资源简介

(共113张PPT)
Chapter 11
羧酸衍生物 碳酸衍生物
羧酸分子中羧基发生变化所生成的化合物
称为羧酸衍生物。主要有酰卤（acyl halide)、
酸酐(anhydride)、酯(ester)、酰胺(amide)、
和腈（nitrile）。
通 式
羧 酸
第一节 羧酸衍生物（carboxylic acid derivatives）
通 式
酰卤: X=Cl、Br
酯
酸 酐
酰 胺
腈
盐酸普鲁卡因（局麻药）
扑热息痛（解热镇痛药）
δ+
δ-
δ++
一、结构和命名
1. 结构（structure）
L＝ X、OR、OCOR、NHR
用共振式表示：
C－N键长：137.6pm
CH3－NH2中C－N键长：147.4pm
卤原子的电负性较大，在酰卤的共振极限式中，
电荷分离式（2）对共振杂化体的贡献很小，因
此，在共振杂化体中以（1）式为主，酰卤分子
中C-X键并不比卤代烷中的C-X键短：
2. 命名（Nomenclature）
（1） 酰卤的命名
酰卤命名是在酰基名称后加上卤素名称
4－溴戊酰溴
4－甲基苯甲酰氯
（2） 酯的命名
酯的名称由生成酯的酸和醇的名称决定。
命名时把羧酸名称放在前面，醇中烃基的名称放在后面，称为某酸某酯。内酯命名时，用内酯二字代替原来酸的酸字并标明羟基的位置。
苯甲酸乙酯
3-甲基-4-丁内酯
C
O
C
H
2
C
H
3
O
3
4
O
O
C
H
3
3－甲氧基苯甲酸苄酯
或 3－甲氧基苯甲酸苯甲酯
（3）酸酐的命名
是由相应的酸加上“酐”字组成，混合酸酐依次
写出形成酸酐的两个酸的名称，后面加上“酐”字，相对简单的酸写在前面
苯甲酸酐
乙（酸）丙（酸）酐
邻苯二甲酸酐
（4） 酰胺的命名
酰胺的命名是在酰基名称后加上“胺”字。
当 N 上有取代基时，该取代基用斜体的
“N” 标出
苯甲酰胺
N，N－二甲基甲酰胺（DMF）
邻苯二甲酰亚胺
δ －戊内酰胺
O
O
N
H
α
δ
H
O
N
（5） 腈的命名
腈是根据主链碳原子数（包括氰基碳）用“腈”命名
乙腈 苯甲腈 3-甲基戊腈
C
H
3
C
N
C
H
3
C
H
2
C
H
C
H
2
C
N
C
H
3
C
N
在命名含多官能团的化合物时，需选择一个
官能团为母体化合物，而把其它官能团作为
取代基。选作母体化合物的优先次序如下：
RCOOH > RSO3H > (RCO) 2O > RCOOR′
> RCOX > RCONHR′> RCN > RCHO >
RCOR′> ROH > ArOH > HNRR′> ROR′
羧酸 > 磺酸 > 酸酐 > 酯 > 酰卤 > 酰胺 > 腈
> 醛 > 酮 > 醇 > 酚 > 胺 > 醚
－NO2，－X，－OR等一般做为取代基
羧酸衍生物的官能团作为取代基时其名称如下：
甲氧甲酰基
乙酰氧基
氨甲酰基
氯甲酰基
氰 基
C
O
C
H
3
O
3－甲酰基苯甲酰胺
R－3－羟基－5－氧代己酸
﹡
C
H
2
C
O
O
H
C
H
2
C
C
H
3
H
O
H
O
C
H
O
C
O
N
H
2
二、物理性质(自学）
三、化学性质
（一）亲核取代反应
其中：L＝X、OCH3、NH2 、 OCOR 等
1. 各种羧酸衍生物亲核取代的活性
烃基上的推电子基团降低羰基碳上的正电荷密度，增加空间位阻，因此降低反应活性
（1） 与羰基相连的基团 ( L ) 吸电子能力；
（2） 与羰基相连的基团 ( L ) 空间体积；
（3） 与羰基相连的基团 ( L ) 的离去能力；
a. 烃基上的吸电子基团增加反应活性
