11羧酸衍生物

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3oROH的水解只能用新的机理来解释。
27
*5)腈的水解
O
RC
H+或OH-
N H2O R
C
NH2
H+或OHH2O
RCOOH
碱水解机理:
OH-
RC N
OH
OH
H OH
R C N -OH- R C NH
O R C NH2
28
酸水解机理:
RC
N H+
R
C N+H H2O
R
OH2 C NH
_ H+
OH R C NH
21
• 2)酸性水解(羧酸酯化反应的逆反应)
O CH3CO18C2H5 + H2O
O
H+
CH3COH + C2H5O18H
同位素跟踪结果表明:酸性水解时,也发生 酰氧键断裂。
22
机理 (a):
O
H
R C OR'
OH R C OR'
OH R C OR'
H2O
OH
- HOR'
R C OR'
R
H
HO
OH
需使用化学计量的 H+ 或 OH
13
影响羧酸衍生物反应活性的因素:
A、由羰基的亲电性分析(亲核加成步骤) 氧负离子中间体的稳定性与G的吸电子能力相关
-G 吸电子能力: -Cl >-RCOO>-RO>-NH2
14
共轭作用 O
RCX
诱导作用
O R C OR'
O O
R C NH2 RCL
电负性:Cl > O > N

O
SOCl2
O
R'OH
R C OH
R C Cl
Et3N or 吡啶
•优点:反应完全,产率好。
O R C OR'
31
2)酸酐的醇解反应(合成上用于制备酯)
O
O
R'OH
R CO CR
O
O
R C OR' + R C OH
O
C2H5OH
O
COOEt
COOH
O
二酸单酯
COOEt COOEt
32
3)酯的醇解反应(酯交换反应)
P2O5 H2O
O
O
R CO CR
O R C NHR'
R'OH R'NH2
O
R C OR'
40
2 与金属有机试剂的反应
(1)与格氏试剂的反应
O RCW + R'MgX
R'MgX
OMgX R C R'
OMgX R C W -WMgX
R'
OH
H2O
R C R'
R'
R'
O RCR'
41
eg 1:
CH3O
溶 于水的酰卤须用有机碱催化。 (3) 3o胺不能发生酰基化反应。
36
O
O
NaOH
CH3CCl + (C2H5)2NH
CH3CN (C2H5)2 + NaCl + H2O
O O NH3
O
-NH3 -OH -
O
OH NH2
O
NH3
O
+
-H+
NH2
O
O ON+ H4 NH2
O
O
NH
O
37
• 酰氯和酸酐的胺解是制备酰胺的主要方法
20
碱性水解的讨论
1 碱性水解速率与 [-OH]成正比。
2羰基活性越大,-C空阻越小,酯基空阻越 小 ,反应速率越快。
CH3COOCMe3 Me3CCOOEt CH3COOEt ClCH2COOEt
V相对 0.002
0.01
1
296
3形成的四面体中间体能量越低,反应速度越 快 。(能分散负电荷的取代基对反应是有利的) 4 酯的碱性水解是不可逆的。 5 碱的用量要超过催化量。
碳-杂原子键具 某些双键性质
O RCL
O-
RCL
+
OR C L+
9
O
H C NH2 CH3 NH2
C N: 137.6
147.4ppm
O H C OCH3 CH3 OH C O: 133.4 143.0ppm
R CN
RCN
RCN
10
12.3 羧酸衍生物的化学性质
-H的活性
O 可加成至饱和 R CH C W 离去基团
O CH3CNH2
SO2NH2
pKa ~15.1
~10
O NH
O
9.62
O

