高中有机化学　羧酸衍生物.ppt

1、 羧酸衍生物羧酸衍生物 羧酸衍生物羧酸衍生物 一一. 结构、命名与物性结构、命名与物性 RC O L RC O- L + RC O- L+ 碳碳-杂原子键具杂原子键具 某些双键性质某些双键性质 RC O X R C O OC O R R C O OR R C O NH2(R) RCN 酰酰卤卤 酸酸酐酐 酯酯 酰酰胺胺 腈腈 RC O L （X、O、N） sp2 HCNH2 CH3 O NH2 HCOCH3 CH3 O OH CN: 137.6 147.4ppm CO: 133.4 143.0ppm 酰卤酰卤 CH3CH2CHCBr Br O HOOCCCl O 2-溴丁酰溴溴丁酰溴 4-(

2、氯甲酰氯甲酰 )苯甲酸苯甲酸 酸酐酸酐 COC O O CH3COCCH2CH3 O O HOOC HOOC C O C O O 苯甲苯甲(酸酸)酐酐 乙丙酐乙丙酐 1,2,3,4-环己烷四羧酸环己烷四羧酸 -1,2-酐酐 酯酯 内酯需标明羟基的位次。内酯需标明羟基的位次。 -氯丙酸苯酯氯丙酸苯酯 - -甲基甲基 - - - -丁内酯丁内酯 (3(3- -甲基甲基- -4 4- -丁内酯丁内酯) ) ClCH2CH2COOC6H5 O H3C O O O O H3C OH H3C HO H3CH2C HO OH CH3 CH3 CH3O O CH3 OH CH3 OCH3 O CH3 N(CH

3、3)2 HO Erythromycin A (红霉素红霉素) A O O OH OH HCHO HOH2C Vitamin C 酰胺酰胺 CH3CH2CHCH2CNHCH3 CH3O HCN-CH3 O CH3 COOH NHCOCH3 N,3-二甲基戊酰胺二甲基戊酰胺 N,N-二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺 (DMF) 4-乙酰氨基乙酰氨基-1- 萘羧酸萘羧酸 氮原子上有取代基氮原子上有取代基, 在取代基名称前加在取代基名称前加N标出。标出。 -内酰胺内酰胺 青霉素青霉素 ( penicillin ) NH O R R-C-NH O N O S CH3 CH3 COOH R=C6H5CH2- (p

4、enicillin G) 物理性质（自学）物理性质（自学） 1. 的活泼性的活泼性 CH3CCl O CH2CCl + H+ O- CH3COCH3 O CH2COCH3 + H+ O- CH3CN(CH3)2 O CH2CN(CH3)2 + H+ O- pka 16 25 30 二二. 羧酸衍生物中主要反应基团性能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上加到羰基氧上还是加到烷氧基氧上 或氨基氮上或氨基氮上？ RCOR +OH RCOR O H+ H+ RCN(CH3)2 O RCN(CH3

5、)2 +OH 电荷转移使羰基氧具有一定的碱性电荷转移使羰基氧具有一定的碱性, 易接受质子。易接受质子。质子化发生质子化发生 在羰基氧上在羰基氧上。 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？ H+ RCCH2CH2OR O RC O CH2CH2OR H + O R R CO R R sp2 sp3 碱碱 性性 较较 强强 碱碱 性性 较较 弱弱 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 RC O X RC O OC O R RC O OR RC O NH2 RC O Y + Nu-RC O- Nu YRC O Nu +

6、 Y- 影响反应活性的因素：影响反应活性的因素：1) 与羰基相连与羰基相连的的基团基团(Y) 吸电子能力；吸电子能力； 2) 与羰基相连与羰基相连的的基团基团(Y) 空间体积；空间体积； 3) 与羰基相连与羰基相连的的基团基团(Y) 离去能力；离去能力； 4) 反应物稳定化程度。反应物稳定化程度。 离去基团的离去能力：离去基团的离去能力： RC O YRC O- Y+ 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： RCNRCX RCOCR OO O RCOOR RCOOH RCNH2 O 三三. 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 X- RO- H2N

7、- RCOO- 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。 RCL O + Nu:-RCL O- Nu RCNu O + L- 1) 水解水解 酸、碱催化。生成相应的羧酸。酸、碱催化。生成相应的羧酸。 CH3CCl O + H2O -20oC 1min. CH3COOH (CH3CO)2O + H2OCH3COOH CH3COOC2H5 + H2O OH- CH3COOH + C2H5OH CH2CONH2 35% HCl 回回流流 CH2COOH + NH4Cl 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？ RCOR O RCO