离去基团的碱性越强，越不易离去。基团的离去能力顺序为：
羧酸衍生物亲核取代反应的活性顺序为：
亲核取代反应总的结果是 －L 基团被羟基、烷氧基或氨（胺）基 所取代，这些反应依次称为羧酸衍生物的水解、醇解和氨解反应。有些羧酸衍生物的亲核取代反应需在酸或碱催化下进行。利用亲核取代反应可使羧酸衍生物之间相互转化。
O
C
R
O
R
'
N
H
2
R
C
N
O
O
O
O
>
>
>
≈
O
C
R
R
C
R
C
R
C
X
2. 羧酸衍生物的亲核取代反应
（1） 水解反应（Hydrolysis）－生成酸
酸和碱都可以催化反应。
＋
－
C
O
R
X
C
O
R
O
R
'
C
O
R
O
C
O
R
'
C
O
R
N
H
2
(
N
H
R
'
)
H
2
O
H
o
r
O
H
C
O
R
O
H
H
X
H
O
C
O
R
'
H
O
R
'
N
H
3
(
N
H
2
R
'
)
（1）酰卤的水解
低级的酰卤极易水解，如乙酰氯遇水剧烈水解，
在制备时需无水条件；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 。
（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一些 。
heat
+
H
C
H
C
C
H
2
O
O
O
C
C
H
3
C
O
O
H
C
O
O
H
C
C
O
C
H
3
O
O
O
+
H2O
COH
O
COH
O
（3）酯的水解
酯水解需在 酸 或 碱 催化下进行。在酸催化下水解是酯化反应的逆反应，因此也是可逆反应。碱性条件下的水解不可逆，可以进行完全。
a. 碱性水解
RC－OR'
O
+
HO
－
+
R'OH
RC－O
O
－
酯的水解常称作皂化反应，工业上利用此反应制备肥皂
酯在水解时，分子可能在两处发生键的断裂，
一种是酰氧断裂，另一种是烷氧断裂
+
R' －OH
R－C－O－R'
O
R' －OH
R' －OH
酰氧断裂
烷氧断裂
OH
－
O
R－C－O
－
*反应机理（Mechanism）如下：
可见碱既是催化剂，又是反应试剂，所用的量超过 1 当量
S
是什么构型的？
18
C
O
O
C
H
2
C
H
3
N
a
O
H
H
2
O
1
8
C
O
O
N
a
+
C
H
3
C
H
2
O
H
CH2OCCH3
CH3
O
+
NaOH
(95-97%)
CH2OH
CH3
O
CH3CONa
+
water-methanol
heat
*酯的碱性水解反应讨论：
1. 碱性水解速率与 [-OH]成正比。
2. 羰基活性越大， －C空间位阻越小，酯基空间位阻越小，反应速率越快。
4. 酯的碱性水解是不可逆的。
5. 碱的用量要超过催化量。
CH3COOCMe3 Me3CCOOEt CH3COOEt ClCH2COOEt
V相对 0.002 0.01 1 296
下列取代的苯甲酸的碱性水解的相对速度：
R： -NO2 -Cl -H -CH3 -OCH3
相对速度： 110 4 1 0.5 0.2
这里考虑羰基活性
RCOH
O
+
R'OH
RCOR'
O
+
H2O
H+
b. 酸性水解
羧酸的伯、仲醇酯在酸催化下水解时,也是以酰氧断裂方式进行, 而叔醇则多以烷氧断裂的方式进行。
*反应机理（Mechanism）如下：
H
+
转
移
C
R
O
H
O
R
'
O
H
2
+
H
2
O
C
R
O
H
+
O
R
'
叔醇酯在酸催化下水解时，由于立体阻碍较大，
反应按烷氧断裂方式进行
