羧酸及羧酸衍生物的重要反應(yīng)及重要反應(yīng)機理#特選資料

1、第六章 羧酸及羧酸衍生物的性質(zhì)及重要反應(yīng)機理一、羧酸的化學(xué)性質(zhì)1.酸性羧酸具有酸性，誘導(dǎo)、共軛、場效應(yīng)等對酸性強弱有影響。利用羧酸的酸性可以制備羧酸酯和羧酸鹽。2.親核取代反應(yīng)這是羧酸在一定條件下轉(zhuǎn)變成羧酸生物的反應(yīng)。大多數(shù)親核取代反應(yīng)是通過加成-消除歷程完成的。3.還原反應(yīng)羧酸能被LiAlH4和B2H6還原成相應(yīng)的伯醇。4.-H的鹵化（Hell-Volhard-Zelinsky反應(yīng)）通過控制鹵素的用量可以制備一元或多元的鹵代羧酸，并進一步制備羥基酸和氨基酸 。5.脫羧反應(yīng)羧酸在適當(dāng)?shù)臈l件下，一般都能發(fā)生脫羧反應(yīng)，這是縮短碳鏈的反應(yīng)。通常的脫羧反應(yīng)表示如下：A為-COOH、-CN、-（C=O）

2、R、-NO2、-CX3、-C=O、C6H5-等吸電子基團時，脫羧反應(yīng)相當(dāng)容易進行。此外還有一些特殊的脫羧方法。二元羧酸的脫羧規(guī)律是：乙二酸、丙二酸、加熱失羧，丁二酸、戊二酸加熱是水生成分子內(nèi)酸酐，己二酸、庚二酸加熱是水、失羧生成環(huán)酮。根據(jù)以上反應(yīng)可以得出一個結(jié)論，在有機反應(yīng)中有成環(huán)可能時，一般易形成五元環(huán)或六元環(huán)。這稱為布朗克（Blanc）規(guī)則。二、羧酸衍生物的化學(xué)性質(zhì)1.親核取代反應(yīng)這是羧酸衍生物的轉(zhuǎn)換反應(yīng)。轉(zhuǎn)換的活性順序為：RCOXCRCOOOCRRCOORRCONR2酸和堿都能催化反應(yīng)。2.與有機金屬化合物的反應(yīng)選用空阻大的酰鹵，反應(yīng)能控制在酮的階段。選用甲酸酯，可以制備對稱二級醇。選用

3、碳酸酯，可制備三個烴基相同的三級醇。二元酸的環(huán)狀酸酐可用來制備酮酸。酰胺氮上有活潑氫，一般不宜使用。3.還原反應(yīng) 一般還原反應(yīng)歸納于下表：反應(yīng)物還原劑NaBH4 LiAlH4催化氫化B2H6RCOCl Rosenmund法RCHO+RCH2OHRCOOOCR+2RCH2OHRCOOR+特殊催化劑+RCH2OHROHRCONH2+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)、酯的熱裂等見重要反應(yīng)機理。三、羧酸和羧酸衍生物的制備1. 羧酸的制備2.

4、（1）氧化法 甲基方庭、一級醇、醛經(jīng)氧化生成和原料化合物碳原子數(shù)相同的羧酸。烯、炔、芳甲位有氫的側(cè)鏈芳烴（芳甲位不含氫原子的側(cè)鏈不被氧化）二級醇、三級醇、銅經(jīng)氧化生成比原料化合物碳原子數(shù)少的羧酸。（2）水解法 羧酸衍生物和腈均產(chǎn)生相應(yīng)的羧酸（三級鹵代烴，新戊級鹵不能經(jīng)腈來制備相應(yīng)的羧酸）。（3）有機金屬化合物制備法 格氏試劑和有機鋰試劑均能與二氧化碳反應(yīng)生成增加一個碳原子的相應(yīng)的羧酸。2 酰鹵的制備3.酸酐的制備（1）混合酸酐法（2）羧酸脫水法（制備單純的酸酐）（3）芳烴的氧化（4）乙酸酐的特殊制法4.酯的制備（1）酯化反應(yīng)（2）羧酸衍生物的醇解（3）羧酸鹽與鹵代烷反應(yīng)（指適應(yīng)于一級鹵代烴和活

