刑其毅有机化学-羧酸衍生物

第十四章 羧酸衍生物 一 . 结构、命名与物性 R C O L R C O - L + R C O - L + 碳 -杂原子键具 某些双键性质 R C O X R C O O C O R R C O O R R C O N H 2 ( R ) R C N 酰 卤 酸 酐 酯 酰 胺 腈 R C O L （ X 、 O 、 N ） s p 2 H C N H 2 C H 3 O N H 2 H C O C H 3 C H 3 O O H C N : 1 3 7 . 6 1 4 7 . 4 p p m C O : 1 3 3 . 4 1 4 3 . 0 p p m 酰卤 C H 3 C H 2 C H C B r B r O H O O C C C l O 2-溴丁酰溴 4-( 氯甲酰 )苯甲酸 酸酐 C O C O O C H 3 C O C C H 2 C H 3 O O H O O C H O O C C O C O O 苯甲 (酸 )酐 乙丙酐 1,2,3,4-环己烷四羧酸 -1,2-酐 酯 内酯需标明羟基的位次。 -氯丙酸苯酯 -甲基 - -丁内酯 (3-甲基 -4-丁内酯 ) C l C H 2 C H 2 C O O C 6 H 5 O H 3 C O O O O H 3 C O H H 3 C H O H 3 C H 2 C H O O H C H 3 C H 3 C H 3 O O C H 3 O H C H 3 O C H 3 O C H 3 N ( C H 3 ) 2 H O Erythromycin A (红霉素 ) A O O O HO H H CH O H O H 2 C Vitamin C 酰胺 C H 3 C H 2 C H C H 2 C N H C H 3 C H 3 O H C N - C H 3 O C H 3 C O O H N H C O C H 3 N,3-二甲基戊酰胺 N,N-二甲基甲酰胺 (DMF) 4-乙酰氨基 -1- 萘羧酸 氮原子上有取代基 , 在取代基名称前加 N标出。 -内酰胺 青霉素 ( penicillin ) N H O R R - C - N H O N O S C H 3 C H 3 C O O H R = C 6 H 5 C H 2 - ( p e n i c i l l i n G ) 物理性质（自学） 1. 的活泼性 C H 3 C C l O C H 2 C C l + H + O - C H 3 C O C H 3 O C H 2 C O C H 3 + H + O - C H 3 C N ( C H 3 ) 2 O C H 2 C N ( C H 3 ) 2 + H + O - p k a 1 6 2 5 3 0 二 . 羧酸衍生物中主要反应基团性能的比较 2. 羰基氧的碱性 酯 或酰胺酸催化时， H+加到羰基氧上还是加到烷氧基氧上 或氨基氮上 ？ R C O R + O H R C O R O H + H +R C N ( C H 3 ) 2 O R C N ( C H 3 ) 2 + O H 电荷转移使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 。 羰 基与烷氧基 不发生 p-共轭， 质子化发生在哪个原子上 ？ H +R C C H 2 C H 2 O R O R C O C H 2 C H 2 O R H + O R R C O R R s p 2s p 3 碱 性 较 强 碱 性 较 弱 3. 羧羰基的亲核取代反应活性 R C O X R C O O C O R R C O O R R C O N H 2 R C O Y + N u - R C O - N u Y R C O N u + Y - 影响反应活性的因素： 1) 与羰基相连 的 基团 (Y) 吸电子能力； 2) 与羰基相连 的 基团 (Y) 空间体积； 3) 与羰基相连 的 基团 (Y) 离去能力； 4) 反应物稳定化程度。 离去基团的离去能力： R C O Y R C O - Y + 羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序： R C NR C X R C O C R O O O R C O O R R C O O H R C N H 2 O 三 . 羧酸衍生物的反应 1. 亲核取代 X - R O - H 2 N -R C O O - 亲核加成 消除 总结果：亲核取代。 R C L O + N u : - R C L O - N u R C N u O + L - 1) 水解 酸、碱催化。生成相应的羧酸。 C H 3 C C l O + H 2 O - 2 0 o C 1 m i n . C H 3 C O O H ( C H 3 C O ) 2 O + H 2 O C H 3 C O O H C H 3 C O O C 2 H 5 + H 2 O O H - C H 3 C O O H + C 2 H 5 O H C H 2 C O N H 2 3 5 % H C l 回 流 C H 2 C O O H + N H 4 C l 酯水解反应，键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？ R C O R O R C O R O 大多数 2o和 1o醇的羧酸酯的水解发生酰氧键断裂； 3o醇的羧酸酯的水解发生烷氧键断裂。 