第十三章羧酸衍生物

第十三章羧酸衍生物学习要求1．掌握酰卤，酸酐，酯，酰胺的化学性质及相互间的转化关系。2．熟悉酯缩合反应，霍夫曼降级反应等重要人名反应。3．熟悉酯的水解反应历程。4．掌握乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有机合成上的应用。5．了解油脂的组成和性质；合成表面活性剂的类型及去污原理。羧酸衍生物是羧酸分子中的羟基被取代后的产物，重要的羧酸衍生物有酰卤，酸酐，酯，酰胺。§13.1羧酸衍生物的结构和命名13.1.1羧酸衍生物的结构羧酸衍生物在结构上的共同特点是都含有酰基（），酰基与其所连的基团都能形成P-π共轭体系。13.1.2羧酸衍生物的命名酰卤和酰胺根据酰基称为某酰某。例见P386~387。RCORCOLPπ共轭体系(1)与酰基相连的原子的电负性都比碳大，故有效应I(2)(3)L和碳相连的原子上有未共用电子对，故具有+C当+CI时，反应活性将降低时，反应活性将增大当+CICH3COClCH2CHCOBrCON(CH3)2NHON,N-=甲基苯甲酰胺戊内酰胺丙烯酰溴乙酰氯酸酐的命名是在相应羧酸的名称之后加一“酐”字。例如：酯的命名是根据形成它的酸和醇称为某酸某酯。例如：13.1.3羧酸衍生物的光谱性质见P387~389（略）§13.2酰卤和酸酐13.2.1酰卤1．酰卤的制备酰卤的制取一般是由羧酸与卤化磷或氯化亚砜作用而得。2．物理性质无色，有刺激性气味的液体或低熔点固体。低级酰卤遇水激烈水解。乙酰氯暴露在空气中即水解放出氯化氢。CH3COOCOCH3CH3COOCOCH2CH3CCOOO乙酸酐乙酸丙酸酐1,2环己烯二甲酸酐CH3COOCH2CH=CH2CH3OOOHCH2CHCOOCH3乙酸烯丙酯甲酸甲酯丙烯酸甲酯CHCOOC2H5CH2COOC2H5CH3COOCOOCH2甲基丁二酸二乙酯环戊基甲酸环己酯苯甲酸苄酯3．化学性质（1）水解、醇解、氨解（常温下立即反应）反应结果是在分子中引入酰基，故酰卤是常用的酰基化剂。（2）与格氏试剂反应酰氯与格氏试剂作用可以得到酮或叔醇。反应可停留在酮的一步，但产率不高。（3）还原反应罗森蒙德（Rosenmund）还原法可将酰卤还原为醛。ROOCl+H2OR'OH(ArOH)NH3(NH2R)ROOOHROOOR'ROONH2+HCl+HCl+HCl猛烈的放热反应反应不要任何催化剂RCOX+R'MgXRCR'OMgXXRCOR'R'MgXRCR'R'OMgXH2ORCR'R'OH酮叔醇无水乙醚RCOXLiAlH4orH2/NiRCH2OHRCOXH2Pd_BaSO4RCHO喹啉13.2.2酸酐1．制备（1）由羧酸脱水而得，可制得单纯酐。（2）混酐通过酰氯与羧酸盐作用制得。2．物理性质（略）3．化学性质（1）水解、醇解、氨解（反应需稍加热）见P390。酸酐也是常用的酰基化剂。（2）柏琴（Perkin）反应酸酐在羧酸钠催化下与醛作用，再脱水生成烯酸的反应称为柏琴（Perkin）反应。§13.3羧酸酯13.3.1来源与制法广泛存在于自然界。是生命不可缺少的物质。酯可通过酯化反应、酰卤或酸酐的醇解、羧酸钠盐与卤代烃作用等方法制得。13.3.2物理性质酯常为液体，低级酯具有芳香气味，存在于花、果中。例如，香蕉中含乙酸异戊酯，苹果中含戊酸乙酯，菠萝中含丁酸丁酯等等。酯的比重比水小，在水中的溶解度很小，溶于有机溶剂，也是优良的有机溶剂。其常见酯的物理常数见P391表13-2。+CHORCOONaCHCRHCOOHOH-H2OCH=C-COOHRRCH2CRCH2COOO13.3.3酯的化学性质1．水解、醇解和氨解（1）水解酯的水解没有催化剂存在时反应很慢，一般是在酸或碱催化下进行。（2）醇解（酯交换反应）酯的醇解比较困难，要在酸或碱催化下加热进行。因为酯的醇解生成另一种酯和醇，这种反应称为酯交换反应。此反应在有机合成中可用与从低级醇酯制取高级醇酯（反应后蒸出低级醇）。