5、潑鹵代烴）（4）羧酸與重氮甲烷的反應(yīng)（5）羧酸對烯和炔的加成5.酰胺的制備（1）羧酸銨鹽的失水（2）腈的控制水解（3）羧酸衍生物的胺（氨）解6.腈的制備（1）酰胺失水（2）用鹵代烴與氰化鈉反應(yīng)四、重要反應(yīng)的反應(yīng)機理（一）羧酸衍生物的轉(zhuǎn)換反應(yīng) 反應(yīng)式：反應(yīng)機理：堿催化反應(yīng)機理酸催化反應(yīng)機理：（二）酯化反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機理：1.加成-消除反應(yīng)機理（大多數(shù)酯化反應(yīng)按此機理進行）2.碳正離子機理（SN1）（三級醇的酯化反應(yīng)按此機理進行）3.?；x子反應(yīng)機理（SN1）（僅有少數(shù)空阻大的羧酸按此反應(yīng)機理進行）：（三）、酯的水解反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機理1. 堿性水解（皂化反應(yīng)）機理2.酸性水解機理3.三級醇酯

6、水解反應(yīng)機理（四）Claison酯縮合反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機理：用乙醇鈉作催化劑，酯必須提供兩個-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。若酯只有一個-H，則需要用更強的堿如Ph3CNa作催化劑。該反應(yīng)可用來制備-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-酮酸酯，這稱為Dieckmann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)：酮式分解：酸式分解：（六）Reformatsky反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機理：（七）Darzens反應(yīng) 反應(yīng)式：反應(yīng)機理：（八）Perkin反應(yīng) 反應(yīng)式：反應(yīng)機理：（九）Bouveault-Blanc還原（酯的單分子還原）反

7、應(yīng)式：反應(yīng)機理：（十）酮醇反應(yīng)（或偶姻（acyloin）反應(yīng)）（酯的雙分子還原）反應(yīng)式：反應(yīng)機理：（十一）Hell-Volhard-Zelinsky反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機理：去除第一步和最后一步，則為酰鹵-H鹵化的反應(yīng)機理。（十二）脫羧反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機理：1 環(huán)狀過渡態(tài)機理：當(dāng)-碳與不飽和鍵相連時（如-羰基酸），一般都通過環(huán)狀過渡態(tài)機理失羧。2 羧酸負離子機理失羧酸性很強的羧酸易通過負離子機理失羧。（十三）酯的熱裂反應(yīng)式：反應(yīng)機理：（十四）Hofmann降解反應(yīng)反應(yīng)式：反應(yīng)機理：例題1完成反應(yīng)式：解：1本題為酯的水解反應(yīng)，因為酯基部分為空阻大的三級醇，三級碳又與乙烯基和苯基相連，容易形成穩(wěn)定的碳

8、正離子，所以，本題以SN1機理發(fā)生酯的水解。18O連在醇羥基上。2烯丙型碳原子是共振雜化體，具有兩位反應(yīng)性能。碳正離子呈平面結(jié)構(gòu)，與H2O18結(jié)合時可以得到兩種結(jié)構(gòu)。例題2試為下述反應(yīng)建議合理的、可能的、分步的反應(yīng)機理解：說明本題是內(nèi)酯胺解和羥醛縮合型反應(yīng)的混合，因為反應(yīng)物中有多種官能團，在反應(yīng)類型及反應(yīng)部位的確定方面需要做出正確的判斷。例題2試為下述反應(yīng)加以合理的、可能的、分步的反應(yīng)機理。解：說明本題涉及構(gòu)象、酮酯縮合、逆向酯縮合、分子內(nèi)的SN2反應(yīng)、酸堿反應(yīng)等知識點，題目比較靈活。例題3 完成下列方程式，并寫出反應(yīng)的反應(yīng)機理。解：的反應(yīng)機理：例題4 完成反應(yīng)式，并為下述反應(yīng)提出合理的、可能

9、的、分步的反應(yīng)機理。 解： 反應(yīng)機理：這是負離子失羧機理。首先通過電子轉(zhuǎn)移，形成氧正離子。然后，在正離子的吸電子作用下，羧酸電離，羧酸根離子失羧，并恢復(fù)萘環(huán)的芳香結(jié)構(gòu)。反應(yīng)機理：這是六元環(huán)狀過渡態(tài)失羧機理。首先是醇羥基形成鋅鹽，然后失水成烯。，-不飽和烯酸經(jīng)六元環(huán)狀過渡態(tài)失羧，雙鍵移位。例題5 請為下述反應(yīng)提出合理的、可能的、分步的反應(yīng)機理，簡述實驗操作順序并闡明理由。解：該成酯反應(yīng)是按照?；x子反應(yīng)機理進行的。實驗操作順序：先將濃硫酸和羧酸混合，然后將混合液倒入相應(yīng)的醇中。（實驗操作不能反過來，否則，醇遇濃硫酸會失水。例題6 請為下述反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機理。解：本體是芳香親電取代與負離子脫