酸催化： R C O R O H + R C O R + O H H 2 O R C O R O H + O H 2 R C O R O H O H + H : - R O H R C O H + O H - H + R C O O H R C O R O + O H - R C O R O - O H R C O H O + - O R R C O O - + R O H 碱催化： R C O C ( C H 3 ) 3 O H + R C O O H C ( C H 3 ) 3 + R C O + C ( C H 3 ) O H + + C ( C H 3 ) 3 + H 2 O H 2 O C ( C H 3 ) 3 + - H + ( C H 3 ) 3 C O H 3o醇的羧酸酯水解： SN1机制 C O O C H C H 2 C H 3 C H 3 C O O C C H 2 C H 2 C H 3 C H 2 C H 3 C H 3 ( A ) ( B ) 试 写出化合物 (A)和 (B)用 H2O18在酸催化下水解的产物。 2) 醇解 ( C H 3 ) 3 C C O H O S O C l 2 ( C H 3 ) 3 C C C l O C 2 H 5 O H 吡 啶 ( C H 3 ) 3 C C O C 2 H 5 O + N H C l O O O + 2 C H 3 O C H 2 C H 2 O H H 2 S O 4 C O O C H 2 C H 2 O C H 3 C O O C H 2 C H 2 O C H 3 形成酯 R C H 3 C H 2 C l C H C l 2 C C l 3 C H 3 C O 相 对 速 率 R C O O C 2 H 5 , H 2 O ( O H - ) ， 2 5 o C 1 2 9 0 6 1 3 0 2 3 1 5 0 7 2 0 0 R C H 3 C H 3 C H 2 ( C H 3 ) 2 C H ( C H 3 ) 3 C C 6 H 5 相 对 速 率 C H 3 C O O R , H 2 O ( H + ) ， 2 5 o C 1 0 . 9 7 0 . 5 3 1 . 1 5 0 . 6 9 C O O H C O O H C O O C 4 H 9 - n C O O C 2 H 5 B r C O O H C O O H - H 2 O O O O C 2 H 5 O H C O O H C O O C 2 H 5 S O C l 2 C O C l C O O C 2 H 5 B r 2 C O C l C O O C 2 H 5 B r n - C 4 H 9 O H C O O C 4 H 9 - n C O O C 2 H 5 B r 酰卤 -H比酯 -H活泼。 酯的醇解（ 酯交换 ） C H 3 O H （ 大 量 ） C H 3 O N a ( 少 量 ) C H 3 C O O C O O C H 3 H O C O O C H 3 3) 氨 (胺 )解 S C l O N S O H 2 N H H C O O H O O N S O H N H H C O O H O O S O C l C C l O N C H 2 C O O H C H 3 H 3 C O H + ? 4) 羧酸衍生物的相互转化 R C C l O R C O H O S O C l 2 o r P X 3 o r P X 5 H 2 O R C O C R O O R C O O H o r R C O O N a R C N H 2 O R C O R O R C N R C O R O R O HN H 3 ( R ) 2. 羧酸衍生物的还原反应 C 1 5 H 3 1 C C l O L i A l H 4 H 2 O C 1 5 H 3 1 C H 2 O H O O O L i A l H 4 H 2 O C H 2 O H C H 2 O H 1) LiAlH4 酰卤、酸酐和酯被还原成伯醇 ;酰胺和腈被还原成胺。 C H 3 C H = C H C H 2 C O O C H 3 1 ) L i A l H 4 2 ) H 2 O C H 3 C H = C H C H 2 C H 2 O H + C H 3 O H C N ( C H 3 ) 2 O L i A l H 4 H 2 O C H 2 N ( C H 3 ) 2 C H 2 C N L i A l H 4 H 2 O C H 2 C H 2 N H 2 2) Na-ROH 酯 伯醇 C H 3 C H C H C H 2 C H 2 C O O C 2 H 5 N a C 2 H 5 O H C H 3 C H C H C H 2 C H 2 C H 2 O H 3) 羧酸酯的还原缩合反应 产物： a-羟基酮 2 C H 3 C H 2 C H 2 C O C 2 H 5 + 4 N a O E t 2 O H + C H 3 C H 2 C H 2 C C H C H 2 C H 2 C H 3 O O H R C O O R + N a R C O R O- R C O R O- 2 R C C R O R O R O - O - R C C R O O 2 N a R C C R O - O - H + R C H C R O H O C H 3 O C ( C H 2 ) 8 C O C H 3 O O N a H + ? O O H 4) Rosenmund(罗森孟 )还原法 酰氯 醛 C O C l H 2 , p d - B a S O 4 硫 喹 啉 C O H 3. 