第十一章羧酸及其衍生物精选文档.ppt

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1、第十一章羧酸及其衍生物本讲稿第一页，共七十七页教学重点：教学重点：一、一、羧羧酸的化学性酸的化学性质质1 1 羧羧酸衍生物的生成：（酸衍生物的生成：（1 1）形成）形成酰卤酰卤的反的反应应；（；（2 2）形成酸）形成酸酐酐的反的反应应；（；（3 3）酯酯化反化反应应；（4 4）形成）形成酰酰胺的反胺的反应应。2 2 还还原反原反应应；3 -H3 -H的的卤卤代反代反应应；4 4 脱脱羧羧反反应应；5 5 二元酸的二元酸的热热解反解反应应 二、影响二、影响羧羧酸酸性的因素酸酸性的因素1 1 诱导诱导效效应应；2 2 共共轭轭效效应应；3 3 场场效效应应。三、三、羧羧酸衍生物的化学性酸衍生物的化

2、学性质质1 1 水解：（水解：（1 1）碱催化的反）碱催化的反应历应历程；（程；（2 2）酸催化的反）酸催化的反应历应历程。程。2 2 醇解；醇解；3 3 氨解；氨解；4 4 还还原反原反应应；5 5 与格式与格式试剂试剂的作用的作用6 6 酰酰胺的特性：（胺的特性：（1 1）与次与次卤卤酸酸盐盐反反应应（霍夫曼降（霍夫曼降级级反反应应）；（）；（2 2）脱水反脱水反应应。7 7 酯缩酯缩合反合反应应 四、烯酮的化学反应性四、烯酮的化学反应性五、不五、不饱饱和和羧羧酸、取代酸、取代羧羧酸、酸、-酮酮酸酸酯酯的反的反应应性。性。六、乙六、乙酰酰乙酸乙酸酯酯合成法和丙二酸合成法和丙二酸酯酯合成法合

3、成法七、迈克尔反应七、迈克尔反应本讲稿第二页，共七十七页教学难点：教学难点：1,1,邢其毅主编：邢其毅主编：基础有机化学，高等教育出版社，基础有机化学，高等教育出版社，19901990出版出版2,2,沈同主编：沈同主编：生物化学，人民教育出版社，生物化学，人民教育出版社，19801980出版出版3 3黄宪主编：有机合成化学，化学工业出版社，黄宪主编：有机合成化学，化学工业出版社，19831983出版出版4.4.高振衡主编：物理有机化学，高等教育出版社高振衡主编：物理有机化学，高等教育出版社19831983年版。年版。主要参考书目：主要参考书目：一、羧酸的一、羧酸的-H的卤代反应的卤代反应二、影

4、响羧酸酸性的因素二、影响羧酸酸性的因素1 诱导效应；诱导效应；2 共轭效应；共轭效应；3 场效应。场效应。三、酰胺与次卤酸盐反应（霍夫曼降级反应）；三、酰胺与次卤酸盐反应（霍夫曼降级反应）；四、酯缩合反应四、酯缩合反应 五、乙酰乙酸酯合成法和丙二酸酯合成法五、乙酰乙酸酯合成法和丙二酸酯合成法六、迈克尔反应六、迈克尔反应 本讲稿第三页，共七十七页第一节，羧酸及其衍生物的结构第一节，羧酸及其衍生物的结构 在羧酸中，羧基的碳原子是在羧酸中，羧基的碳原子是spsp2 2杂化，三个杂化，三个spsp2 2杂化轨道分别与一个氧原子，一个羟杂化轨道分别与一个氧原子，一个羟基的氧原子和一个碳原子（在甲酸中为氢

5、原子）形成三个基的氧原子和一个碳原子（在甲酸中为氢原子）形成三个键，键角约为键，键角约为120120o o；spsp2 2杂化碳原子的杂化碳原子的P P轨道与两个氧原子的轨道与两个氧原子的P P轨道重叠，形成四电子三中心的轨道重叠，形成四电子三中心的P P共轭体共轭体系。系。由于由于P P共轭，使羧基中的共轭，使羧基中的C=OC=O双键和双键和C-OC-O单键的键长有均化现象。当变成酸根后，两单键的键长有均化现象。当变成酸根后，两个碳氧键键长等同个碳氧键键长等同.分子中含有羧基，羧基是羧酸的官能团。分子中含有羧基，羧基是羧酸的官能团。本讲稿第四页，共七十七页羧酸类药物：羧酸类药物：阿司匹林阿司

