第13章 羧酸衍生物.ppt

1、第1頁,第十三章 羧酸衍生物 (carboxylic acid derivatives),13.3 羧酸衍生物的化學性質,13.6 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯,13.1 羧酸衍生物的結構和命名,13.5 其它羧酸衍生物,13.2 羧酸衍生物的物理性質,13.4 羧酸衍生物的制備,第2頁,腈 (nitrile),13-1 羧酸衍生物的結構和命名,第3頁,1、羧酸衍生物的結構,羧酸衍生物的結構可以用通式表示為：,第4頁,2、羧酸衍生物的命名,酰鹵 由相應羧酸的?；望u素組成。,乙酰氯,對甲氧基苯甲酰氯,苯甲酰溴,可作為?；柠u化物，在?；Q后加鹵素的名稱。,2-溴丁酰溴,第5頁,酰胺 由相應酸的

2、?；汀鞍贰苯M成它的名稱。 若氮上有取代基，在烴基名稱前加 N 標出。,乙酰胺,環(huán)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,鄰苯二甲酰亞胺,鄰苯二甲酰胺,第6頁,混酐：二分子不同一元羧酸所得的酐叫混酐。,命名時，簡單或低級酸在前，復雜或高級酸在后，再加上“酐”字。,酸酐：,單酐：二分子相同一元酸所得的叫單酐。命名在酸字后加“酐”字。,乙酸酐,丁二酸酐,苯甲酸酐,鄰苯二甲酸酐,甲乙酐,乙丙酐, 環(huán)酐：在二元酸的名稱后加“酐”字。,第7頁,酯 以相應的酸和醇來命名，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,草酸單乙酯,草酸甲乙酯,內酯命名時，用內酯二字代替酸字并標明羥基的位置。,2-甲基-4-丁內酯,乙酸苯甲酯,第8頁,羧酸衍生物的分子中都含有 C=O 基，因此它們都是極性的化合物。,乙酸異戊酯 - 香蕉香味 正戊酸異戊酯 蘋果香味 正丁酸正丁酯 菠蘿香味,低級酯具有令人愉快的香味，常作香料。許多花、果的香味是由于羧酸酯而引起的。,低級酰鹵和酸酐都是具有對粘膜有刺激性臭味的液體，高級的為固體。,C14 酸以下的甲酯和乙酯均為液體。 酰胺除甲酰胺外，由于分子內形成氫鍵，均是固體；而當酰胺的氮上有取代基時為液體。,14-2 羧酸衍生物的物理性質,第9頁,酰鹵和酯由于不存在氫

4、鍵，沸點比相應的酸低得多，而 酰胺卻有較高的沸點（如果胺基上氫被烴基取代后，由于締合程度減小而使沸點降低）。,羧酸衍生物可溶于有機溶劑； 酰氯和酸酐不溶于水，低級的遇水分解； 酯在水中溶解度很小； 低級酰胺可溶于水。,第10頁,羰基,親核取代反應,還原反應,與Grignard 試劑的反應,R,H,H,O,L,氫,Claisen酯縮合,羧酸衍生物的球棒模型如下(L=Cl,OCOR,OR, NH2等):,酰胺氮原子上的反應：脫水，脫羰基。,14-3 羧酸衍生物的化學性質,第11頁, 水解,羧酸衍生物水解都生成相應的羧酸,水解活性： 酰氯 酸酐 酯 酰胺,1. ?；系挠H核取代反應,第12頁,酯水解

5、是可逆過程，但在OH- 條件下水解生成鹽，平衡破壞，水解可進行到底。,V = K RCOOR/ OH- ,堿性水解，動力學證明是SN2 反應機理,同位素示蹤實驗證明，不管是H+ 催化劑還是OH- 催化劑， 大多數羧酸酯水解是酰氧鍵斷裂。,酯水解,第13頁,堿性水解的討論,CH3COOCMe3 Me3CCOOEt CH3COOEt ClCH2COOEt V相對 0.002 0.01 1 296,這個歷程稱BAC2機理（B 堿性，AC 酰氧鍵斷裂，2雙分子反應）可看成加成-消除反應。,堿性水解機理：,堿性水解速率與 -OH成正比。 酯的堿性水解是不可逆的。 堿的用量要超過催化量。 羰基活性越大，-

6、C空阻越小，酯基空阻越小，反應速率越快。,第14頁,CH3COOR/在鹽酸中，水解的相對速率v的實驗數據如下： R/： CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3 （25）v： 1 0.97 0.53 1.15(機理不同),酸性水解的討論,酸性水解機理：,一般酯在H+ 催化劑下的水解按AAC2機理進行（A 酸性， AC 酰氧鍵斷裂，2 雙分子反應），為可逆反應。,酸在反應中有活化羰基的作用。,在酯 （RCOOR/）中，R有吸電子基團雖能活化羰基，但會使關鍵中間體正離子能量升高，R為給電子基團亦有兩種相反的作用，故表現(xiàn)不出明顯的影響。,第15頁,叔醇的酯水解只能用新的機理來解釋: 烷氧鍵

