大学有机化学 羧酸及其衍生物.pptx

《大学有机化学 羧酸及其衍生物.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学有机化学 羧酸及其衍生物.pptx（118页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、06-2月-23I 羧 酸一、命名carboxylic acid ane 变成 anoic acid第1页/共118页06-2月-23第2页/共118页06-2月-23二、化学性质1、酸性羧酸及N原子上有H的酰胺由于可形成氢键而具有相对较高的熔点和沸点。通过比较酸性大小，可将非水溶性的羧酸和非溶于水的酚及醇加以区分：非水溶性羧酸溶于NaOH、NaHCO3水溶液；非水溶性酚溶于NaOH水溶液但不溶于NaHCO3水溶液；而非水溶性醇在NaOH、NaHCO3水溶液中皆不溶。第3页/共118页06-2月-232、羧酸中羟基的取代反应 1）酸酐的生成 synthesis of acid anhydrid

2、es第4页/共118页06-2月-23 在上述合成酸酐的反应中，用到了酰氯，羧酸衍生物的羰基由于C原子具有一定的电正性，能够发生亲核加成-消除反应即交换反应，其反应活性具有以下顺序：羧酸衍生物的亲核加成-消除反应机理可总结为：第5页/共118页06-2月-23 适当的二元酸加热可形成环状酸酐，特别是所成环为5元环或6元环：第6页/共118页06-2月-232）酰卤的生成 preparation of carbonyl halides(especially chlorides)由于酰氯是反应活性最强的羧酸衍生物，需应用特殊的试剂如PCl5、PCl3和SOCl2等第7页/共118页06-2月-23

3、反应机理以氯化亚砜为例：第8页/共118页06-2月-23实例第9页/共118页06-2月-233）酯的生成 preparation of esters(at least 6 routes)酸催化酯化反应-Fischer 酯化第10页/共118页06-2月-23u酸催化酯化的反应机理：第11页/共118页06-2月-23 上述反应的逆反应即酸性条件下酯的水解。采用少量浓酸、过量的酸或醇、在可能的情况下及时除去生成的水有利于酯化反应；相反，过量的水、稀盐酸或稀硫酸、回流有利于酯的酸性水解。酯的酸性水解受空间位阻的影响很大。不管是在酸上还是醇上，只要在反应点附近有大的基团，都会显著减小酯化和水解反

4、应速度。比如，叔醇的酸催化酯化反应速度很慢以至于反而进行消除反应。当然，叔醇用酰氯或酸酐可容易地实现酯化。第12页/共118页06-2月-23 Williamson方法第13页/共118页06-2月-23 羧酸与carbene反应第14页/共118页06-2月-234)由羧酸和羧酸铵合成酰胺 羧酸与氨水形成铵盐：第15页/共118页06-2月-23由于羧酸根离子进行亲核加成-消除反应的反应活性很低，在水溶液中难以继续进行反应；但蒸出水后的盐加热脱水可形成酰胺（这种合成酰胺的方法不很合理，更好的方法是将羧酸转化成酰氯再与氨、胺反应）第16页/共118页06-2月-233、还原 reduction

5、LiAlH4还原不影响双键。甲酸为同系列中唯一有还原性的酸第17页/共118页06-2月-234、烃基上的反应1）-氢的反应第18页/共118页06-2月-232）芳香环的取代反应第19页/共118页06-2月-235、二元羧酸的受热反应第20页/共118页06-2月-23第21页/共118页06-2月-23三、羧酸结构对酸性的影响 influence of molecular structure on acidity主要关注 位取代基给电子或吸电子效应的影响、共轭效应影响，有时还要考虑场效应及氢键影响丙二酸发生一级电离后，羧酸根负离子除对另一端羧基产生诱导效应外，还有场效应。两种效应均使羧基

6、的质子不易离去，故丙二酸的二级电离度大大减弱。第22页/共118页06-2月-23第23页/共118页06-2月-23四、制备（一）氧化法 1、烯烃的氧化 第24页/共118页06-2月-232、醛和伯醇的氧化 第25页/共118页06-2月-23第26页/共118页06-2月-23（二）氰醇和其它腈的水解 氰醇水解可得羧酸：NaCN与伯烃基卤进行取代反应（如果是仲烃基或叔烃基则主要是消除反应），经水解成增加1个C的羧酸：第27页/共118页06-2月-23（三）格氏试剂法（四）丙二酸酯法1、单取代反应最终可生成单取代乙酸：第28页/共118页06-2月-232 2、双取代反应最终生成双取代乙

