羧酸及羧酸衍生物地重要反應(yīng)及重要反應(yīng)機(jī)理

1、第六章痰酸及痰酸衍生物的性質(zhì)及重要反應(yīng)機(jī)理一、竣酸的化學(xué)性質(zhì)1 .酸性竣酸具有酸性，誘導(dǎo)、共腕、場(chǎng)效應(yīng)等對(duì)酸性強(qiáng)弱有影響。利用竣酸的酸性可以制備竣酸酯和竣酸鹽。RCOOH十CHM-RCOOCH3RCOOH+RMgX-RCOOMgX+RHRCOOH十NaHCO*RCOONa+COi+H2O+RCOOR2 .親核取代反應(yīng)這是竣酸在一定條件下轉(zhuǎn)變成竣酸生物的反應(yīng)。大多數(shù)親核取代反應(yīng)是通過(guò)加成-消除歷程完成的OSOC1式或Pg）泉x（酰鹵）ooRCOOHRCOOH,PQ$,AROHH,+RCOCR（酸好）0-I*RCOR（酯）0+RCNHR（酰胺）3 .還原反應(yīng)竣酸能被LiAlH4和B2H6還原成相應(yīng)

2、的伯醇。LiAlfU或B2AHQRCOOH-RCH2OH4 .a-H的鹵化（Hell-Volhard-Zelinsky反應(yīng)）0O少量PRCHCOH+XjRCHCOH-ai：t,X通過(guò)控制鹵素的用量可以制備一元或多元的鹵代竣酸，并進(jìn)一步制備羥基酸和氨基酸。5.脫竣反應(yīng)竣酸在適當(dāng)?shù)臈l件下，一般都能發(fā)生脫竣反應(yīng)，這是縮短碳鏈的反應(yīng)。通常的脫竣反應(yīng)表示如下：或破ACH2COOHCQafA為-COOH、-CN、-(C=O)R、-NO2、-CX3、-C=O、C6H5-等吸電子基團(tuán)時(shí)，脫竣反應(yīng)相當(dāng)容易進(jìn)行。此外還有一些特殊的脫竣方法。0(1) Kolbe法2CH5CONa：?匕乩+CQ+NaOH+H；2Hj

3、O7-、f陽(yáng)極陰報(bào),一、tfjANO；Br；(2) Hun5dlecker法RCHZCOOHRCH2COOAgRCH士BeKOHHoO1aHr(3) Cristol法RCHZCOOH-(RCH；COO)2Hg一RCH/rC2CX|Kochi法RCOOHPh(-RCOOPbtOAc)3-*RCl第3二元竣酸的脫竣規(guī)律是：乙二酸、丙二酸、加熱失竣，丁二酸、戊二酸加熱是水生成分子內(nèi)酸酊，己二酸、庚二酸加熱是水、失竣生成環(huán)酮。根據(jù)以上反應(yīng)可以得出一個(gè)結(jié)論，在有機(jī)反應(yīng)中有成環(huán)可能時(shí)，一般易形成五元環(huán)或六元環(huán)。這稱為布朗克(Blanc)規(guī)則、竣酸衍生物的化學(xué)性質(zhì)1 .親核取代反應(yīng)。,0IIRCW+:NuR

4、CNu+W0W=x.OCR.OR.NR?Nu=HORO,RCOOFNR：這是竣酸衍生物的轉(zhuǎn)換反應(yīng)。轉(zhuǎn)換的活性順序?yàn)?RCOXCRCOOOCRRCOORRCONR2酸和堿都能催化反應(yīng)OHL吧R_R.2 .與有機(jī)金屬化合物的反應(yīng)n-wMgXRYW+RMgXRCR選用空阻大的酰鹵，反應(yīng)能控制在酮的階段。選用甲酸酯，可以制備對(duì)稱二級(jí)醇。選用碳酸酯，可制備三個(gè)姓基相同的三級(jí)醇。二元酸的環(huán)狀酸酊可用來(lái)制備酮酸。酰胺氮上有活潑氫,般不宜使用。3 .還原反應(yīng)般還原反應(yīng)歸納于下表:反應(yīng)物還原劑NaBH4LiAlH4催化氫化B2H6RCOClRosenmund法RCHO+RCH20HRCOOOCR+2RCH20H