8、R O 大多数大多数2o和和 1o醇的羧酸酯的水解发生酰氧键断裂；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。 醇的羧酸酯的水解发生烷氧键断裂。 酸催化：酸催化： RCOR O H+ RCOR +OH H2O RCOR OH +OH2 RCOR OH OH + H : -ROH RCOH +OH -H+ RCOOH RCOR O + OH-RCOR O- OH RCOH O + -OR RCOO- + ROH 碱催化：碱催化： RCOC(CH3)3 O H+ RC O OH C(CH3)3 + RCO + C(CH3) OH + + C(CH3)3 + H2OH2OC

9、(CH3)3 +-H + (CH3)3COH 3o醇的羧酸酯水解：醇的羧酸酯水解：SN1机制机制 C O OCHCH2CH3 CH3 C O OCCH2CH2CH3 CH2CH3 CH3 (A) (B) 试试写出化合物写出化合物(A)和和(B)用用H2O18在酸催化下水解的产物。在酸催化下水解的产物。 2) 醇解醇解 (CH3)3CCOH O SOCl2 (CH3)3CCCl O C2H5OH 吡吡啶啶 (CH3)3CCOC2H5 O + N HCl O O O + 2 CH3OCH2CH2OH H2SO4 COOCH2CH2OCH3 COOCH2CH2OCH3 形成酯形成酯 R CH3 CH

10、2Cl CHCl2 CCl3 CH3CO 相相对对速速率率 RCOOC2H5 , H2O(OH-)，25oC 1 290 6130 23150 7200 R CH3 CH3CH2 (CH3)2CH (CH3)3C C6H5 相相对对速速率率 CH3COOR , H2O(H+)，25oC 1 0.97 0.53 1.15 0.69 COOH COOH COOC4H9-n COOC2H5 Br COOH COOH -H2O O O O C2H5OH COOH COOC2H5 SOCl2 COCl COOC2H5 Br2 COCl COOC2H5 Br n-C4H9OH COOC4H9-n COOC

11、2H5 Br 酰卤酰卤 -H比酯比酯 -H活泼。活泼。 酯的醇解（酯的醇解（酯交换酯交换） CH3OH（大大量量） CH3ONa (少少量量) CH3COOCOOCH3HOCOOCH3 3) 氨氨(胺胺)解解 SCl O N S O H2N HH C OOH O O N S O HN HH C OOH O O S O ClCCl O N CH2COOH CH3 H3CO H + ? 4) 羧酸衍生物的相互转化羧酸衍生物的相互转化 RCCl O RCOH O SOCl2 or PX3 or PX5 H2O RCOCR O O RCOOH or RCOONa RCNH2 O RCOR O RCN

12、RCOR“ O ROHNH3 (R) 2. 羧酸衍生物的还原反应羧酸衍生物的还原反应 C15H31CCl O LiAlH4 H2O C15H31CH2OH O O O LiAlH4 H2O CH2OH CH2OH 1) 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。 CH3CH=CHCH2COOCH3 1) LiAlH4 2) H2O CH3CH=CHCH2CH2OH + CH3OH CN(CH3)2 O LiAlH4 H2O CH2N(CH3)2 CH2CN LiAlH4 H2O CH2CH2NH2 2) Na-ROH 酯酯 伯醇

13、伯醇 CH3CHCHCH2CH2COOC2H5 Na C2H5OH CH3CHCHCH2CH2CH2OH 3) 羧酸酯的还原缩合反应羧酸酯的还原缩合反应 产物：产物：a-羟基酮羟基酮 2 CH3CH2CH2COC2H5 + 4 Na O Et2O H+ CH3CH2CH2CCHCH2CH2CH3 O OH RC O OR + NaRCOR O - RCOR O - 2 RCCR OROR O-O- RCCR OO 2Na RCCR O-O- H+ RCHCR OH O CH3OC(CH2)8COCH3 OO NaH+ ? O OH 4) Rosenmund(罗森孟罗森孟)还原法还原法 酰氯酰氯

14、 醛醛 C O Cl H2 , pd-BaSO4 硫硫 喹喹啉啉 C O H 3. 酯的热消除酯的热消除 CH3COCH2CH2CH2CH3 O 500oC CH2CHCH2CH3 + CH3COOH 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) CH2CHCH2CH3 + CH3COOH CH3C O O CH2 CHCH2CH3 H O C O CH2 CH H CH3 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。 500oC CH3CHCH2CH2CH3 OCCH3 O CH2=CHCH2CH2CH3 + CH3CH=C

15、HCH2CH3 57% 43% CC OCCH3 O H H phD ph CC ph D H ph + CH3COOH 4. Reformatsky,S.(瑞福马斯基瑞福马斯基)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。 O BrCH2COOC2H5+ Zn 苯苯 CH2COOC2H5BrZnO + H2O CH2COOC2H5 HO BrCH2COOC2H5 + ZnBrZnCH2COOC2H5 + -CH3CH2CH O CH3CH2CHCH2COOC2H5 OZnBr H2O CH3CH2CHCH2COOC2H5

