大学精品课件：12-羧酸衍生物.ppt

1、-X(-Cl,-Br) 酰卤酰卤 -O-CR(Ar) 酸酐酸酐 -O-R(Ar) 酯酯 -NH2,-NHR,-NR2 酰胺酰胺 O L = 第十二章第十二章 羧酸衍生物羧酸衍生物 羧基中的-OH被其它原子或基团取代后所 生成的化合物，称为羧酸衍生物羧酸衍生物。 R(Ar)C L O 羧酸衍生物 酰基酰基是含氧酸分子中去掉酸性-OH后余下的基团。 分羧酸的酰基、磺酰基、无机含氧酸的酰基三类。 根据相应的酸命名酰基，“某酸”“某酰基某酰基”。 CH3COOH CH3CO 乙酸 乙酰基 C6H5COOH C6H5CO 苯甲酸 苯甲酰基 第一节、羧酸衍生物的分类、命名、结构第一节、羧酸衍生物的分类、命

2、名、结构 HOCCOH CC 草酸 草酰基 O O O O C6H5-SO2OH C6H5 -SO2 苯磺酸 苯磺酰基 O=N-OH O=N 亚硝酸 亚硝酰基 O O CH3CBr C6H5-CCl 酰卤键 酰卤键 一. 酰卤：常见的为酰氯和酰溴 命名：酰基名称卤素名称 乙酰溴 苯甲酰氯 2 2. . 酸酐：酸酐：分为单酐单酐和混酐混酐. O O CH3-COC-CH3 O CH3-C CH3CH2-C O O 酰基酰基 酰氧基酰氧基 酰氧基酰氧基 酰基酰基 混(合)酐 (简简)单酐单酐 命名： 单酐：羧酸名称酐 混酐：简单羧酸名复杂羧酸名酐 乙酸酐 乙酸丙酸酐 酐 键 C O O O C 邻

3、苯二甲酸酐 2-甲基丁二酸酐甲基丁二酸酐 CH CCH3 O O CH2C O 3. 酯：有机酸酯和无机酸酯。 O CH3COR 酰基酰基 烃氧基烃氧基 酯键 二元羧酸可以生成酸性酯、中性酯；简单酯、 混合酯。 COOC2H5 COOH COOC2H5 COOC2H5 COOCH3 COOC2H5 酸性酯 中性酯 简单酯 混合酯 命名命名 O O CH3COCH3 H-COC2H5 O (CH3)2CHCH2-C-OCH2- CH3COOCH=CH2 乙酸甲酯 甲酸乙酯 异戊酸苄酯 乙酸乙烯酯 一元醇的酯：羧酸名醇名酯 某酸某(醇)酯 多元醇的酯：醇名羧酸名酯 某醇某酸酯 COOC2H5 CO

4、OH COOC2H5 COOC2H5 COOCH3 COOC2H5 乙二酸氢乙酯 酸性酯 乙二酸二乙酯 中性酯,简单酯 乙二酸甲乙酯 中性酯,混合酯 COOCH3 COOCH2CH3 O O 邻苯二甲酸甲乙酯 -丁内酯 CH2OCCH3 CH2OCCH3 O O CH2OCC15H31 CH O CC15H31 CH2OCC15H31 O O O 乙二醇二乙酸酯 丙三醇三软脂酸酯 氨或胺分子中的H被酰基酰基取代的产物。 伯酰胺 仲酰胺 叔酰胺 4. 酰胺：酰胺： 命名：酰基名称胺(或某胺)“某酰(某)胺” 内酰胺用希腊字母标明氨基位置。 CH3-CNH2 O 乙酰胺 N-甲基乙酰胺甲基乙酰胺

5、HCN-CH3 O CH3 N,N-二甲基甲酰胺 CH3C O NHCH3 乙酰苯胺 邻苯二甲酰亚胺 -己内酰胺 N-甲基-N-乙基乙酰胺 CH3C O NH CH3C O N CH3 CH2CH3 NOCH3 H NH O O C6H5-CH2CO2 C6H5 O O O CH2-C CH3C H -C 命名下列化合物. 环己基甲酰溴 2-甲基丁二酸酐 N-乙基-N-苯基苯甲酰胺 苯乙酸苯酯 COBr ph C O N C2H5 ph 母体化合物的优先次序： RCOOHRSO3H (RCO)2O RCOORRCOX RCONHR RCNRCHORCOR ROH ArOH ROR 二、物理性质