5、RCOOR+特殊催化劑+RCH20HROHRCONH2+特殊催化劑+RCH2NH2RCN+RCH2NH2其他重要反應(yīng)如：Claison縮合、Reformatsky反應(yīng)、Darzens反映、Perkin反應(yīng)、Bouveault-Blanc反應(yīng)、酮醇反應(yīng)、酯的熱裂等見(jiàn)重要反應(yīng)機(jī)理。三、竣酸和竣酸衍生物的制備1.竣酸的制備文檔2 .(1)氧化法甲基方庭、一級(jí)醇、醛經(jīng)氧化生成和原料化合物碳原子數(shù)相同的竣酸。烯、快、芳甲位有氫的側(cè)鏈芳姓(芳甲位不含氫原子的側(cè)鏈不被氧化)二級(jí)醇、三級(jí)醇、銅經(jīng)氧化生成比原料化合物碳原子數(shù)少的竣酸。(2)水解法竣酸衍生物和月青均產(chǎn)生相應(yīng)的竣酸(三級(jí)鹵代姓，新戊級(jí)鹵不能經(jīng)月青來(lái)

6、制備相應(yīng)的竣酸）。OOI1RYW+%。一*RCOH+HWORgN+H2ORCOH(3)有機(jī)金屬化合物制備法格氏試劑和有機(jī)鋰試劑均能與二氧化碳反應(yīng)生成增加一個(gè)碳原子的相應(yīng)的竣酸H20RMgX+COi*RCOOH2酰鹵的制備0RCOOHSOCk,或PX3,或PX,FRCX3 .酸酊的制備(1)混合酸酊法oo0OIiIIRCONa+RCX-RCOCR(2)竣酸脫水法(制備單純的酸酊)OOOI脫水劑II2RCOHRCOCR(3)芳姓的氧化CH3WOO50。七0(4)乙酸酊的特殊制法0700800匕CH3CCH3700740cCHiCOOHAIPO.*CHi-C-OCHjCOOHooIICH3coec修

7、4 .酯的制備(1)酯化反應(yīng)J_J+RCOOH+ROH=RCOOR+H2O(2)竣酸衍生物的醇解OOIIRCW+ROHRCOR+HW(3)竣酸鹽與鹵代烷反應(yīng)(指適應(yīng)于一級(jí)鹵代姓和活潑鹵代姓)RCOONa+C1CH2ArRCOOCH?Ar+NaCl(4)竣酸與重氮甲烷的反應(yīng)RCOOH+CH2N2-RCOOCHj+曲(5)竣酸對(duì)烯和快的加成o,H+.HgSdIRCOOH+HBCH-RCOCH=(：H25 .酰胺的制備(1)竣酸俊鹽的失水OIRCOONHj*CHjCNH2+H2O(2)月青的控制水解RC=N+HQRcNH2（3）竣酸衍生物的胺（氨）解J-2RCNHZ-H式）一(2)用鹵代姓與氟化鈉反

8、應(yīng)RX+NaCNRCN+NaX四、重要反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理(一)竣酸衍生物的轉(zhuǎn)換反應(yīng)反應(yīng)式：OoIIRcW+Nu：RcNu+W：酸催化反應(yīng)機(jī)理:反應(yīng)機(jī)理：堿催化反應(yīng)機(jī)理oIRCW+H*(二)酯化反應(yīng)反應(yīng)式：RCOOH+ROH一RCDOR+H2O反應(yīng)機(jī)理：1 .加成-消除反應(yīng)機(jī)理（大多數(shù)酯化反應(yīng)按此機(jī)理進(jìn)行）?；?H4OH：OHCHr-OH卜-CHj-C-OHCHmr%3凡;.QC2H,H*OH0_H20I-hkI5、CHjCOCjHiCH3coe2H2 .碳正離子機(jī)理（SN1）（三級(jí)醇的酯化反應(yīng)按此機(jī)理進(jìn)行）爐9HoRYOCICHJ,R-C-OCfCH,）,3 .?；x子反應(yīng)機(jī)理（Sn1）（僅有少

9、數(shù)空阻大的竣酸按此反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行）反應(yīng)式：RCOOR+H20三工RCOOH+R，OH反應(yīng)機(jī)理1 .堿性水解（皂化反應(yīng)）機(jī)理PR-cAr,黑R-C0HIOHJ0+RCO+ROHRCOONaNeOH2 .酸性水解機(jī)理”竹ORSOH+0HROH（快）=RT-OH-H*（快）I1RCOH3 .三級(jí)醇酯水解反應(yīng)機(jī)理O：-_,OHOHHq慢CH3C-O-CfCHCHj-C-O-CCCH*CHj-C-CfCHa-OHICH3c=o+C（CHshH1（ch3）3coh2-h/CH:）3coh（四）Claison酯縮合反應(yīng)反應(yīng)式：oooJLICjHjONaHOAcRCHjCOQHj+RCH2coe2-RCH2CC

