第十二章羧酸衍生物.

第十二章羧酸衍生物12.1命名单酐称“某酸酐”，混酐是先简单后复杂排列两个酸。COClCOOC2H5CONH2CCOOO苯甲酰氯邻苯二甲酸酐苯甲酸乙酯苯甲酰胺多元醇羧酸酯命名时，醇在前，酸在后。CH2CH2OOCOCH3COCH3CH2CHOOCOC11H23COC11H23CH2OCOC11H23乙二醇二乙酸酯丙三醇三月桂酸酯CH3COOCCH3OCH3COOCCH2CH3O乙酸酐乙酸丙酸酐命名(续)酰胺的N上有取代基时，要注明连在N上。分子内形成的酯或酰胺，称作内酯或内酰胺并表明羟基或氨基所连的位置。CONHCH3乙酰苯胺N－甲基苯甲酰胺N，N－二甲基甲酰胺(DMF)HCONCH3CH3NHCOCH3γ－丁内酯δ－戊内酯ε－己内酰胺OOOONHO12.2羧酸衍生物的化学性质羧酸衍生物可用通式表示：L＝Cl，RCOO，R'O，NH2取代反应RCHCHOL亲核加成、还原α－H的反应或NHR，NR2一、亲核取代(亲核加成－消除)反应羧酸衍生物的取代反应实际上是经历了先亲核加成、后消除两步反应。其酸催化的历程如下：上述反应中，亲核加成一步是慢步骤，是决定整个反应速度的步骤。不同的羧酸衍生物在发生亲核加成－消除反应时，反应活性是不同的。可从亲核加成一步的影响因素分析得到解释：RCOLHRCOHLNuRCOHLNuLRCOHNuHRCONu四种羧酸衍生物的反应活性对亲核加成一步来说，影响反应的关键是羰碳上正电性的大小，当R、Nu、溶剂、温度、酸度等一定时，羰碳上的正电性只与L的电子效应有关。从诱导效应看，L的吸电子能力越强，羰碳上的正电性就越大，而四种羧酸衍生物的吸电子能力大小为：－Cl＞－OCOR＞－OR’＞－NH2从共轭效应看，L上的孤电子对与C＝O存在p-共轭，使羰碳正电性降低，而四种衍生物共轭效应的强弱为：－NH2＞－OR’＞－OCOR＞－Cl共轭效应越强，羰碳的正电性越小，亲核活性就越小。因此，从两种效应看，四种羧酸衍生物的亲核活性大小顺序为：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺RCOHLNu1.水解反应酯的酸催化是可逆的，碱催化是不可逆的，称作皂化反应。RCOClRCOORCORCOOR'RCONH2H2ORCOOH+HClRCOOHR'OHNH3室温能快速水解，与空气中水份也能水解室温水解慢，加热快速水解室温无明显反应，加热、加催化剂才能水解。酰胺的碱性水解可用定性鉴别。RCOOR’OHRCOOR’OHRCOOHR'ORCOOR'O+R'OH2.醇解RCOClRCOORCORCOOR'RCONH2ROHRCOOR+HClRCOOHR'OHNH3低温就能反应酯交换反应酯交换反应在应用中，常用低级廉价的醇来制取高级较贵的醇。C25H51COOC26H53CH3OHcatC25H51COOCH3+C26H53OH有机胺作缚酸剂如：乙酰水杨酸的制备酯交换反应的应用聚酯纤维“涤纶”的合成也用到了酯交换反应。COOCH3COOCH3+2HOCH2CH2OHCOOCH2CH2OHCOOCH2CH2OHZn(Ac)2200℃+2CH3OHCOOCH2CH2OHCOOCH2CH2OHnSb2O3275℃*COCOCH2CH2O*nCH2OHCH2OH+n3.氨解RCOClRCOORCORCOOR'RCONH2NH3RCONH2+HClRCOOHR'OHNH3低温就能反应RNH2RCONHR+低温就能反应月桂酸二乙醇酰胺C11COCH3O+NH(CH2CH2OH)2CH3ONaC11CN(CH2CH2OH)2O+CH3OH4.与格氏试剂反应格氏试剂能与羧酸衍生物先进行亲核加成－消除反应，生成酮后，再进行一次亲核加成－水解反应，最终得到叔醇。RCLORMgXRCLOMgXRMgXLRCRORMgXRCROMgXRH2ORCROHR+Mg(OH)XHCOOC2H5+2RMgX醚H2ORCHOHRRCONR2RCONHRRCONH2能发生上述反应，但不能发生上述反应。