第十一章羧酸及其衍生物
合集下载
第十一章羧酸衍生物
丙二酰脲本身无医疗作用，但它的亚甲基上的两个氢原子 被烃基取代后的化合物在临床上具有镇定和催眠的作用，是 一类对中枢神经系统起抑制作用的镇静剂和安眠药，总称为 巴比妥类药。
O H N O N H C2H5 C2H5 O O H N
O C2H5 (C H2)4C H3 N H O
巴比妥
O H N O N H C2H5 C6H5 O H
酰卤、酸酐的水解、醇解、氨解看成是水、醇、 氨 ( 胺 ) 分子中的一个氢 ( 醇必须是羟基上的氢，胺必 须是氮上的氢 ) 被酰基取代。实际上是在水、醇、氨 (胺)分子中引入一个酰基，所以这类反应又称为酰化 反应或酰基转移反应 在酰化反应中，水、醇、氨 ( 胺 ) 接受酰基，而羧酸 衍生物提供酰基，因此，羧酸衍生物被称为酰化剂。 羧酸衍生物发生酰化反应的活性强弱次序为： 酰卤＞酸酐＞酯＞酰胺 用途较广的酰化剂是酰卤、酸酐。其中乙酰氯、乙酸 酐是常用的、优良的乙酰化试剂。
O R—C—OR’’ + HNH2
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 酯的醇解也叫酯交换反应—由低级醇酯制备高级醇酯， 需酸或醇钠催化 酰胺 酰胺的醇解可逆；需过量醇才能生成酯 酯
COOC2H5 + HOCH2CHN(C2H5)2 NH2 对氨基苯甲酸乙酯 cat alyst
乙酰辅酶A
CH3COOCH2CH2N+(CH3)3OH乙酰胆碱
乙酰胆碱是体内一种重要的传递神经冲动的物质即神经 递质，与人的记忆有密切的关系。
四、碳酸衍生物
（一） 尿素[CO(NH2)2] 尿素又叫脲，它可以看成是碳酸的酰二胺。 1．弱碱性 H2NCONH2 + HNO3 H2NCONH 2. HNO 3
第十一章羧酸衍生物
三、酯的命名
一元醇与一元酸生成的酯称某酸某（醇
或酚）酯；多元醇酯称为某醇某酸酯；内酯 用希腊字母标明原羟基的位置，称某内酯。
O
COOCH3
CH2-O-Cll -CH3 l
COOH CH2-O-Cll-CH3
H3C
O
O
O
邻苯二甲酸甲酯 乙二醇二乙酸酯 γ-戊内酯
四、酰胺的命名
简单的酰胺是在酰基名称后加“胺”或
（三）酯缩合反应
具有α-H的酯，在醇钠的作用下能发生类 似醇醛缩合反应。——Claisen缩合反应
CH3COOCH2CH3CH3CH2ONa -CH2COOCH2CH3
OCH3C CH2COOCH2CH3
OCH2CH3
CH3CO CH2COOCH2CH3 + CH3CH2O-
COOC2H5 + CH3COOC2H5NaOC2H5 COCH2COOC2H5 + C2H5OH
第十一章 羧酸衍生物
酰卤 酸酐 酯 酰胺
O ll R-C-X
R-OCll -OOlCl R O
RCll -ORˊ
O ll R-C-
O R-Cll -NH2 (-NHR,-NR2)
酰基
第一节 羧酸衍生物的命名
酰基的名称是将其羧酸的名称的“酸” 字改成“酰基”。
O
CH3C OH 乙酸
O
CH3C 乙酰基
交叉Claisen酯缩合反应
三、碳酸衍生物
氨基甲酸酯 脲（尿素） 胍 丙二酰脲
四、尼龙和聚酯
CH3CONH2 + NH2CH3 CH3CONHCH3 + NH3
（二）酰基亲核取代反应的机制
O R-lCl —L+:Nu
第十一章羧酸及其衍生物
第十章羧酸及其衍生物【教学重点】羧酸及其衍生物的化学性质、丙二酸二乙酯和乙酰乙酸乙酯在合成上的应用。
【教学难点】诱导效应、酰基上的亲核取代反应机理。
【教学基本内容】羧酸的结构；羧酸的制备方法；羧酸及其衍生物的物理性质；羧酸的化学性质——羧酸的酸性及影响酸性强度的因素（诱导效应、共轭效应和场效应）；羧酸衍生物的生成；羧基的还原反应；脱羧反应；α-氢原子的卤代反应。
羟基酸的制备方法（卤代酸水解、羟基腈水解、Refomatsky反应）、羟基酸的化学性质——酸性、脱水反应、α-羟基酸的分解。