6、匹林第二节第二节.羧酸的物性羧酸的物性 酒石酸酒石酸 马来酸马来酸 布洛芬布洛芬-乙氧基醋酸乙氧基醋酸解热镇痛药解热镇痛药,需饭后服用需饭后服用 本讲稿第五页，共七十七页 二聚体（氢键缔合）二聚体（氢键缔合）第三节，羧酸的化学性质第三节，羧酸的化学性质 一，酸性一，酸性 为什么为什么RCOOH的酸性大于的酸性大于ROH？羧酸酸性的强弱取决于电离后所形成的羧酸根负离子羧酸酸性的强弱取决于电离后所形成的羧酸根负离子(即即共轭碱共轭碱)的相对稳定性的相对稳定性。本讲稿第六页，共七十七页例例2 2：为什么苯乙酸的酸性大于乙酸？：为什么苯乙酸的酸性大于乙酸？苯苯基基取取代代乙乙酸酸的的-氢氢后后酸酸性性

7、比比乙乙酸酸强强，由由此此，可可认认为为苯苯基基为为吸吸电电子子基基，具具有有-I效效应应，但但是是从从甲甲酸酸与与苯苯甲甲酸酸的的PKa分分别别为为 3.77和和 4.20来来看看，苯苯环环取取代代甲甲酸酸的的氢氢后后酸酸性性性性降降低低了了，此此时时，苯苯基基起起的的是是给给电电子子的的作作用用，实实际际上上，在在苯苯甲甲酸酸中中，羧羧基基-COOH的的电电负负性性大大于于苯苯基基，由由取取代代基基极极性性常常数数分分别别为为+6.5和和+1.5证证实实对对于于苯苯甲甲酸酸还还在在着着交交叉叉共共轭轭效效应应，即即苯苯基基与与羧羧基基中中的的羰羰基基有有共共轭轭形形式式，而而羟羟基基与与苯

8、苯环环不不能能共共轭轭，但但羟羟基基与与羰羰基基也也是是共共轭轭的的，故故苯苯环环与与羰羰基基共共轭轭后后，对对羟羟基基只只有有间间接接作作用用，此此作作用用称称为为交交叉叉共共轭轭效效应应，由由于于苯苯甲甲酸酸存存在在着着交交叉叉共共轭轭，将将减减少少其其酸酸的的强强度度 然然而而，苯苯环环既既不不与与羧羧基基中中羰羰基基共共轭轭，亦亦不不与与羟羟基基共共轭轭的的苯苯基基取取代代酸酸，例例如如苯苯己己酸酸，其其酸酸强强度度则则由由苯苯基基的的极极性性常常数数决决定定，即即它它们们具具有有-I效效应应 无无疑疑，苯苯基基 既既为为电电子子源源又又为为电电子子渊渊 为为此此，若若仅仅用用诱诱导导

9、效效应应或或共共轭轭效效应应来来说说明明苯苯甲甲酸酸与与苯苯乙乙酸酸的的酸酸性性强强弱弱欠欠妥妥，导导致致与与实实验验测测得得的的PKa相相悖悖的的结结论论现现提出负离子稳提出负离子稳 定化理论来解释这个疑问定化理论来解释这个疑问.本讲稿第七页，共七十七页苯甲酸与苯乙酸在水中离解分别形成苯甲酸与苯乙酸在水中离解分别形成 前前者者的的稳稳定定性性与与后后者者是是不不同同，前前者者 的的苯苯环环与与羧羧基基负负离离子子在在同同一一平平面面上上，形形成成共共轭轭大大键键(910体体系系)，由由于于离离域域的的结结果果，使使电电子子运运动动范范围围扩扩大大了了，电电荷荷较较分分散散，从从而而使使体体系

10、系的的能能量量下下降降，较较稳稳定定，而而苯苯乙乙酸酸负负离离子子，由由于于羧羧基基负负离离子子与与苯苯环环被被一一个个亚亚甲甲基基隔隔离离了了，它它们们不不能能共共平平面面，因因此此，羟羟羧羧负负电电荷荷只只能能分分散散到到三三个个原原子子上上(形形成成34体体系系)，即即电电子子运运动动范范围围小小了了，电电荷荷不不及及苯苯甲甲酸酸负负离离子子分分散散，所所以以负负离离子子的的稳稳定定性性也也就就不不如如苯苯甲甲酸酸负负离离子子，其其酸酸度度较较苯苯甲甲酸酸低低不不难难看看出出，作作为为共共轭轭效效应应和和诱诱导导效效应应的的结结果果，电电荷荷分分散散导导致致更更太太的稳定性，见下图：的稳