7、酸：第29页/共118页06-2月-233、丙二酸酯还可与二卤代烃反应 当2mol丙二酸酯钠与1mol二卤代烃反应形成四酯，经水解和脱羧得到二酸：第30页/共118页06-2月-23 如果1mol丙二酸酯钠与1mol二卤代烃反应，则首先得到卤代烃基丙二酸酯，经乙醇钠进一步处理，可发生分子内烷基化反应，能用于3元环、4元环、5元环和6元环的烷基羧酸合成：第31页/共118页06-2月-23（五）碘仿反应法 甲基酮的卤代反应 第32页/共118页06-2月-23（六）羰基化合物的缩合反应1 Perkin Reaction 芳香醛和酸酐在相应羧酸盐存在下进行亲核加成，然后失去一分子羧酸，生成-芳基-

8、,-不饱和酸。第33页/共118页06-2月-232Knoevenagel Condensation 醛在弱碱（胺、吡啶等）催化下与具有活泼亚甲基的化合物（如丙二酸、丙二酸酯等）的缩合反应第34页/共118页06-2月-23酮可与氰乙酸酯反应，再水解得不饱和酸第35页/共118页06-2月-23（七）其它方法第36页/共118页06-2月-23羧酸的衍生物一、命名酰卤 acyl halide 酰基是酸名去“ic”换“yl”酰胺 acid amide 将酸名去”-ic”换“-amide”酸酐 acid anhydride 去 acid 换上某酸的酐即可酯 ester 将酸名去”-ic”换“-at

9、e”除掉酸字，将醇置酸名前。第37页/共118页06-2月-23第38页/共118页06-2月-23二、化学性质酰氯、酸酐和酯由于分子中没有酸性氢原子，因而分子间没有缔合作用，所以它们的沸点比相对分子质量相近的羧酸要低得多。第39页/共118页06-2月-231、水解hydrolysis第40页/共118页06-2月-232醇解反应第41页/共118页06-2月-233氨解反应第42页/共118页06-2月-234 与有机金属化合物的反应第43页/共118页06-2月-235、还原反应第44页/共118页06-2月-23第45页/共118页06-2月-236、酯缩合反应(分子间和分子内的Cla

10、isen缩合)第46页/共118页06-2月-23分子间Claisen缩合的反应机理：第47页/共118页06-2月-23分子内Claisen缩合，又叫Dieckmann缩合 Dieckmann缩合反应机理为：第48页/共118页06-2月-237、酰胺的特性 酰胺的酸碱性第49页/共118页06-2月-23Hofmann重排的机理 第50页/共118页06-2月-23酰胺的脱水后者在不能用CN-进行卤代烃取代反应合成腈时很有意义第51页/共118页06-2月-23四、制备1酰氯的制备反应机理如羧酸反应部分第52页/共118页06-2月-232、酸酐的合成 第53页/共118页06-2月-23

11、3、酯的合成（1）酸催化酯化反应-Fischer 酯化（2）酸与Carbene的反应（3）由酰氯和醇的反应 第54页/共118页06-2月-23(4)酸酐与醇的反应(5)酯交换 transesterification第55页/共118页06-2月-23(6)内酯 在或C上有羟基的羧酸能够进行分子内酸催化酯化形成-或-内酯 第56页/共118页06-2月-23 内酯与其它酯一样可被碱性水溶液水解，但酸化时，特别当酸过量时，能够自发重新形成-或-内酯：在自然界中存在很多内酯，比如维生素C。像红霉素(erythromycin)、nonactin等抗生素都是有很大环的内酯（称为大环内酯），但多数天然内

12、酯是-或-内酯，即多数是为5元环或6元环。第57页/共118页06-2月-234.酰胺的合成 synthesis of amides 酰胺可由氨、胺与酰氯、酸酐、酯、羧酸和羧酸盐等进行亲核加成-消除反应来合成，其中酰氯反应活性最高、羧酸盐反应活性最低(1)由酰氯合成酰胺 伯胺、仲胺和氨在室温或低于室温即可快速反应形成高收率酰胺第58页/共118页06-2月-23叔胺也能与酰氯进行亲核加成-消除反应，但形成的酰基铵离子在水或羟基溶剂存在时不稳定（类似地，酰基吡啶鎓离子也有可能是在吡啶存在条件下酰氯反应的中间体）：第59页/共118页06-2月-23(2)由酸酐合成酰胺 类似酰氯，酸酐与氨、伯胺和

