羧酸衍生物的化学性质

羧酸衍生物的化学性质一、羧酸衍生物的共性反应（一）“亲核取代”反应1、“亲核取代”反应概述体系中的亲核试剂进攻正电性的酰基碳，发生亲核加成反应形成四面体负离子，接着发生消去反应，其结果是亲核试剂取代了L基团：RCLOδ+δ-:Nu-亲核加成RCLO-Nu消除RCNuO结果：亲核取代2、“亲核取代”反应历程（1）碱催化(提高试剂的亲核能力或有效浓度)RRRCCCOOO:B:LBLBL+-:L-（2）酸催化（酰基质子化增加酰基碳的电正性）L-RRCCOHOOHBLL+H++BH:LOH+H+RCOBRCL:BRC3、“亲核取代”反应活性比较亲核取代=亲核加成+消除因此，反应活性与下列因素有关：（1）酰基C+、C周围空间位阻，则亲核加成活性；（2）离去基团稳定性，离去能力↑（越易离去），则消除活性，亲核性越强（即稳定性越小）越不易离去，而亲核性与其碱性强弱一致，可由其共轭酸的酸性来比较得出：酸性：HXRCOOHROHNH3碱性：NH2-RO-RCOO-X-，则离去能力为：NH2-﹤RO-﹤RCOO-﹤X-；羧酸衍生物亲核取代活性分析如下：①酰卤：RCXO卤原子具有-I+C的电子效应，使C，亲核活性；且X-最易离去，消除活性。②酰胺：RCNH2O氨基（或者是取代氨基）具有+C-I的电子效应（相对于氧原子，氮还有+I效应），使C，亲核活性；且NH2-最难离去，消除活性。③酯：ORCOR(R')烃氧基具有+C-I的电子效应，使C，亲核活性（给电子能力较氨基弱，因此酯中C比酰胺）；且RO-比NH2-易离去，消除活性较酰胺。④酸酐：ORCOCR(R')O氧原子同时向两边的酰基给电子（+C-I），因此给电子能力比酯弱，使C较酯，亲核活性较酯；且RCOO-较RO-易离去，消除活性较酯。综上所述，羧酸衍生物的亲核取代活性：酰卤﹥酸酐﹥酯﹥酰胺常见的亲核试剂有：水、醇、氨（胺）。反应分别称为水解、醇解、氨（胺）解。4、羧酸衍生物的亲核取代反应（1）水解+HOHRCOOH+RCOOCOR'R'COOHRCOOHRCOCl+HOH+HClRCOOR'+H2ORCOOH+R'OHH+orOH-RCONH2+H2O强酸回流RCOOH+NH4+RCONH2+H2O强碱回流RCOO-+NH3注：①酰氯反应剧烈，故酰氯遇湿气冒白烟，可作为判断存在酰氯基团的依据；②由反应条件的变化可以看出反应活性是酰卤﹥酸酐﹥酯﹥酰胺；③水解产物均为酸；④酰胺如果连有大体积烃基，则反应难进行，可用下述反应得到酸（参见酰胺与亚硝酸的反应）：NH2O+HNO2H2SO435CoOHO（2）醇解①酰氯活性大，反应容易进行，常用于制备酯：吡啶COCl+HOC(CH3)3COOC(CH3)3②开链酸酐醇解可得到酯和酸；环酐醇解可得开链的酯酸（醇过量可再酯化得到二酯）；不对称环酐，RO-进攻活性大的酰基碳，得到开链酯酸（醇过量可再酯化得到二酯）：RCOOR'+RCOOHR'OHRCOOCOROCH2COOCH3CH2COOHCH3OHCH2COOCH3OOCH3OHCH2COOCH3H3COCH3OHOOH3COCCH2CHCOOHOCH3CH3OHH3COCCH2CHCOOCH3OCH3③酯的醇解得到新的酯和新的醇，故又称酯交换反应：RCOR'O+R''OHRCOR''O+R'OHH+orR''O-酯交换反应的应用：（i）药效弱的酯药效强的酯NH2COOEtHOCH2CH2NEt2NH2COOCH2CH2NEt2+EtOH对氨基苯甲酸乙酯普鲁卡因（局麻剂）（ii）二酯化合物的选择性水解例：OCCH3H3COCOOOHH3COCO??