酯的热消除 C H 3 C O C H 2 C H 2 C H 2 C H 3 O 5 0 0 o C C H 2 C H C H 2 C H 3 + C H 3 C O O H 经过环状过渡态 顺式消除 (酰氧基与 -H同时离去 ) C H 2 C H C H 2 C H 3 + C H 3 C O O H C H 3 C O O C H 2 C H C H 2 C H 3 H O C O C H 2 C H H C H 3 产物以酸性大、位阻小的 -H消除为主。 5 0 0 o C C H 3 C H C H 2 C H 2 C H 3 O C C H 3 O C H 2 = C H C H 2 C H 2 C H 3 + C H 3 C H = C H C H 2 C H 3 5 7 % 4 3 % C C O C C H 3 O H H p hD p h C C p h D H p h + C H 3 C O O H 4. Reformatsky,S.(瑞福马斯基 )反应 -羟基酸酯 醛或酮、 -卤代酸酯、锌，在惰性溶剂中反应。 O B r C H 2 C O O C 2 H 5 + Z n 苯 C H 2 C O O C 2 H 5B r Z n O + H 2 O C H 2 C O O C 2 H 5 H O B r C H 2 C O O C 2 H 5 + Z n B r Z n C H 2 C O O C 2 H 5 + - C H 3 C H 2 C H O C H 3 C H 2 C H C H 2 C O O C 2 H 5 O Z n B r H 2 O C H 3 C H 2 C H C H 2 C O O C 2 H 5 O H 2-甲基 -3-苯基 -3-羟基丙酸乙酯 C H O + B r C H C O O C 2 H 5 C H 3 + Z n 1 ) 苯 2 ) H 2 O C H C H C O O C 2 H 5 O H C H 3 C H 3 C H 2 C C H 3 + B r C H 2 C O O C 2 H 5 O 1 ) 苯 2 ) H 2 O L i A l H 4 B C H 3 C C H 3 O C + Z n A B C A C H 3 C H 2 C C H 2 C O O C 2 H 5 O H C H 3 C H 3 C H 2 C C H 2 C H 2 O H O H C H 3 O O C H 3 C H 2 C H 3 C H 3 C H 3 凡有酯参与的缩合反应统称 Claisen酯缩合反应。 两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成 -羰基酯 。 5. 酯缩合 (Claisen酯缩合 )反应 1) 酯缩合 2 R C H 2 C O O R 1 ) C 2 H 5 O N a 2 ) H + R C H 2 C C H C O O R R O C 2 H 5 O - R C H C O C 2 H 5 O - R C H = C O C 2 H 5 + C 2 H 5 O H O - R C H 2 C O C 2 H 5 O R C H 2 C O C 2 H 5 O + R C H C O C 2 H 5 O R C H 2 C C H C O O C 2 H 5 O - O C 2 H 5 R - R C H 2 C C H C O O C 2 H 5 + C 2 H 5 O - O R R C H 2 C - C C O O C 2 H 5 O R - R C H 2 C = C C O O C 2 H 5 + C 2 H 5 O H O - RH + R C H 2 C C H C O O C 2 H 5 O R 2 C H 3 C H 2 C H C O O C 2 H 5 C H 3 1 ) ( C 6 H 5 ) 3 C N a 2 ) H + C H 3 C H 2 C H C C C O O C 2 H 5 O C H 3 C H 3 C H 2 C H 3 2）交叉酯缩合 3）分子内酯缩合（ Dieckmann缩合） 建立五、六元脂环系 两种不同的酯，其中一个不含 -H。 C H 2 C O O E t C H 2 C O O E t C H 3 C H 2 O N a C O O E t O N C O O C H 3 + C H 3 C H 2 C H 2 C O O E t N a H N C O C H C O O E t C H 2 C H 3 C O O C H 2 C H 3 C O O C H 2 C H 3 + C 6 H 5 C H 2 C O O C 2 H 5 1 ) C 2 H 5 O N a 2 ) H + C O O C H 2 C H 3 C O C H C O O C 2 H 5 C 6 H 5 环化方向 含两种不同 -H时 , 酸性较大的 -H优先被碱夺去。 C p h C H 2 C H 2 C O O C H 3 C H 3 O O C C H 2 C H 2 C O O C H 3 C H 3 O N a p h C H 3 O O C C O O C H 3 O C H 2 C H 2 C H 2 C O O C 2 H 5 C H 2 C H C O O C 2 H 5 C H 3 : B - C H 2 C H 2 C H C O O C 2 H 5 C H 2 C H C O O C 2 H 5 C H 3 - C O O C 2 H 5 C H 3 O C H 2 C H 2 C H 2 C O O C 2 H 5 C H 2 C H C O O C 2 H 5 C H 3 a b C O O C 2 H 5 O - C H 3 O - H 3 C C O O C 2 H 5 a b O C H 3 C H 3 O O O C O O C H 3 H C H 3 C H = C H - C C H 3 O O C H 3 C H 3 O O O C O O C H 3 C H C H 2 C C H 3 OC H 3 N a 2 C O 3 C l a i s e n 缩 合 O C H 3 C H 3 O O O H 3 C O O C H 3 C C H 3 O + C H 3 ( C H 2 ) 4 C O O C 2 H 5 1 ) N a H C H 3 ( C H 2 ) 4 C C H 2 C C H 3 O O 2 ) H + 酮的 -H比酯的 -H活泼。 