6、（P161、自学） 三、羧酸衍生物的化学性质三、羧酸衍生物的化学性质 结构相似:酰基都连着一个能被其他基团取代 的负性原子或基团，因而具有相似的化学性质。 R(Ar)-CL O （一）酰基的亲核取代：水解（一）酰基的亲核取代：水解、醇解醇解、氨解氨解。 结果：羧酸衍生物 另一种羧酸衍生物或羧酸 1. 水解 生成相应的羧酸 RCL O +H2O RCOH O +HL （副产物：HX） RCX O +H2O RCOH O + 室温 HX （1）酰卤的水解 低级的酰卤极易水解，如乙酰氯遇水反应很激烈；随 着酰卤分子量增大，在水中的溶解度降低，水解速度逐 渐减慢，必要时需加入适当溶剂(如二氧六环，四氢

7、呋喃 等），以增加其与水的接触，促使反应速率加快。 RCOC O R O +H2ORCOH O + RC O OH 沸水 （副产物：羧酸） (2) 酸酐的水解 酸酐可以在中性、酸性或碱性溶液中水解，反应 活性比酰卤稍缓和些，但比酯易水解。由于酸酐不溶 于水，室温下水解很慢，必要时需加热、酸碱催化或 选择适当溶剂使之成均相可加速水解。 RCOR O +H2O RCOH O ROH + H+ （副产物：醇） (3)酯的水解 在酸性溶液中，酯水解是酯化的逆反应。 RCOR O + RCO- O ROH + OH- 酯水解需在酸或碱催化下进行。 在碱性溶液中，酯水解生成羧酸盐和醇，两者不会 发生反应，

8、因此酯的碱性水解是不可逆的，而且反应 速度快，水解完全，是常采用的方法。酯的碱性水解 常称为皂化反应。 （副产物：醇） （4）酰胺水解 （副产物：氨或氢氧化铵） 酰胺比酯难水解，一般需浓度较大的酸或碱催化 并较长时间加热条件下反应才能进行。 CH3CNH2 O NaOHH2O +CH3COONaNH3+ CH2C O NH2 CH2COH O + H2O H+ NH4OH + H-OH O RCX O RCOR O RCOH + HX O RCOH + HO-R O RCOH O RCOH O R-C-O-C-R O RC O NH2 RCOH O NH3 NO2 NH-COCH3 OCH3

9、30%KOH MeOH/H2O,D NO2 NH2 OCH3 + CH3CO2K CH3O- -CH2-C-O-C-CH3 O O H2O H+ CH3O- -CH2-C-OH O + CH3COOH 问题： ？ ？ (2) 醇解醇解(alcoholysis) 生成相应的酯生成相应的酯 O RCX H O-R O RCOR O RCOR + HX O RCOR + HO-R O RCOR O RCOH + 酰卤 与醇酚很快反应用于制备常法难以合成的酯； 酸酐 可与所有的醇或酚反应，生成酯和羧酸； 酯 酯的醇解也叫酯交换反应由低级醇制备高级醇 酰胺 酰胺的醇解可逆；需过量醇才能生成酯。 O R-

10、C-O-C-R O O RCNH2 O RCOR + HNH2 C=O O CH3- C=O + CH3-OH OH CH3- OCH3 H+ CH3COOHClOH CH3CCl O 酰卤与醇很快反应成酯，是合成酯的常用方法， 通常用来制备难以直接从羧酸和醇反应得到的酯。 (CH3CO)2O+HO OH- H2O CH3CO O + CH3COOH 酸酐的醇解 酯的醇解 酰卤的醇解 COO- COO- COO- 解答： 完成下列反应式. CH3OOCCH2COCl ? ? H2O H+ 1. H 2 N O C O O O H 2 O ? ? 2. 1. CH3OOCCH2COOH CH3O