NH 酸 性
O
8.3
47
O NH
丁二酰亚胺
HBr +
O O
NBr Br2 取代反应
O
N-溴代丁二酰亚胺
KOH 酸碱反应
O N -K+ + H2O
O
丁二酰亚胺的钾盐
48
(2)霍夫曼(Hofmann)重排反应
O RCNH2 NaOH + Br2 RNH2
CH3 CH3CH2CHCH2CN
CN CH3CH2CHCOOH
3-甲基戊腈 2-氰基丁酸
NC(CH2)4CN
己二腈
7
羧酸衍生物的官能团作为取代基:
O C OCH3
O O CCH3
O C NH2
O
C Cl
CN
甲氧甲酰基 乙酰氧基 氨甲酰基 氯甲酰基 氰基
8
2 结构
sp2 O
RC
L (X、O、N)
RCOOCOR + H2O
+
H
RCOOR' + H2O
皂化
RCOOR' + NaOH
2 RCOOH
RCOOH + R'OH
RCOONa + R'OH
17
O
H2O
R C NHR'
H+
O
H2O
R C NHR'
OH
O R C OH + H3NR'
O R C O + H2NR'
H+ or OH 的用量均须大于化学计量
Ar NH2
CH3COCl or (CH3CO)2O
Ar NHCOCH3 氨基的保护
O R C OR' R'NH2
O
R C NHR' + HOR'
条件:无水、过量胺
38
O
O
R C NHR" R'NH2 R C NHR' + HNHR"
胺的交换
39
羧酸衍生物的相互转换关系
O
R C Cl
O R C OH
O R CX
(贡献较小)
O R C OR'
O R C NH2 (贡献较大)
羰基的亲 电 能力减 小
15
B、由离去基团的性质分析(消除步骤)
G- 的碱性:Cl- < RCOO- < RO- < NH2亲核取代反应活性顺序:
酰卤> 酸酐>羧酸酯>酰胺
16
➢(1)水解
RCOX + H2O
RCO百度文库H + HX
H2NCH2CH2COO-
50
(3)脱水反应
O
R C NH2 + P2O5
RCN + HPO3
RCOOH
NH3
RCOONH4
△ P2O5 RCN
HCl
H2O
51
11.4 碳酸及原酸衍生物
1 碳酸衍生物
O
O
S
NH
Cl C Cl H2N C NH2 H2N C NH2 H2N C NH2
碳酰氯 (光气)
O R C NH2
29
➢(2) 醇解
O
RC X
O
O
R C O C R + R'' O H
O
R C OR'
HX O
R C OR'' + RCOOH
R'OH
30
1)酰氯的醇解反应
O
R'OH
O
R
C Cl
Et3N or 吡啶
R
C
OR' + Et3NHCl or
N H
Cl
• 碱的作用: 吸收产生的 HCl 和 催
酰氯,酸酐,酯
O
LiAlH4
R CH
RCH2OH
伯醇
O
LiAlH4
R C NH2
H2O
RCH2NH2
伯胺
44
LiAlH4
CH3C N
CH3CH2NH2
(2)催化氢化还原------罗森孟德反应
O
H2, Pd-BaSO4, 硫 - 喹啉
R C Cl
Rosenmund 反应
O R CH
(3)鲍维特-勃朗克还原
机理:
O Br2
RCNH2 OH-
O RCNHBr OH-
-H2O
O
-
-Br-
R-C-N Br
O
H2O
-CO2
R NCO
R NH C OH
RNH2
49
例:
(CH3)3CCH2CONH2 Br2 NaOH
(CH3)3CCH2NH2
O O + 2NH3 O
CH2 CH2
O C NH2 Br2 COONH4 NaOH
O R C OR'
R"OH H+ or R"O
O R C OR" + R'OH
•反应可逆,用过量的醇 R”OH 和除去生成 的醇 R’OH 使反应进行完全。
• 酸或碱对反应是必需的
• 反应机理?(参考酯的水解机理)
33
例:
+
H CH2 CHCOOCH3 + CH3(CH2)2CH2OH
CH2 CHCOOCH2(CH2)2CH3 + CH3OH
-H
C OH
H2O
O R C OH
23
酸性水解的讨论
(1)酸在反应中的作用有二: ①活化羧基 ②使OH、OR形成金羊盐而更易离去。
(2)在酯(RCOOR’)中,R有吸电子基团虽能 活化酰基,但会使关键中间体正离子能量升高, R为给电子基团亦有两种相反的作用,故表现不 出明显的影响。
24
(3)酯的酸性水解和酯化反应互为逆反应,平衡 的移动取决于反应的条件。体系中有大量水存 在,发生酯的水解。若有大量醇存在,并采取去 水措施,则有利于酯化反应。
CH3COOC CH3 3
COOC2H5 COOH
草酸氢乙酯
乙酸叔丁酯
COOC2H5 COOC2H5
草酸二乙酯
5
➢多元醇羧酸酯称“某醇某酸酯”
CH2OOCCH3 CH2OOCCH3
乙二醇二乙酸酯
6
➢腈(nitriles):CN中的C计算在内,并从此C开始编 号;氰基作为取代基时,氰基C不计在内 ;
MgX
O
+O
O
H2O
CH3O
COCH2CH2COOH
应用: 制备叔醇; 制备对称的仲醇(用甲酸酯 ) 制备二元仲醇(用内酯)
42
(2)与二烃基铜锂的反应
O R C Cl
O
R C Cl
R′2CuLi R′2Cd
O R C R′
O
R C R′
43
3 还原反应
(1) LiAlH4 还原
O R C L LiAlH4

