺,N,N -二甲基甲酰胺,邻苯二甲酰亚胺,邻苯二甲酰胺,第6页,混酐：二分子不同一元羧酸所得的酐叫混酐。,命名时，简单或低级酸在前，复杂或高级酸在后，再加上“酐”字。,酸酐：,单酐：二分子相同一元酸所得的叫单酐。命名在酸字后加“酐”字。,乙酸酐,丁二酸酐,苯甲酸酐,邻苯二甲酸酐,甲乙酐,乙丙酐, 环酐：在二元酸的名称后加“酐”字。,第7页,酯 以相应的酸和醇来命名，酸在前，醇在后，叫“某酸某酯”。而多元醇的酯，一般把酸放在后，叫“某醇某酸酯”。,乙酸乙酯,苯甲酸乙酯,

3、乙酸苯酯,乙二醇二乙酸酯,草酸单乙酯,草酸甲乙酯,内酯命名时，用内酯二字代替酸字并标明羟基的位置。,2-甲基-4-丁内酯,乙酸苯甲酯,第8页,羧酸衍生物的分子中都含有 C=O 基，因此它们都是极性的化合物。,乙酸异戊酯 - 香蕉香味 正戊酸异戊酯 苹果香味 正丁酸正丁酯 菠萝香味,低级酯具有令人愉快的香味，常作香料。许多花、果的香味是由于羧酸酯而引起的。,低级酰卤和酸酐都是具有对粘膜有刺激性臭味的液体，高级的为固体。,C14 酸以下的甲酯和乙酯均为液体。 酰胺除甲酰胺外，由于分子内形成氢键，均是固体；而当酰胺的氮上有取代基时为液体。,14-2 羧酸衍生物的物理性质,第9页,酰卤和酯由于不存在氢

4、键，沸点比相应的酸低得多，而 酰胺却有较高的沸点（如果胺基上氢被烃基取代后，由于缔合程度减小而使沸点降低）。,羧酸衍生物可溶于有机溶剂； 酰氯和酸酐不溶于水，低级的遇水分解； 酯在水中溶解度很小； 低级酰胺可溶于水。,第10页,羰基,亲核取代反应,还原反应,与Grignard 试剂的反应,R,H,H,O,L,氢,Claisen酯缩合,羧酸衍生物的球棒模型如下(L=Cl,OCOR,OR, NH2等):,酰胺氮原子上的反应：脱水，脱羰基。,14-3 羧酸衍生物的化学性质,第11页, 水解,羧酸衍生物水解都生成相应的羧酸,水解活性： 酰氯 酸酐 酯 酰胺,1. 酰基上的亲核取代反应,第12页,酯水解

5、是可逆过程，但在OH- 条件下水解生成盐，平衡破坏，水解可进行到底。,V = K RCOOR/ OH- ,碱性水解，动力学证明是SN2 反应机理,同位素示踪实验证明，不管是H+ 催化剂还是OH- 催化剂， 大多数羧酸酯水解是酰氧键断裂。,酯水解,第13页,碱性水解的讨论,CH3COOCMe3 Me3CCOOEt CH3COOEt ClCH2COOEt V相对 0.002 0.01 1 296,这个历程称BAC2机理（B 碱性，AC 酰氧键断裂，2双分子反应）可看成加成-消除反应。,碱性水解机理：,碱性水解速率与 -OH成正比。 酯的碱性水解是不可逆的。 碱的用量要超过催化量。 羰基活性越大，-

6、C空阻越小，酯基空阻越小，反应速率越快。,第14页,CH3COOR/在盐酸中，水解的相对速率v的实验数据如下： R/： CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3 （25）v： 1 0.97 0.53 1.15(机理不同),酸性水解的讨论,酸性水解机理：,一般酯在H+ 催化剂下的水解按AAC2机理进行（A 酸性， AC 酰氧键断裂，2 双分子反应），为可逆反应。,酸在反应中有活化羰基的作用。,在酯 （RCOOR/）中，R有吸电子基团虽能活化羰基，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。,第15页,叔醇的酯水解只能用新的机理来解释: 烷氧键