为什么？和酰氯与RMgX反应能停留在酮一步，但酯不能。二、-H的反应羧酸衍生物的-H受羰基的影响也有一定的酸性，可以发生取代和缩合反应。但是，在四个羧酸衍生物中，酰氯的羰基吸电子能力最强，最易发生-H的卤代反应，其它三个活性较低，不易反应。如：CH2CH2CH2CH2COOC2H5COClBr2CH2CHCH2CH2COOC2H5COClBr-H的反应在-H的反应中，应用最广的是缩合反应。1.克莱森(Claisen)酯缩合CH3COOC2H5C2H5ONaCOOC2H5CH3COOC2H5CH3COOC2H5CH2COOC2H5C2H5OHCH3COCH-COC2H5CH3COOHCH3CCH2COC2H5CH3COOC2H5CH2COOC2H5H+(1)C2H5ONa(2)CH3COOHCH3COCH2COOC2H5OCH2OO-H的反应含有-H的其它酯也能发生克莱森酯缩合反应。如：2-甲基-3-戊酮酸乙酯（81％）CH3CH2COOEt+HCHCH3COOEt1)EtONa,EtOH2)CH3COOH,H2OCH3CH2COCHCOCH3OEt+EtOH2.交叉酯缩合反应如果是两种含有-H的酯，进行交叉酯缩合，可得四种产物。但如果有一个是甲酸酯，由于其空间位阻较小，可使交叉缩合成为主要产物。当含有-H的酯与不含-H醛进行缩合时，由于醛基的活性较高，也可发生类似的交叉缩合反应。当酮和酯都含有-H时，由于酮的-H酸性比酯的高，所以一般在反应中酮作为亚甲基组分，酯作为羰基组分。C2H5OCHOCH3COC2H5O+(1)C2H5ONa(2)H3OHCOCH2COC2H5OCH3COC2H5O+C6H5COHCH2COC2H5OC6H5CHO(1)C2H5ONa(2)H3OCH3COC2H5O+CCH2CCH3OCH3CCH3O(1)C2H5ONa(2)H3OCH3O3.狄克曼(Diekmann)反应狄克曼反应实质上是分子内酯缩合反应CH2CH2CH2CCHCOOC2H5OOC2H5H(1)C2H5ONaOCOOC2H5NaOHOCOONaHOCOOHO+CO2(2)H3O4.柏金(Perkin)反应芳香醛与乙酐在碱催化下发生的缩合反应叫柏金反应。CHO+CH3COOCOCH3CH3COOK150－170℃CHCHCOOH+CH3COOHH2O+CHO+CH3COOCCH3OCH3COOKCH2COOCCH3OCHCH2COOOCOCH3CH3COOHCHCH2COHOOCOCH3H2OCHCHCOOCOCH3H2OCHCHCOHOCH3COOH柏金(Perkin)反应柏金反应的原料是芳香醛和酸酐,酸酐的-C上必须含两个-H，芳香醛的芳环上带有吸电子基(如－X、－NO2等)有利于反应的进行，但芳环上带有羟基，也能得到满意的结果。如邻羟基苯甲醛与乙酐在乙酸钠存在下，很容易得到一个内酯(香豆素)。该反发生是先发生柏金反应，然后，又发生分子内的酸酐酚解反应。CHOOH+(CH3CO)2OCH3CO2NaCHOCHCOOCCH3OHOO三、还原反应除了催化加氢外，化学还原剂常用LiAlH4；NaBH4只能还原酰氯；ROH＋Na常用于酯的还原。RCOClRCOORCORCOOR'RCONH2RCH2OH+HClRCH2OHR'OHHHRCH2NH2RCONHRHRCH2NHR还原反应如果用活性较低的催化剂，可使酰氯还原停留在醛这一步。这是由羧酸制备醛的一种好方法。罗森门德还原法RCOClH2Pd/BaSO4RCOH喹啉+SH2PdRCH2OH+HCl还原反应(续)在工业上，应用较广的是酯的还原，是制备高级脂肪醇的主要方法。CH2CHOOCOC11H23COC11H23CH2OCOC11H23CH3OH3C11H23COOCH3+甘油C11H23COOCH3C12H25OHCH3OHH2Ni+CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOC4H9C4H9OH+NaCH3(CH2)7CHCH(CH2)7CH2OH+C4H9OHH2SO4四、酰胺的其它性质酰胺除了上述性质外，由于具有－NH2，还有一些特殊的性质。