7、(Al)斷裂，單分子反應 。,第16頁,酯的酸性水解和堿性水解的異同點,相同點 都是經過加成消除機理進行，增大空阻，對反應不利。 都發(fā)生酰氧鍵斷裂,不同點 催化劑用量不同。堿大于1 mol，酸只需要催化量。 堿催化反應是不可逆的，酸催化反應是可逆的。 吸電子取代劑對堿性催化有利。對酸性催化沒有明顯的影響。 堿性催化：伯ROH 仲ROH 叔ROH 酸性催化：叔ROH 伯ROH 仲ROH,第17頁, 醇解,羧酸衍生物都可以與醇作用生成相應的酯。,反應活性順序為： 酰氯 酸酐 酯 酰胺,第18頁,酰氯醇解可用來合成較難直接由羧酸酯化的酚酯。,環(huán)狀酸酐醇解得到單酯酸,第19頁,酯醇解得到一個新的酯和醇

8、，故稱為酯交換反應。,酯交換的討論 酯交換用酸（HCl, H2SO4, 對甲苯磺酸）和堿（RONa） 等催化均可。 叔ROH的酯交換比較困難（因空阻太大）。 常應用于一個低沸點醇的酯轉化為高沸點醇的酯，反 應過程中將低沸點醇不斷蒸出，可移動平衡。,第20頁, 氨（胺）解,酰氯、酸酐、酯與氨作用生成酰胺的反應叫做氨解。,反應活性順序為： 酰氯 酸酐 酯,第21頁, ?；嫌H核取代反應機理,四面體中間體,2,羧酸衍生物的水解、醇解、氨解的反應機理相似，屬于親核取代反應。,第22頁, 羧酸衍生物?；磻南鄬钚?活性順序:,理論解釋:,共振論的觀點：,第23頁,羧酸衍生物均具有不飽和鍵，可以多種方

9、法進行還原，不同衍生物以不同的還原方法得到不同的還原產物。, 酸酐,酸酐用氫化鋁鋰還原時，得二分子醇。（不能被NaBH4還原）, 酰胺,（注： NaBH4 不能還原酰胺）,2. 羧酸衍生物的還原,第24頁,還原劑為：LiAlH4 、NaBH4 、 H2 / Ni 、Pd 、 Pt 時產物為醇。,酰氯用毒化的鈀（Rosenmund還原）還原能制備各種醛； 或用三叔丁氧基氫化鋁鋰還原能制備各種醛。, 酰氯,酰氯可還原成醛或醇。,第25頁, 酯,酯較易被還原，可以被多種還原方法來還原，生成二分子醇。,第26頁,總結：,都可用氫化鋁鋰還原,不反應,第27頁,反應是否終止在酮階段與羰基活性、試劑的用量及

10、反應條件有關。,3. 與Grignard試劑的反應,第28頁,酰 鹵,酰鹵比酮活潑，與格氏試劑反應比酮快，故在溫和條件下 使用過量的酰鹵，可得到較高產率的酮。,如果要得到叔醇，則要加劇反應條件和加大格氏試劑的用量。,第29頁,酸酐與格氏試劑在室溫下也可以得到酮。,酸 酐,酰胺,酰胺不能與格氏試劑反應，因為有活潑氫之故。,第30頁,但具有位阻大的酯可以停留在酮階段。,酯,酯與格氏試劑反應先生成酮，由于格氏試劑對酮的反應比酯還快，反應很難停留在酮階段，因此最終產物是叔醇。,叔醇 兩個烴基來自格氏試劑,第31頁,注意：這里又提供了一種合成醇的方法。,（1）合成含有兩個相同烴基的叔醇。,（2）合成結構

11、對稱的仲醇：用甲酸酯與格氏試劑作用。,例：,合成：,第32頁,例如：合成,合成：,第33頁,練習：,第34頁,4、酰胺氮原子上的反應,（A）酰胺的酸堿性,酰胺,具弱堿性,具弱酸性,酰亞胺,氫原子受兩個?；挠绊?易以質子的形式被堿奪去,酸性比酰胺強,形成的鹽穩(wěn)定.,第35頁,（B）酰胺脫水,合成腈最常用的方法之一.,（C）Hofmann降解反應,酰胺與溴或氯在堿溶液中作用,脫去羰基生成伯胺的反應.,第36頁,該反應可由酰胺制備少一個碳原子的伯胺,產率較搞，產品較純.,第37頁,各類羧酸衍生物一般都可直接從相應的羧酸制得，有時也可以從一種羧酸衍生物變成另一種羧酸衍生物。,酰鹵中最重要的是酰氯，可