羧酸衍生物的化学性质——酰基上的亲核取代反应（水解、醇解、氨解）及其反应机理；还原反应；与Grignard反应；酰胺氮原子上的反应（酰胺的酸碱性、脱水反应、Hofmann降解反应）。
乙酰乙酸乙酯的制备方法（Claisen酯缩合）；乙酰乙酸乙酯的化学性质——酮式-烯醇式互变异构、酸式分解和酮式分解；乙酰乙酸乙酯在合成上的应用。
丙二酸二乙酯的制备及在合成上的应用。
Ⅰ目的要求羧酸是含有羧基(—COOH)的含氧有机化合物，我们平常所说的有机酸就是指的这类化合物。
所谓羧酸衍生物，包括的化合物种类很多，诸如羧酸盐类、酰卤类、酯类(包括内酯、交酯、聚酯等)、酸酐类、酰胺类(包括酰亚胺、内酰胺)等都是羧酸衍生物，有人甚至把腈类也包括在羧酸衍生物的范围之内。
其实，比较常见的而又比较重要的是酰卤、酸酐、酯和酰胺这四类化合物。
羧酸盐与一般无机酸盐在键价类型上没大区别，不作专门介绍。
至于腈类，将放在含氮化合物中加以介绍。
这四类化合物都是羧酸分子中，因酰基转移而产生的衍生物，所以又叫羧酸的酰基衍生物。
羧酸及其衍生物RCOL(L：－OH、－X、－OOCR′、－OR′、－NH2)在许多重要天然产物的构成以及在生物代谢过程中均占有重要地位。
本章将以饱和一元脂肪酸为重点，讨论羧酸及其衍生物的结构和性质。
鉴于乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有机合成上的重要地位，本章作概括介绍。
第十一章 羧酸衍生物
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′
2-氯甲酰基苯甲酸
3-甲酰基苯甲酰胺
第二节
物理性质
第三节
化学性质
一、水解、醇解和氨（胺）解反应
邻苯二甲酸酐
phthalic anhydride
乙（酸）丙（酸）酐 acetic propanoic anhydride
（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
benzamide
N-甲基苯甲酰胺 N-methylbenzamide
苯甲酰氯 benzyl chloride
4-甲基戊酰溴 4-methylpentanoyl
bromide
（2） 酯的命名
• 由生成酯的酸和醇的名称决定，称为某酸某酯。
内酯命名用内酯代替原来酸的 “酸” 并标明羟基
的位置。
乙酸乙酯 ethyl benzoate
苯甲酸乙酯
ethyl benzoate
3-甲基苯甲酸乙酯 ethyl 3-methylbenzoate
有机化学 Organic Chemistry
主讲 陈明
中国药科大学
Chapter 11 羧酸衍生物
Derivatives of Carboxylic Acids
• 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（acylhalide）、酸酐（anhydride）、 酯（ester）、酰胺（amide）、和腈（nitrile）。
第11章羧酸及其衍生物素材
(3)
H3 C
Ph
CH2CH2Br O O CH3ONa CH3OH CH2CH2Br O O Ph COOCH3 CH2 H2C O Br OCH3
Ph H3C O H3C Ph
COOCH3
H3C
Ph
CH2CH2Br O O Ph OCH3 COOCH3 H3C
Ph
CH2CH2Br O O OCH3
CH3CH2CONH2
P2O5 △
CH3CH2CN
羧酸及其衍生物的性质。
O
(7)
O OH O O
2
△ H2O
CrO3, OH O
N O
2
O
HCN
2
OH H3O CN
2
OH COOH
O O
仲醇的氧化；酮与HCN加成；腈的彻底水解；交酯的合成。
(8)
CH3 CH3
H3CH2C CH3COCl AlCl3 H3C
COOCH3
D. CH3COOC2H5
(2) A.
NO2
B.
CH3
C.