7、(Al)断裂，单分子反应 。,第16页,酯的酸性水解和碱性水解的异同点,相同点 都是经过加成消除机理进行，增大空阻，对反应不利。 都发生酰氧键断裂,不同点 催化剂用量不同。碱大于1 mol，酸只需要催化量。 碱催化反应是不可逆的，酸催化反应是可逆的。 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。 碱性催化：伯ROH 仲ROH 叔ROH 酸性催化：叔ROH 伯ROH 仲ROH,第17页, 醇解,羧酸衍生物都可以与醇作用生成相应的酯。,反应活性顺序为： 酰氯 酸酐 酯 酰胺,第18页,酰氯醇解可用来合成较难直接由羧酸酯化的酚酯。,环状酸酐醇解得到单酯酸,第19页,酯醇解得到一个新的酯和醇

8、，故称为酯交换反应。,酯交换的讨论 酯交换用酸（HCl, H2SO4, 对甲苯磺酸）和碱（RONa） 等催化均可。 叔ROH的酯交换比较困难（因空阻太大）。 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。,第20页, 氨（胺）解,酰氯、酸酐、酯与氨作用生成酰胺的反应叫做氨解。,反应活性顺序为： 酰氯 酸酐 酯,第21页, 酰基上亲核取代反应机理,四面体中间体,2,羧酸衍生物的水解、醇解、氨解的反应机理相似，属于亲核取代反应。,第22页, 羧酸衍生物酰化反应的相对活性,活性顺序:,理论解释:,共振论的观点：,第23页,羧酸衍生物均具有不饱和键，可以多种方

9、法进行还原，不同衍生物以不同的还原方法得到不同的还原产物。, 酸酐,酸酐用氢化铝锂还原时，得二分子醇。（不能被NaBH4还原）, 酰胺,（注： NaBH4 不能还原酰胺）,2. 羧酸衍生物的还原,第24页,还原剂为：LiAlH4 、NaBH4 、 H2 / Ni 、Pd 、 Pt 时产物为醇。,酰氯用毒化的钯（Rosenmund还原）还原能制备各种醛； 或用三叔丁氧基氢化铝锂还原能制备各种醛。, 酰氯,酰氯可还原成醛或醇。,第25页, 酯,酯较易被还原，可以被多种还原方法来还原，生成二分子醇。,第26页,总结：,都可用氢化铝锂还原,不反应,第27页,反应是否终止在酮阶段与羰基活性、试剂的用量及

10、反应条件有关。,3. 与Grignard试剂的反应,第28页,酰 卤,酰卤比酮活泼，与格氏试剂反应比酮快，故在温和条件下 使用过量的酰卤，可得到较高产率的酮。,如果要得到叔醇，则要加剧反应条件和加大格氏试剂的用量。,第29页,酸酐与格氏试剂在室温下也可以得到酮。,酸 酐,酰胺,酰胺不能与格氏试剂反应，因为有活泼氢之故。,第30页,但具有位阻大的酯可以停留在酮阶段。,酯,酯与格氏试剂反应先生成酮，由于格氏试剂对酮的反应比酯还快，反应很难停留在酮阶段，因此最终产物是叔醇。,叔醇 两个烃基来自格氏试剂,第31页,注意：这里又提供了一种合成醇的方法。,（1）合成含有两个相同烃基的叔醇。,（2）合成结构

11、对称的仲醇：用甲酸酯与格氏试剂作用。,例：,合成：,第32页,例如：合成,合成：,第33页,练习：,第34页,4、酰胺氮原子上的反应,（A）酰胺的酸碱性,酰胺,具弱碱性,具弱酸性,酰亚胺,氢原子受两个酰基的影响,易以质子的形式被碱夺去,酸性比酰胺强,形成的盐稳定.,第35页,（B）酰胺脱水,合成腈最常用的方法之一.,（C）Hofmann降解反应,酰胺与溴或氯在碱溶液中作用,脱去羰基生成伯胺的反应.,第36页,该反应可由酰胺制备少一个碳原子的伯胺,产率较搞，产品较纯.,第37页,各类羧酸衍生物一般都可直接从相应的羧酸制得，有时也可以从一种羧酸衍生物变成另一种羧酸衍生物。,酰卤中最重要的是酰氯，可

12、由羧酸与三卤化磷、五卤化磷、 亚硫酰氯等反应制得。,酰卤的制备,13-4 羧酸衍生物的制备,第38页,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。,实 例,第39页, 制备单纯的酸酐-羧酸的脱水（甲酸除外）,可以用一元羧酸或二元羧酸脱水制备。,2. 酸酐的制法, 制备混合酸酐（酰卤和羧酸盐的反应）,酰卤与无水羧酸盐共热可制得单酐或混酐,常用脱水剂：P2O5 、乙酸酐,第40页,如果能生成稳定的五、六元环酸酐的二元羧酸，则更易脱水，只须加热