+
*反应机理（Mechanism）如下：
（4）酰胺的水解
酰胺比酯难水解，一般需在酸或碱催化、
加热条件下进行
O
2
N
N
H
2
O
C
H
3
O
2
N
N
H
C
O
C
H
3
O
C
H
3
100
C
K
O
H
/H
2
O
C
H
3
C
O
O
K
+
KOH
H2O heat
CH3CNH
O
Br
CH3COK
O
+
NH2
Br
CH3CH2CHCNH2
O
CH3CH2CHCOH
O
H2O
H2SO4 heat
+
NH4
+
HSO4
–
（5）腈的水解
腈在酸或碱催化下水解成酰胺，
继续水解生成羧酸
R
C
N
H
2
O
R
C
O
O
H
-
O
H
H
+
或
C
R
O
N
H
2
-
O
H
或
H
2
O
H
+
H2O
H2SO4 heat
CH2CN
NO2
O
CH2COH
NO2
（2） 醇解反应（Alcoholysis）
＋
C
O
R
X
C
O
R
O
R
'
C
O
R
O
C
O
R
'
C
O
R
N
H
2
(
N
H
R
'
)
C
O
O
R
'
'
R
H
O
R
'
'
H
X
C
O
H
O
R
'
N
H
3
(
N
H
2
R
'
)
H
O
R
'
（1）酰卤的醇解
酰卤与醇很快反应生成酯，是合成酯的常用方法之一，
通常用来制备难以直接从羧酸与醇反应得到的酯
（2）酸酐的醇解
（3）酯的醇解－酯交换反应（transesterification）
酯交换反应常用来制备难以合成的酯
（如酚酯或烯醇酯）或从低沸点醇酯
合成高沸点醇酯
（3）氨解反应 （Aminolysis）－生成酰胺
（1） 水解反应（Hydrolysis）－生成酸
（2） 醇解反应（Alcoholysis）－生成酯
)
H
N
R
2
,
H
2
N
R
(
H
N
H
2
+
)
N
R
2
N
H
R ,
(
N
H
2
O
R
C
+
H
L
C
R
O
L
（1）酰卤的氨解
+
N
a
O
H
O
C
l
C
6
H
5
C
H
N
+
N
a
C
l
%
81
O
C
6
H
5
C
N
(2)酸酐的氨解
酸酐的活性低于酰氯，且在水中较不易水解，有些反应物易溶于水，可以在水中进行，因为胺的亲核性比水大得多。
环状酸酐与氨（或胺）反应，则开环生成单酰胺
酸的铵盐，酸化后生成单酰胺酸；或在高温下加
热，则生成酰亚胺（imide）
酰卤、酸酐的醇解和氨解又称为醇和胺的酰
化（acylation）反应，是制备酯和酰胺的常
用方法，酰卤和酸酐称为酰化剂
（3）酯的氨解
酯与氨（或胺）及氨的衍生物（如肼、羟氨等）
发生氨解反应生成酰胺或酰胺衍生物
+
+
C
2
H
5
O
H
O
C
O
C
2
H
5
O
H
H
3
C
H
2
N
O
H
N
C
H
3
C
O
H
小结:
羧酸衍生物的水解、醇解、胺解其反应活性为：酰氯>酸酐>酯>酰胺
酰氯与酸酐的醇解、胺解反应在醇或胺分子中引入一个酰基，这些反应统称为酰化反应，酰氯和酸酐称为酰化剂。
羧酸衍生物的水解、醇解、胺解的反应机理相似，一般均经历亲核加成－消除的历程，有些反应常在酸或碱的酸的催化下进行。
R
C
=
O
X
+
R'
M
g
X
无水乙醚
R
C
O
M
g
X
X
R'
R
C
R'
O
M
g
X
2
R'
M
g
X
乙醚
R
C
R'
O
M
g
X
R'
H
3
O
+
R
C
R'
O
H
R'
3. 羧酸衍生物与格氏试剂的反应
4. 羧酸衍生物的还原反应
（1）氢化锂铝还原
C
1
5
H
3
1
C
O
C
l
1.