11、定性，见下图：本讲稿第八页，共七十七页二二.影响羧酸的酸性的因素影响羧酸的酸性的因素 1.诱导效应诱导效应 (负离子稳定性提高负离子稳定性提高)(负离子稳定性降低负离子稳定性降低)诱导效应具有加和性。诱导效应是一种短程效应。诱导效应具有加和性。诱导效应是一种短程效应。本讲稿第九页，共七十七页2.场效应场效应(Field Effect)通过空间传递的静电作用。通过空间传递的静电作用。1 Ka,为为正正值值;反之反之,取代基是供电基时取代基是供电基时,为负值。为负值。绝对值越大绝对值越大,取代基效应越强。取代基效应越强。本讲稿第十六页，共七十七页HammettHammett还发现还发现,间和对位取

12、代苯甲酸酯和苯甲酸酯水解常数之比的对数值与间和对位取代苯甲酸酯和苯甲酸酯水解常数之比的对数值与值有很好的值有很好的直线关系。即以取代苯甲酸酯和苯甲酸酯水解常数之比的对数直线关系。即以取代苯甲酸酯和苯甲酸酯水解常数之比的对数(lgKh/Kh)(lgKh/Kh)为纵坐标为纵坐标,以以(即即lgKa/Ka)lgKa/Ka)为横坐标作图为横坐标作图,得到一条直线得到一条直线,如图如图1:1:式式中中Ka为为苯苯甲甲酸酸乙乙酯酯的的水水解解常常数数,Ka为为取取代代苯苯甲甲酸酸乙乙酯酯的的水水解解常常数数。是是Hammett直直线线的的斜斜率率,是是常常数数,称称为为反反应应常常数数。反反应应常常数数值

13、值取取决决于于反反应应的的类类型型和和条条件件。对对于于不不同同的的反反应应,将将出出现现不不同同的的情情况况。一一种种反反应应的的值值大大于于0,此此时时吸吸电电基基使使反反应应加加速速;一一种种是是值值小小于于0,此此时时供供电电基基使使反反应应加加速速;一一种种是是值值接接近近0,此此时时各各种种取取代基代基(供电基或吸电基供电基或吸电基)均对反应影响不大。均对反应影响不大。本讲稿第十七页，共七十七页HammettHammett方程的应用方程的应用 一，确定一，确定和和值值,求算一些未知反应的热力学或动力学参数求算一些未知反应的热力学或动力学参数(K及及k)例：在例：在25水溶液中水溶液

14、中,肉桂酸的电离反应的反应常数肉桂酸的电离反应的反应常数=+0.47,电离常数电离常数KH=3.6510-5,取代基的取代基的P-NO2=0.78,m-Me=-0.069;则其对位硝化和间位甲基衍生物的电离常数可由哈梅特方程求之则其对位硝化和间位甲基衍生物的电离常数可由哈梅特方程求之,即即log(KP-NO2/KH)=P-NO2=0.470.78=0.37,则则KP-NO2=8.4910-5;且且log(Km-Me/KH)=m-Me=0.47(-0.069)=-0.032,即即Km-Me=3.3910-5与未取代的肉桂酸相比与未取代的肉桂酸相比,对位硝化衍生物的电离常数增大了对位硝化衍生物的电

15、离常数增大了,间位甲基衍间位甲基衍生物的电离常数略有减小生物的电离常数略有减小.本讲稿第十八页，共七十七页二，在推断反应机理上的应用二，在推断反应机理上的应用 例如例如,实验测得在实验测得在51过氯甲醇溶液中过氯甲醇溶液中,苯基三甲基硅烷对位取代衍生物苯基三甲基硅烷对位取代衍生物的酸性水解反应的相对速率的酸性水解反应的相对速率logfP(即即log(kP/kH)及取代常数及取代常数P和和+P分别分别为为:该酸性水解反应的实验反应常数为该酸性水解反应的实验反应常数为-4.32.我们利用哈梅特方程来求出这一我们利用哈梅特方程来求出这一反应的理论反应常数反应的理论反应常数,并分析该水解反应发生在哪一