13、而不用脱水剂。,第41页,酰氯醇解可用来合成较难直接由羧酸酯化的酚酯。,3. 酯的制备,可以由醇与羧酸、酰卤、酸酐反应制得,第42页,4. 酰胺的制备,酰胺可以由羧酸、酯、酸酐、酰卤与氨作用制备,第43页,13-5 其他羧酸衍生物,自学,第44页,练习,a. H3O+ b. SOCl2 c. NH3 d. NH3 /,1. 2.,第45页,3. 4.,第46页,5. 6.,第47页,完成反应,NaBH4,第48页,完成反应,a,b,c,d,e,f,g,第49页,13-6 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯,13-6-1 乙酰乙酸乙酯(Ethyl acetoacetate),一、乙酰乙酸乙酯的合成,1、

14、克莱森（Claisen)酯缩合反应,酯分子的-H 在强碱性条件下与另一分子酯失去醇得到 -酮酸酯 称酯缩合反应。,例如：,第50页,酯分子的-H 在强碱性条件下与另一分子酯失去醇得到-酮酸酯 称酯缩合反应。,克莱森缩合,过 程：-C2H5OH（-H，-OC2H5）,反应物：酯,产 物：- 羰基化合物,碱性催化剂：乙醇钠、NaNH2 等,第51页,反应机理,a) 相同酯缩合,第52页,如果两个不同的酯都有-H 也可以发生酯缩合反应，理论上可以得到四种产物，在制备上没有很大价值。,如果两个酯中只是一个有-H，另一个酯无-H，通过控制反应条件也可得一个主要的产物，有合成意义。,C2H5ONa,自身缩

15、合,交叉缩合,（主） 79%,（次）,b) 不同酯间的缩合,第53页,第54页,含6个或7个碳的二元酸酯，在碱性催化剂作用下环化生成五元或六元环为主的-酮酯称为狄克曼反应。,分子内酯缩合狄克曼（Dieckmann)缩合,第55页,第56页,不对称的二元羧酸酯进行缩合，主要是位阻少的-H被去掉。,不对称的二元羧酸酯进行缩合，反应按什么方向进行？,第57页,2、乙酰乙酸乙酯的合成方法：,克莱森（Claisen)酯缩合反应：,工业合成法：,第58页,酮式 烯醇式,二、乙酰乙酸乙酯的性质,（1）乙酰乙酸乙酯的酮-烯醇平衡,常温下含量,92.5,7.5 ,分离 (石英容器),41(267Pa) 33(2

16、67Pa),分子内氢键:,p-共轭电子离域:,生成的烯醇比较稳定是由于：,第59页,酮的反应,烯醇的反应,酮式 烯醇式,第60页,（2）酮式分解,（3）酸式分解,第61页,（4）乙酰乙酸乙酯亚甲基的活性,分子中的亚甲基,影响，比较活泼，与醇钠等强碱作用，生成亲核性的碳负离子或烯醇负离子，可以和R-X、R-COCl发生SN2反应，在亚甲基上引入一个烃基或酰基。例如：,受两个羰基的,第62页,三、乙酰乙酸乙酯在合成上的应用 乙酰乙酸乙酯合成法,例如：,第63页,二烃基取代丙酮,二烃基取代乙酸,第65页,(1)合成甲基酮：,例1：合成生物信息素,合成：,蜜蜂警戒信息素,一取代丙酮和同碳二取代丙酮,第

17、66页,练习：合成止咳、祛痰药物,合成：,第67页,例2:,合成,第68页,例3: 合成,第69页,例4: 合成,第70页,（2）合成一元酸 一取代乙酸和二取代乙酸,例,合成2-甲基戊酸,第71页,例: 选用合适的原料制备下列结构的化合物：,第72页,第73页,1.合成,与乙酰乙酸乙酯类似，丙二酸酯分子中亚甲基上氢是活泼的，可与醇钠反应，生成丙二酸酯的钠盐。它可以作为亲核试剂与卤代烷、二卤代烷、酰卤、卤代酸酯等反应而导入烷基等基团，再经过水解脱羧，得到相应的一元羧酸、二元羧酸等化合物。,2.应用丙二酸二乙酯合成法,丙二酸二乙酯通常由氯乙酸合成,14-6-2 丙二酸二乙酯,第74页,合成一元羧酸,R-CH(COOC2H5)2,一烃基取代乙酸,二烃基取代乙酸,第75