2.
L
i
A
l
H
4
H
3
O
+
C
1
5
H
3
1
C
H
2
O
H
O
2.
L
i
A
l
H
4
H
3
O
+
C
H
2
O
H
C
H
2
O
H
1.
O
O
C
O
N
(
C
H
3
)
2
1.
2.
L
i
A
l
H
4
H
3
O
+
C
H
2
N
(
C
H
3
)
2
（2） 罗森孟德（Rosenmund）还原
C
O
C
l
H
2
,
P
d
-
B
a
S
O
4
硫－喹啉
C
O
H
+
H
C
2
H
5
O
C
(
C
H
2
)
2
C
H
2
O
O
O
O
C
l
C
2
H
5
O
C
(
C
H
2
)
2
C
P
d
/B
a
S
O
4
硫－喹啉
5. 酰胺的特性
(1) 酰胺的酸碱性
酰胺的水溶液不显碱性，
而显中性： pKa ~15.1
C
R
O
N
H
2
在酰亚胺分子中，氮原子上连接两个酰基，氮上
的电子云密度大大降低而不显碱性；同时氮氢键
的极性增强，而表现出明显的酸性，能与氢氧化
钠（或氢氧化钾）水溶液成盐
N
O
O
H
NBS
C
H
3
C
N
H
2
O
N
H
O
O
N
H
O
O
p
K
a
~
1
5
.
1
9
.
6
2
8
.
3
（2） 霍夫曼（Hoffmann）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。
R
C
N
H
2
O
N
a
O
H
+
B
r
2
R
N
H
2
该反应常用于由羧酸制备少一个碳原子的伯胺，
也可用来制备氨基酸
B
r
2
N
a
O
H
O
+
2
N
H
3
O
O
C
H
2
C
H
2
C
C
O
O
N
H
4
O
N
H
2
H
2
N
C
H
2
C
H
2
C
O
O
-
C
O
O
H
N
H
2

R
R
如果酰胺分子中α-碳原子是手性中心，
反应后手性中心的构型保持不变
（3） 脱水反应
酰胺与强的脱水剂（如P2O5、POCl3、
SOCl2等）共热可脱水生成腈，这是制
备腈的方法之一
加热
C
H
3
(
C
H
2
)
4
C
N
C
H
3
(
C
H
2
)
4
C
O
N
H
2
S
O
C
l
2
第二节
羧酸衍生物涉及碳负离子的反应
及其在合成中的应用
酯中的α-氢显弱酸性，在醇钠作用下可与另
一分子酯发生类似于羟醛缩合的反应，生成
β-酮酸酯，称为酯缩合反应或克莱森缩合反
应（Claisen condensation）
2
H
3
O
+
C
H
3
C
O
C
2
H
5
O
C
2
H
5
O
N
a
1.
2.
