第十四章__羧酸衍生物.ppt
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1、第十三章第十三章第十三章第十三章 羧酸衍生物羧酸衍生物羧酸衍生物羧酸衍生物exit本章提纲本章提纲本章提纲本章提纲第一节第一节 羧酸衍生物的命名、物性和光谱性质羧酸衍生物的命名、物性和光谱性质第二节第二节 羧酸衍生物的结构和反应性能羧酸衍生物的结构和反应性能第三节第三节 羧酸及其衍生物的制备羧酸及其衍生物的制备第四节第四节 羧酸衍生物的其它反应羧酸衍生物的其它反应第五节第五节 与酯缩合、酯的烷基化、酰基化相类与酯缩合、酯的烷基化、酰基化相类 似的反应似的反应第六节第六节 -二羰基化合物的特性及应用二羰基化合物的特性及应用类型:类型:酰卤酰卤 酸酐酸酐酯酯 酰胺酰胺羧酸衍生物:羧酸衍生物:羧酸分
2、子中羧基羧酸分子中羧基()上的羟基由上的羟基由其他原子或基团替代后形成的化合物其他原子或基团替代后形成的化合物腈:腈:RCN羧酸衍生物概述羧酸衍生物概述1 酰卤的命名酰卤的命名:在命名时可作为酰基的卤化物,在酰基后加卤素在命名时可作为酰基的卤化物,在酰基后加卤素的名称即可。的名称即可。普通命名法:普通命名法:-溴丁酰溴溴丁酰溴 对氯甲酰苯甲酸对氯甲酰苯甲酸IUPAC 命名法:命名法:2-溴丁酰溴溴丁酰溴 4-氯甲酰苯甲酸氯甲酰苯甲酸羧酸衍生物的命名羧酸衍生物的命名:2 酸酐的命名酸酐的命名单酐:在羧酸的名称后加酐字;单酐:在羧酸的名称后加酐字;混酐:将简单的酸放前面,复杂的酸放后面再加酐字;混
3、酐:将简单的酸放前面,复杂的酸放后面再加酐字;环酐:在二元酸的名称后加酐字。环酐:在二元酸的名称后加酐字。普通命名法:普通命名法:醋酸酐醋酸酐 乙丙酸酐乙丙酸酐 丁二酸酐丁二酸酐IUPAC 命名法:命名法:乙酸酐乙酸酐 乙丙酸酐乙丙酸酐 丁二酸酐丁二酸酐3 酯的命名酯的命名 酯可看作将羧酸的羧基氢原子被烃基取代的产物。酯可看作将羧酸的羧基氢原子被烃基取代的产物。命名时把羧酸名称放在前面,烃基的名称放在后面,命名时把羧酸名称放在前面,烃基的名称放在后面,再加一个酯字。内酯命名时,用内酯二字代替酸字并再加一个酯字。内酯命名时,用内酯二字代替酸字并标明羟基的位置。标明羟基的位置。普通命名法:普通命名
4、法:醋酸苯甲酯醋酸苯甲酯 -甲基甲基-丁内酯丁内酯IUPAC 命名法:命名法:乙酸苯甲酯乙酸苯甲酯 2-甲基甲基-4-丁内酯丁内酯4 酰胺的命名酰胺的命名 命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可;为酰胺即可;普通命名法:普通命名法:异丁酰胺异丁酰胺 N,N-二甲基戊酰胺二甲基戊酰胺IUPAC 命名法:命名法:2-甲基丙酰胺甲基丙酰胺 N,N-二甲基戊酰胺二甲基戊酰胺(CH3)CHCNH2CH3CH2CHCH2CN(CH3)2OO5 腈的命名腈的命名 腈命名时要把腈命名时要把CN中的碳原子计算在内,并从此中的碳原子计算在内,并从此碳原子开始编号;氰
5、基作为取代基时,氰基碳原子不碳原子开始编号;氰基作为取代基时,氰基碳原子不计在内。计在内。普通命名法:普通命名法:-甲基戊甲基戊腈腈 -氰基丁酸氰基丁酸 己二己二腈腈IUPAC 命名法:命名法:3-甲基戊甲基戊腈腈 2-氰基丁酸氰基丁酸 己二己二腈腈第一节第一节 羧酸衍生物的结构羧酸衍生物的结构氧的碱性氧的碱性-H的的活性活性羰基的活性羰基的活性离去基团离去基团-H的活性减小(的活性减小(-H的的 pka 值值增大增大)羰基的活性减小(取决于综合电子效应)羰基的活性减小(取决于综合电子效应)W的离去能力减小(离去基团的稳定性减小)的离去能力减小(离去基团的稳定性减小)第二节第二节 羧酸衍生物的
