第十二章------羧酸衍生物课件.ppt
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1、第十二章第十二章 羧酸衍生物羧酸衍生物-X(-Cl,-Br)酰卤酰卤-O-CR(Ar)酸酐酸酐-O-R(Ar)酯酯-NH2,-NHR,-NR2酰胺酰胺OL=第十二章第十二章 羧酸衍生物羧酸衍生物 羧基中的-OH被其它原子或基团取代后所生成的化合物,称为羧酸衍生物。羧酸衍生物。R(Ar)C LO羧酸衍生物一、结构和命名一、结构和命名(一)结构(一)结构 酰氯、酸酐、酯和酰胺分子中都含有酰基,可用通式 表示。羰基碳为sp2杂化,未参加杂化的 p 轨道与氧原子的 p 轨道交盖形成键,与羰基碳直接相连的原子(X、O、N)上都有未用电子对,它们所占的 p 轨道能与羰基上的轨道形成 p共轭。羧酸衍生物的结
2、构亦可用共振式表示如下:电荷分离共振式对共振杂化体的贡献大小与L中X、O、N 的电负性大小有关,其中氮的电负性最小,因此,在酰胺的共振极限式中,电荷分离式对共振杂化体的贡献较大,表现在 C-N 键具有部分双键性质、键长较胺分子中的 C-N 键短。由于卤原子的电负性较大,在酰卤的共振极限式中,电荷分离式对共振杂化体的贡献很小,因此,在共振杂化体中以式为主,酰卤分子C-X 键并不比卤代烷中的 C-X 键短。腈含有氰基,氰基中的碳和氮均为 sp 杂化,腈的结构和炔烃相似。腈的结构可用共振式表示如下:(二)命名(二)命名OOCH3CBrC6H5-CCl酰卤键酰卤键1.1.酰卤:酰卤:命名:酰基名称卤素
3、名称乙酰溴苯甲酰氯2.2.酸酐:酸酐:分为单酐单酐和混酐混酐.OOCH3-COC-CH3OCH3-CCH3CH2-COO酰基酰基 酰氧基酰氧基酰氧基酰氧基 酰基酰基混(合)酐(简简)单酐单酐命名:单酐:羧酸名称酐混酐:简单羧酸名复杂羧酸名酐乙酸酐乙酸丙酸酐酐键COOOC邻苯二甲酸酐2-甲基丁二酸酐甲基丁二酸酐3.3.酯酯:有机酸酯有机酸酯和无机酸酯无机酸酯。OCH3COR酰基酰基 烃氧基烃氧基酯键命名命名一元醇的酯:羧酸名醇名酯 某酸某(醇)酯 多元醇的酯:醇名羧酸名酯 某醇某酸酯二元羧酸可以生成酸性酯、中性酯;简单酯、混合酯。COOC2H5COOHCOOC2H5COOC2H5COOCH3CO
4、OC2H5酸性酯中性酯简单酯混合酯OOCH3COCH3H-COC2H5O(CH3)2CHCH2-C-OCH2-CH3COOCH=CH2乙酸甲酯甲酸乙酯异戊酸苄酯乙酸乙烯酯COOC2H5COOHCOOC2H5COOC2H5COOCH3COOC2H5乙二酸氢乙酯酸性酯乙二酸二乙酯中性酯,简单酯乙二酸甲乙酯中性酯,混合酯 邻苯二甲酸甲乙酯-丁内酯CH2OCCH3CH2OCCH3OOCH2OCC15H31CH O CC15H31CH2OCC15H31OOO乙二醇二乙酸酯丙三醇三软脂酸酯氨或胺分子中的H被酰基酰基取代的产物。伯酰胺仲酰胺叔酰胺4.酰胺:酰胺:命名:酰基名称胺(或某胺)“某酰(某)胺”内酰
5、胺用希腊字母标明氨基位置。CH3-CNH2O乙酰胺 N-甲基乙酰胺甲基乙酰胺HCN-CH3OCH3N,N-二甲基甲酰胺 乙酰苯胺邻苯二甲酰亚胺 -己内酰胺 N-甲基-N-乙基乙酰胺母体化合物的优先次序:羧酸衍生物的官能团作为取代基:C6H5-CH2CO2 C6H5OOOCH2-CCH3C H-C问题:命名下列化合物.环己基甲酰溴 2-甲基丁二酸酐N-乙基-N-苯基苯甲酰胺苯乙酸苯酯二、物理性质(P344、自学)三、羧酸衍生物的化学性质三、羧酸衍生物的化学性质 结构相似:酰基都连着一个能被其他基团取代的负性原子或基团,因而具有相似的化学性质。R(Ar)-CLO(一)亲核取代:水解(一)亲核取代:
