第13章羧酸衍生物-有機化學課件

第十三章

羧酸衍生物主要內容幾種類型的羧酸衍生物,結構及命名

?；系挠H核取代反應（水解、醇解、氨解反應)及其活性比較。羧酸衍生物的還原及與有機金屬試劑的反應酰胺的酸性、脫水成腈的反應Hofmann降解反應在合成伯胺上的應用羧酸衍生物OR C OHOR C XOR COOR C OR'OR C NH2(R)OC R酰鹵(acyl

alides)酸酐(carboxylic

acidanhydrides)酯(esters)酰胺(amides)腈(nitrile)類型R C N2-Bromobutyryl

bromide-溴丁酰溴2-溴丁酰溴BrOCH3CH2CHCBrHOOC COCl4-Chlorocarbonylbezioc

acid對氯甲酰苯甲酸4-氯甲酰苯甲酸酰鹵的命名:在命名時可作為?；柠u化物，在?；蠹欲u素的名稱即可。一、羧酸衍生物(carboxylicacidderivatives)的命名OCH

3

CH

2

C Cl

丙酰氯(propanoylchloride)OC Cl

環(huán)己烷甲酰氯Cyclohexanecarboxylicacid

chlorideCl

OOC

C Cl

對苯二甲酰二氯terephthaloylchloride酸酐的命名：單酐：在羧酸的名稱后加酐字；混酐：將簡單的酸放前面，復雜的酸放后面再加酐字；環(huán)酐：在二元酸的名稱后加酐字。OCH3C

OOCCH3乙(酸)酐(acetic

anhydride)OO OHC O CCH3甲乙(酸)酐(acetic

formicanhydride)O OOCCOO鄰苯二甲酸酐(苯酐)Phthalic

AnhydrideCH3COCCH2CH3乙丙酸酐Aceticpropionic

anhydrideOOSuccinic

anhydride丁二酸酐酯的命名：酯可看作將羧酸的羧基氫原子被烴基取代的產物。?一元醇，先酸后醇命名時把羧酸名稱放在前面，烴基的名稱放在后面，再加一個酯字。OCH3COCH2C6H5醋酸苯甲酯Benzyl

acetateCH3COCH2CH3O乙酸乙酯(ethyl

acetate)OC OCH2CH3苯甲酸乙酯(ethyl

benzoate)?

內酯命名時，用內酯二字代替酸字并標明羥基的位置OH3CO2-甲基-4-丁內酯2-methyl-4-butyrolactone?

多元醇，先醇后酸2CH

O

CCH3OCH

O

CCH2 3O乙二醇二乙酸酯CH2 ONO2CHONO2CH2 ONO2丙三醇三硝酸酯甘油三硝酸酯,

三硝酸甘油酯酰胺的命名：命名時把羧酸名稱放在前面將相應的酸字改為酰胺即可；OH C NCH3CH33CH

CONH22CH

2 CCH

C乙酰胺(acetamide)ON–乙基丁二酰亞胺CN,N–二甲基甲酰胺(N,N-dimethylformamide)(DMF)ON CH

2

CH

3OCNH

2NH

2O鄰苯二甲酰胺結構的環(huán)狀化合物CO分子中含有——內酰胺NHCNHαOβγδεε–己內酰胺二、物理性質不少揮發(fā)性酯具有花果香氣——可作香料酰胺分子之間形成多個氫鍵，b.p.（m.p.）比相應羧酸還高。甲酰胺（b.p.111℃/20mm），其余均為固體菠蘿香OC3H7 C OC4H9OCH3 C OCH2CH2CH(CH3)2香蕉香OC4H9 C OCH2CH2CH(CH3)2OCH3H C NCH3N,N-二甲基甲酰胺（DMF）蘋果香三、羧酸衍生物的波譜性質羧酸衍生物的IR：表13.1

羧酸衍生物C=O 伸縮振動的吸收頻率化合物C=O

伸縮振動的吸收頻率/cm-1RCOCl(RCO)2ORCO2RRCONH21815~17701850~1780

和1790~17401750~17351690~1630酯和酸酐：

C－O的伸縮振動吸收

1300

~1000

cm-1酰胺：N–H的伸縮振動吸收 3350~3060

cm-1o

(cm-1)C=O伸縮振動C–O伸縮振動丁酸酐的紅外光譜圖T/

%OCH3COCH2CH2CH3C=O伸縮振動σ(cm-1)C–O伸縮振動乙酸丙酯的紅外光譜圖T/

%σ(cm-1)N–H伸縮振動C=O伸縮振動乙酰胺的紅外光譜圖T/

%σ(cm-1)N–甲基丙酰胺的紅外光譜圖N–H伸縮振動C=O伸縮振動T/

%羧酸衍生物的NMR:N―H δ 5~8

ppmLOCH3C RCH2C Nα–H δ 2~3

ppm酰胺δ2–甲基丙酰胺的1H–NMR譜圖L：可被親核試劑取代羰基：可加成至飽和H：有弱酸性性質分析ORCH2 CORCH2 C XOORCH2 C OR'OC NH2(R)C RORCH2RCHHOC L離去基團(Leaving

group)四、羧酸衍生物的化學性質1、?；系挠H核取代反應反應通式：COR L + Nu:RCONu + L:OR C OR'2OR C NH

(R)O OR C O C RH2OH or

OHH2OH or

OHH2OH or

OH(1)