13、仲胺反应生成酰胺环酸酐与非环酸酐一样进行反应，只是环酸酐同时形成酰胺和铵盐，酸化则得到酰胺酸：第60页/共118页06-2月-23所得酰胺酸受热脱水成酰亚胺：第61页/共118页06-2月-23(3)由酯合成酰胺 酯与氨（称为氨解）、伯胺和仲胺的反应要比对应酰氯和酸酐的反应慢，但还是有合成意义：实例第62页/共118页06-2月-23(4)由羧酸和羧酸铵合成酰胺 羧酸与氨水形成铵盐：由于羧酸根离子进行亲核加成-消除反应的反应活性很低，在水溶液中难以继续进行反应；但蒸出水后的盐加热脱水可形成酰胺（这种合成酰胺的方法不很合理，更好的方法是将羧酸转化成酰氯再与氨、胺反应）第63页/共118页06-2

14、月-23 酰胺在生化方面非常重要。氨基酸即通过酰胺连接成为蛋白质，为此进行了大量工作，以探索简便和温和的合成酰胺方法。二烷基碳二酰亚胺（R-N=C=N-R）如二异丙基碳二酰亚胺和二环己基碳二酰亚胺（dicyclohexylcarbodiimide,DCC）就是很好的酰胺合成试剂。二烷基碳二酰亚胺与羧酸反应可活化羧酸酰基的亲核加成-消除反应从而促进羧酸形成酰胺。第64页/共118页06-2月-23DCC促进酰胺合成的机理：第65页/共118页06-2月-23(5)腈在浓硫酸条件下水解(6)内酰胺 氨基酸分子内缩合成为内酰胺。-和-氨基酸经常自发形成-和-内酰胺；-内酰胺反应活性很高，在有亲核试剂

15、存在时其具有应力的4元环就会发生开环。第66页/共118页06-2月-23青霉素抗生素即具有-内酰胺环：第67页/共118页06-2月-23u 表面上，青霉素是通过干扰细菌细胞壁的合成起作用的。一般认为，青霉素与细菌细胞壁合成所需酶的氨基发生反应，这一反应包括-内酰胺的开环和酶的酰化：第68页/共118页06-2月-23(7)Beckman重排第69页/共118页06-2月-235.腈的合成（1）CN-与甲基、伯烃基和空间位阻小的仲烃基卤代物取代反应（2）酰胺的脱水(此方法在不能用CN-进行卤代烃取代反应合成腈时很有意义)第70页/共118页06-2月-23 碳酸的衍生物第71页/共118页0

16、6-2月-231、碳酸衍生物(1)碳酸酯与脲素 碳酰氯（光气）能与醇进行亲核加成-消除反应，生成碳酸二酯，一般加入叔胺中和生成的氯化氢：碳酰氯与氨反应则生成尿素：第72页/共118页06-2月-23稳定性更高的液体双光气(氯甲酸三氯甲酯，diphosgene,oily liquid,m.p.-57,b.p.128,第一次世界大战中曾被用作毒剂)固体三光气二（三氯甲基）碳酸酯,bis(trichlormethyl)c，可用于替代剧毒、被禁用的光气和双光气第73页/共118页06-2月-23（2）氯甲酸酯和氨基甲酸酯 用等摩尔的醇处理碳酰氯，能得到氯甲酸酯：氯甲酸酯与氨、胺反应可生成氨基甲酸酯：第

17、74页/共118页06-2月-23氯甲酸苯甲酯（氯甲酸苄酯）能与氨基反应以保护氨基，所形成的基团苯甲氧酰基(benzyloxycarbonyl,BOC)可在温和条件下用氢气/催化剂或在醋酸中冷的溴化氢脱保护：第75页/共118页06-2月-23氨基甲酸酯也可用醇和异氰酸酯(R-N=C=O)反应来合成（氨基甲酸酯能以很好的晶型结晶，此性能可用于醇的鉴别），该反应也是通过酰基C的亲核加成机制：第76页/共118页06-2月-231-萘酚与异氰酸甲酯反应可得到称为西维因(Sevin)的杀虫剂:异氰酸甲酯是一种高毒性气体，1984年在印度博帕尔(Bhopal,India)的生产厂发生异氰酸甲酯泄露，导