1.酸碱性RNH2+HXRNH3XRCONH2酰胺中的氨基几乎不显碱性，在水中，不能与酸形成稳定的盐CNHCOOKOH乙醇CNCOORXKCNCOORNaOHCOONaCOONa+RNH2pKa＝7.4盖布瑞尔(Gabriel)反应，是制备高纯度伯胺的方法乙酰胺pKa＝15.1酰胺的酸碱性丁二酰亚胺的酸碱性pKa＝9.6CH2CH2CCNHOOKOH苯CH2CH2CCNKOOBr20℃CH2CH2CCNBr+KBrOONBSCH2CHCH32.脱水反应酰胺在强脱水剂(P2O5)存在下，加热脱水生成腈。这个反应实际上是腈水解反应的逆反应。RCONH2P2O5RCN+H2ORCONH2RCN+H2OH2ORCOOHNH3RCOOH+NH3RCOONH4H2ORCONH2P2O5H2ORCN3.霍夫曼(Hofmann)降级反应非取代酰胺与NaOX的碱溶液作用，脱去羰基，生成少一个碳的伯胺，叫做酰胺降级反应。RCONH2+OBrOHRCONHBrOHHBrRCONCNORN－溴代酰胺氮烯异氰酸酯NaOH+H2ORNH2+Na2CO3酰胺降级的历程为RCONH2++NaOBrNaOH2RNH2+++NaBrH2ONa2CO34.贝克曼重排贝克曼重排是生产锦纶-6单体(-己内酰胺)的基本原理:ONH2OHNOHH2SO4NHCONOHHNOH2H2ONCNH2OCNOH2HCNOHCHNO§12.3乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯和2,4-戊二酮中，中间的亚甲基对两边的两个羰基来说，都是α-位，同时受两个羰基吸电子作用的影响，使得这个碳上的α-H显得特别活泼，或者说酸性较强。因此，它们常被叫做含有活泼亚甲基的化合物(或称为-二羰基化合物)。正因为如此，这类化合物具有自己独特的性质，在有机合成上也有着广泛的应用。CH3CCH2COC2H5OOCH3CCH2CCH3OOC2H5OCCH2COC2H5OO2,4－戊二酮乙酰乙酸乙酯丙二酸二乙酯1.酸性大小首先看它们的酸性：由于亚甲基同时受两个羰基的吸电子作用的影响，使其α-H有较强的酸性。如一般羰基化合物的pKa在17－20之间，而β-二羰基化合物的pKa则在9－13之间，远比醇和水的酸性强。一些羰基化合物的pKa值如下：CH3CCH2COC2H5OOCH3CCH2CCH3OOC2H5OCCH2COC2H5OOCH3CCH3OCH3COC2H5OPka252013119烯醇式结构及含量（%）CH2CCH3OHC2H5OCCHCOC2H5OHOCH3CCHCOC2H5OHOCH3CCHCCH3OHO1.5×10-40.00777.5762.烯醇式重排在上述羰基化合物中，一方面由于亚甲基上的氢活性较强，氢能以质子的形式离去；另一方面，羰基氧上带有负电荷，能结合质子。所以在羰基化合物中都存在着不同程度的烯醇式重排产物。尤其是在后两个化合物中，形成烯醇式后，其C＝C双键还与C＝O双键存在着π-π共轭，使烯醇式结构趋于更稳定。能使烯醇结构稳定的另一个原因是，在烯醇式结构中，能够通过分子内氢键形成稳定的六元环。在一个羰基化合物中，其烯醇式含量的多少，与其α-H的酸性大小有关，还与其烯醇式结构的稳定性有关。一般其α-H的酸性越强，在互变异构平衡中，烯醇含量就越高。CH3-C=CH-C-OC2H5OHCH3CCHCOC2H5OOHO3.活泼亚甲基化合物的性质在这些化合物中，由于都存在着酮式－烯醇式重排，所有它们即具有酮的性质，又同时具有烯醇式结构的性质。在羰基的性质中，它们都能与HCN、NaHSO3、NH2OH、苯肼等羰基试剂发生亲核加成反应。在烯醇式结构的性质中，它们又都能使Br2/CCl4溶液褪色，能使FeCl3溶液显色，能与