10、HCOQHs+QHjOHR反應(yīng)機(jī)理：ooO-YaOQHiO-|CHjCOCHjFI-QHq,CH3coe2坨-CHzCOC2H$C%-C-QCjH,CH-CCHjCOCeG擔(dān)5ooooooIICiHjONaIICHjCOOHCHCCH2coe2HsCHjCCHCOCjHsCH3CCH2coe3H5+CH3coONaNa+2+CsH3OH用乙醇鈉作催化劑，酯必須提供兩個(gè)a-H,乙醇鈉的用量要大于1摩爾，才能有利于平衡向縮合方向移動(dòng)。若酯只有一個(gè)a-H,則需要用更強(qiáng)的堿如Ph3CNa作催化劑。該反應(yīng)可用來(lái)制備B-酮酸酯。二元酸酯可以發(fā)生分子內(nèi)的酯縮合反應(yīng)，產(chǎn)物為環(huán)狀B-酮酸酯，這稱為Dieckma

11、nn縮合反應(yīng)。（五）酯縮合的逆反應(yīng)、酮式分解和酸式分解酯縮合的逆反應(yīng):oo稅？99CH3CCH2coe2H$CH3(j?-CH3-COC2H5-黑口OC2H,+-匚用叼/O0c孫康兩PYH3coe2H,酮式分解:00歹/0OOCHjCXHiCOHs，。小埠人國(guó)一,一芋一002H$jGH，。、可3kH2kHCHjCCHjI，I一收H)HOH酸式分解:OS-CH3COH+GHiCT%。CHyCOOH(六)Reformatsky反應(yīng)反應(yīng)式:,cO+XCH2CXDOC2H5+Zn笨或乙It-Xc/OZnX/、CH2coec3H$H2OC/OH/YHzCOOC2H反應(yīng)機(jī)理:IZnBr-CH2coe2H5

12、IOIIer-C%COC2H5-CH2-cOCiHs)c-o+ZnBr-Bi-Zn0IIIIHO-CCHjC-OCjH；8Br-ZnC-OC2H卜（七）Darzens反應(yīng)反應(yīng)式:xNaNH2、H-CO2GHs)C=O+BrCH2cozGB/)或KU反應(yīng)機(jī)理:C6H5CH3、6zwurHxC=OCH3NaNH?-54r3BtCFCOOCjHj-BrCHCOOC2H7CH5,COiCaHs一氏QHRccHO主要產(chǎn)物（八）Perkin反應(yīng)反應(yīng)式:ArH/HCH.COONeN、/H+H2c*；C=C+CHCOOHVOCCHjH1時(shí)tHZXCOOHOArRO反應(yīng)機(jī)理:HI.|二p)CCH狎RCH2COC

13、H加成一消除OIRCHjCOHOROOArROOOllillIRCHaCOCHCHCOCCHM+RCH2CO-RCH2C-Qj-ch-,-g-c-occh2rAr-RCHZCO-OOIIIAr/CXCCH2Rc-cJ、R-HQ.酸酎水解ArC-CHZ:/COOHoIrch2coh（九）Bouveault-Blanc還原（酯的單分子還原）反應(yīng)式:T：RCORNa*無(wú)水乙醇*RCH;OH十ROH反應(yīng)機(jī)理:OIRCH0Rr工Rolc0一R-*RocuoR一aNQNaW,于R-匕ArLRT-H：+RO-1H飛OHH.*-*RCHQ*RCH2OH（十）酮醇反應(yīng)（或偶姻（acyloin）反應(yīng)）（酯的雙分子

14、還原）反應(yīng)式:Na2Re?！逼砉诙?，下：二甲葷R-C-ONa用0RC-OII二,IR-CONaRCHOH反應(yīng)機(jī)理:RCORRCOR1O+2NaR-C-ORJR-C-ORJI0.工率O.R-COI,RC=OR-OHT卜Rc一rHjORYOH互變異構(gòu)R一1O3IRQOHR-HOH(H)Hell-Volhard-Zelinsky反應(yīng)反應(yīng)式:RCH2COOH+BiiP（催化量）RCHCOOH-1./Br.反應(yīng)機(jī)理:PBr3RCH2coOH*OBrO_中IRCHjCOOH巴-RCH-CBtj-RCHCOOH+RCH2CBrIBr去除第一步和最后一步，則為酰鹵a-H鹵化的反應(yīng)機(jī)理。（十二）脫竣反應(yīng)反應(yīng)式