6、物性羧酸衍生物的物性低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体,高级的为固体;低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体,高级的为固体;低级的酯具有芳香的气味,可作为香料;十四碳酸以下低级的酯具有芳香的气味,可作为香料;十四碳酸以下的甲酯和乙酯均为液体;的甲酯和乙酯均为液体;酰胺除甲酰胺外,由于分子内形成氢键,均是固体;酰胺除甲酰胺外,由于分子内形成氢键,均是固体;而当酰胺的氮上有取代基时为液体;而当酰胺的氮上有取代基时为液体;羧酸衍生物可溶于有机溶剂;羧酸衍生物可溶于有机溶剂;酰氯和酸酐不溶于水,低级的遇水分解;酰氯和酸酐不溶于水,低级的遇水分解;酯在水中溶解度很小;酯在水中溶解度很小;低级酰胺可溶于水。低
7、级酰胺可溶于水。羧酸衍生物的反应羧酸衍生物的反应1.1.酰基碳上的亲核取代反应酰基碳上的亲核取代反应2.2.与有机金属化合物的反应与有机金属化合物的反应3.3.羧酸衍生物的还原羧酸衍生物的还原4.4.酰卤酰卤-氢的卤化氢的卤化5.5.酰亚胺的酸性酰亚胺的酸性6.6.烯酮的制备和反应烯酮的制备和反应7.7.瑞佛马斯基反应瑞佛马斯基反应8.8.酯的热解(裂)酯的热解(裂)该取代反应需要在碱或酸的催化作用下进行。该取代反应需要在碱或酸的催化作用下进行。碱性催化的反应机制为:碱性催化的反应机制为:一、概述:一、概述:第三节第三节 酰基碳上的亲核取代反应酰基碳上的亲核取代反应催化剂催化剂W-的离去能力的
8、相对大小是:的离去能力的相对大小是:I-Br-Cl-RCOO-RO-OH-NH2酸催化的反应机制为:酸催化的反应机制为:总的说,羧酸衍生物酰基碳上发生亲核取代的总的说,羧酸衍生物酰基碳上发生亲核取代的反应活性的大小顺序是:反应活性的大小顺序是:酰卤酰卤 酸酐酸酐 酯酯 酰胺酰胺室温室温加热加热酸碱催酸碱催化化/长时长时间回流间回流 问:问:反应条件为什么会各有不同?反应条件为什么会各有不同?二、二、羧酸衍生物的水解反应羧酸衍生物的水解反应1.反应式反应式HNO2CH3COOH+H2SO4H2O 35oC亚硝酸在酰胺制酸中的作用亚硝酸在酰胺制酸中的作用 空阻大的酰胺水解的方法空阻大的酰胺水解的方
9、法2.酯的水解反应酯的水解反应*1.碱性水解(又称皂化反应)碱性水解(又称皂化反应)同位素跟踪结果表明:同位素跟踪结果表明:碱性水解时,发生酰氧键断裂。碱性水解时,发生酰氧键断裂。四面体中间体四面体中间体是负离子是负离子反应机理反应机理慢慢快快碱性水解的碱性水解的讨论讨论1.碱性水解速率与碱性水解速率与-OH成正比。成正比。2.羰基活性越大,羰基活性越大,-C空阻越小,酯基空阻越小,空阻越小,酯基空阻越小,反应速率越快。反应速率越快。CH3COOCMe3 Me3CCOOEt CH3COOEt ClCH2COOEt 0.002 0.01 1 2963.形成的四面体中间体能量越低,反应速度越快。形
10、成的四面体中间体能量越低,反应速度越快。(能分散负电荷的取代基对反应是有利的)(能分散负电荷的取代基对反应是有利的)4.酯的碱性水解是不可逆的。酯的碱性水解是不可逆的。5.碱的用量要超过催化量碱的用量要超过催化量。V相对相对*2.酸性水解酸性水解 同位素跟踪结果表明:同位素跟踪结果表明:酸性水解时,也发生酸性水解时,也发生酰氧键断裂。酰氧键断裂。反应机理反应机理四面体中间四面体中间体是正离子体是正离子1.酸在反应中的作用有二:酸在反应中的作用有二:活化羧基活化羧基 使使OH、OR形成形成 盐而更易离去。盐而更易离去。2 在酯在酯(RCOOR)中,中,R有吸电子基团虽能活化有吸电子基团虽能活化
11、羧羰基,但会使关键中间体正离子能量升高,羧羰基,但会使关键中间体正离子能量升高,R 为给电子基团亦有两种相反的作用,故表现不出为给电子基团亦有两种相反的作用,故表现不出 明显的影响。明显的影响。酸性水解的讨论酸性水解的讨论3.酯的酸性水解和酯化反应互为逆反应,平衡的酯的酸性水解和酯化反应互为逆反应,平衡的 移动取决于反应的条件。体系中有大量水存在,移动取决于反应的条件。体系中有大量水存在,发生酯的水解。若有大量醇存在,并采取去水发生酯的水解。若有大量醇存在,并采取去水 措施,则有利于酯化反应。措施,则有利于酯化反应。4.在在RCOOR1中,中,R对速率的影响是:对速率的影响是:一级一级 二级二