（1）A＞B＞D＞C；
（2）A＞C＞B。
11-3 比较下列酸在H+催化下进行酯化反应的速 率。
(1) HCOOH (2) CH3COOH (3) CH3CH2COOH (4) (CH3)2CHCOOH
（1）＞（2）＞（3）＞（4） 11-4 完成下列反应。
B 的亚硫酸钠加成物
H3O 分液
H+ 分液
蒸馏有机相
C
干燥 蒸馏
水溶性物质
B(有机相)
蒸馏
A C
B 分出的A,B,C可根据化合物的沸点鉴别
(2)
第十一章 羧酸衍生物
乙酰苯胺
N－甲基苯甲酰胺
§2 Properties
一、 结构分析
-L为卤素、酰氧基、烷氧基和氨(胺)基,均为吸 电子基,卤素和酰氧基以-I效应为主,羰基碳带有 更多的正电荷,更易发生亲核加成反应;烷氧基和 氨(胺)基以+C效应为主,较难发生亲电加成。 L基团的总效应(-I/+C): 吸电子能力越强(相对
C NH2 + H N O O
H2N
C NH C NH2
缩二脲反应: 分子中含两个以上酰胺键结构的 化合物, 其碱溶液遇硫酸铜显紫红色(紫色)的 反应(多肽等).
( 三) 胍
1．强碱性： pKa =13.8，与KOH相当
胍为何具有强碱性?
2. 游离胍易水解
(四) 丙二酰脲
制备方法
O CH 2 C OC 2H 5 + C OC 2H 5 O H H N H N H O C CH 2 C O N H H N C = O + 2C2H5OH C =O C2H5ONa
CH3 CH2= CCOOCH3
CH2OOCCH3 CHOOCCH3 CH2OOCCH3
COOCH2CH3 COOH
a－甲基丙烯
酸甲酯
丙三醇三乙 草酸氢乙酯 酸酯
酰胺:
酰基+胺或某胺, 酰胺氮原子有取代 基, 取代基前+”N” , -线隔开.
O CH3 C NH2
O CH3 C NH
乙酰胺
O C NH CH3
CONH(CH2)3CH3 苯 菌灵(杀 菌剂)
(二) 脲（尿素）
弱碱性
O H 2N C O H 2N C NH 2 + NH 2 + HNO3 H 2N O HNO3 C NH 2 · O H 2N
第11章 羧酸衍生物
二、酸酐的命名
2. 混酐命名方法: 简单或低级酸在前，复杂或高级酸在 后，再加上“酐”字。
甲乙酐
乙丙酐
3. 环酐命名方法: ：在二元酸的名称后加酐字。
2-甲基丁二酸酐
邻苯二甲酸酐
§1
羧酸衍生物的命名
三、酯的命名 酯—— 以相应的酸和醇来命名，酸前醇后，再加一个 “酯”字。
O CH3C O C2H5
O O R-C-OR// + R/-C-OH
O R-C-OR// + R/-OH （酯交换
反应）
反应活性顺序为： 酰氯 ＞ 酸酐 ＞ 酯 ＞ 酰胺
2. 醇解
酰氯醇解可用来合成较难直接由羧酸酯化的酚酯 。
-OH + CH3CH2COCl
吡啶
CH3CH2COO-
+ HCl
能够提供酰基的化合物称为酰化剂（acylating reagent) 。酰卤和酸酐是常用的酰化剂。
O CH3C
乙酰氯
(acetyl chloride)
O
Cl
C Br
苯甲酰溴
(benzyl bromide)
§1
羧酸衍生物的命名
二、酸酐的命名 1. 单酐命名方法: 在酸字后加“酐” 字。
O
O
CH3C O CCH3
O O C O C
苯甲酸酐
(benzoic anhydride)
乙酸酐
(acetic anhydride)
化学性质
（三）、酯缩合反应
缩合反应是指两个或多个有机分子在缩合剂存在下结合 成较复杂的分子，同时放出H2O、NH3、HX、R-OH等简单分子 的反应。 酯缩合反应:一分子酯的α－H被另一分子酯的酰基取代 生成酮酸酯，称为酯缩合反应或 Claisen缩合反应。 O O O O β α C H ONa RCH2C-OC2H5 + H-CHCOC2H5 2 5 RCH2C-CHCOC2H5 R R = + = = =
11羧酸及其衍生物
第11章 羧酸及其衍生物
O
O
R
羧基
C OH
O R-C-X
R-C O
R-C O
酰卤
酸酐
O R-C-OR'
酯
O R-C-N2H
酰胺
（R或R'可以是Ar或H）