15、：ACHaCOOH老導(dǎo)寺AC通:A為吸電子基團(tuán)反應(yīng)機(jī)理：1環(huán)狀過(guò)渡態(tài)機(jī)理:當(dāng)a-碳與不飽和鍵相連時(shí)（如B-染基酸），一般都通過(guò)環(huán)狀過(guò)渡態(tài)機(jī)理失竣。2竣酸負(fù)離子機(jī)理失竣OO-H*cI!CljC-C-0H*13HH+1. CH3COH+HO-(CHz)5CH3O1 】8H+2. CHjCOH+(CH3)jCOH=解：L產(chǎn)物:CTCO-(CH2)5CH3反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)式按酰氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行的，所以反應(yīng)后醇的構(gòu)型保持不變。O1812,產(chǎn)物：CHiCOC(CH3)3反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)式按烷氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行的，所以氧的同位素18O保留在酯分子中甲HH1+-H2O/+0=CCHj(CH山C0H(CHj)3C

16、-0山1二一.(CH&C+O1SH0”I-H*./I(CH3)3COCCH3(CHS)jC-O-C-CHj例題8請(qǐng)為下列反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機(jī)理。COOH吊o1. C)-WOHHo9HGN-I/CHjh+500V、/2. CH3cHz8H+CHjCHCHjCH一廣、3HCH(CH3)2I解:/COOH6、ch2oh本題在寫(xiě)酯化反應(yīng)機(jī)理時(shí)要考慮立體化學(xué)。如果竣甲基和羥甲基處于反式，反應(yīng)不能進(jìn)行iOHc2h5coh+c6h2-C%CH2coH/CH3c6h5chch,chrchc%choh/iCH,CH2COCHCH2CHCjhOHC%CH2C-OCHCHaCHOHCMCH3CHiCH2CO(HCH

17、2CH+QHC6H5CH(CH3)2zcc2Hs=oHC6H5、/c-c/H/C凡CH(CH3)2本題為酯化反應(yīng)和酯熱裂消除反應(yīng)的組合，在酯熱裂消除反應(yīng)中，應(yīng)生成E型烯姓。例題9CH2=CHCH(CH3)COOH在酸的作用下得到兩種產(chǎn)物。請(qǐng)寫(xiě)出兩種產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，哪一種產(chǎn)物是主要的？為什么？解：兩種產(chǎn)物分別是丫-丁內(nèi)酯和B-丙內(nèi)酯。反應(yīng)過(guò)程如下：CH,於之上一“4小0主要產(chǎn)物CH2=CHCHCOOHW火產(chǎn)R-H*%0弋CH3-qH-CH-C，一f次要產(chǎn)物(11)CH3從碳正離子的穩(wěn)定性看，(H)(I),而從內(nèi)酯的穩(wěn)定性來(lái)講，Y-丁內(nèi)酯B-丙內(nèi)酯，由于各步反應(yīng)都是可逆的，所以平衡移動(dòng)的最后結(jié)果是大部

18、分產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的丫-丁內(nèi)酯。例題10酰鹵氨解時(shí)會(huì)產(chǎn)生一部分氫鹵酸，因此氨解反應(yīng)通常是在有其他堿存在的體系中進(jìn)行的。請(qǐng)回答通常選用什么堿性體系，為什么?解：能溶于水的酰鹵氨解時(shí)常選用叱噬、三乙胺、N,N二甲苯胺等有機(jī)堿。不溶于水的酰鹵氨解時(shí)，可用NaOH水溶液。因?yàn)槿苡谒孽｛u水解速率會(huì)比不溶于水的酰鹵快，為了抑制副反應(yīng)，所以選用有機(jī)堿體系。不溶于水的酰鹵水解速率很慢，而反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的氫鹵酸會(huì)迅速進(jìn)入水相與堿反應(yīng)，所以可以選用NaOH水溶液。例題11完成反應(yīng)式，并寫(xiě)出合理的反應(yīng)機(jī)理OCH3IIH*GHKOCCHRHs*A+CH3解:產(chǎn)產(chǎn)物：QH5coOH,CHiCHjC-OH(A)Ich3(B)