NH H2N C NH
胍基
NH H2N C
脒基
NH H2N C NH2
H2O
O H2N C NH2 + NH3
H2N
NH2 SO2NH C NH
O
对氨基苯磺酰胍(磺胺胍)
N C NH C NH2 NH NH
吗啉胍
54
O
OH
O
HOCOH HO-C-OH HCOH
OH
OH H-C-OH
OH
OCH3 R-C-OCH3
12 羧酸衍生物
I、结构和命名 II、物理性质 III、化学性质 IV、合成方法 V、重要化合物
1
12.1 羧酸衍生物的命名
O
O R C OH
R CX
O
O
R CO CR O
RC
O
R C NH2
酰卤 酸酐 羧酸酯 酰胺
2
1 命名
➢ 酰卤 ➢ ---------酰基名称在前,卤素名称在后
CH3COCl
乙酰氯
COCl COOH
草酰一氯
CH2 CHCOCl
丙烯酰氯
C O Cl C O Cl 草酰(二)氯
3
➢酸酐 “某(酸)酐”
CH3CO 2O
O CH2C O CH2C
O
乙(酸)酐 琥珀(酸)酐
CH3COOCOCH2CH2CH3
乙(酸)丁(酸)酐
4
➢羧酸酯(ester):一元醇羧酸酯称“某酸某酯”;
H 羰基的活性
O RCH2 C W
11
1 亲核取代反应
O RCL
O Nu
R C Nu + L
取代过程:
O
亲核加
R C L成
Nu
O
RCL


Nu
O R C Nu + L 12
酰氯 易反应,直接与水反应
酸酐 较易反应,H+ 或 OH 催化更快
酯 酰胺
需 H+ 或 OH 催化, OH 用量 > 化学计量时, 反应进行完全
应用: 制备难以合成的酚酯或醇酯; 从低沸点醇酯合成高沸点醇酯:
34
4)腈的醇解反应
CH3C N + C2H5OH HCl
CH3C
NH HCl H3O+
NH4Cl
OC2H5
O CH3C OC2H5
35
➢(3)氨解
O CH3CW + NH3
O CH3CNH2 + HW
(1)反应只能碱催化,不能酸催化。 (2)不溶于水的酰卤可用NaOH水溶液催化,
RCOOR′
Na C2H5OH
RCH2OH + R′OH
不饱和键不受影响
45
(4)腈的催化氢化
CH2CN H2,Ni
120,压力
CH2CH2NH2
46
4 酰胺的特性
(1)酸碱性
碱性
中性
CH3CH3 CH2=CH2 NH3 CHCH C2H5OH H2O
pKa ~50
~40 ~34-35 ~25
~16 ~15.7
18
*1) 碱性水解(又称皂化反应)
O
O
C2H5CO18C2H5 + H2O NaOH CH3CONa + C2H5O18H
同位素跟踪结果表明: 碱性水解时,发生酰氧键断裂。
19
反应机理
O RCOR' + -OH
OR-C-OR'
OH
四面体中间体
是负离子
O RCOH + -OR'
O
O
ROH + RCO- Na+ RCONa
(4)在RCOOR1中, R对速率的影响是: 一级 > 二级 > 三级 R1对速率的影响是: 三级 > 一级 > 二级
25
CH3COOR1在盐酸中,于25OC时水解的相对速率v的 实验数据如下:
R1: CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3
v: 1
0.97
0.53
1.15(机理不同)
*3)酯的酸性水解和碱性水解的异同点
相同点 1 都是经过加成消除机理进行的,增大空阻,对反应不利。 2 都发生酰氧键断裂
26
不 同点 1 催化剂用量不同。碱大于1 mol,酸只需要催化量。 2 碱催化反应是不可逆的,酸催化反应是可逆的。 3 吸电子取代剂对碱性催化有利。对酸性催化没有明
显的影响。 4 碱性催化:1oROH > 2oROH > 3oROH 酸性催化:3oROH > 1oROH > 2oROH
碳酰胺 (脲)
硫代碳酰胺 (硫脲)
亚氨基脲 (胍)
52
2脲
O H2N C NH2 + H2O
H+ or OHNH3 + CO2
尿素酶
NH3 + CO2
COOC2H5
CH2
+
COOC2H5
H2N H2N
O C C2H5ONa O
-2C2H5OH O
NH O (丙二酰脲)
NH
53
3胍
NH H2N C NH2
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