C
2
H
5
O
H
+
C
H
3
C
C
H
2
C
O
C
2
H
5
O
O
一、酯缩合反应
（1） 克莱森酯缩合反应
反应机理：
H3+O
只有一个α-氢原子的酯采用一个很强的碱，
如三苯甲基钠 ，才能使反应顺利进行
（2） 交叉酯缩合反应
不同的具α－H 的酯进行酯缩合时，可能有四种
产物，在合成上无意义
CH3COOC2H5 和 CH3CH2COOC2H5
不具有α-氢的酯可以提供羰基，与具有α-氢的酯
进行酯缩合反应时，可得到较纯的产物。这种缩合
称为交叉酯缩合（crossed ester condensation）。
C
O
O
C
H
2
C
H
3
C
O
O
C
H
2
C
H
3
+
C
6
H
5
C
H
2
C
O
O
C
2
H
5
C
O
O
C
H
2
C
H
3
C
O
C
H
C
O
O
C
2
H
5
C
6
H
5
1
)
C
2
H
5
O
N
a
2
)
H
+
N
C
O
O
C
H
3
+
C
H
3
C
H
2
C
H
2
C
O
O
E
t
N
a
H
N
C
O
C
H
C
O
O
E
t
C
H
2
C
H
3
常见的无α－H的酯：
苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯和碳酸酯等
（1） 克莱森酯缩合反应
（2） 交叉酯缩合反应
（3）狄克曼（Dieckmann）酯缩合
主要用于制备五元和六元环状β-酮酸酯。
α
β
（1） 克莱森酯缩合反应
（2） 交叉酯缩合反应
（3）狄克曼（Dieckmann）酯缩合
（4）酮与酯的缩合
酮与酯之间缩合或酮酸酯分子内进行缩合时，
主要产物为β-二酮。这是由于酮的α-氢酸性
强于酯的α-氢，所以在碱催化下，酮提供α-氢
形成碳负离子，与酯发生亲核加成-消除反应，
生成β-二酮
酯缩合反应是形成 C-C 键的重要反应，它可以
合成β-酮酸酯、1,3-二酮、1,3-二酯、环状化
合物等
二、酯缩合反应在合成中的应用
三、乙酰乙酸乙酯及其在合成中的应用
（1） 酮式-烯醇式互变异构
能使溴的四氯化碳溶液褪色，使三氯化铁显色，与金
属钠反应放出氢气－说明具有烯醇（ Enol）的结构
b. 与氢氰酸、亚硫酸氢钠加成，与羟胺、苯肼试剂
生成肟或腙 －说明具有酮的结构
酮式 92.5%
烯醇式7.5%
氢键稳定了烯醇式
酮式-烯醇式互变异构现象在有机化学中普遍存在，
凡C=O键α-碳原子上具有氢的化合物都可能发生。
烯醇式在平衡混合物中的含量，因化合物的结构不
同而差别很大
0.00025
C
H
3
C
O
C
H
3
C
H
3
C
C
H
2
O
H
酮 式 烯 醇 式 烯醇式含量（%） pKa
0.00025 20
0.1 13
7.5 11
76.0 9
90.0
（1） 酮式-烯醇式互变异构
（2） 酮式分解和酸式分解
C
H
3
C
C
H
2
O
C
O
C
2
H
5
O
N
a
O
H
C
H
3
C
C
H
2
O
C
O
N
a
O
（1） 酮式-烯醇式互变异构
（2） 酮式分解和酸式分解
（3） 在合成中的应用
乙酰乙酸乙酯分子中亚甲基上的氢，呈明显
酸性，这是由于它在强碱（如RONa、NaH
等）作用下其形成的碳负离子中的负电荷可
离域到两个羰基氧原子上，使其趋向稳定
负碳离子具有亲核性，可以和卤代烃或酰卤发生亲核取代反应，但是一般用1 或2 卤代烃
H2O,OH-
H3+O
C2H5O-
C2H5OH
R’－X
1. H2O, OH-
2. H3+O
经乙酰乙酸乙酯合成：
分析：(1) 产物为甲基酮，合成时一定要经过酮式分解。
(2) 将目标产物的结构与丙酮进行比较，确定引 入基团。
(3) 最后确定合成路线。
注意：当引入基团不同时，通常是先引入活性较高和
体积较大的基团
C
H
3
C
C
H
2
C
O
O
C
2
H
5
O
1
.
E
t
O
N
a
,
E
t
O
H
2
.
C
l
C
H
2
P
h
C
H
3
C
C
H
C
O
O
C
2
H
5
O
C
H
2
P
h
1
.
E
t
O
N
a
,
E
t
O
H
2
.
C
H
3
C
H
2
C
l
C
H
3
C
C
C
O
O
C
2
H
5
O
C
H
2
P
h
C
H
2
C
H
3
1
.
H
2
O
,
O
H
-
2
.