19、反應(yīng)機(jī)理:OCHjBIH+qHcocch?ch3CH3ch3-H*I*CH3cH2cOHCHj本題為酯的水解反應(yīng)，因?yàn)槭?o醇酯的水解反應(yīng)，所以反應(yīng)按烷氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行例題12CH3COOR在鹽酸中，于25c時(shí)水解的相對(duì)速率：R；ch3qh$ch（ch3）3c（ch3）3霞10,970.53L15請(qǐng)解釋上述實(shí)驗(yàn)事實(shí)。解：酯的酸性水解可以按照烷氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行，也可以按照酰氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行。當(dāng)R發(fā)(CH3)3時(shí)，反應(yīng)按照烷氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行。CH3coe(CHy)3,.CHjCOC(CH”3*CH,K.OHCHj-C=O+C(CI%)jIHiO+-1-(CH3)3COH；這是一個(gè)單分子反應(yīng)

20、，速率較雙分子反應(yīng)快得多。當(dāng)R反應(yīng)按照酰氧鍵斷裂的機(jī)理進(jìn)行。O+0HCH,h*q,，CH3CORi-CHiC一ORrtrcnnf/=.3-ft2tC(chj3H+-(CH3)3COH為CH3、C2H5、CH(CH3)2時(shí),一OHCH,一iOR，3+/(sOHa+0HH+轉(zhuǎn)移.-RJOHe,1?、C%-gOR=CH3-COH+ROHHo0H-KT1一-一5一0反應(yīng)關(guān)鍵的一步是形成四面體中間體，當(dāng)R為CH3、C2H5、大，城基碳的電正性逐漸降低，所以反應(yīng)速率逐漸降低。例題13寫(xiě)出反應(yīng)產(chǎn)物，并為下述反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機(jī)理：O,k，.1molHCIv1.HOCH3CH2NH2+(CH3C)1O(1mo

21、l)，(A)-Cl2kxNyNCHjOHo解：1oh2-OHCH(CH3)2時(shí)，空阻逐漸增*(B)HOCH3CH2NHCCHj(B)?.1.產(chǎn)物CH3COCH2CH2NH3C1(A),q?H*.ChKC-O-CCHHOCH2cH2MH之一*HOCH2cH網(wǎng)CH3C-0CCHj-CHjCOH)CH2CH2NH3H*CHjCOCHjCHjNHjK口*CHqOC.CH總H?O1ch3c-NHCH2CH2OHch3o-.X在酸性條件下，胺成鹽，所以酸酊只能發(fā)生醇解，生成（A）后，體系轉(zhuǎn)入堿性，胺又游離出來(lái)，此時(shí)酯發(fā)生胺解。2.產(chǎn)物C=N反應(yīng)機(jī)理:ClaC-NC-OCH,0/cH3gN+oICH30co

22、e日ch3oh-ch3o互變異構(gòu)HgNF、本題為酰胺二次醇解和分子內(nèi)親核取代反應(yīng)交叉組合的反應(yīng)機(jī)理。例題14請(qǐng)為下述反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機(jī)理。0HCjHjONaGH50c心為gh,ohy5CHiQHs2.(CH3)3CCCH3+CHjO-hQ)COCHsQHQNaCjHjOHOI(CHiJjCCOCH,+CH30Q(cch33.GH$OHoCiHsONaBr(CH2)jBrC3HQNaGHRHO.O4(CHQgQHs5. CH式CO2GH3)26. CH式CO2c2H$+2Osx/CH2CH3GHQNaCjH30H0GH.ONbOHHCT二一二-*GH50HQHQNaCH2cH3QUsOH解:O

23、O/OCkIIIIc3h5o-IIL7PQHQCCH義CH?CH/：HCOCM-C2H3OCCHCH2CH2CHCOC;HS=CHC6H5CH2C6H5*.1oo)oc:h50oIIC2H5O-.IJl-.2.C2H50cC&qH5先發(fā)生酯縮合的逆反應(yīng)，再發(fā)生酯縮合YCjONa?234犯2.(CH3)jCCCH3:(CHjJjCCCHf二-(CHs)3CC-Q：H2C-QOCH3(CHjJjCCOQjHs先發(fā)生酮酯縮合反應(yīng)，再發(fā)生酯縮合的逆反應(yīng)本題為B-二城基化合物的烷基化反應(yīng)和酯縮合逆反應(yīng)的組合4.00IIIIch3cch3coc2h5cji?，G-CGCCHCOCaH5前cn3ccnqoc2H5,一一/均8|0CH:C、CH2cH3OHHC-C2HjO本題為環(huán)氧化合物的堿性開(kāi)環(huán)和分子內(nèi)酯交，換的組合。堿性條件下，試劑進(jìn)攻環(huán)氧化合物空阻小的地方，酯交換時(shí)，發(fā)生酰氧鍵斷裂，所以，在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，不對(duì)稱碳原子的構(gòu)型保持不變。本題為親核取代、酯的水解