16、个化学键上并分析该水解反应发生在哪一个化学键上.本讲稿第十九页，共七十七页由实验数据由实验数据,作作logfPP和和logfP+P图图,如图如图1所示可见所示可见,logfP+P很好地符很好地符合亲电取代反应哈梅特方程的线性关系合亲电取代反应哈梅特方程的线性关系,由其直线斜率可求得反应常数由其直线斜率可求得反应常数+=-4.41,与实验值相符与实验值相符.因此因此,可以认为该水解反应可能是发生在芳核上的亲可以认为该水解反应可能是发生在芳核上的亲电取代反应而不是发生在支链上的取代反应电取代反应而不是发生在支链上的取代反应.推断其反应机理推断其反应机理,可能是质可能是质子先加成到与硅烷基相连的芳核

17、碳原子上子先加成到与硅烷基相连的芳核碳原子上,然后在硅然后在硅-芳基的化学键上发生芳基的化学键上发生断裂而水解断裂而水解,反应机理见图反应机理见图2.本讲稿第二十页，共七十七页【3】邻位异构体邻位异构体 表表1的的数数据据表表明明，邻邻位位取取代代基基不不管管是是给给电电子子基基(如如甲甲基基基基)还还是是吸吸电电子子基基(如如硝硝基基)都都使使酸酸性性较较相相应应的的间间对对位位异异构构体体的的酸酸性性增增强强这这由由于于它它们们具具有有邻邻位位效效应应的的缘缘故故，包包括括电电子子效效应应和和立立体体位位阻阻效效应应溶溶剂剂效效应应、氢氢键键的的影影响响等等立立体体位位阻阻效效应应上上由由

18、于于邻邻位位取取代代基基占占据据一一定定的的空空间间 在在一一定定程程度度上上排排挤挤了了羧羧基基使使羧羧基基偏偏离离苯苯环环平平面面 导导致致苯苯环环难难与与羧羧基基中中羰羰基基产产生生共共轭轭效效应应 减减少少了了苯苯环环电电子子云云向向羧羧基基偏偏移移，使使羧羧基基中中羟羟基基的的氢氢原原子子易易离离解解，故故酸酸性性增增强强若若邻邻位位取取代代基基本本身身的的体体积积愈愈大大，影影响响也也愈愈大大 例例如如邻邻叔叔丁丁基基苯苯甲甲酸酸的的酸酸性性大大约约是是对对位位酸酸性性强强度度的的十十倍倍H由由于于是是处处于于邻邻位位，与与羧羧基基距距离离较较近近，若若取取代代基基是是电电负负性性

19、较较大大的的吸吸电电子子基基团团时时，表表现现出出较较间间、对对位位强强的的一一I效效应应(如如F、C1、N等等)，而而硝硝基基除除了了具具有有一一I效效应应和和一一c效效应应外外，还还有有空空问问诱诱导导效效应应(场场效效应应)，使使离离解解后后带带负负电电荷荷的的氧氧与与硝硝基基是是正正电电性性的的氮氮，在在空空间间相相互互作作用用使使羧羧基负基负 离子更加稳定，使酸性增强，离子更加稳定，使酸性增强，本讲稿第二十一页，共七十七页氢键的影响也使酸性增强，氢键的影响也使酸性增强，例如邻羟基苯甲酸例如邻羟基苯甲酸 离解一个质子后，共轭碱中的离解一个质子后，共轭碱中的OH一和一和COO一基团之间形

20、成分子内氢键一基团之间形成分子内氢键 稳定了负离子，从而提高了酸度稳定了负离子，从而提高了酸度 如图如图6所示所示 值值得得一一提提的的是是，物物质质的的酸酸性性强强弱弱除除了了受受物物质质本本身身的的结结构构、电电子子效效应应、立立体体位位阻阻效效应应、杂化效应、氢键的影响外，还与溶剂的种类和溶剂化作用等多种因素有关杂化效应、氢键的影响外，还与溶剂的种类和溶剂化作用等多种因素有关 本讲稿第二十二页，共七十七页邻位基团对活性中心的影响邻位基团对活性中心的影响 邻位取代基的空间位阻使苯环与邻位取代基的空间位阻使苯环与-COOH的共轭减弱的共轭减弱。苯基与羧基共轭苯基与羧基共轭具给电子共轭效应具给