18、致附近1800多居民丧生。第77页/共118页06-2月-23 虽然氯甲酸酯、碳酸二酯、氨基甲酸酯稳定，但氯甲酸、碳酸氢酯、氨基甲酸类似于碳酸，不稳定，易于自发分解放出二氧化碳：第78页/共118页06-2月-232、羧酸的脱羧反应 羧酸失去CO2的反应称为脱羧反应：由于二氧化碳特殊的稳定性，上述脱羧反应应该是放热反应，而实际上反应进行得很慢。但当羧基的位有羰基时脱羧反应很容易进行：第79页/共118页06-2月-23这源于两方面的原因。u在酸性条件下脱羧，通过6元环过渡态直接形成烯醇结构，烯醇经互变异构成为甲基酮：u在碱性条件下脱羧形成的阴离子可共振稳定化：第80页/共118页06-2月-2

19、3基于类似原因，丙二酸也很易发生脱羧：第81页/共118页06-2月-23第10章 作业习题作业10.310.410.5第82页/共118页06-2月-2310.8第83页/共118页06-2月-2310.9a.1H-NMR,CH3CH2CH2COOH除了不明显的羧基H信号，有3组与烃基C相连的H,并发生裂分,CH3CH2COO CH3在4.0ppm附近出现甲氧基3个H的单峰；b.1H-NMR,丙酮只给出1组2个甲基6个H的单峰，而乙酸甲酯给出2组单峰；c.1H-NMR,CH3CH2COCH2CH3给出2组发生裂分的信号，CH3CH2COO CH3除了出现2组裂分的信号，在4.0ppm附近还出

20、现甲氧基3个H的单峰；d.1H-NMR,丙酮只给出1组2个甲基6个H的单峰，而丙酸除了不明显的羧基H信号，给出2组发生裂分的信号；10.10 注意在4.2ppm4.5ppm间裂分为3重峰的2个H属于与O原子相连CH2的信号第84页/共118页06-2月-23习题 11.将下列化合物，按酸性从强到弱顺序排列。第85页/共118页06-2月-23第86页/共118页06-2月-23第87页/共118页06-2月-23第88页/共118页06-2月-232 将下列化合物，按-H 酸性从强到弱顺序排列第89页/共118页06-2月-233合成1）由苯及环己酮合成6-苯基己酸 5)由不超过两个碳原子的化

21、合物合成 N-正丁基异戊酰胺。第90页/共118页06-2月-23第91页/共118页06-2月-23习题21.完成下列反应第92页/共118页06-2月-232.合成第93页/共118页06-2月-233.从乙酰乙酸乙酯或丙二酸二乙酯出发合成下列化合物第94页/共118页06-2月-234.从环己醇出发合成下列化合物第95页/共118页06-2月-23习题 1参考答案1.将下列化合物，按酸性从强到弱顺序排列。第96页/共118页06-2月-23第97页/共118页06-2月-23第98页/共118页06-2月-23第99页/共118页06-2月-232 将下列化合物，按-H 酸性从强到弱顺序

22、排列第100页/共118页06-2月-233合成1）由苯及环己酮合成6-苯基己酸第101页/共118页06-2月-23第102页/共118页06-2月-23第103页/共118页06-2月-23第104页/共118页06-2月-235)由不超过两个碳原子的化合物合成 N-正丁基异戊酰胺。第105页/共118页06-2月-23第106页/共118页06-2月-23第107页/共118页06-2月-23第108页/共118页06-2月-23第109页/共118页06-2月-23习题2参考答案1.完成下列反应第110页/共118页06-2月-232.合成第111页/共118页06-2月-23第112页/共118页06-2月-233.从乙酰乙酸乙酯或丙二酸二乙酯出发合成下列化合物第113页/共118页06-2月-23第114页/共118页06-2月-23第115页/共118页06-2月-234.从环己醇出发合成下列化合物第116页/共118页06-2月-23第117页/共118页06-2月-23感谢您的观看！第118页/共118页