4) 酮酯缩合 6. 酰胺的酸碱性与霍夫曼降解 N H + N a O H O O N - N a + + H 2 O O O C H 3 C N H 2 O N H O O N H O O p k a 1 5 . 1 9 . 6 2 8 . 3 N H O O + B r 2 + N a O H 0 o C N O O B r + N a B r + H 2 O Hofmann(霍夫曼 )降解反应 酰胺在碱性溶液中与卤素作用，失去二氧化碳，重排得一级胺。 R C N H 2 O N a O H + B r 2 R N H 2 R C N H 2 O B r 2 O H - R C N H B r O O H - - H 2 O R - C - N O B r - - B r - R C O N R N C O H 2 O R N H C O O H - C O 2 R N H 2 ( C H 3 ) 3 C C H 2 C O N H 2 B r 2N a O H ( C H 3 ) 3 C C H 2 N H 2 B r 2 N a O H O + 2 N H 3 O O C H 2 C H 2 C C O O N H 4 O N H 2 H 2 N C H 2 C H 2 C O O - 7. Perkin(普尔金 )反应和 Knoevenagel(脑文格 )反应 含活泼亚甲基化合物的缩合反应 C H O + C H 3 C O C C H 3 O O C H 3 C O O N a 1 7 0 o C C H = C H C O O H O H C H O + C H 3 C O C C H 3 O O C H 3 C O O N a O O （ 香 豆 素 ） C H 3 C C H 2 C H 2 C H 3 + C H 2 C O O C 2 H 5 O C N 吡 啶 C H 3 C H 2 C H 2 C C C O O C 2 H 5 C N C H 3 C H O + C H 2 ( C O O H ) 2 N H - H 2 O C H = C H C O O H 四 . 酯的烯醇负离子反应 1. 在强碱作用下，酯的 a-位与醛、酮、酰卤、卤代烷等反应 C H 3 C O C 2 H 5 O L D A C H 2 C O C 2 H 5 O - L i + - C H 2 C O C 2 H 5 O O O - L i + C H 2 C O O C 2 H 5 H 2 OO H C H 2 C O O C 2 H 5 L D A : C H N L i C H 3 C H 3 2 C H 2 C O C 2 H 5 O - L i + ( C H 3 ) 3 C C l O ( C H 3 ) 3 C C C H 2 C O C 2 H 5 O - C l O ( C H 3 ) 3 C C C H 2 C O C 2 H 5 OO 酮式 -烯醇式互变异构 （具有酮和烯醇的双重反应性） C H 3 C C H 2 C O O C 2 H 5 O C H 3 C O C H C O O C 2 H 5 H O C C H C O H C H 3 O C 2 H 5 9 2 . 5 % 7 . 5 % C H 3 C H 2 O C C H 2 C O C H 2 C H 3 O O C H 3 C H 2 O C C H C O C H 2 C H 3 O H O 9 9 . 9 % 0 . 1 % C H 3 C C H 2 C C H 3 O O C H 3 C C H O H C C H 3 O 2 4 % 7 6 % 成酮分解和成酸分解 2. 乙酰乙酸乙酯的性质及应用 C H 3 C O C H 2 C O C 2 H 5 O C H 3 C O C H 2 C O C 2 H 5 O 成 酮 分 解 成 酸 分 解 C H 3 C C H 2 C O C 2 H 5 O O 浓 N a O H H + 2 C H 3 C O O H + C 2 H 5 O H C H 3 C C H 2 C O C 2 H 5 O O 稀 N a O H C H 3 C C H 2 C O N a O O H + C H 3 C C H 2 C O H O O C H 3 C C H 3 O - C 2 H 5 O H C H 3 C C H 2 C O C 2 H 5 O O O H - C H 3 C - C H 2 C O C 2 H 5 O - O H O C H 3 C O O H + - C H 2 C O C 2 H 5 O C H 3 C O O - + C H 3 C O C 2 H 5 O O H - H + 2 C H 3 C O O H + C 2 H 5 O H 在合成上的应用 C H 3 C C H 2 C O O C 2 H 5 O C 2 H 5 O N