21、电子共轭效应形成分子内氢键形成分子内氢键,使羧基负离子稳定使羧基负离子稳定.本讲稿第二十三页，共七十七页 试试比较苯甲酸比较苯甲酸/对甲氧基苯甲酸对甲氧基苯甲酸/间甲氧基苯甲酸酸性强弱间甲氧基苯甲酸酸性强弱。取代苯甲酸酸性强弱的判定取代苯甲酸酸性强弱的判定 以以苯苯甲甲酸酸为为标标准准物物进进行行比比较较时时，根根据据诱诱导导效效应应(I)和和共共轭轭效效应应(c)的的影影响响，取取代代基基可可分分为为四四 种种类类型型。(见见表表1)。取取代代基基的的位位置置不不同同时时，电电子效应的影响子效应的影响(见表见表2)。本讲稿第二十四页，共七十七页本讲稿第二十五页，共七十七页例题：例题：按酸性由

22、强到弱的顺序排列下述各组化合物按酸性由强到弱的顺序排列下述各组化合物 例题例题l中由于取代基的位置都一样中由于取代基的位置都一样(对位对位)，所以只需分析出取代基的性质即可判定，所以只需分析出取代基的性质即可判定(用表用表1)。-NO2属第二类取代基属第二类取代基I与与C效应一致，效应一致，故故(2)的酸性最强。的酸性最强。-OCH3，属第四类取代基，属第四类取代基，I与与C效应相反，且效应相反，且+C-I，总的结果减弱了酸的离解，故，总的结果减弱了酸的离解，故(3)的酸性最弱一的酸性最弱一Cl属第三类取代基，属第三类取代基，I与与C效应相反且效应相反且+C(4)(1)(3)。本讲稿第二十六页

23、，共七十七页例例题题 3中中，由由于于取取代代基基不不同同，且且取取代代基基位位置置也也不不同同，故故要要综综合合分分析析，全全面面考考虑虑-C H3 是是第第一一类类定定位位基基，在在邻邻位位时时，电电子子效效应应是是+I，+c。但但由由于于空空间间阻阻碍碍作作用用，破破坏坏了了羧羧基基和和苯苯环环的的共共轭轭，所所以以无无论论取取代代基基性性质质如如何何均均使使酸酸性性增增强强，故故(2)的的酸酸性性强强于于(1)。-N O2：是是第第二二类类定定位位基基 在在间间 位位时时电电子子教教应应是是一一I，而而共共轭轭效效应应受受到到阻阻碍碍，有有利利于于羧羧酸酸的的离离解解 故故(3)的的酸

24、酸性性强强于于(2)。-OC H3；是是第第四四类类定定位位基基，在在对对位位时时电电子子效效应应是是一一I，+c，I 与与 c效效应应相相反反且且+c-I，总总结结果果使使苯苯环环对对 位位碳碳原原子子电电子子云云密密度度升升高高，故故(4)的的酸酸性性弱于弱于(1)，综上所述例题综上所述例题 3的酸性由强到弱的顺序是：的酸性由强到弱的顺序是：(3)(2)(1)(4)。例题例题 2中，中，由于取代基都一样由于取代基都一样(-C1)，所以只需分析出取代基位置不同时电子效应和所以只需分析出取代基位置不同时电子效应和空间空间 效应的影响即可判定效应的影响即可判定(用表用表2)-Cl在邻位时，由于氯

25、原子与羧基两个基困距离很近，在邻位时，由于氯原子与羧基两个基困距离很近，空空间位阻作用使得羧基碳氧双键上的间位阻作用使得羧基碳氧双键上的P电子不能与苯环上的电子不能与苯环上的P电子很好的共轭，故不能供电子很好的共轭，故不能供给羧基电子，且给羧基电子，且-Cl在邻位时，在邻位时，-I效应比间位和对位的大，效应比间位和对位的大，所以所以(2)的酸性最强。的酸性最强。当当-C1在间位时，共轭效应受到阻碍，诱导效应起主导作用，有利于羧酸的离解，在间位时，共轭效应受到阻碍，诱导效应起主导作用，有利于羧酸的离解，但但-C 1 在间位时在间位时 诱导效应没有在诱导效应没有在 邻位的影响大，邻位的影响大，故（

