第十五章 羧酸衍生物

第十五章羧酸衍生物羧酸衍生物通常是指羧酸分子中羧基中的羟基被其他基团取代后的产物。其结构通式为R－COL，主要有：腈(RC≡N)水解生成羧酸，故也在本章予以讨论。COXRCORCOOR'COROR'CORNH2(NHR',NR2')酰卤酸酐酯酰胺碳-杂原子键具某些双键性质结构RCOL（X、O、N）sp2RCOLRCO-L+RCO-L+HCNH2CH3ONH2HCOCH3CH3OOHCN:137.6147.4ppmCO:133.4143.0ppm一、羧酸衍生物的命名COCH3ClCOCH3CH2CHCH3BrCOClCH2CHC6H5COBr乙酰氯-甲基丁酰溴2丙烯酰氯苯甲酰溴HOOCCOCl对氯甲酰基苯甲酸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。CH3COCH3COOCH3COCH3CH2COOCH2COCH2COOCOCOO乙(酸)酐乙丙(酸)酐丁二(酸)酐邻苯二甲(酸)酐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。3.酯的命名：COCH3COC6H5OCH3COHCH3CH2OCOCH3OCH2C6H5OCH2C6H5乙酸甲酯甲酸乙酯乙酸苯甲酯(乙酸苄酯)苯甲酸苄酯酯的命名：可根据生成酯的原料羧酸和醇的名称而叫“某酸某(醇)酯”，其中醇字省略。例如：由二元羧酸生成的酯有两种：只有一个羧基被酯化的称酸性酯；两个羧基都被酯化的称中性酯。多元酸的几个羧基可以和几分子相同的醇成酯，也可以和不同的醇成酯，在命名时要加以体现。例如：酸性酯-甲基--戊内酯(2-甲基-4-戊内酯)OOCOOHCOOC2H5COOC2H5COOC2H5COOCH3COOC2H5乙二酸氢乙酯乙二酸甲乙酯乙二酸二乙酯中性酯内酯命名时，用内酯二字代替酸字并标明羟基的位置。CH2—O—C—CH3CH2—O—C—CH3OOCH2—O—C—C15H31CH—O—C—C15H31CH2—O—C—C15H31OOO乙二醇二乙酸酯丙三醇三软脂酸酯COCH3NH2乙酰胺COCH3NHCH3N-甲基乙酰胺4.酰胺的命名N,N-二甲基甲酰胺DMF乙酰苯胺邻苯二甲酰亚胺δ-己内酰胺COCH3NHNCH3COHCH3NHOH3CNHOOCH3CH2CHCH2CNCH3CH3CH2CHCOOHCNNC(CH2)4CN3-甲基戊腈2-氰基丁酸己二腈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。二、羧酸衍生物的物理性质酰卤具刺激气味的液体低于相应酸酸酐具刺激气味的液体低于相应酸酯具愉快气味的液体低于相应酸酰胺多为固体高于相应酸性状沸点溶解性均能溶于苯,乙醚,丙酮等有机溶剂，≤6C的酰胺能溶于水(可与水形成氢键)(氢键及偶极作用)乙腈、DMF、N,N-二甲基乙酰胺可与水混溶——非质子极性溶剂三、羧酸衍生物的化学性质COZRCHα-氢原子羰基亲核取代反应还原反应与格氏试剂的反应Z=Cl,OOCR,OR’,NH2等结构相似:酰基都连着一个能被其他基团取代的负性原子或基团，因而具有相似的化学性质。（一）亲核取代：水解、醇解、氨解、酸解。结果：羧酸衍生物—另一种羧酸衍生物或羧酸反应历程：羧酸衍生物的羰基的亲核加成-消除反应CROL+NuCROLNuCRONu+L亲核加成消去反应的净结果是L基团被取代，故称为亲核取代反应四面体结构亲核取代反应活性：第一步——取决于羰基碳原子的正电性和羰基周围的空间位阻。羰基碳原子连有吸电子基团，使反应活性↑;反之，反应活性↓。羰基碳原子连有的基团体积↑，不利于亲核试剂的进攻，也不利于四面体结构的形成。第二步——取决于离去基团的离去能力。离去基团的碱性越强，越不易离去。基团的离去能力顺序为：综上所述，羧酸衍生物的反应活性顺序为：酰卤＞酸酐＞酯＞酰胺，腈X＞RCOO＞RO＞NH21.水解——水分子中的H被酰基取代，生成相应的酸酰卤与水立即反应。