解：CH3OHNaOCH3OCCH3H3COCOOOHH3COCO+CH3COOCH3分析：要去掉乙酰基而保留甲酯基，考虑选用甲醇进行醇解；酯交换中甲酯仍得甲酯（a途径），酰基可被交换下来(b途径)；选用大量甲醇可使反应近于完全：OCCH3H3COCOOCH3OHababOCCH3H3COCOO+CH3OHOHH3COCO+CH3COOCH3bb（iii）生命体内亦有酯交换反应CH3COSCoA乙酰辅酶A+HOCH2CH2N+(CH3)3OH-胆碱CH3COOCH2CH2N+(CH3)3OH-乙酰胆碱+HSCoA辅酶A④酰胺反应活性差，需酸催化、高温高压，产物为酯和氨（胺）：RCONH2CH3CH2OHH+,2MPaRCOOCH2CH3+NH3H+NH4+（3）氨（胺）解氨（胺）的亲核性强，故氨（胺）解较水解、醇解容易，叔胺不能氨解；产物为酰胺：RCOCl+NHR'2RCONR'2+HCl(RCO)2O+NHR'2RCONR'2+RCOOHOOOCONHRCOOHN-R+RNH2OORCOR'O+NHR''2RCNR''2O+R'OHRCONH2+CH3NH2HClRCONHCH3+NH4Cl5、羧酸衍生物“亲核取代”反应小结RCOLH2OR'OHHNR'2RCOOHRCOOR'RCONR'2L基团被OH取代，或H2O中的H被RCO-取代L基团被OR'取代,或R'OH中的H被RCO-取代L基团被NR2'取代,或HNR2'中的H被RCO-取代（1）从羧酸衍生物的变化看，是L被各类亲核基团取代，谓之发生了水解、醇解和氨解；（2）从亲核试剂的变化来看，是活性H被羧酸衍生物中的酰基取代，故羧酸衍生物起到了提供酰基的作用，因此，羧酸衍生物也称为“酰化剂”，上述水解、醇解、氨解反应又称为“酰化反应”，即“羧酸衍生物的‘亲核取代’反应”又称“酰化反应”；（3）羧酸衍生物“亲核取代”反应活性为“酰卤酸酐酯酰胺”，亦即酰化反应活性同样为“酰卤酸酐酯酰胺”，酰化常用酰卤和酸酐，因其反应活性高。6、其他亲核试剂与羧酸衍生物的亲核取代反应其他许多的亲核试剂都可与羧酸衍生物发生上述亲核取代反应，如格式试剂与酯的反应，首先“亲核取代”生成酮，酮继续与过量格氏试剂反应最终生成叔醇（当底物和试剂的烃基体积都较大时，可停留在酮阶段）：RCOEtOR'MgBrRCR'OR'MgBrRCR'OHR'无水乙醚无水乙醚H3O+（二）羧酸衍生物的还原羧酸衍生物较羧酸容易还原，可根据产物要求选择不同的还原体系。1、催化加氢还原法（1）催化条件要求高，酰卤、酸酐、酯醇；酰胺胺（较难）；（2）工业上应用最好的催化剂是铜铬氧化物；（3）喹啉-硫催化体系可以减活，使酰卤还原为醛——罗森孟还原法。RCOOR'+H2RCH2OH+R'OHCuOCuCrO4200~300Co.RCOOR'+H2200~300Co10~30MPaNH2OCuCr氧化物30MPa,250CoNH2NH2OCuCr氧化物30MPa,250CoNH2RCOCl+H2Pd-BaSO4喹啉-硫RCHO+HClRCOCl+H2Pd-BaSO4喹啉-硫RCHO+HCl2、金属氢化物还原法（LiAlH4）（1）酰卤、酸酐、酯醇；酰胺胺（双键保留）；（2）NaBH4能还原醛酮，不能还原酸和酯（B2H6可还原羧酸/双键,不能还原酯）。