26、故（3）的酸性弱于的酸性弱于(2)。当。当-C1在在对位时，对位时，即有一即有一I效应，效应，也有也有+c效应，效应，两个效应的结果是两个效应的结果是-I+C，故故(4)的酸性强于的酸性强于(1)但弱于但弱于(3)，综上所述，综上所述，例题例题2的酸性由强到弱的顺序是的酸性由强到弱的顺序是：(2)(3)(4)(1)。本讲稿第二十七页，共七十七页试试分析富马酸的分析富马酸的k2大于其顺式异构体马来酸大于其顺式异构体马来酸k2的原因。的原因。酸性氢原子参与形成氢键时，其酸性减弱。酸性氢原子参与形成氢键时，其酸性减弱。场效应。场效应。本讲稿第二十八页，共七十七页三三.羧基的反应羧基的反应 1.羧基氢

27、的反应羧基氢的反应可用于分离提纯；可用于分离提纯；当当R较大时较大时,称这种盐为称这种盐为“肥皂肥皂”。2.羧羟基的取代反应羧羟基的取代反应 酰氧键断裂，羟基被取代。酰氧键断裂，羟基被取代。1)酯化酯化 酸催化酸催化本讲稿第二十九页，共七十七页 反应机制：反应机制：（酸催化羰基氧原子发生质子化）（酸催化羰基氧原子发生质子化）反应物反应物 mol:1:8 本讲稿第三十页，共七十七页 2)形成酰卤形成酰卤 亚硫酰氯亚硫酰氯(二氯亚砜二氯亚砜)SOCl2，PCl3、PCl5本讲稿第三十一页，共七十七页 3)形成酸酐形成酸酐 羧酸失水。加热、脱水剂：醋酸酐或羧酸失水。加热、脱水剂：醋酸酐或P2O5等。

28、等。混合酸酐混合酸酐本讲稿第三十二页，共七十七页 4)形成酰胺形成酰胺四四.羧基被还原羧基被还原 LiAlH4是还原羧酸为醇的最好试剂是还原羧酸为醇的最好试剂本讲稿第三十三页，共七十七页五五.羧酸的脱羧反应羧酸的脱羧反应 形成分子内氢键形成分子内氢键1 1，一元酸的脱，一元酸的脱羧羧反反应应 在结构上，在结构上，两个吸电子基连在同一个碳上的化合物，两个吸电子基连在同一个碳上的化合物，热力学上不稳定，热力学上不稳定，加热易脱去一小分子。加热易脱去一小分子。本讲稿第三十四页，共七十七页 通常通常-碳上连有吸电子基的羧酸，加热容易脱羧。碳上连有吸电子基的羧酸，加热容易脱羧。本讲稿第三十五页，共七十七

29、页2.2.二元羧酸的热分解反应二元羧酸的热分解反应 Blanc规则：规则：在可能形成环状化合物的条件下在可能形成环状化合物的条件下,总是比总是比(布朗克布朗克)较容易形成五元或六元环状化合物较容易形成五元或六元环状化合物(即五、即五、六元环容易形成六元环容易形成)。本讲稿第三十六页，共七十七页本讲稿第三十七页，共七十七页六六.-H-H的卤代反应的卤代反应 -H活性活性:羧酸小于醛酮。催化剂羧酸小于醛酮。催化剂:PCl3、PBr3 红磷红磷(P)等。等。为什么在羧酸卤代时加入少量红磷能加速卤代反应的进行？为什么在羧酸卤代时加入少量红磷能加速卤代反应的进行？本讲稿第三十八页，共七十七页七七.羧酸的

30、制备羧酸的制备 1.氧化反应氧化反应 1)1o醇、醛和芳烃的氧化醇、醛和芳烃的氧化 2)烯烃、炔烃的氧化断裂烯烃、炔烃的氧化断裂 3)甲基酮的卤仿反应甲基酮的卤仿反应 2.Grignard试剂与试剂与CO2反应反应 3.水解反应水解反应本讲稿第三十九页，共七十七页4 4，微生物发酵工艺制备羧酸，微生物发酵工艺制备羧酸 十三碳二元酸十三碳二元酸(简称简称DCA13)，是一种重要的化工原料，特别是合成，是一种重要的化工原料，特别是合成T型香料型香料和尼龙和尼龙1313工程塑料的重要原料目前，由于其在自然界中不单独存在，用工程塑料的重要原料目前，由于其在自然界中不单独存在，用化学方法难以合成，从菜子