6、水解、醇解醇解、氨解氨解。羧酸衍生物中的羰基碳上带部分正电荷,易受亲核试剂进攻,发生酰基上亲核取代反应,机理:反应速率受羧酸衍生物结构中的电子效应和空间效应的影响,因而与亲核加成和消除两步反应均有关系。第一步亲核加成,形成四面体的氧负离子中间体,如果羰基碳上所连的基团吸电子 效应越强,且体积较小,则使中间体稳定,有利于加成,反应速率就快;反之则不利于加成,反应速率就慢。-L基团吸电子效应强弱是:-X-OCOR-ORNH2。第二步消除反应时,其反应速率与离去基团L-的碱性强弱有关,碱性愈弱愈易离去。L离去的倾向越大,反应速率越快。L-的碱性强弱顺序是:NH2-RO-RCOO-X-,所以,L-的离
7、去能力是:X-RCOO-RO-NH2-羧酸衍生物亲核取代反应的活性顺序为:亲核取代反应总的结果是-L基团被羟基、烷氧基或氨(胺)基所取代,这称为羧酸衍生物的水解、醇解和氨解反应。1.水解 生成相应的羧酸(副产物:HX)(1)酰卤的水解低级的酰卤极易水解,如乙酰氯遇水反应很激烈;随着酰卤分子量增大,在水中的溶解度降低,水解速度逐渐减慢,必要时需加入适当溶剂(如二氧六环,四氢呋喃等,以增加其与水的接触,促使反应速率加快。(副产物:羧酸)(2)酸酐的水解酸酐可以在中性、酸性或碱性溶液中水解,反应活性比酰卤稍缓和些,但比酯易水解。由于酸酐不溶于水,室温下水解很慢,必要时需加热、酸碱催化或选择适当溶剂使
8、之成均相可加速水解。(副产物:醇)(3)酯的水解在酸性溶液中,酯水解是酯化的逆反应。酯水解需在酸或碱催化下进行。在碱性溶液中,酯水解生成羧酸盐和醇,两者不会发生反应,因此酯的碱性水解是不可逆的,而且反应速度快,水解完全,是常采用的方法。酯的碱性水解常称为皂化反应。(副产物:醇)在水解反应中,酯分子可能在两处发生键的断裂:酯的碱性水解:在反应中,碱不只是催化剂,而且是参加反应的试剂,酯的碱性水解是双分子反应,酯和氢氧离子都参加了过渡态的形成。在反应中酯是酰氧断裂。将18O标记的苯甲酸甲酯在普通水中碱性水解,生成含有18O的甲醇。旋光的乙酸-1-苯乙醇酯水解后,生成具有旋光性的1-苯乙醇,其构型没
9、有改变。(R)(R)上述实验事实表明酯的碱水解是酰氧键断裂。酰氧断裂依据下列途径:HO-进攻酯分子中羰基碳原子,发生亲核加成反应,生成四面体中间体,再脱去烷氧负离子:氢氧离子与羰基加成生成四面体中间体是最慢的一步,是决定水解速度的一步,反应速度与带负电荷的四面体中间体稳定性有关。,反应速度:吸电子空间位阻反应速度反应速度酯的酸性水解:一元酸的伯、仲醇酯在酸催化下水解时,通常发生酰氧键断裂,其反应机理如下:首先是酯分子中羰基氧原子质子化,使羰基碳原子正性增加,有利于弱亲核试剂水的进攻,生成加水产物,然后质子转移到烷氧基氧上,消除弱碱性的醇分子。酸催化下,立体阻碍对酯水解速率的快慢影响较大。叔醇酯
10、在酸催化下水解时,由于立体位阻较大,反应按烷氧键断裂的方式进行,为叔醇酯化的逆反应。机理:问题2完成反应式:(4)酰胺水解(副产物:氨或氢氧化铵)酰胺比酯难水解,一般需在酸或碱催化、加热条件下进行。在酸或碱催化下,酰胺的水解机理和酯的水解机理相似。(5)腈水解 腈在酸或碱催化下水解成酰胺,继续水解生成羧酸。酸水解机理:碱水解机理:控制反应条件,可使腈水解停留在酰胺一步。NO2NH-COCH3OCH330%KOHMeOH/H2O,DNO2NH2OCH3+CH3CO2K问题问题3:完成反应式:完成反应式CH3O-CH2-C-O-C-CH3 O OH2OH+CH3O-CH2-C-OH O+CH3CO
11、OH2醇解反应醇解反应(主产物:酯)(1)酰卤与醇或酚的反应)酰卤与醇或酚的反应(醇解)副产物:HCl酰卤与醇很快反应成酯,是合成酯的常用方法,通常用来制备难以直接从羧酸和醇反应得到的酯。特点:反应快,产率高;反应与叔醇或酚得酯;缺点,价格高。(2)酸酐的醇解)酸酐的醇解(副产物:羧酸)酸酐和醇反应较酰卤温和,加酸或碱可以使反应速度加快。此反应也是制备酯的常用方法。特点:反应较快,(比酰氯慢);价格便宜。二元酸的酸酐在不同条件下与醇反应,可以得到单酯或二酯。(3)酯的醇解)酯的醇解(副产物:醇)在酸或碱存在下,酯与醇反应,生成新的酯和醇,所以酯的醇解又称为酯交换或酯基转移。此反应是可逆的,需加