酸酐与热水才能反应。酯、酰胺水解须加热并有H+orOH-催化。酯用酸催化水解时反应可逆，碱催化时可完全水解——皂化反应CORXCOROCOR'COROR'+HOHCOROHCOROHCOROH+HX+R'COOH+R'OH...............................................................................................................................CORNH2COROH+NH3...............................例如：(C6H5)2CHCH2CCl=OH2O,Na2CO30℃(C6H5)2CHCH2COONaO==OOCH3HH2O,△CH3HCOOHCOOHO=OH2O,NaOHCH2CH2COONaOHCH3C=ONHBrC2H5OH-H2O,KOHCH3COOK+H2NBr+•酯的酸性水解机理（羧酸酯化反应的逆反应）机理(a)－酰氧键断裂:H2ORCOHOR'H2ORCOHOR'RCOHOH-HOR'RCOOHRCOOR'-HHHORCOHOR'H四面体中间体是正离子慢酸在反应中的作用：①活化羧羰基②使OH、OR形成盐而更易离去。机理(b)－烷氧键断裂；RCHOOR'RCOOHRCOOR'HHOR'R'R'烯烃•如何证明这两种可能的机理？•这两种机理分别适合于何种结构的酯类？酰氧断裂－羧酸的伯醇、仲醇酯水解烷氧断裂－羧酸的叔醇酯水解碳正离子•酯的碱性水解机理（皂化反应）RCOOHRCOOR'RCOOR'HOR'OHRCOO+OR'OH碱用量化学计量，反应不可逆。酰氧键断裂四面体中间体是负离子酸、碱催化的不同点：催化剂用量不同。碱大于1mol，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。吸电子取代基对碱性催化有利。对酸性催化没有明显的影响。酸、碱催化的相同点：一般是经过加成－消除机理进行的，空间位阻大，对反应不利一般发生酰氧键断裂3o醇酯的酸性水解历程－烷氧键断裂CH3CO18-C(CH3)3OH+CH3CO18OH++H2O(CH3)3C-OHCH3CO18OC(CH3)3H+CH3CO18OHC(CH3)3CH3C+O18C(CH3)3OHSN1CH3CO18OH+(CH3)3C+H2O(CH3)3COH2++(CH3)3COH+H+关键中间体试写出化合物(A)和(B)用H2O18在酸催化下水解的产物。COO18H+CH3CH2CH(OH)CH3ACOOH+CH3CH2CH2CCH3O18HCH3CH2BCOOCHCH2CH3ACH3COOCCH2CH2CH3BCH2CH3CH3腈的水解需要酸或碱催化，都不可逆互变异构控制条件，可使其水解停留在酰胺一步——腈的部分水解2.醇解——生成相应的酯OR—C—XHO-R’’OR—C—OR’OR—C—OR’’+HXOR—C—OR’’+HO-R’OR—C—OR’’OR’—C—OH+酰卤与醇、酚很快反应—用于制备常法难以合成的酯酸酐可与所有的醇或酚反应，生成酯和羧酸酯酯的醇解也叫酯交换反应—由低级醇酯制备高级醇酯酰胺酰胺的醇解可逆；需过量醇才能生成酯OR-C-O-C-R’OOR—C—NH2OR—C—OR’’+HNH2酰卤-H比酯-H活泼(CH3)3CCOOH(CH3)3CCOCl(CH3)3CCOC2H5SOCl2C2H5OH吡啶OOO+2CH3OCH2CH2OHH2SO4COOCH2CH2OCH3COOCH2CH2OCH3COOHCOOH合成COOC2H5COOC4H9-nBrCOOHCOOH脱水OOOC2H5OHCOOC2H5COOHSOCl2COOC2H5COClBr2COOC2H5COClBrn-C4H9OHCOOC2H5COOC4H9-nBrCH2=CHCO2CH3+HOC4H9TsOHCH2=CHCO2C4H9+CH3OHb.p:80.5℃低沸点酯b.p:145℃高沸点酯b.p:64.7℃易蒸出酯交换：酯交换用酸（HCl,H2SO4,对甲苯磺酸）和碱（RONa）等催化均可。