31、油中提出甘油芥酸再经臭氧氧化的方法，受农化学方法难以合成，从菜子油中提出甘油芥酸再经臭氧氧化的方法，受农田和气候限制，产品纯度低国内外大多利用微生物胞内酶特异的氧化能力田和气候限制，产品纯度低国内外大多利用微生物胞内酶特异的氧化能力将石油副产物正十三碳烷烃转化为十三碳二元酸。将石油副产物正十三碳烷烃转化为十三碳二元酸。成本高，不如化学法合成成本高，不如化学法合成。本讲稿第四十页，共七十七页第四节，羧酸衍生物的化学性质第四节，羧酸衍生物的化学性质 一一.结构结构 碳碳-杂原子键具杂原子键具 某些双键性质某些双键性质本讲稿第四十一页，共七十七页1.的活泼性的活泼性一一.羧酸衍生物中主要反应基团性能

32、的比较羧酸衍生物中主要反应基团性能的比较 2.羰基氧的碱性羰基氧的碱性 酯酯或酰胺酸催化时或酰胺酸催化时,H+加到羰基氧上还是加到烷氧基氧加到羰基氧上还是加到烷氧基氧 上或氨基氮上上或氨基氮上？本讲稿第四十二页，共七十七页 p-共轭电荷转移。羰基氧具有一定的碱性，易接受质子。共轭电荷转移。羰基氧具有一定的碱性，易接受质子。质子化发生在羰基氧上。质子化发生在羰基氧上。羰羰基与烷氧基基与烷氧基不发生不发生p-共轭共轭,质子化发生在哪个原子上质子化发生在哪个原子上？本讲稿第四十三页，共七十七页3.羧羰基的亲核取代反应活性羧羰基的亲核取代反应活性影响反应活性的因素：影响反应活性的因素：1)反应物稳定化

33、程度；反应物稳定化程度；本讲稿第四十四页，共七十七页 3)与羰基相连基团与羰基相连基团(Y)的离去能力；的离去能力；离去基团的离去能力：离去基团的离去能力：羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序：羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序：二二.羧酸衍生物的反应羧酸衍生物的反应 1.亲核取代亲核取代 2)中间体稳定性程度中间体稳定性程度亲核加成亲核加成消除消除 总结果：亲核取代。总结果：亲核取代。本讲稿第四十五页，共七十七页1)水解水解（形成羧酸）（形成羧酸）酸、碱催化。酸、碱催化。本讲稿第四十六页，共七十七页酯水解反应，键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？酯水解反应，键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？大多数大多数2o

34、和和 1o醇的羧酸酯水解发生酰氧键断裂；醇的羧酸酯水解发生酰氧键断裂；3o醇的羧酸酯水解发生烷氧键断裂。醇的羧酸酯水解发生烷氧键断裂。酸催化：酸催化：本讲稿第四十七页，共七十七页 碱催化：碱催化：3o醇的羧酸酯水解：醇的羧酸酯水解：SN1机制机制试试写出化合物写出化合物(A)和和(B)在酸催化下用在酸催化下用H2O18水解的产物水解的产物,并预测产物有否光学活性。并预测产物有否光学活性。本讲稿第四十八页，共七十七页 2)醇解醇解 （形成酯）（形成酯）（与中间体的稳定性有关）（与中间体的稳定性有关）本讲稿第四十九页，共七十七页 酯的醇解（酯的醇解（酯交换酯交换）3)氨氨(胺胺)解解 （形成酰胺）

35、（形成酰胺）头孢噻吩头孢噻吩本讲稿第五十页，共七十七页4)羧羧酸酸衍衍生生物物的的相相互互转转化化本讲稿第五十一页，共七十七页2.2.羧酸衍生物的还原反应羧酸衍生物的还原反应 LiAlH4酰卤、酸酐和酯被还原成伯醇酰卤、酸酐和酯被还原成伯醇;酰胺和腈被还原成胺。酰胺和腈被还原成胺。本讲稿第五十二页，共七十七页3.酯的热消除酯的热消除 （产物：烯和羧酸产物：烯和羧酸）经过环状过渡态经过环状过渡态顺式消除顺式消除(酰氧基与酰氧基与-H同时离去同时离去)本讲稿第五十三页，共七十七页产物以酸性大、位阻小的产物以酸性大、位阻小的-H消除为主。消除为主。4.Reformatsky,S.(瑞福马斯基瑞福马斯