11、H + HOOCCH2COOH H 2 N C O O H C O O H C O 2. OH- (3) 氨解(ammonolysis) 生成相应的酰胺 氨或胺亲核性比水强，故氨解比水解容易。 酰卤、酸酐 可在较低温度下缓慢反应生成酰胺； 酯 酯的氨解一般只需加热而不必用催化剂； 酰胺 酰胺的氨解可逆；需亲核性更强且过量的胺。 O RCX H NH2 H NHR H NR2 O RCOR O RCNH2 + NH4 X O RCNH2 + HO-R O R- C-O-C-R O O RCNH2 O RCNHR + HNH2 O + O RC-NH2 R-C-ONH4 氨解举例：氨解举例： CO

12、X NH3CONH2 HX CH3CONH2 H2N CH3 CH3CONHCH3 NH3 (CH3C O )2O +H2N CH3CNH O +CH3COOH CH3COOCH3+ H2NNH2CH3CONHNH2 +CH3OH Question 4 完成下列反应式. 1. COOCH3 OH + H2NNH2(不过量) 2. CO-NHNH2 OH + HOCH3 O HOOC-CH -C CH2-C O O + NH3 O HOOC-CH -CNH2 CH2-COH O O HOOC-CH -COH CH2-CNH2 O + O RCL X -O-CO-R OR L 离离 去去 基基 H

13、OH HOR HNH2 亲核试剂亲核试剂 通式通式: O RCNu + HL + HNu 能够提供酰基的化合物称为酰化剂。酰卤、酸酐是 常用的酰化剂。 由酰化剂与含活泼氢的化合物的反应称为酰化反应， 又叫做酰基转移反应。 醇或胺的酰化反应在有机和药物合成中有重要意 义，如：用以制备前体药物，或增加药物的脂溶性， 以改善体内吸收；或降低毒性，提高疗效等。在有机 合成中也常用于保护羟基或胺基。 化合物A，分子式为C4H6O4，加热后得到分子式为 C4H4O3的B，将A与过量甲醇及少量硫酸一起加热得分子 式为C6H10O4的。B与过量甲醇作用也得到C。A与 LiAlH4作用后得分子式为C4H10O2

14、的D。写出A，B，C， D的结构式。 A. CH2COOH CH2COOH B. O O O C.H2C H2C COCH3 COCH3 O O D.CH2CH2OH CH2CH2OH 2、酰基亲核取代反应的机理、酰基亲核取代反应的机理 亲核加成亲核加成-消除消除历程。分2步： 1.亲核试剂进攻酰基碳发生亲核加成，形成中间体 2.中间体发生消除反应，形成取代产物 加 成 R C O L N u R C N u O L 消除 R C O Nu L Nu= H2O，ROH，NH3，RNH2 L=X， OCR O ORNH2(R) ， ， 反应速率受羧酸衍生物结构中的电子效应和空间 效应的影响，因而

15、与亲核加成和消除两步反应均有关 系。 第一步亲核加成，形成四面体的氧负离子中间体， 如果羰基碳上所连的基团吸电子 效应越强，且体积较 小，则使中间体稳定，有利于加成，反应速率就快； 反之则不利于加成，反应速率就慢。 -L基团吸电子效应强弱是： -X-OCOR-ORNH2。 第二步消除反应时，其反应速率与离去基团L-的 碱性强弱有关，碱性愈弱愈易离去。L离去的倾向越 大，反应速率越快。 L -的碱性强弱顺序是： NH2- RO- RCOO- X-， 所以，L -的离去能力是： X- RCOO- RO- NH2- 羧酸衍生物亲核取代反应的活性顺序为： RCX O RCOCR OO RCOR O R

16、CNH2 O RCOOHRC O OCR O RCOOR RCONH2 RCOCl ROH ROH ROH H+ OH-/H2O H+ 或 或 或 H2O PCl3SOCl2 P2O5 H2O NH3 NH3 NH3 H+ OH- H2O NH3 酰氧断裂依据下列途径：HO-进攻酯分子中羰基碳 原子，发生亲核加成反应，生成四面体中间体，再脱 去烷氧负离子： 氢氧离子与羰基加成生成四面体中间体是最慢的 一步，是决定水解速度的一步，反应速度与带负电荷 的四面体中间体稳定性有关。 ， ， 反应速度：吸电子 空间位阻 反应速度 反应速度 酯的碱性水解：（P165） 下列化合物水解反应速度最慢的是( )