COOH
OCOCH3
阿司匹林 1
11.1 羧酸的分类、命名和结构
1）羧酸的分类 ① 按烃基不同：
② 按－COOH数目：
一元酸 CH3COOH
、二元酸
拉-( -I>+C)
-NO2, -CN ,-COOH, -SO3H ,-CHO, -COR 等
13
C. 二元酸
二元羧酸可以发生二级电离，通常Ka1 > Ka2
① 酸性：二元酸的酸性>一元酸的酸性； 原因：两个－COOH，且－COOH有较强的－I效应。
② HOOCn-＞ 2()n1CH-COOHn越小，1越 pK小 a ，酸性
5
CH CHCOOH
3-溴环己基甲酸
3苯基丙烯酸（肉桂酸）
6
11.2 羧酸的物理性质
➢ 物态：C1－C3刺激臭味液体；C4－C9腐败气味油状液体； C10以上羧酸为固体。
➢水溶解度：大于分子量相近的醇、醛、酮； 随R↑，水溶解度↓，C10以上羧酸不溶于水。
原因：羧酸中的羟基H和 O-羰 HO基H O-H 可与水形成氢键C： H3-C-OH
1）一元脂肪酸
• 一元羧酸加热下难以脱羧! 但α-C上有强吸电子基， 或β-C为羰基等不饱和键时，脱羧容易发生。
Cl3C-COO H
CHCl3 + CO2
O
O
CH3C-CH2-C-O H
O
O
R
羧基
C OH
O R-C-X
R-C O
R-C O
酰卤
酸酐
O R-C-OR'
酯
O R-C-N2H
酰胺
（R或R'可以是Ar或H）
COOH
OCOCH3
阿司匹林 1
11.1 羧酸的分类、命名和结构
1）羧酸的分类 ① 按烃基不同：
② 按－COOH数目：
一元酸 CH3COOH
、二元酸
拉-( -I>+C)
-NO2, -CN ,-COOH, -SO3H ,-CHO, -COR 等
13
C. 二元酸
二元羧酸可以发生二级电离，通常Ka1 > Ka2
① 酸性：二元酸的酸性>一元酸的酸性； 原因：两个－COOH，且－COOH有较强的－I效应。
② HOOCn-＞ 2()n1CH-COOHn越小，1越 pK小 a ，酸性
5
CH CHCOOH
3-溴环己基甲酸
3苯基丙烯酸（肉桂酸）
6
11.2 羧酸的物理性质
➢ 物态：C1－C3刺激臭味液体；C4－C9腐败气味油状液体； C10以上羧酸为固体。
➢水溶解度：大于分子量相近的醇、醛、酮； 随R↑，水溶解度↓，C10以上羧酸不溶于水。
原因：羧酸中的羟基H和 O-羰 HO基H O-H 可与水形成氢键C： H3-C-OH
1）一元脂肪酸
• 一元羧酸加热下难以脱羧! 但α-C上有强吸电子基， 或β-C为羰基等不饱和键时，脱羧容易发生。
Cl3C-COO H
CHCl3 + CO2
O
O
CH3C-CH2-C-O H
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
COOH
NO2
3.49
上海交通大学化学化工学院
表 11.2 常见取代苯甲酸的pKa
取代基 o
m
p 取代基 o
m
p
H
4.20 4.20 4.20
I
2.86 3.85 4.02
CH3 3.91 4.27 4.38 OH 2.98 4.08 4.57
C H 3-C H -C O O H OH
2-羟基丙酸（乳酸）
COOH COOH
乙二酸 (草酸)
HOOCCH CHCOOH
（2）-丁烯二酸
HOOCCH-CHCOOH Et Me
2-甲基-3-乙基丁二酸
上海交通大学化学化工学院
C6H5CH CH COOH 3-苯基丙烯酸（肉桂酸）
上海交通大学化学化工学院
五、 化学性质：
O CC H OH
氢的反应
脱羧反应 酸性 羰基碳原子上的亲核反应
上海交通大学化学化工学院
1. 酸性：
O RC
O
ROOH + H2O
O
RC O
O RC
C H 3 C H 2 C H (C H 3 )C O O H 2(α)-甲基丁酸
C H 3C H 2C C H C O O H
C H 3 3-甲基-2-戊烯酸 或β-甲基-α-戊烯酸
C H 3C H 2
H
CC
C H 3
C O O H
反(E) 3-甲基-2-戊烯酸
上海交通大学化学化工学院
11．1 羧酸的结构、命名和性质