10、羧交叉組合型的反應(yīng)機理。例題7 完成下列反應(yīng)，并為這些反應(yīng)提供合理的、可能的、分步的反應(yīng)機理。 解：反應(yīng)機理：反應(yīng)式按酰氧鍵斷裂的機理進行的，所以反應(yīng)后醇的構(gòu)型保持不變。反應(yīng)機理：反應(yīng)式按烷氧鍵斷裂的機理進行的，所以氧的同位素18O保留在酯分子中。例題8 請為下列反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機理。解：本題在寫酯化反應(yīng)機理時要考慮立體化學(xué)。如果羧甲基和羥甲基處于反式，反應(yīng)不能進行。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型烯烴。例題9 CH2=CHCH(CH3)COOH在酸的作用下得到兩種產(chǎn)物。請寫出兩種產(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-丁內(nèi)酯和-丙內(nèi)酯

11、。反應(yīng)過程如下：從碳正離子的穩(wěn)定性看，（）（），而從內(nèi)酯的穩(wěn)定性來講，-丁內(nèi)酯-丙內(nèi)酯，由于各步反應(yīng)都是可逆的，所以平衡移動的最后結(jié)果是大部分產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的-丁內(nèi)酯。例題10 酰鹵氨解時會產(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行的。請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常選用吡啶、三乙胺、N,N二甲苯胺等有機堿。不溶于水的酰鹵氨解時，可用NaOH水溶液。因為溶于水的酰鹵水解速率會比不溶于水的酰鹵快，為了抑制副反應(yīng)，所以選用有機堿體系。不溶于水的酰鹵水解速率很慢，而反應(yīng)時產(chǎn)生的氫鹵酸會迅速進入水相與堿反應(yīng)，所以可以選用NaOH水溶液。例題11 完成反

12、應(yīng)式，并寫出合理的反應(yīng)機理解：反應(yīng)機理：本題為酯的水解反應(yīng)，因為是3醇酯的水解反應(yīng)，所以反應(yīng)按烷氧鍵斷裂的機理進行。例題12 CH3COOR在鹽酸中，于25時水解的相對速率：請解釋上述實驗事實。解：酯的酸性水解可以按照烷氧鍵斷裂的機理進行，也可以按照酰氧鍵斷裂的機理進行。當(dāng)R為C(CH3)3時，反應(yīng)按照烷氧鍵斷裂的機理進行。這是一個單分子反應(yīng)，速率較雙分子反應(yīng)快得多。當(dāng)R為CH3、C2H5、CH（CH3）2時，反應(yīng)按照酰氧鍵斷裂的機理進行。反應(yīng)關(guān)鍵的一步是形成四面體中間體，當(dāng)R為CH3、C2H5、CH（CH3）2時，空阻逐漸增大，羰基碳的電正性逐漸降低，所以反應(yīng)速率逐漸降低。例題13 寫出反應(yīng)

13、產(chǎn)物，并為下述反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機理：解：在酸性條件下，胺成鹽，所以酸酐只能發(fā)生醇解，生成（A）后，體系轉(zhuǎn)入堿性，胺又游離出來，此時酯發(fā)生胺解。反應(yīng)機理：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)機理。例題14 請為下述反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機理。 解：先發(fā)生酯縮合的逆反應(yīng)，再發(fā)生酯縮合。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-二羰基化合物的烷基化反應(yīng)和酯縮合逆反應(yīng)的組合。 本題為環(huán)氧化合物的堿性開環(huán)和分子內(nèi)酯交，換的組合。堿性條件下，試劑進攻環(huán)氧化合物空阻小的地方，酯交換時，發(fā)生酰氧鍵斷裂，所以，在整個反應(yīng)過程中，不對稱碳原子的構(gòu)型保持不變。本題為親核取代、酯的水解、失羧、酯化反應(yīng)組合在一起的反應(yīng)。例題15 為下述反應(yīng)提出合理的反應(yīng)機理。解：本題為Hofmann重排型反應(yīng)，反應(yīng)條件有了一些改動，用乙醇鈉的乙醇溶液代替了氫氧化鈉水溶