有机化学第十三章羧酸衍生物.ppt

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1、2023/5/23,第十二章 羧酸衍生物,2023/5/23,教学要求,1、掌握酰卤、酸酐、酯、酰胺的化学性质及相互间的转化关系。,2、熟悉酯缩合反应，霍夫曼降级反应等重要人名反应。,3、熟悉酯的水解反应历程。,4、掌握乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有机合成上的应用。,5、了解油脂的组成和性质；合成表面活性剂的类型及去污原理。,2023/5/23,教学内容,羧酸衍生物是羧酸分子中的羟基被取代后的产物，重要的羧酸衍生物有以下四种类型：酰卤，酸酐，酯，酰胺。,13-1 羧酸衍生物的分类、结构和命名,一、类型（分类）,1、酰卤：RCOX（X=Cl、Br、I）羧酸中的羟基被卤素原子取代的化合物叫做羧酸衍

2、生物。它们分别叫做酰氯、酰溴、酰碘,2、酸酐：（RCO）2O，它分为混酐、单酐。,2023/5/23,3、酯：RCOOR，其中R、R可以相同、也可以不同。,4、酰胺：RCONH2、RCONHR、RCONR2,二、羧酸衍生物的结构,羧酸衍生物在结构上的共同特点是都含有酰基，酰基与其所连的基团都能形成P-共轭体系。,2023/5/23,三、命名,1、酰卤的命名：把相应的羧酸名称的酸字改为“酰卤”二字。例如：,2、酸酐的命名：在相应的羧酸名称后加“酐”字。例如：,乙酸酐 乙酸丙酸酐 邻苯二甲酸酐 苯甲酸酐,2023/5/23,3、酯的命名：根据羧酸和醇的名称命名为某酸某酯。例如：,但对多元醇酯的命名

3、，一般称为某醇某酸酯。例如：,2023/5/23,4、酰胺的命名：将相应羧酸名称中的酸字改为酰胺二字。例如,但对于取代酰胺，即在N原子上有取代基的酰胺，在名称前标明取代基。例如,2023/5/23,13-2 羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物中含有羰基，因此其化学性质比较活泼，可以发生加成-消除反应：,一、羧酸衍生物的水解,2023/5/23,注意：A、水解产物均为羧酸，这是制备羧酸的方法,B、水解的难易程度：RCOCl(RCO)2O RCOOR RCONH2,C、反应条件：酰卤/常温；酸酐/加热；酯和酰胺/在加热，加酸或加碱催化下进行。,2023/5/23,酯在酸催化下进行的水解为可逆水解：,

4、酯在碱催化下进行的水解为不可逆水解：,因此，在碱性下水解反应更为彻底，其碱性水解称为皂化，即为工业上制造肥皂的原理。,2023/5/23,酰胺在酸催化下进行的水解：,酰胺在碱性催化下进行的水解：,2023/5/23,二、衍生物的醇解,注意：,A、醇解产物为酯，特别是芳香醇酯。其它方法制备芳香醇酯较困难,可用该方法制备。例如，苯甲酰氯与苯酚在吡啶催化下的反应：,2023/5/23,B、利用酯的醇解即酯交换反应，可以制备高级醇。例如,C、醇解的难易程度：RCOCl(RCO)2O RCOORRCONH2,2023/5/23,D、醇解的条件：酰卤、酸酐在常温下进行；酯在酸或碱催化下；酰胺在酸、碱催化下

5、且醇过量。,三、衍生物氨解,注意：,2023/5/23,A、氨解产物是酰胺。,B、氨解的难易程度 RCOCl(RCO)2ORCOORRCONH2,C、酰胺自身不氨解。,从衍生物水解、醇解、氨解的活性看，水解醇解氨解。羧酸及其衍生物之间可以相互转化。,四、衍生物与RMgX作用,2023/5/23,1、酰卤与RMgX作用,酰氯与格氏试剂作用可以得到酮或叔醇。反应可停留在酮的一步，但产率不高。,2023/5/23,由于酰卤活性大于酮的活性，因此通过控制RMgX的用量可以制备酮和醇。只有当酰卤与格氏试剂作用完之后，多余的格氏试剂才与酮作用。所以书写反应时请注意格氏试剂是否过量。例如：,2023/5/2