a C H 3 C C H C O O C 2 H 5 O - C H 3 C H 2 C H 2 B r C H 3 C C H C O O C 2 H 5 O C H 2 C H 2 C H 3 1 ) C 2 H 5 O N a 2 ) C H 3 I C H 3 C C C O O C 2 H 5 O C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 1 ) 稀 O H - 2 ） H + 3 ） 1 ) 浓 O H - 2 ） H + 3 ） A B C H 3 C C H C H 2 C H 2 C H 3 B O C H 3 C H 3 C O O H + C H 3 C H C O O H C H 2 C H 2 C H 3 A C H 3 C C H 2 C O O C 2 H 5 O C C H 3 O C H 3 C C H 2 C O O C 2 H 5 O C 2 H 5 O N a C H 3 C C H C O O C 2 H 5 O - B r C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 B r B r C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C H C O O C 2 H 5 C C H 3 O C 2 H 5 O N a C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C C O O C 2 H 5 C C H 3 O B r - C O O C 2 H 5 C O C H 3 1 ) O H - 2 ) H + 3 ) C C H 3 O 3. 丙二酸酯的性质及应用 E t O C C H 2 C O E t + E t O N a O O E t O C C H C O E t O O - E t O C O C C O O E t HN a + C H 2 C O O C 2 H 5 C O O C 2 H 5 C 2 H 5 O N a C H C O O C 2 H 5 C O O C 2 H 5 _ C H 3 C H 2 B r C H 3 C H 2 C H C O O C 2 H 5 C O O C 2 H 5 1 ) C 2 H 5 O N a 2 ) C H 3 I C H 3 C H 2 C C H 3 C O O C 2 H 5 C O O C 2 H 5 1 ) O H - 2 ) H + C H 3 C H 2 C C H 3 C O O H C O O H - C O 2 C H 3 C H 2 C H C O O H C H 3 2 C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2 C 2 H 5 O N a 2 C H ( C O O C 2 H 5 ) 2_ B r C H 2 C H 2 B r C H 2 C H ( C O O C 2 H 5 ) 2 C H 2 C H ( C O O C 2 H 5 ) 2 C H 2 C H 2 C O O H C H 2 C H 2 C O O H 1 ) O H - 2 ) H + - C O 2 C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2 2 C 2 H 5 O N a B r ( C H 2 ) 4 B r C O O C 2 H 5 C O O C 2 H 5 1 ) O H - 2 ) H + C O O H 如 何完成下列的转变 ？ C H O + C O C H 3 O p h p h C O O C 2 H 5( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) 试 写出下面反应的产物 C H 3 C C H 2 C O O E t O 2 L D A - C H 2 C C H C O O E t O - C 6 H 5 C H 2 C l H 3 O + ? 1 m o l 五 . 碳酸衍生物 C O C l C l H 2 N C O N H 2 H 2 N C S N H 2 H 2 N C N H N H 2 碳酰氯 (光气 ) 碳酰胺 (脲 ) 硫代碳酰胺 (硫脲 ) 亚氨基脲 (胍 ) 1. 脲 H 2 N C O N H 2 + H 2 O H + o r O H - 尿 素 酶 N H 3 + C O 2 N H 3 + C O 2 C H 2 C O O C 2 H 5 C O O C 2 H 5 + C O H 2 N H 2 N C 2 H 5 O N a - 2 C 2 H 5 O H N H N H O O O ( 丙 二 酰 脲 ) N H N H O O O N N H O H O O H 酮式 烯醇式 H 2 N C N H 2 + H 2 N O C O N H 2 H 2 N C O N H C O N H 2 + N H 3 缩 二 脲 缩二脲反应鉴定肽键。 2. 胍 H 2 N C N H 2 N H H 2 N C N H H 2 N C N H N H 胍 胍 基 脒 基 H 2 N C N H 2 N H H 2 O H 2 N C N H 2 + N H 3 O H 2 N S O 2 N H C N H 2 N H NO C N H C N H 2 N H N H 对 氨 基 苯 磺 酰 胍 ( 磺 胺 胍 ) 吗 啉 胍