一. 结构：
A
O RC B
有 子A 电C:正–C O-性C π减键p 弱a 和i，键 p不–,B π利共:p 亲轭-p 核，a 反i导共 应致，轭 羰同,基羰 时C羟基 原基C 原 子 电
O H氧氧 原子原 上子 电上 子电 云子 密度云 减密 低度 ，减 氢原低 子,氢 易原 解子 易 解 离
H C O O H > C H 3 C O O H > C H 3 C H 2 C O O H > ( C H 3 ) 2 C H C O O H > ( C H 3 ) 3 C C O O H
pKa值 3.77 4.74
4.88
4.96
5.05
上海交通大学化学化工学院
（2） 取代基的诱导效应随距离的增加作用迅速下降，例如：
C H 2 C H 2 C H 2 C O O H < C H 3 C H C H 2 C O O H < C H 3 C H 2 C H C O O H
O H
O H
O H
pKa值
4.70
4.50
3.86
（3） 羧酸的α－碳上的氢被烷基逐一取代后，酸性减弱，例如：
上海交通大学化学化工学院
（4） 二元酸的有两个离解常数K1和K2，K1»K2。其酸性大小 与两个羧基的相对距离有关，两个羧基相距越近影响越大， 因此，二元羧酸的pKa1一般小于一元羧酸的pKa。例如：
pKa1值
草酸 < 丙二酸 < 丁二酸 < 乙酸
离——有酸性。
பைடு நூலகம்
s p 2 二、分类
芳香
饱和
一元
脂肪
不饱和
多元
上海交通大学化学化工学院
三. 命名：
命名不饱和羧酸时，选择含有羧基和不饱和键的最长碳 链为主链，按碳原子数称为某酸。
5
4
3
2
1
C H 3
C H 2 C H 2 C H 2
C H 2
C O O H
RCOONa + H2O (RCOO)2 Mg+H2O 2RCOONa + CO2 + H2O
用于分离酚和羧酸
RCOOH + NaCl
上海交通大学化学化工学院
影响羧酸酸性的因素：
1. 诱导效应（I）Induce
（1） 取代基团的电负性越强，吸电子性越强，取代酸的酸性就越强。 例如：
ICH2COOH < BrCH2COOH < ClCH2COOH < FCH2COOH
PKa值 3.16
2.90
2.87
2.67
一般s成分越多，电负性越大，例如：
CH3CH2CH2COOH < CH2=CHCH2COOH < C HC H C H 2C O O H
pKa值 4.82
4.35
3.32
上海交通大学化学化工学院
1.27
2.85
4.21
4.75
电离后的羧基负离子对第二个羧基有+I效应，使得第二个羧基 较难离解，所以总是pKa1> pKa2。
上海交通大学化学化工学院
2.共轭效应（conjugate）
COOH NO2
COOH
pKa值 2.21
NO2
3.42
O
稳定, H 易电离
RCOO +H3O
Ka
[RCOO][H3O ] [RCOOH]
PKa lg Ka, PKa较小
上海交通大学化学化工学院
RCOOH + NaOH RCOOH + MgO 2RCOOH + Na2CO3
NaHCO3
RCOONa +HCl
各基团的次序为： - I 效 应 ： － N O 2 > － C N > － C O O H > － C O O R > － C = = O > － F > － C l> － B r > － I
> C C > － O C H 3 > － O H > － C 6 H 5 >C C > H + I 效 应 ： － ( C H 3 ) 3 C > － ( C H 3 ) 2 C H > － C H 2 C H 3 > － C H 3 > H
Cl
2.89 3.82 3.97 OCH3 4.09 4.09 4.47
CH2COOH
α-萘乙酸
COOH
环戊基甲酸
上海交通大学化学化工学院
四、物性： • 溶解度：低级酸溶于水，随分子量增大水溶性逐渐
减小。 • 低级二元羧酸溶于水，不溶于有机溶剂（氢键），
如草酸。 • bp 高，大于同分子量的醇。
• mp : 偶数碳 >前后相邻的奇数碳原子的熔点