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：R C L O δ+δ-:Nu-亲核加成R C LO NuR C Nu O 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)RRRCCC OO O : B: L BLB+-:L -（2）酸催化（酰基质子化增加酰基碳的电正性）L-R R COH O OH BL+++BH:L OH +H+C O R CL:BC3、“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 δ+↑、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：HX > RCOOH > ROH>NH 3碱性：NH 2->RO ->RCOO ->X -，则离去能力为：NH 2-﹤RO -﹤RCOO -﹤X -；羧酸衍生物亲核取代活性分析如下：①酰卤：R C X O卤原子具有-I>+C 的电子效应，使C δ+↑↑，亲核活性↑↑；且X -最易离去，消除活性↑↑。

②酰胺：R C NH 2O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 δ+↓↓，亲核活性↓↓；且NH 2-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 δ+↓，亲核活性↓（给电子能力较氨基弱，因此酯中C δ+比酰胺↑）；且RO -比NH 2-易离去，消除活性较酰胺↑。

④酸酐：O RCOCR(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 δ+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'COOHRCOOH RCOCl + HOH+ HCl RCOOR' + H 2+-RCONH 2 + H 2O 回流RCOOH + NH 4+RCONH 2 + H2O回流RCOO - + NH 3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）：NH 2O + HNO 2H 2SO 4oOH O（2）醇解①酰氯活性大，反应容易进行，常用于制备酯：COCl + HOC(CH 3)3COOC(CH 3)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' + RCOOH R'OHRCO O COROCH 2COOCH 3CH 2COOHCH 3OHCH 2COOCH 3OO3CH 2COOCH 3H3H 3COCCH 2CHCOOHO CH 3CH 3OHH 3COCCH 2CHCOOCH3O CH 3③酯的醇解得到新的酯和新的醇，故又称酯交换反应：RC OR'O+ R''OHRC OR''O+ R'OH +-酯交换反应的应用：（i ）药效弱的酯 药效强的酯NH 2COOEtHOCH 2CH 2NEt 2NH 2COOCH 2CH 2NEt 2+ 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：OCCH 3H 3COC O O OHH 3COC O解：33OCCH 3H 3COCO O OH H 3COCO + CH 3COOCH 3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：3H 33OCCHH 3COCO O+ CH OHOH H 3COC O + CH 3COOCH 3（iii ）生命体内亦有酯交换反应 CH 3C OS CoA 乙酰辅酶A + HOCH 2CH 2N +(CH 3)3OH -胆碱CH 3C OOCH 2CH 2N +(CH 3)3OH -乙酰胆碱+ HS CoA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）：RCONH 2CH CH OH +RCOOCH 2CH 3 + NHNH 4+（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 + NH R'2RCONR'2 + HCl(RCO)2O + NH R'2RCONR'2 + RCOOHO OO CONHRCOOHN-R + RNH 2OORC OR'O+ NH R''2RC NR''2O+ R'OH RCONH 2 + CH 3NH 2 HClRCONHCH 3 + NH 4Cl5、羧酸衍生物“亲核取代”反应小结RCO LH 2OR'OH HNR'2R C O OH R C O OR'RCO NR'2L 基团被OH 取代，或H 2O 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NR 2'取代,或HNR 2'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'O R'MgBr RCR'OH R'无水乙醚无水乙醚H 3O +（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。

RCH 2OH + R'OH4200~300 C.RCOOR' + H 2o10~30MPaCuCr 2O氧化物30MPa,250 CoNH 2RCOCl + H 2Pd-BaSO 4喹啉-硫RCHO + HCl2、金属氢化物还原法（LiAlH 4）（1）酰卤、酸酐、酯→ 醇；酰胺→ 胺（双键保留）；（2）NaBH 4能还原醛酮，不能还原酸和酯（B 2H 6可还原羧酸/双键,不能还原酯）。

例如：Et 2OLiAlH 4H 2ORCH 2OH + R'OH CON(CH 3)2LiAlH 4H 2OCH 2N(CH 3)23、金属钠还原酯——鲍维特～勃朗克反应酯Na, EtOH醇（双键保留）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：2COOCOCH 3C HOHCH 2COOCOCH 3C HCHCOOCOCH 3C HCHCOOH + CH 3COOH-H 2OH 2O（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RCH 2COOC 2H 5 + H CHCOOC 2H 5RRCH 2COCHCOOC 2H 5REtONa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：+CH 2COOEtCH 2COOEt HCOOEtNaOEt OHC CHCOOEtCH 2COOEt + 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。

CCH 3OO+CH 3+ EtOHCCH 2CCH 3O（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：CH 2CH 2CH 2COOEt CH2CHCOOEtCH 3:BCH 2CHCOOEt CH 2CH 3O COOEt CH 3+O CH 33、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：O OO O EtOO O例如：OO+EtO -OCOOEtCOOEt+EtOHO OONPhCHCH 2CPh OCH(COOC 2H 5)2 CH 2(COOC 2H 5)2 +（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。