6、3,从产物的结构看，得到结构较为对称的叔醇。若使用HCOCl为原料，得到结构对称的仲醇。,2、酯与RMgX作用,酯与格氏试剂反应生成酮，由于格氏试剂对酮的反应比酯还快，反应很难停留在酮的阶段，故产物是第三醇。,2023/5/23,从产物的结构看，格氏试剂与酯作用是合成具有两个相同烃基的叔醇的最有效方法。例如：,2023/5/23,当使用HCOOR与RMgX作用，可以制备结构对称的仲醇。例如,具有位阻的酯可以停留在酮的阶段。例如：,3、酸酐与RMgX作用：与酰卤相似。,4、酰胺与RMgX作用：由于NH2中有活泼氢，不能与RMgX作用。,2023/5/23,五、羧酸衍生物的还原,羧酸衍生物的还原比

7、羧酸更容易，还原的方法较多，下面分别讨论。,1、酰卤的还原,2023/5/23,2、酯的还原,酯比羧酸易还原，可用多种方法（催化氢化、LiAlH4、Na+C2H5OH等还原剂）还原。还原产物为两分子醇。,在未使用LiAlH4作还原剂之前，酯的还原使用Na/C2H5OH，其还原结果是：羧酸部分为伯醇，醇部分保留不变。,2023/5/23,LiAlH4 是酯还原成伯醇的通用试剂。,2023/5/23,酯在金属（一般为钠）和非质子溶剂中发生醇酮缩合，生成酮醇。,这是用二元酸酯合成大环化合物很好的方法。,2023/5/23,3、酸酐的还原 酸酐的活性不如酰卤，但酸酐可以被LiAlH4、NaBH4还原成

8、醇。,4、酰胺的还原 酰胺在LiAlH4 作用下还原成伯胺。,2023/5/23,NaBH4不能还原酰胺。,羧酸及其衍生物的还原由易到难的顺序为：酰卤酸酐酯酰胺羧酸。,12-3 酰胺和酯的特殊反应,一、酰胺的特殊反应,由于酰胺N原子上有活泼的H原子，因此酰胺具有特殊的化学性质。,2023/5/23,1、酸性：酰胺N原子上的H原子具有酸性，因氮原子上的未共用电子对与碳氧双键形成P-共轭 Pka=15。,邻苯二甲酰胺N原子上的H原子的酸性更强，Pka=8.3。,2023/5/23,盖布瑞尔法，制备伯胺的有效方法。,2、脱水反应：酰胺既可以水解成酸、又可以脱水成氰。常用的脱水剂为P2O5、POCl3

9、、SOCl2、酸酐等。酰胺与铵盐和睛的关系如下：,从羧酸制备同碳数的腈。例如：,2023/5/23,3、霍夫曼（Hofmann）降解反应,Hofmann等人发现酰胺与次卤酸钠溶液 NaOX(X=Cl Br)作用可以得到少一个碳原子的伯胺。其通式为：,2023/5/23,注意：,A、发生霍夫曼（Hofmann）降解反应的酰胺必须是一级酰胺。即所用酰胺必须是N原子上无取代基的酰胺，RCONHR、RCONR2不能发生霍夫曼（Hofmann）降解反应。,B、霍夫曼（Hofmann）降解反应是从羧酸制备少一个碳原子的伯胺的好方法。例如,2023/5/23,二、酯的特殊反应-酯缩合反应,1、酯缩合反应的概

10、念,在某些强碱性试剂如醇钠作用下，一分子酯的-H与另一分子酯作用失去一分子醇，生成-酮基酯（-羰基酯）的反应称为酯缩合反应。,2023/5/23,2、实例：,由乙酸乙酯在醇钠或钠作用下所发生的酯缩合反应生成乙酰乙酸乙酯的反应称为克莱森缩合（Claisen 缩合），克莱森缩合具有特定的含义。,2023/5/23,3、历程：以克莱森缩合的反应历程为例，酯缩合反应的历程与羟醛缩合历程相似。,2023/5/23,从历程看，克莱森缩合的每一步都是可逆，且产物乙酰乙酸乙酯的酸性Pka=11，大于乙醇的酸性Pka=17，这样C2H5O 可以夺取乙酰乙酸乙酯中亚甲基上的-H，使平衡向乙酰乙酸乙酯钠盐方向进行。