例如：C15H31CClOLiAlH4H2OC15H31CH2OHOOOLiAlH4H2OCH2OHCH2OHEt2OLiAlH4H2ORCOOR'RCH2OH+R'OHCON(CH3)2LiAlH4H2OCH2N(CH3)23、金属钠还原酯——鲍维特～勃朗克反应酯Na,EtOH二甲苯醇（双键保留）例如：CH3CHCHCH2CH2COOC2H5NaC2H5OHCH3CHCHCH2CH2CH2OH二、羧酸衍生物的特性反应（一）酸酐的重要反应——Perkin反应（了解）脂肪酸酐+芳醛α，β-不饱和酸碱酸酐的α-H被碱夺去形成C-，然后进攻芳醛基，形成羟酐，再经脱水和酸酐水解，最终生成α,β-不饱和酸。例如：CHO+CH3COCCH3OOCH3COONa170oCCH=CHCOOHCHOCH2COOCOCH3CHOHCH2COOCOCH3CHCHCOOCOCH3CHCHCOOH+CH3COOH-H2OH2OOHCHO+CH3COCCH3OOCH3COONaOO（香豆素）（二）酯的重要反应（掌握）1、酯缩合反应（克莱森酯缩合）→β-羰基酯RCH2COOC2H5+HCHCOOC2H5RRCH2COCHCOOC2H5REtONa酯的α-H被碱夺去形成C-，与另一分子酯发生“亲核取代”反应，形成β-羰基酯；β-羰基酯水解得到β-羰基酸，再经酮式或酸式分解，可得到酮或酸。2、克莱森酯缩合的应用——合成开链或环状β-羰基酯、1,3-二羰化物（1）交叉酯缩合β-羰基酯底物选用一个含α-H的酯，一个不含α-H，则产物单一：+CH2COOEtCH2COOEtHCOOEtNaOEtOHCCHCOOEtCH2COOEt+HOEt（2）酮酯缩合1，3-二酮酮的α-H较酯活泼，更易被碱夺取，因此酮形成C-，再与酯发生“亲核取代”，生成1，3-二酮化合物。CCH3OO+CH3COOEtNaOEtH++EtOH二甲苯CCH2CCH3O（3）分子内酯缩合生成环酮酯（迪克曼反应）①二酯分子中的一个α-H被碱夺取形成C-，进攻另一端的酯基，发生分子内酯缩合反应，生成环状的β–酮酯（主要合成五、六、七元环）；②环β–酮酯再经水解（成β-酮酸）、脱羧（酮式分解），生成少1个C的环酮；③存在多个α-H，则酸性强的α-H先被碱夺走形成C-。例如：CH2CH2CH2COOEtCH2CHCOOEtCH3:BCH2CH2CHCOOEtCH2CHCOCH3OCOOEtCH3H3O+OCH3OEt3、共轭加成——迈克尔反应（了解）（1）活泼亚甲基物与α,β-不饱和醛酮腈等在碱中1,4-加成，可合成1,5-二羰基化物；（2）活泼亚甲基物提供C-，主要有：OOOEtOOEtOOEtOO例如：OOEtO-OOCHO+EtOHCHOEtO-OCOOEtCOOEtCOOEt+EtOHOEtOOONPhCHCH2CPhOCH(COOC2H5)2CH2(COOC2H5)2+PhCH=CHCPh（三）酰胺的重要反应（掌握）1、酸碱性氮的孤对电子与酰基共轭，使碱性减弱，酰胺是近乎中性的物质；酰亚胺与两个酰基共轭，因此反而具有弱酸性，可与强碱成盐。CH3CNH2ONHOONHOOpka~15.19.628.3CCOON－Na+CCOONHNaOH2、与亚硝酸反应酰胺与亚硝酸反应形成重氮化合物再水解得到酸：RCONH2+HNO2RCOOH+N2+H2O3、脱水成腈RCONH2+P2O5RCN+2HPO34、霍夫曼降解（合成少一个C的伯胺）酰胺与X2和碱作用，经重排脱羧，得到少1C的伯胺。RCNH2ONaOH+Br2RNH2Br2NaOHO+2NH3OOCH2CH2CCOONH4ONH2H2NCH2CH2COO-