3oROH的酯交换比较困难（因空间阻力太大）。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，可使平衡移动。CH3CNOCH3C-OR'+R'OH++NH4酸催化+RCOR'+RCOR'++++R'OH+NH3OHNH2OH2-H+NH2RC-OR'HRCNHNHH2ORC-OR'RCNH+~HORCOR'+NH3ORCOR'RC=NHH+~机制：亚胺酯的盐，无水条件下能得到。如与过量的醇反应可得到原酸酯RC(OR’)3腈的醇解H+OR—C—XHNH2HNHR’’HNR2’’OR—C—OR’OR—C—NH2+NH4XOR—C—NH2+HO-R’OR-C-O-C-R’OOR—C—NH2OR—C—NHR’’+HNH23.氨解——生成相应的酰胺氨或胺亲核性比水、醇强，故氨解较容易。酰卤、酸酐可在较低温度下缓慢反应生成酰胺；酯酯的氨解一般只需加热而不必用催化剂；酰胺酰胺的氨解可逆；需亲核性更强且过量的胺。3o胺不能发生氨解反应O+OR—C-NH2R’-C-ONH44.与羧酸反应RCONa+OR'CClORCOOCR'ORCOH+OR'CClON（混合酸酐）COHO+(CH3C)2OOCOCOO+CH3COHO脱水剂酰卤、酸酐的水解、醇解、氨解、酸解可看成是水、醇、氨(胺)、羧酸分子中的一个氢(醇必须是羟基上的氢，胺必须是氮上的氢)被酰基取代。实际上是在水、醇、氨(胺)、酸分子中引入一个酰基，所以这类反应又称为酰化反应或酰基转移反应。羧酸衍生物被称为酰化剂。羧酸衍生物发生酰化反应的活性强弱次序为：酰卤＞酸酐＞酯＞酰胺。酰胺由于活性太低，一般不做酰化剂，用途较广的酰化剂是酰卤、酸酐。其中乙酰氯、乙酸酐是常用的、优良的乙酰化试剂。酰化反应在药物合成中具有重要的意义，在某些药物分子中引进一个酰基，常可增加药物的脂溶性，改善其在体内的吸收，降低药物的毒性，延长或提高药效。例如：酰化反应还可保护羟基或氨基NHCOCH3扑热息痛乙酰化COOHOH乙酰化OCOCH3乙酰水杨酸COOHNH2HOHORCClORCOHOSOCl2orPX3orPX5H2ORCOCROORCOOHorRCOONaRCNH2ORCOR'ORCNRCOROR'OHNH3(R)羧酸及羧酸衍生物之间的相互转化：（二）羧酸衍生物的还原反应1.LiAlH4：酰卤、酸酐和酯被还原成伯醇;酰胺和腈被还原成胺。（NaBH4只能还原酰卤）NaBH4LiAlH4催化加氢B2H6烯、炔烯、炔醛、酮醛、酮醛、酮醛、酮酰卤羧酸羧酸衍生物腈、肟羧酸衍生物腈、肟羧酸羧酸衍生物(酰卤除外)卤代烃(亚)硝基化合物卤代烃(亚)硝基化合物卤代烃OOOCH2OHCH2OHLiAlH4H2OC15H31COClLiAlH4H2OC15H31CH2OHCH3CH=CHCH2COOCH3LiAlH4H2OCH3CH=CHCH2CH2OHCH3OH+CON(CH3)2CH2CNLiAlH4H2OLiAlH4H2OCH2N(CH3)2CH2CH2NH2二醇环酐酯伯醇2.Bouveault-Blanc反应3.酯的双分子还原（酮醇反应或偶姻反应）产物为-羟基酮Na/ROHCH3CH=CHCH2CH2COOCH3NaCH3CH=CHCH2CH2CH2OHCH3OH+C2H5OH2CH3CH2CH2COOC2H5NaH+Et2OCH3CH2CH2C-CHCH2CH2CH3OOH复习酮的双分子还原内酯？Na/ROH4.Rosenmund还原法酰氯醛还原反应中硝基、酯基不受影响CH3OOC(CH2)8COOC2H5NaH+Et2OOOHCOClH2,Pd-BaSO4硫－喹啉CHO5.催化氢化CH2CNH2/NiCH2CH2NH2特殊催化剂COCl1.LiAl[OC(CH3)3]3H2.H3O+CHORCNSnCl2