17、 C6H5COCH3 O C6H5C O Cl C6H5CO O ()2 C6H5CNHCH3 O B. A. C. D. E. pClC6H4CCl O D 脲(尿素尿素): H2N-CO-NH2，碳酸的二元酰胺。 CO(NH2)2 + HNO3 CO(NH2)2 HNO3 尿素与硝酸(或草酸)生成不溶性盐,常利用此性质由 尿中分离尿素. 1、 弱碱性弱碱性：不能使石蕊试纸变色, 只能与强酸成盐。 三、碳酸衍生物三、碳酸衍生物 （一）脲(尿素尿素): (2) 水解反应水解反应： CO(NH2)2 + H2O 酶 CO2 + 2 NH3 H2O HCl D D CO2 + 2 NH4Cl Na

18、OH D D 2 NH3 + Na2CO3 (3) 与亚硝酸反应与亚硝酸反应放氮放氮 H2N-CO-NH2 + HNO2 CO2 + 2 N2 + 2 H2O 这是定量测定尿素的常用方法之一。 (4) 缩二脲的生成和缩二脲反应缩二脲的生成和缩二脲反应 缩二脲在碱性介质与极稀的硫酸铜溶液产生紫 红色的颜色反应，叫做缩二脲反应缩二脲反应。 NH2-C-NH2 O HNH-C-NH2 O + D D NH2-C-NH-C-NH2 O O + NH3 缩二脲 CuSO4/OH- 紫红色溶液 凡分子中含有2个以上酰胺键-CO-NH-CO-NH- 的化合物如多肽、蛋白质等，都有这种颜色反应。 临床上利用缩

19、二脲反应测定血清总蛋白含量。 （三）（三）. 胍胍 NH2-C-NH2 NH 有机强碱(pKb=0.52), 与季 铵碱、KOH相似, 能吸收空气中 CO2生成稳定的碳酸盐，易水解 生成尿素和氨。 胍，亚氨基脲 NH2-C-NH2 NH 2 CO2 + H2O NH2-C-NH2 NH2 + ( )2 CO32- 共轭作用使胍基正 离子稳定性增强 NH2-C-NH2 NH H2O Ba(OH)2 NH2-C-NH2 O NH3 NH2-C-NH NH 胍基 NH2-C NH 脒基 许多胍的衍生物都具有良好的药理作用。如： O N CNHCNH2 HCl NH NH N CH2CH2NHCNH2

20、 1/2H2SO4 NH 胍乙啶 降压药 病毒灵 3.丙二酰脲丙二酰脲 ：巴比妥酸巴比妥酸类化合物 C C2H5 C2H5 CO-OEt CO-OEt C=O H-NH H-NH + NaOEt EtOH 6070% NH N H O O O Et Et 可由脲与丙二酰氯，或在乙醇钠存在下与丙二 酸二乙酯反应制得。 丙二酰脲的酮式丙二酰脲的酮式- -烯醇式互变异构：烯醇式互变异构： N-H N H O O O O O-H N N H O O-H N N O-H O O-H N N O-H HO 本本 1. 羧酸衍生物的分类 酰卤、酸酐、酯、酰胺 2. 命名 酰卤/酰胺：酰基名卤素名/(某)胺 酸酐：羧酸名酐 酯：酸名醇名酯 3. 化学性质 亲核取代：水解/醇解/氨解(亲核加成消除历程) 酰化反应活性: 酰卤 酸酐 酯 酰胺 4. 脲的性质 弱碱性、水解、缩二脲的生成反应、 缩二脲反应及其应用 章章 要要 点点 作业 P170 12-4 1,3,5,6,7,9 12-5 2,4,6,8 12-6 1,4,6,8 12-9 1 THE ENDTHE END