11、,2023/5/23,4、反应类型：任何具有-H的酯都可以发生酯缩合反应，其类型有：,（1）同一种具有-H的酯之间的缩合反应：,（2）两种具有-H的酯之间的缩合反应：四种产物，除了自身缩合的产物外，还有交叉缩合产物。,2023/5/23,（3）一种有-H的酯与一种无-H的酯之间的缩合反应：两种产物。例如。乙酸乙酯与苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯（COOR)2,2023/5/23,5、酯缩合反应的底物：凡能提供-H的给予体。除酯自身以外，具有-H的一般酮、腈、硝基化合物等都可以作为给予体。例如,2023/5/23,对于二元羧酸酯，当两个酯基的位置恰当，很容易发生分子内酯缩合成五、六员环。这种分子内的酯

12、缩合反应称为狄克曼缩合反应（Dieckmaann缩合），例如：,2023/5/23,缩合产物经酸性水解生成-羰基酸，-羰基酸受热易脱羧，最后产物是环酮。,2023/5/23,通过狄克曼缩合反应（Dieckmaann缩合），合成环状化合物，这与二酮的缩合反应相似。狄克曼（Dieckmann）反应是合成五元和六元碳环的重要方法。,13-4 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有机合成上的应用,一、乙酰乙酸乙酯在合成上的应用,1、乙酰乙酸乙酯的制备,2023/5/23,2、互变异构现象,2023/5/23,通过下列实验事实证明，乙酰乙酸乙酯的互变异构的存在：,A、乙酰乙酸乙酯可以与羰基试剂如苯肼、羟胺、饱和

13、亚硫酸氢钠、HCN等加成，说明分子中有羰基。,B、与金属钠作用有氢气，生成钠盐，说明有活泼氢（可能是-OH）。,C、能使溴的四氯化碳溶液褪色，说明分子中可能有碳碳双键。,D、与三氯化铁溶液显紫色，说明具有烯醇结构。,上述A、B、C三种现象，不能用酮式结构进行解释,2023/5/23,生成的烯醇式稳定的原因：,A、形成共轭体系，降低了体系的内能。,B、烯醇结构可形成分子内氢键（形成较稳定的六元环体系）,2023/5/23,3、在合成上的应用,乙酰乙酸乙酯的亚甲基很活泼，可以被各种基团取代生成各种产物。乙酰乙酸乙酯在不同的条件下，可以分解成酮或羧酸。因此在合成上乙酰乙酸乙酯是一种重要的试剂，用于酮

14、类、羧酸类化合物的合成。,A、亚甲基的酸性,乙酰乙酸乙酯的-C原子上由于受到两个吸电子基（羰基和酯基）的作用，-H很活泼，具有一定的酸性，易与金属钠、乙醇钠作用形成钠盐。,2023/5/23,B、钠盐的烷基化和酰基化,乙酰乙酸乙酯的钠盐与卤代烃、酰卤反应，生成烃基和酰基取代的乙酰乙酸乙酯。,2023/5/23,C、酮式分解和酸式分解,a、酮式分解：在稀碱作用下，乙酰乙酸乙酯经皂化、酸化、加热脱羧三步反应生成酮的反应。例如：,2023/5/23,b、酸式分解：在浓碱作用下，乙酰乙酸乙酯经加热脱酰基、水解、酸化成羧酸。,2023/5/23,2023/5/23,乙酰乙酸乙酯的分解条件不同（浓碱、稀碱