36、基)反应反应 -羟基酸酯羟基酸酯 醛或酮、醛或酮、-卤代酸酯、锌，在惰性溶剂中反应。卤代酸酯、锌，在惰性溶剂中反应。本讲稿第五十四页，共七十七页 2-甲基甲基-3-苯基苯基-3-羟基丙酸乙酯羟基丙酸乙酯本讲稿第五十五页，共七十七页讨论本讲稿第五十六页，共七十七页 凡有酯参与的缩合反应统称凡有酯参与的缩合反应统称Claisen酯缩合反应。酯缩合反应。两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成-羰基酯。羰基酯。5.酯缩合酯缩合(Claisen酯缩合酯缩合)反应反应 1)酯缩合酯缩合 本讲稿第五十七页，共七十七页本讲稿第五十八页，共七十七页2)交叉酯缩合交叉酯缩合 3)分子

37、内酯缩合（分子内酯缩合（Dieckmann缩合）缩合）建立五、六元脂环系建立五、六元脂环系 两种不同的酯，其中一个不含两种不同的酯，其中一个不含-H。本讲稿第五十九页，共七十七页酮的酮的-H比酯的比酯的-H活泼。活泼。4)酮酯缩合酮酯缩合本讲稿第六十页，共七十七页6.酰胺的酸碱性与霍夫曼降解酰胺的酸碱性与霍夫曼降解本讲稿第六十一页，共七十七页Hofmann(霍夫曼霍夫曼)降解反应降解反应 酰胺在碱性溶液中与卤素作用酰胺在碱性溶液中与卤素作用,失去二氧化碳失去二氧化碳,重排得重排得一级胺一级胺本讲稿第六十二页，共七十七页7.Perkin(普尔金普尔金)反应和反应和Knoevenagel(脑文格脑

38、文格)反应反应 含活泼亚甲基化合物的缩合反应含活泼亚甲基化合物的缩合反应本讲稿第六十三页，共七十七页8.8.酯的烯醇负离子反应酯的烯醇负离子反应 1.在强碱作用下在强碱作用下,酯的酯的a-位与醛、酮、酰卤、卤代烷等反应位与醛、酮、酰卤、卤代烷等反应本讲稿第六十四页，共七十七页第五节第五节.羟基酸、氨基酸、卤代羧酸和羰基酸羟基酸、氨基酸、卤代羧酸和羰基酸 1.羟基酸的制备与反应羟基酸的制备与反应本讲稿第六十五页，共七十七页Reformatsky反应反应 羟基酸的热反应羟基酸的热反应 -受热发生分子间失水生受热发生分子间失水生成交酯。成交酯。本讲稿第六十六页，共七十七页判断由乳酸生成的环状二酯判断

39、由乳酸生成的环状二酯(交酯交酯)有几个立体异构体有几个立体异构体？-本讲稿第六十七页，共七十七页-聚酯聚酯 2.氨基酸的脱氨基反应氨基酸的脱氨基反应1)氧化脱氨氧化脱氨 本讲稿第六十八页，共七十七页2)转氨作用转氨作用本讲稿第六十九页，共七十七页 （制（制-羟基酸）羟基酸）3.卤代羧酸卤代羧酸本讲稿第七十页，共七十七页 酮式酮式-烯醇式互变异构烯醇式互变异构 （具有酮和烯醇的双重反应性）（具有酮和烯醇的双重反应性）4 4，羰基羧酸，羰基羧酸（1 1）.乙酰乙酸乙酯的性质及应用乙酰乙酸乙酯的性质及应用 本讲稿第七十一页，共七十七页 成酮分解和成酸分解成酮分解和成酸分解本讲稿第七十二页，共七十七页

40、 在合成上的应用在合成上的应用本讲稿第七十三页，共七十七页（2 2）.丙二酸酯的性质及应用丙二酸酯的性质及应用 本讲稿第七十四页，共七十七页本讲稿第七十五页，共七十七页 如如何完成下列的转变何完成下列的转变？试试写出下面反应的主要产物写出下面反应的主要产物本讲稿第七十六页，共七十七页11-1(1)(3);11-1(1)(3);11-2(2);11-2(2);11-4(4)(5)(7)(11);11-4(4)(5)(7)(11);11-6;11-6;11-8(2)(5);11-8(2)(5);11-9(1)(2)(4);11-9(1)(2)(4);11-11(2);11-11(2);11-13.11-13.本讲稿第七十七页，共七十七页