H
3
+
O
C
H
3
C
C
H
C
H
2
P
h
O
C
H
2
C
H
3
C
H
3
C
C
H
2
C
H
2
C
H
2
C
H
2
C
C
H
3
O
O
C
H
3
C
C
H
2
C
O
O
C
2
H
5
O
2
+
B
r
C
H
2
C
H
2
B
r
C
H
3
C
C
H
2
C
O
O
C
2
H
5
O
N
aH
C
H
3
C
C
H
C
O
O
C
2
H
5
O
C
H
3
C
C
H
C
O
O
C
2
H
5
O
+
C
H
3
C
C
H
C
O
O
C
2
H
5
O
C
C
H
2
C
H
3
O
1
.
H
2
O
,
O
H
-
2
.
H
3
+
O
,
h
e
a
t
T
M
C
H
3
C
H
2
C
O
C
l
练习
四、 丙二酸二乙酯及其在合成中的应用
H
2
C
C
O
O
C
2
H
5
C
O
O
C
2
H
5
丙二酸二乙酯分子中亚甲基上的氢也呈酸性（pKa＝13），在碱作用下形成碳负离子，可与卤代烷发生亲核取代反应
1. H2O,OH-
2. H3+O,heat
1.EtONa
EtOH
2.R’－X
1. H2O,OH-
2. H3+O,heat
R
－
X
C
H
C
O
O
C
2
H
5
C
O
O
C
2
H
5
R
H
2
C
C
O
O
C
2
H
5
C
O
O
C
2
H
5
E
t
O
N
a
H
C
C
O
O
C
2
H
5
C
O
O
C
2
H
5
H
2
C
R
C
O
O
H
C
H
C
R
R
'
O
O
H
C
C
O
O
C
2
H
5
C
O
O
C
2
H
5
R
R
'
思考题：如何合成下列化合物？
五、麦克尔加成（Micheal addition)
一个亲核的碳负离子与一个亲电的共轭体系（α，β－不饱和化合物)进行共轭加成（1，4－加成，Micheal addition）
反应机理：
反应中的碱：醇钠、季铵碱、OH-、三乙胺、六氢吡啶、NaNH2等
活泼氢化合物：Y-CH2-Y’
Y,Y’=-CN, -CO2C2H5, -COR, -NO2等
α，β－不饱和化合物： α，β－不饱和酯、醛、酮、腈等。
用途：合成1，5－二官能团化合物
六、达参反应（Darzen）
七、克脑文格尔（Knovenagel)反应
练习
第三节
碳酸衍生物、油脂和原酸酯
碳酰氯(光气）碳酰胺 硫代碳酰胺 亚氨基脲
S
N
H
2
H
2
N
C
N
H
N
H
2
H
2
N
C
N
H
2
O
C
H
2
N
O
C
C
l
C
l
C
l
C
l
C
O
氨甲酸酯
碳酸二酯
氯甲酸酯
+
2
2
R
O
C
O
C
l
H
2
N
C
O
N
H
2
H
C
l
R
O
C
O
O
R
H
2
N
C
O
O
R
2
+
C
O
2
H
C
l
H
2
O
R
O
H
H
C
l
N
H
3
R
O
H
N
H
3
脲
加热
+
+
N
a
O
H
/H
2
O
N
H
3
N
a
2
C
O
3
R
O
H
O
R
O
C
H
2
N
2
2
+
+
heat
heat
C
O
2
H
2
N
C
O
N
H
2
N
H
4
C
l
N
H
3
N
a
2
C
O
3
H
C
l/H
2
O
N
a
O
H
/H
2
O
（1） 脲（urea），俗称尿素
丙二酰脲， 巴比妥酸
C
O
N
H
2
H
2
N
C
O
N
H
2
H
2
N
2．胍 (guanidine)也叫亚氨基脲
胍 胍基
胍是一有机一元强碱，碱性( pKa13.8 )与氢氧化钾相当
2
2
H
2
C
O
3
C
O
2
H
2
O
N
H
H
2
N
N
H
2
C
+
+
N
H
H
2
N
N
H
2
C
[
]
.

展开更多......

收起↑