15、）得到的主要产物不同。但在酸式分解中往往伴随酮式分解。因此乙酰乙酸乙酯在合成上主要用于酮类化合物的合成。,D、乙酰乙酸乙酯在有机合成上的应用,由于乙酰乙酸乙酯的上述性质，可以通过亚甲基上的取代，引入各种不同的基团，再经酮式分解或酸式分解，就可以得到不同结构的酮或酸。,2023/5/23,2023/5/23,注意：A、在卤代烃中R、R可以相同或不同，当R、R为烃基时，其产物为甲基酮或一元羧酸。由于R、R的结构可以任选，因此可以合成各种结构的酮或羧酸。当然，R最好用1，2产量低，不能用3和乙烯式卤代烃。,B、二次引入时，第二次引入的R要比R活泼。,C、当亲核试剂为酰卤RCOX，其产物为1，3-二酮

16、或-酮酸。例如：,2023/5/23,D、当亲核试剂为-卤代酮RCOCH2X，其产物为1，4-二酮或-酮酸。例如：,2023/5/23,E、当亲核试剂为卤代酸酯 X(CH2)nCOOC2H5，其产物为酮酸或二元羧酸。例如：,2023/5/23,从上述反应看，如果以乙酰乙酸乙酯为原料，通过选择不同的亲核试剂，再通过酮式或酸式分解，可以合成不同的化合物。因此，乙酰乙酸乙酯在合成上具有广泛的用途。例如:,2023/5/23,说明：乙酰乙酸乙酯合成法主要用其酮式分解制取酮，酸式分解制酸很少，制酸一般用丙二酸二乙酯合成法。,2023/5/23,二、丙二酸二乙酯,1、丙二酸二乙酯的合成,由于丙二酸二乙酯的

17、亚甲基受两个酯基的影响，两个亚甲基H非常活泼，能与醇钠作用生成钠盐，再与各种亲核试剂作用生成取代丙二酸二乙酯，后者水解成二酸等各种化合物。,2、合成上的应用,2023/5/23,对于一烃基取代丙二酸二乙酯，可以从复上述反应生成二烃基丙二酸二乙酯。,2023/5/23,注意：A、在卤代烃中R、R可以相同或不同，当R、R为烃基时，其产物为一元羧酸。由于R、R的结构可以任选，因此可以合成各种结构的羧酸。,B、当亲核试剂为卤代酸酯X(CH2)nCOOC2H5，其产物为二元羧酸。例如：,2023/5/23,C、当亲核试剂为二卤代物，可以合成环状化合物，例如,2023/5/23,2023/5/23,通过乙

18、酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯可以合成各种类型的化合物。,2023/5/23,例题1 合成,2023/5/23,例题2 合成,2023/5/23,例题3 合成,2023/5/23,练习1 合成环丁烷酸,练习2 合成环己烷酸,2023/5/23,13-5 酰基衍生物的水解、氨解、醇解历程,一、酯的水解历程,酯的水解有酸催化和碱催化反应，不管是酸催化水解还是碱催化水解，都有四种可能的历程。（可能是酰氧断裂，也可能是烷氧断裂；每种方式都可按单分子或双分子历程进行）。,1酯的碱性水解,研究证明，酯的碱性水解为酰氧断裂的双分子历程（BAc2）。,2023/5/23,将含同位素O18的酯水解证明是按酰氧断裂方式

19、进行的。,碱性水解反应历程表示如下：,2023/5/23,酯的碱性水解（皂化反应）得到的产物是羧酸盐，使反应不可逆，可以进行到底，因此酯的水解通常用碱催化。,2酸性水解历程,研究证明，酯经酸催化水解时：一级，二级醇酯绝大多数为酰氧断裂的双分子历程（AAc2历程）。少数特殊结构的酯为酰氧断裂的单分子历程（AAc1历程）。三级醇酯为烷氧断裂的单分子历程（AA11历程）。,2023/5/23,（1）（AAc2历程）,（2）（AA11历程）,2023/5/23,二、酰基衍生物的水解、氨解、醇解历程,酰基衍生物的水解、氨解、醇解历程与酯的水解历程相同，都是通过加成-消除历程来完成的，可用通式表示如下：,酰基衍生物的反应活性与L基团的性质有关：,2023/5/23,L-Cl-OCOR-OR-NH2 诱导效应（-I）最大 大 中 小 P-共轭效应 最小 小 中 大L-的稳定性 最大 大 中 小 反应活性 最大 大 中 小,13-6 有机合成路线(将在有机合成介绍）。,