（3）氨解RCOOR'+H2ONaOHHRCOOHRCOONa+R'OH+R'OH酯化的逆反应皂化反应RCOOR'+R'OH+R''OHHorOHRCOOR''酯醇新的酯新的醇COOCH3COOCH3+2HOCH2CH2OHHCOOCH2CH2OHCOOCH2CH2OH+2CH3OHRCOOR'+NH3RCONH2+R'OH酯能与羟氨反应生成羟肟酸。羟肟酸与三氯化铁作用生成红色含铁的络合物。这是鉴定酯的一种很好方法。酰卤、酸酐也呈正性反应。2．与格氏试剂反应酯与格氏试剂反应生成酮，由于格氏试剂对酮的反应比酯还快，反应很难停留在酮的阶段，故产物是第三醇。具有位阻的酯可以停留在酮的阶段。例如：3．还原反应酯比羧酸易还原，可用多种方法（催化氢化、LiAlH4、Na+C2H5OH等还原剂）还原。还原产物为两分子醇。见P393。酯在金属（一般为钠）和非质子溶剂中发生醇酮缩合，生成酮醇。RCOOC2H5+NH2OH.HClRCONHOH+C2H5OH羟肟酸RCONHOH+FeCl3羟肟酸RCONOHFe+3HCl3红色含铁络合物RCOOC2H5R'MgXRCOMgXOC2H5R'RCR'OR'MgXH2ORCOHR'R'(CH3)3CCOOCH3+C3H7MgCl(CH3)3CCCH3O这是用二元酸酯合成大环化合物很好的方法。4．酯缩合反应有α-H的酯在强碱（一般是用乙醇钠）的作用下与另一分子酯发生缩合反应，失去一分子醇，生成β-羰基酯的反应叫做酯缩合反应，又称为克莱森（Claisen）缩合。例如：（1）反应历程见P394，（2）交叉酯缩合C3H7-C-O-C2H5C3H7COOC2H5ONaC3H7COC3H7COC3H7COC2H5C3H7COOC2H5OC3H7COHC3H7COC3H7COC3H7CONaHH(CH2)8COOCH3COOCH3NaHAc二甲苯(CH2)8CCOHOCH3COC2H5OCH3COC2H5O+C2H5ONaCH3-C-CH2-C-OC2H5+C2H5OHOO乙酰乙酸乙酯CH3CH2C-OC2H5CH3CH2C-CH-COOC2H5C2H5OHOOOCH32C2H5ONa+两种不同的有α-H的酯的酯缩合反应产物复杂，无实用价值。无α-H的酯与有α-H的酯的酯缩合反应产物纯，有合成价值。例如；酮可与酯进行缩合得到β-羰基酮。见P395。（3）分子内酯缩合——狄克曼（Dieckmann）反应。己二酸和庚二酸酯在强碱的作用下发生分子内酯缩合，生成环酮衍生物的反应称为狄克曼（Dieckmann）反应。例如：缩合产物经酸性水解生成β-羰基酸，β-羰基酸受热易脱羧，最后产物是环酮。HCOOC2H5+CH3CH2COOC2H5C2H5ONaHCOCHCOOC2H5CH3C6H5CH2COOC2H5CCOOC2H5OC2H5O+C2H5ONaCCOCHCOOC2H5OC2H5OC6H5CH2CH2CH2COOC2H5CH2C--OC2H5OC2H5ONaCH2CH2CH2COOC2H5CH2COCH2CH2CCOC2H5OC2H5OOCH2CHCCOC2H5OOC2H5ONaCOOC2H5OH2O/HCOOHOO+CO2狄克曼（Dieckmann）反应是合成五元和六元碳环的重要方法。§13.4油脂和合成洗涤剂（自学）§13.5乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有机合成上的应用13.5.1乙酰乙酸乙酯（一）性质1．互变异构现象（1）生成的烯醇式稳定的原因1°形成共轭体系，降低了体系的内能。2°烯醇结构可形成分子内氢键（形成较稳定的六元环体系）CH3-C-CH2-C-OC2H5OONaH2Br2/CCl4FeCl3NaHSO3NH2OH硝基苯肼2,4-=黄白（）（）白（）有活性氢溴褪色（具双键）蓝紫色（具烯醇结构）CH3-C-CH2-C-OC2H5OOCH3-C=CH-C-OC2H5OHO酮式烯醇式室温(93%)(7%)CH3-C-CH2-C-OC2H5OOCH3-C=CH-C-OC2H5OHOπππPπP体系CH3-C=CH-C-OC2H5OHCH3CCHCOC2H5OOHO（2）其他含活泼亚甲基化合物的互变异构体中烯醇式的含量见P404表13-6。