16、OH 2-甲基甲基-3-苯基苯基-3-羟基丙酸乙酯羟基丙酸乙酯 CHO + BrCHCOOC2H5 CH3 + Zn 1) 苯苯 2) H2O CHCHCOOC2H5 OH CH3 CH3CH2CCH3 + BrCH2COOC2H5 O 1) 苯苯 2) H2O LiAlH4 B CH3CCH3 O C + Zn A B C A CH3CH2CCH2COOC2H5 OH CH3 CH3CH2CCH2CH2OH OH CH3 O O CH3CH2 CH3 CH3 CH3 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

17、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 2 RCH2COOR 1) C2H5ONa 2) H+ RCH2CCHCOOR R O C2H5O- RCHCOC2H5 O - RCH=COC2H5 + C2H5OH O- RCH2COC2H5 O RCH2COC2H5 O + RCHCOC2H5 O RCH2C CHCOOC2H5 O- OC2H5 R - RCH2CCHCOOC2H5 + C2H5O- O R RCH2C-CCOOC2H5 O R - RCH2C=CCOOC2H5 + C2H5OH O- R

18、H+ RCH2CCHCOOC2H5 O R 2 CH3CH2CHCOOC2H5 CH3 1) (C6H5)3CNa 2) H+ CH3CH2CHCCCOOC2H5 O CH3 CH3 CH2CH3 2）交叉酯缩合）交叉酯缩合 3）分子内酯缩合（）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。 CH2COOEt CH2COOEt CH3CH2ONa COOEt O N COOCH3 + CH3CH2CH2COOEt NaH N COCHCOOEt CH2CH3 COOCH2CH3 COOCH2CH

19、3 + C6H5CH2COOC2H5 1) C2H5ONa 2) H+ COOCH2CH3 COCHCOOC2H5 C6H5 环化方向环化方向 含两种不同含两种不同 -H时时, 酸性较大的酸性较大的 -H优先被碱夺去。优先被碱夺去。 C ph CH2CH2COOCH3 CH3OOCCH2CH2COOCH3 CH3ONa ph CH3OOC COOCH3 O CH2CH2CH2COOC2H5 CH2CHCOOC2H5 CH3 :B- CH2CH2CHCOOC2H5 CH2CHCOOC2H5 CH3 - COOC2H5 CH3 O CH2CH2CH2COOC2H5 CH2CHCOOC2H5 CH3

20、 a b COOC2H5 O- CH3 O- H3C COOC2H5 a b OCH3 CH3O O O COOCH3 H CH3CH=CH-CCH3 O OCH3 CH3O O O COOCH3 CHCH2CCH3 OCH3 Na2CO3 Claisen缩缩合合 OCH3 CH3O O O H3C O O CH3CCH3 O + CH3(CH2)4COOC2H5 1) NaH CH3(CH2)4CCH2CCH3 OO 2) H+ 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 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 NH + NaOH O O N-Na+

21、 + H2O O O CH3CNH2 O NH O O NH O O pka 15.1 9.62 8.3 NH O O + Br2 + NaOH 0oC N O O Br + NaBr + H2O 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，失去二氧化碳，重排得一级胺。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。 RCNH2 O NaOH + Br2 RNH2 RCNH2 O Br2 OH- RCNHBr O OH- -H2O R-C-N O Br -Br- RC O N RNCO H2O RNHC O OH -CO2 RNH2 (CH3)3CCH2

22、CONH2 Br2 NaOH (CH3)3CCH2NH2 Br2 NaOH O + 2NH3 O O CH2 CH2 C COONH4 O NH2 H2NCH2CH2COO- 7. Perkin(普尔金普尔金)反应和反应和Knoevenagel(脑文格脑文格)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 CHO+ CH 3COCCH3 O O CH3COONa 170oC CH=CHCOOH OH CHO + CH3COCCH3 O O CH3COONa O O （香香豆豆素素） CH3CCH2CH2CH3 + CH2COOC2H5 O CN 吡吡啶啶 CH3CH2CH2

23、CCCOOC2H5 CN CH3 CHO + CH2(COOH)2 NH -H2O CH=CHCOOH 四四. 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，酯的在强碱作用下，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 CH3COC2H5 O LDA CH2COC2H5 O- Li+ -CH2COC2H5 O O O- Li+ CH2COOC2H5 H2O OH CH2COOC2H5 LDA: CH NLi CH3 CH3 2 CH2COC2H5 O- Li+ (CH3)3CCl O (CH3)3CCCH2COC2H5 O- Cl O (CH3)3CCCH