12、级 三级三级 R1对速率的影响是:对速率的影响是:三级三级 一级一级 二级二级CH3COOR1在盐酸中,于在盐酸中,于25OC时水解的相对速率时水解的相对速率v的的实验数据如下:实验数据如下:R1:CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3 v:1 0.97 0.53 1.15(机理不同机理不同)*3 酯的酸性水解和碱性水解的异同点酯的酸性水解和碱性水解的异同点不不 同同 点:点:1 催化剂用量不同。碱大于催化剂用量不同。碱大于1 mol,酸只需要催化量。酸只需要催化量。2 碱催化反应是不可逆的,酸催化反应是可逆的。碱催化反应是不可逆的,酸催化反应是可逆的。3 吸电子取代剂对碱性催化有
13、利。对酸性催化没有明吸电子取代剂对碱性催化有利。对酸性催化没有明显的影响。显的影响。4 碱性催化:碱性催化:1oROH 2oROH 3oROH 酸性催化:酸性催化:3oROH 1oROH 2oROH相同点:相同点:1 都是经过加成消除机理进行的,增大空阻,都是经过加成消除机理进行的,增大空阻,对反应不利。对反应不利。2 都发生酰氧键断裂都发生酰氧键断裂3oROH的水解的机理与此不同。的水解的机理与此不同。*4 3o醇酯的酸性水解历程醇酯的酸性水解历程反应式反应式通过同位素跟踪可以证明上述反应机制通过同位素跟踪可以证明上述反应机制关键关键中间中间体体反反 应应 机机 理理A 制备羧酸和醇制备羧酸
14、和醇B 测定酯的结构测定酯的结构*5 酯水解的应用酯水解的应用 三、三、羧酸衍生物的醇解反应羧酸衍生物的醇解反应催化剂:催化剂:吡啶、三乙胺、吡啶、三乙胺、N,N-二甲苯胺等弱有机碱二甲苯胺等弱有机碱这样的催化条件被称为这样的催化条件被称为肖特肖特-鲍曼条件鲍曼条件催化剂催化剂催化剂催化剂1.酰氯和酸酐的醇解酰氯和酸酐的醇解H+水杨酸水杨酸乙酰水杨酸乙酰水杨酸(阿司匹林阿司匹林)酸或碱酸或碱2.酯的醇解(酯交换反应)酯的醇解(酯交换反应)*酯交换的讨论:酯交换的讨论:(1)酯交换用酸(酯交换用酸(HCl,H2SO4,对甲苯磺酸对甲苯磺酸)和碱)和碱 (RONa)等催化均可。等催化均可。(2)3
15、oROH的酯交换比较困难(因空阻太大)。的酯交换比较困难(因空阻太大)。(3)常应用于一个低沸点醇的酯转化为高沸点醇的)常应用于一个低沸点醇的酯转化为高沸点醇的 酯,反应过程中将低沸点醇不断蒸出,可移动酯,反应过程中将低沸点醇不断蒸出,可移动 平平 衡。衡。酸酸酸酸反反 应应 实实 例例将乙醇不断蒸出。将乙醇不断蒸出。+CH3CH2CH2OHCH3CH2CH2OCH3CH(OH)CH2CH2COOCH2CH2CH3ClCH2COONaClCH2COOHNCCH2COONaC2H5OOCCH2COOC2H5Na2CO3低温低温NaCNC2H5OHH2SO4ClCH2COOHH2SO4C2H5OH
16、ClCH2COOC2H5NaCNNCCH2COOC2H5丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯氰乙酸乙酯氰乙酸乙酯CH3O-四、四、羧酸衍生物的氨(胺)解(碱催化)羧酸衍生物的氨(胺)解(碱催化)1.反应只能碱催化,不能酸催化。反应只能碱催化,不能酸催化。2.不溶于水的酰卤可用不溶于水的酰卤可用NaOH水溶液催化,溶于水水溶液催化,溶于水 的酰卤须用有机碱催化。的酰卤须用有机碱催化。3.3o胺不能发生酰基化反应。胺不能发生酰基化反应。请写出酸酐氨解的反应机理。请写出酸酐氨解的反应机理。4.酸酐氨解的应用酸酐氨解的应用200羧酸及其衍生物的转换关系概貌羧酸及其衍生物的转换关系概貌腈腈芳烃芳烃氧化氧化酸酐酸酐羧
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- 第十四 _ 羧酸 衍生物
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