2．亚甲基活泼氢的性质（1）酸性乙酰乙酸乙酯的α-C原子上由于受到两个吸电子基（羰基和酯基）的作用，α-很活泼，具有一定的酸性，易与金属钠、乙醇钠作用形成钠盐。（2）钠盐的烷基化和酰基化乙酰乙酸乙酯的钠盐与卤代烃、酰卤反应，生成烃基和酰基取代的乙酰乙酸乙酯。烷基化：注：①R最好用1°，2°产量低，不能用3°和乙烯式卤代烃。②二次引入时，第二次引入的R′要比R活泼。③RX也可是卤代酸酯和卤代酮。酰基化：CH3CCH2COC2H5OOCH3CCHCOC2H5OOC2H5ONaNapKa=11CH3CCHCOC2H5OONaRX-NaXCH3CCHCOC2H5OORCH3CCHCOC2H5OORC2H5ONaCH3CCCOC2H5OORNaR'X-NaXCH3CCCOC2H5OORR'CH3CCHCOC2H5OONaRCOX-NaXCH3CCHCOC2H5OOCOR3．酮式分解和酸式分解酮式分解乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物与稀碱作用，水解生成β-羰基酸，受热后脱羧生成甲基酮。故称为酮式分解。例如：酸式分解乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物在浓碱作用下，主要发生乙酰基的断裂，生成乙酸或取代乙酸，故称为酸式分解。例如：（二）乙酰乙酸乙酯在有机合成上的应用由于乙酰乙酸乙酯的上述性质，我们可以通过亚甲基上的取代，引入各种不同的基团后，再经酮式分解或酸式分解，就可以得到不同结构的酮或酸。见P405。CH3CCH2COC2H5OOCH3CCHCOC2H5OOR稀NaOHCH3CCH3OC2H5OH+CO2CH3CCHCOC2H5OOCOR稀OHCH3CCH2ROC2H5OH+CO2稀OHCH3CCH2OCORC2H5OH+CO2CH3CCH2COC2H5OOCH3CCHCOC2H5OORNaOHCH3COOHCH3CCHCOC2H5OOCOROHOH2CH3COOH+RCH2COOH+C2H5OHCH3COOH+RCOCH2COOH+C2H5OH+C2H5OH浓浓浓例1：合成例2：合成例3：合成说明：乙酰乙酸乙酯合成法主要用其酮式分解制取酮，酸式分解制酸很少，制酸一般用丙二酸二乙酯合成法。13.5.2丙二酸二乙酯（一）制法（二）性质1．酸性和烃基化CH3COOHPCl2CH2COOHClNaCNNaOHCH2COONaCNC2H5OHH2SO4CH2COOC2H5COOC2H5COOC2H5COOC2H5CH2NaOC2H5NaCOOC2H5COOC2H5CHpKa=13CHCOOC2H5COOC2H5NaRX-NaXCHCOOC2H5COOC2H5RCHCOOC2H5COOC2H5RNaOC2H5CCOOC2H5COOC2H5RNaRX-NaXCCOOC2H5COOC2H5RR'CH3CCH2CH2OCH2经结构分析，需引入原引CH3CCHCH2CH=CH2OCH3引原要分两次引入，先引入再引入CH3CH2CH=CH2CH3CCH2OCOCCH3O引引原原2．水解脱羧丙二酸二乙酯及其取代衍生物水解生成丙二酸，丙二酸不稳定，易脱羧成为羧酸。例如：2CH2(COOC2H5)2X(CH2)nXNaOC2H5(CH2)nCH(COOC2H5)2CH(COOC2H5)2NaOC2H5CH2I2(CH2)nC(COOC2H5)2C(COOC2H5)2CH2n=3~7NaOC2H5CH2(COOC2H5)2(1)(2)COOC2H5COOC2H5Br(CH2)4BrRCHCOOC2H5COOC2H5NaOHH2ORCHCOONaCOONa(1)H(2)CO2RCH2COOHRCR'COOC2H5COOC2H5NaOHH2O(1)H(2)CO2RCHCOOHR'COOC2H5COOC2H5NaOHH2O(1)H(2)CO2COOH（三）丙二酸二乙酯在有机合成的应用丙二酸二乙酯的上述性质在有机合成上广泛用于合成各种类型的羧酸（一取代乙