水解OR C XH2OOHO C RHOR'NH3(R)OR C OHorOR C OHX易反應（可直接與水反應）較易反應，H＋

或

OH－催化更快。需

H＋或

OH－催化，加熱H+

or

OH－催化，長時間回流。OOH2O,

NaOH90%OHCOCH3CNH

BrC2H5OH－H2O,

KOHCH3COO-K+△，95%+

NH2

Br腈水解成羧酸(C6H5)2CHCH2CClOH2O,Na2CO30℃,95%(C6H5)2CHCH2COHOCH

3HC CC COOOH2O

,△94%CH

3CHC CCOOOHOOH

O

H(2)

醇解酰氯酸酐醇或酚酯2

(CH3CO)2O + HO

OH苯甲酰氯OH2SO493%CO+

CH3CH2OHClCOOCH2CH3+NN

Cl苯甲酰乙酯(80%)O水楊酸OO OOH + CH3COCCH3

吡啶

OHHOCH3C

O

O

CCH3+2

CH3COOHOOHOCCH3O阿司匹林+ CH3COO酯交換反應酯醇酯CH2 CHC反應可逆需

H＋

或

R”O(jiān)ˉ

催化OOCH3+ CH3CH2CH2CH2OH丁醇H+,

94%丙烯酸甲酯CH2 CHOCOCH2CH2CH2CH3 +

CH3OH丙烯酸丁酯(94%)(3) 氨解酰氯酸酐酯NH3或胺酰胺CHCCH COOO+ C6H5NH298%CHCH3

OCH3CH

CCl+ NH378%~83%CH3OCH3CH

CONH2 + HClC

NHC6H5CH C OHOClCH2COC2H5+ NH378%~84%H2O,0~5℃OOClCH2CNH2+ C2H5OH胺解反應在合成上的應用由酰氯和酸酐制備酰胺。（優(yōu)點：反應快，條件溫和，產率高）氨基的保護Ar NH2CH3COClAr NHCCH3NH2COOHRor

(CH3CO)2OOCl C OCH2Ph堿2Boc

ONHCOOCH2PhCOOHRNHCOOBu-tCOOHR堿H2,

PdHClOH2O,

OHOOONH3OHONH2O丁二酸單酰胺300oCNHOOBr2NaOHNOONOOBrNa合成應用舉例NBS的制備NBSN-溴代丁二酰亞胺（溴代試劑）丁二酰亞胺總結：羧酸衍生物的相互轉換（制備方法）ROC OHOR C OR'OR C NHR'OR C ClO OR C O C RSOCl2H2ORCOOHR'OHP2O5H2OR'NH2R'OHNH2R'2R'NH

,H2O,

H+or

OH-R'OH,

H+R'NH2R'OH2+HO,Hor

OH-2、?；系挠H核取代反應機理R C在堿性或中性的介質中：OL + Nu:

加成R CONuL

消除R C四面體中間體ONu

+

L:OHR C LHNuOHR C L+OHR C NuNuH親核加成消除OHNuR C LHLH在酸性介質中：酯的堿性水解

(皂化反應saponification)機理：第一步：氫氧根負離子與羰基的加成R COOR' +OHR COOR'OH第二步：離去基團離去，恢復羰基結構R COOR'R COOH

+

:OR'OH第三步：質子轉移，生成醇和羧酸鹽OO H + :OR'OR C R C O+ R'O

H3、羧酸衍生物的相對反應活性RCOXOONH2OOR'

> RC> RC

>

RCRCOO酰鹵酸酐酯酰胺影響因素(i)

羰基的親電性不同（與加成步驟有關）R COL誘導效應的影響

：

電負性：Cl > O > N正電荷密度大對加成步驟有利OR C NH2OR C NH2R C ClOR C OR'共軛效應的影響

：OOR C ClOR C OR'共軛較弱（負電荷在電負性小的原子上）共軛較強（羰基性質減弱）(ii) 離去基團的離去能力（與消除步驟步驟有關）XONH2(R)OC R> OR'>>Cl