24、2COC2H5 OO 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） CH3CCH2COOC2H5 O CH3C O CHC O OC2H5 H O C CH C O H CH3 OC2H5 92.5% 7.5% CH3CH2OCCH2COCH2CH3 OO CH3CH2OCCHCOCH2CH3 OHO 99.9% 0.1% CH3CCH2CCH3 OO CH3CCH OH CCH3 O 24% 76% 成酮分解和成酸分解成酮分解和成酸分解 2. 乙酰乙酸乙酯的性质及应用乙酰乙酸乙酯的性质及应用 CH3C O CH2COC2H5 O CH3C

25、O CH2COC2H5 O 成成酮酮分分解解 成成酸酸分分解解 CH3CCH2COC2H5 OO 浓浓NaOHH+ 2 CH3COOH + C2H5OH CH3CCH2COC2H5 OO 稀稀NaOH CH3CCH2CONa OO H+ CH3CCH2COH OO CH3CCH3 O -C2H5OH CH3CCH2COC2H5 OO OH- CH3C-CH2COC2H5 O- OH O CH3COOH + -CH2COC2H5 O CH3COO- + CH3COC2H5 O OH- H+ 2 CH3COOH + C2H5OH 在合成上的应用在合成上的应用 CH3CCH2COOC2H5 O C2

26、H5ONa CH3CCHCOOC2H5 O - CH3CH2CH2Br CH3CCHCOOC2H5 O CH2CH2CH3 1) C2H5ONa 2) CH3I CH3CCCOOC2H5 O CH2CH2CH3 CH3 1) 稀稀OH- 2）H+ 3） 1) 浓浓OH- 2）H+ 3） A B CH3CCHCH2CH2CH3 B O CH3 CH3COOH + CH3CHCOOH CH2CH2CH3 A CH3CCH2COOC2H5 O CCH3 O CH3CCH2COOC2H5 O C2H5ONa CH3CCHCOOC2H5 O -BrCH2CH2CH2CH2Br BrCH2CH2CH2CH

27、2CH COOC2H5 CCH3 O C2H5ONa CH2CH2CH2CH2C COOC2H5 CCH3 O Br - COOC2H5 COCH3 1) OH- 2) H+ 3) CCH3 O 3. 丙二酸酯的性质及应用丙二酸酯的性质及应用 EtOCCH2COEt + EtONa OO EtOCCHCOEt OO - EtOC O CC O OEt H Na+ CH2 COOC2H5 COOC2H5 C2H5ONa CH COOC2H5 COOC2H5 _ CH3CH2Br CH3CH2CH COOC2H5 COOC2H5 1) C2H5ONa 2) CH3I CH3CH2CCH3 COOC

28、2H5 COOC2H5 1) OH- 2) H+ CH3CH2CCH3 COOH COOH -CO2 CH3CH2CHCOOH CH3 2 CH2(COOC2H5)2 C2H5ONa 2 CH(COOC2H5)2 _ BrCH2CH2Br CH2CH(COOC2H5)2 CH2CH(COOC2H5)2 CH2CH2COOH CH2CH2COOH 1) OH- 2) H+ -CO2 CH2(COOC2H5)2 2 C2H5ONaBr(CH2)4Br COOC2H5 COOC2H5 1) OH- 2) H+ COOH 如如何完成下列的转变何完成下列的转变？ CHO +C O CH3 O phph

29、COOC2H5 (1) (2) (3) 试试写出下面反应的产物写出下面反应的产物 CH3CCH2COOEt O 2LDA -CH2CCHCOOEt O -C6H5CH2ClH3O+ ? 1 mol 五五. 碳酸衍生物碳酸衍生物 C O ClCl H2N C O NH2 H2NC S NH2 H2NC NH NH2 碳酰氯碳酰氯(光气光气) 碳酰胺碳酰胺(脲脲) 硫代碳酰胺硫代碳酰胺(硫脲硫脲) 亚氨基脲亚氨基脲(胍胍) 1. 脲脲 H2NC O NH2 + H2O H+ or OH- 尿尿素素酶酶 NH3 + CO2 NH3 + CO2 CH2 COOC2H5 COOC2H5 + CO H2N H2N C2H5ONa -2C2H5OH NH NH O O O (丙丙二二酰酰脲脲) NH NH O O O N N HO HO OH 酮式酮式 烯醇式烯醇式 H2NCNH2 + H2N O C O NH2 H2NC O NHC O NH2 + NH3 缩缩二二脲脲 缩二脲反应鉴定肽键。缩二脲反应鉴定肽键。 2. 胍胍 H2NCNH2 NH H2NC NH H2NCNH NH 胍胍 胍胍基基 脒脒基基 H2NCNH2 NH H2O H2NCNH2 + NH3 O H2NSO2NHC NH2 NH NOCNHCNH2 NHNH 对对氨氨基基苯苯磺磺酰酰胍胍(磺磺胺胺胍胍) 吗吗啉啉胍胍