12、入过量的醇或将生成的醇除去,才能使反应向生成新酯的方向进行。酯交换反应常用于难以合成的酯(如酚酯或烯醇酯)或从低沸点醇酯合成高沸点醇酯。酯交换反应常用于难以合成的酯(如酚酯或烯醇酯)或从低沸点醇酯合成高沸点醇酯。P354(4)腈的醇解)腈的醇解 腈与醇有浓硫酸或无水氯化氢作用下生成亚氨酯的盐,进一步反应可得到酯或原酸酯。由于氨基(或胺基)不易离去,且氨(或胺)的亲核性比醇强,故酰胺不易发生醇解反应。C=OOHCH3-OCH3OCH3-C=O+CH3-OHH+问题问题4:醇解举例:醇解举例CH3COOHClOH CH3CClO3.氨解反应氨解反应酰卤、酸酐、酯和酰胺与氨(或胺)作用,均可氨解成酰
13、胺。由于氨(胺)具有碱性,其亲核性比水强,故氨解反应比水解更易进行。(1)酰卤的氨解)酰卤的氨解(副产物:HCl)酰卤与氨(或胺)迅速反应形成酰胺。在碱性条件下有利于反应的进行。(2)酸酐的氨解)酸酐的氨解(副产物:羧酸)酸酐的氨解比酰卤缓和。环酐与氨(胺)反应,则开环生成单酰胺酸的铵盐,酸化后生成单酰胺酸,或在高温下加热,则生成酰亚胺。酰卤、酸酐的醇解和氨解反应,又称为醇的酰化反应,是制备酯和酰胺的常用方法。酰卤、酸酐称为酰化剂。醇或胺的酰化反应在有机和药物合成中有重要意义,如:用以制备前体药物,或增加药物的脂溶性,以改善体内吸收;或降低毒性,提高疗效等。在有机合成中也常用于保护羟基或胺基。
14、(3)酯的氨解)酯的氨解(副产物:醇)酯与氨(或胺)及氨的衍生物(如肼、羟氨等)发生氨解反应生成酰胺或酰胺衍生物。酰胺的氨解反应是一个可逆反应,为了使反应完成,反应的胺的碱性应比离去胺的碱性强,并需过量,在有机合成中应用较少。酰胺的酰化能力低,一般不用作酰化剂。(4)酰胺的氨解)酰胺的氨解问题问题 5 完成下列反应式.1.COOCH3OH+H2NNH2(不过量)2.CO-NHNH2OH+HOCH3OHOOC-CH-CCH2-COO+NH3OHOOC-CH-CNH2 CH2-COHOOHOOC-CH-COH CH2-CNH2O+ORCL X-O-CO-RORL离离去去基基HOHHORHNH2亲核
15、试剂亲核试剂通式通式:ORCNu+HL+HNu问题6下列化合物水解反应速度最慢的是()B.A.C.D.E.D问题8 化合物A,分子式为C4H6O4,加热后得到分子式为C4H4O3的B,将A与过量甲醇及少量硫酸一起加热得分子式为C6H10O4的。B与过量甲醇作用也得到C。A与LiAlH4作用后得分子式为C4H10O2的D。写出A,B,C,D的结构式。(二)与有机金属化合物的反应(二)与有机金属化合物的反应1与格氏试剂反应 羧酸衍生物均能与格氏试剂反应,首先进行加成-消除反应生成酮,酮与格氏试剂进一步反应生成叔醇。此反应常用于酯与格氏试剂的反应,以制备羟基-碳原子上至少连有两个相同烷基的叔醇叔醇;
16、叔醇仲醇 二元醇 若用酸酯与格氏试剂反应,则生成对称的仲醇仲醇;内酯也能发生类似反应,产物为二元醇二元醇。2与二烃基铜锂反应 酰氯能迅速和二烃基铜锂反应,生成酮。酯、酰胺和腈则不起反应。此反应的一个重要用途是用来合成酮酸酯。酰氯也可以和有机镉化合物(R2Cd)反应制得酮。(三)还原反应(三)还原反应(羧酸衍生物较羧酸易被还原。)由于与羰基相连的基团不同,通常发生还原反应由易到难的顺序为:酰氯酸酐酯 羧酸1氢化锂铝还原羧酸衍生物氢化锂铝还原羧酸衍生物 酰卤、酸酐、酯能被氢化锂铝还原成伯醇;酰胺、腈能被还原成胺。例如:2罗森孟德反应(罗森孟德反应(酰卤 醛)用降低了活性的钯催化剂(PdBaSO4)
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