離去基團的堿性:強酸的共軛堿是弱堿：p

K

a:< RC

O

O<<NH

2R

OHCl> RC

O

OH

> ROH >NH

3-2.24

~516~193415 31

①

L

iA

lH

4

,

E

t2

OC H CCl

②H2O

,98%

(1) 用氫化鋁鋰還原O15 31

2C H CH O

HOCCOO①LiAlH4,

Et2O②

H2O,87%CH2OHCH2OH4、還原反應3CH

CH2CHCH

COOCH①LiAlH4,

Et2O3②

H2O,75%3CH

CH2 2CHCHCH

OH+ CH3OHOCN(CH

)①LiAlH4,

Et2O3

2

②

回流,88%

CHN(CH

)2 3

23F

C

2CH

CN①LiAlH4,

Et2O②

H2O,53%3F

C

CH2CH2NH2酰

胺腈酰鹵酸酐酯伯醇胺LiAlH4LiAlH42O

NC用LiAlH(OR)3還原：OCl①

LiAlH[OC(CH3)3]3②

H2O,80%2O

NCOHOCN(CH

)3

2①

LiAlH(OC2H5)3,0℃②

H2O,78%CHO酰鹵酰胺LiAlH(OR)3醛OPriPriO Al HOPriLi只留有一個活潑的只留有一個活潑的H制備LiAlH4 + 3 HOPriLiAlH(OPri)3 + 3 H2(2)

用金屬鈉

–

醇還原Bouveault

-Blanc

還原法用金屬鈉和無水乙醇將酯還原成一級醇的反應酯Na乙醇丁醇戊醇回流 伯醇CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOC2H5Na,C2H5OH50%CH(CH2)7CH2OHCH3(CH2)7CH油醇油酸乙酯工業(yè)上制備不飽和醇的唯一途徑(3)

Rosenmund

還原酰氯H2催化劑：Pd–BaSO4醛COClH2,Pd－BaSO4,－SN150℃，79％CHO使Pd催化劑活性減弱（催化劑中毒）制備醛的一種好方法反應能否控制在中間產物——酮？R'MgXOR C R'OR C L1.

R'MgXOHR C R'R'2.

H2O酰氯、酸酐、酯5、與有機金屬試劑的反應（1）與Grignard

試劑作用：C6H5OCOC2H56 5回流+ CH:MgBr

醚或苯 C6H5COC2H5C6H5O

MgBrC

H6 5OCC

H6 56 5CH

:MgBrC

H6 5CC

H6 5C6H5O

MgBrH2ONH4ClC

H6 5CMgBrOC2H5OHC

H6 5C6H53CH

COCl +

CH3CH2CH2CH2MgCl醚，FeCl3-70℃,72%OCH3C CH2CH2CH2CH31

mol

RMgX，低溫，生成酮實驗方法：將

R’MgX

滴加到

RCOCl

中,RCOCl

始終保持過量。始終過量OR C ClR' MgXH2OOR C R'比

較酰氯與格氏試劑的反應酯與格氏試劑的反應OR C R'OR C ClR'MgXOHR C R'R'R'MgX可保留快步驟慢步驟OR C R'R'MgXOHR C R'R'OR C OR'R'MgX立即反應酰氯的C=O與Grignard試劑反應活性大于酮酸酐、酯、酰胺的C=O與Grignard試劑反應活性小于酮6、酰胺氮原子上的反應—酰胺的個性(1) 酰胺的酸堿性酰胺的弱堿性：CH3CONH2 + HCl酰胺的弱酸性：2CH3CONH2 + HgO(2) 酰胺脫水乙醚CH3CONH2·HCl弱堿強酸鹽，遇水即分解(CH3CONH)2Hg + H2O酰胺共熱CH3CH2CH2CH2CHCONH2脫水劑：P2O5,

SOCl2CH3SOCl2,

苯,77℃90%CH3CH2CH2CH2CHCN腈CH3(3) Hofmann

降解反應CH2CNH2+Br2+

4NaOH酰胺與次鹵酸鹽的堿溶液(或鹵素的氫氧化鈉溶液)作用時，放出CO2，生成比酰胺少一個碳原子的一級胺的反應。O94%CH2NH

2+2NaBr+ Na2CO3+2H

2O用于8個碳以下的酰胺降解反應制備少一個C原子的伯胺該反應需N上未取代的酰胺作底物第二步：

N–溴代酰胺失去質子后，重排成異氰酸酯：ROC N BrOHR－

BrOC N Br

OCNR脫去CO2，生成伯胺反應機理：第一步：氮原子上發(fā)生堿催化溴代反應：ROC N HHOHROC NHBr

BrROC N Br

+

BrHNR CNR CO

H第三步：異氰酸酯堿催化下水解HO H2ONH2+

CO3

+ H2OROH

OH

2-五、碳酸衍生物碳酸可看作羥基甲酸或共用一個羰基的二元酸：OHOCOH碳酸衍生物大多不穩(wěn)定：O OClCOH,

ClCClOO2OOHOCOR,

ROCORHNCOH,H

NCNHO O2 2OH

NCNHNHH2NCNHCNH2

縮二脲H2NCN，+

NH3H2NCNH2+

NH2NH2NH2 2尿素光氣，活性高氨基脲胍O劇毒，可水解，醇解，氨解2OH2N C NHCl C ClOHO

C

OH尿素可看作碳酸的衍生物，碳酸的二酰胺。白色晶體，光氣脲（尿素）易溶于水和乙醇。弱堿性（不能使石蕊試紙變色）水解OH2N C NH2H2O/HClH2O/NaOH脲酶CO2