12、由羧酸與三鹵化磷、五鹵化磷、 亞硫酰氯等反應制得。,酰鹵的制備,13-4 羧酸衍生物的制備,第38頁,說 明 （i） 反應原料是羧酸，反應試劑是SOCl2、PCl3、PCl5。 （ii） 反應需在無水條件下進行。 （iii） 產物酰鹵通常都通過蒸餾方法提純，所以試劑、副產物 與產物的沸點要有較大的差別。,實 例,第39頁, 制備單純的酸酐-羧酸的脫水（甲酸除外）,可以用一元羧酸或二元羧酸脫水制備。,2. 酸酐的制法, 制備混合酸酐（酰鹵和羧酸鹽的反應）,酰鹵與無水羧酸鹽共熱可制得單酐或混酐,常用脫水劑：P2O5 、乙酸酐,第40頁,如果能生成穩(wěn)定的五、六元環(huán)酸酐的二元羧酸，則更易脫水，只須加熱

13、而不用脫水劑。,第41頁,酰氯醇解可用來合成較難直接由羧酸酯化的酚酯。,3. 酯的制備,可以由醇與羧酸、酰鹵、酸酐反應制得,第42頁,4. 酰胺的制備,酰胺可以由羧酸、酯、酸酐、酰鹵與氨作用制備,第43頁,13-5 其他羧酸衍生物,自學,第44頁,練習,a. H3O+ b. SOCl2 c. NH3 d. NH3 /,1. 2.,第45頁,3. 4.,第46頁,5. 6.,第47頁,完成反應,NaBH4,第48頁,完成反應,a,b,c,d,e,f,g,第49頁,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、克萊森（Claisen)酯縮合反應,酯分子的-H 在強堿性條件下與另一分子酯失去醇得到 -酮酸酯 稱酯縮合反應。,例如：,第50頁,酯分子的-H 在強堿性條件下與另一分子酯失去醇得到-酮酸酯 稱酯縮合反應。,克萊森縮合,過 程：-C2H5OH（-H，-OC2H5）,反應物：酯,產 物：- 羰基化合物,堿性催化劑：乙醇鈉、NaNH2 等,第51頁,反應機理,a) 相同酯縮合,第52頁,如果兩個不同的酯都有-H 也可以發(fā)生酯縮合反應，理論上可以得到四種產物，在制備上沒有很大價值。,如果兩個酯中只是一個有-H，另一個酯無-H，通過控制反應條件也可得一個主要的產物，有合成意義。,C2H5ONa,自身縮

15、合,交叉縮合,（主） 79%,（次）,b) 不同酯間的縮合,第53頁,第54頁,含6個或7個碳的二元酸酯，在堿性催化劑作用下環(huán)化生成五元或六元環(huán)為主的-酮酯稱為狄克曼反應。,分子內酯縮合狄克曼（Dieckmann)縮合,第55頁,第56頁,不對稱的二元羧酸酯進行縮合，主要是位阻少的-H被去掉。,不對稱的二元羧酸酯進行縮合，反應按什么方向進行？,第57頁,2、乙酰乙酸乙酯的合成方法：,克萊森（Claisen)酯縮合反應：,工業(yè)合成法：,第58頁,酮式 烯醇式,二、乙酰乙酸乙酯的性質,（1）乙酰乙酸乙酯的酮-烯醇平衡,常溫下含量,92.5,7.5 ,分離 (石英容器),41(267Pa) 33(2

16、67Pa),分子內氫鍵:,p-共軛電子離域:,生成的烯醇比較穩(wěn)定是由于：,第59頁,酮的反應,烯醇的反應,酮式 烯醇式,第60頁,（2）酮式分解,（3）酸式分解,第61頁,（4）乙酰乙酸乙酯亞甲基的活性,分子中的亞甲基,影響，比較活潑，與醇鈉等強堿作用，生成親核性的碳負離子或烯醇負離子，可以和R-X、R-COCl發(fā)生SN2反應，在亞甲基上引入一個烴基或?；＠纾?受兩個羰基的,第62頁,三、乙酰乙酸乙酯在合成上的應用 乙酰乙酸乙酯合成法,例如：,第63頁,二烴基取代丙酮,二烴基取代乙酸,第65頁,(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頁,練習：合成止咳、祛痰藥物,合成：,第67頁,例2:,合成,第68頁,例3: 合成,第69頁,例4: 合成,第70頁,（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頁,例: 選用合適的原料制備下列結構的化合物：,第72頁,第73頁,1.合成,與乙酰乙酸乙酯類似，丙二酸酯分子中亞甲基上氫是活潑的，可與醇鈉反應，生成丙二酸酯的鈉鹽。它可以作為親核試劑與鹵代烷、二鹵代烷、酰鹵、鹵代酸酯等反應而導入烷基等基團，再經過水解脫羧，得到相應的一元羧酸、二元羧酸等化合物。,2.應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頁,合成一元羧酸,R-CH(COOC2H5)2,一烴基取代乙酸,二烴基取代乙酸,第75