有机化学课件第十三章

➢强有机金属试剂与上述底物均反应 ➢弱有机金属试剂与上述底物选择性反应
➢要控制反应到酮的阶段，需在一定条件下应用强有机金属 试剂，如：RMgX；或使用弱有机金属试剂，如：R2CuLi, R2Cd等
1） 与RMgX的反应
O
O
R
R'MgX CL
R
C R'
1. R'MgX
R
2. H2O
Carboxylic acid derivatives
羧酸衍生物的分类、命名、光谱性质； 羧酸衍生物化学性质的共性与特性； 乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯； 酯的水解历程，氨解、醇解历程； 有机合成的方法和合成路线的选择。
羧酸衍生物的化学性质和水解历程； 乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯在合成中的应用。
羧酸衍生物 Carboxylic Acid Derivatives
乙酸乙烯酯 vinyl acetate
H3C
O
O
3-甲基-4-丁内酯 -甲基--丁内酯
3-methyl-4-butyrolactone -methyl--butyrolactone
２ 羧酸衍生物的光谱性质
❖红外光谱：
C=O，1920~1550 cm-1。 -I效应使红外吸收频率升高，+C 效应使红外吸收频率降低。
R C O CR
H or OH
O R C OR'
H 2O H or OH
O R C N H 2(R )
H 2O H or OH
O R C OH
HO
O C
R递
or
+
减
O
HOR'
R CO
较易 催化
N H 3(R )
催化 加热
羧酸衍生物的水解机理（以酯和酰胺的水解为例）
(1) 酯的酸性水解机理(两种可能机理）
(2) 酯的碱性水解（皂化）机理
O
O
R C OR'
R C OR'
OH
OH
O
R C O + HOR'
O R C OH
OR'
碱过量时，产物为羧酸盐，反应不可逆。
(3) 酰胺的酸性水解机理
O H
R C NHR'
OH R C NHR'
OH R C NHR'
H2O
H2O
OH R C NHR'
HO H
O H NH2R' R C OH
机理(i)
O
H
R C OR'
OH R C OR'
H2O
OH R C OR'
H2O
OH
R C OR' HO H
- HOR'
OH
-H
R C OH
O R C OH
机理(ii)
O R C OR'
H
O H
R C O R'
OH R C O + R'
H2O
-H
R'OH
H2O-R'
问题： ➢ 这两种机理分别适合于何种结构的酯类？ ➢ 如何证明这两种可能的机理？
１ 分类和命名
(1) 分类 酰卤 酸酐
O
O
R C Cl R C Br
OO
OO
R C O C R R C O C R'
O
酯
R C OR'
酰胺
O R C NH2
O R C NR'2
乙酰氯
乙酰胺
乙酸酐
乙酸乙酯
(2) 命名
1) 酰卤 酰卤；英文名酸的词尾-ic acid换成-yl halide
O C6H5 C Cl
Et3NorPy
（碱吸收）
合成上用于制备酯
Et3NHCl or N HCl
O
SO Cl2
O
R'OH
O
RCO H
RC Cl
R C OR'
Et3Nor吡啶
优点：反应完全，产率好，特别适用于仲醇和叔醇的酯。 如香料乙酸薄荷酯。
酸酐的醇解反应
O O R 'O H
O
O
RCOCR
R C OR' +R C OH
CH2
CH n
OAc
CH3OH OH
O
CH2 CH n + CH3COCH3
OH
不溶于水,不能直接水解
回顾与练习
反应
O Nu
R CL or HNu
O R C Nu+ LorHL
O
亲核加成
O
消 除 O
机理 R C L
RC L
R C Nu+L
Nu
Nu
酰化HNu：H2O(水解）, ROH（醇解）, RNH2（胺解）
O CH3 C Cl
O
··
CH3 C NH2
酰卤、酸酐、酯的C=O红外吸收频率比酮高，酰胺的 C=O红外吸收频率比酮低。
酰氯： C = O ~1800 cm-1
酸酐：C = O ~1820，~1760 cm-1 ； C—O ~1100 cm-1
共轭，移向低频
酯：C = O ~1740 cm-1，共轭移向低频 C—O 1300~1000 cm-1 两个吸收峰（两个C-O）
+
O
H
NH
-
R'
2
O
R 'O H
C NHR'
R 'N H 2
R'NH
2
R'OH
R'OH
RCOOH OO
R COC R
O R C OR'
2. 羧酸衍生物与有机金属化合物的反应
O
O
R'M
RCL
R C R'
酰氯、酸酐、酯
R'M
OH R C R'
R'
羰基碳的反应活性：
O
OO
O
O
RCC l RCOCR RCR ' RCO R '
6）羧酸衍生物的胺解反应
O RCX
R 'N H 2 E t3N
E t 3 N H X 易反应
O
O
R C O C R R 'N H 2 E t3N
O R C O R ''
R 'N H 2
O R C N H 2 (R '')
R 'N H 2 H,
O R C NHR'
O R C O H N E t3
较易反应
O R C OH + NH3R'
H+ 过量，胺可成 盐，反应不可逆。
(4) 酰胺的碱性水解机理
O
O
R C NHR'
R C NHR'
OH OH
O
R C O + H2NR'
O R COH
NHR'
碱过量，成羧酸盐，反应不可逆。
5）羧酸衍生物的醇解反应
酰氯的醇解反应
O
O
R'OH
R C Cl
R C OR' + HCl
R ''O H
无水、过量胺
N H 3(R '')
胺的交换，合成上意义不大
胺解反应合成上的应用
（1）由酰氯和酸酐制备酰胺。 优点：反应快，条件温和，产率高
例： N-溴代丁二酰亚胺（ NBS，溴化试剂）
O O NH3
O
NH2 OH
300oC
O NH
O
O
O
丁二酸单酰胺
丁二酰亚胺
Br2 NaOH
O N Br O
苯甲酰氯 benzoyl chloride
O CH2 CHC Br
丙烯酰溴 acryloyl bromide
2) 酰胺
酰胺；英文名酸的词尾-oic acid换成-amide
O CH2 CHC NH2
丙烯酰胺 acrylamide
CO NH
己内酰胺 hexanelactam
O CH3
HCN CH3
N,N-二甲基甲酰胺 N,N-dimethylformamide
酮 推电子
推电子
++
吸电子(较
酯
推电子(较强) 推电子(较强) +
强)
(ii) 离去基吸电团子L的(较离去能力（与消除步骤步骤有关） 酰胺X>强O ) O CR > 推O 电R 子'(强> ) N H 推2 (电R ) 子(强碱) 性弱易+ 离去
4) 羧酸衍生物的水解
O
RC X
H 2O
HX
易
O
O
H 2O
O OO O
O
R C C l> R C O C R > R C O R '> R C N H 2 ( R )
解释：原因两方面
(i) 羰基的正电性不同（与加成步骤有关）
O
RC
L 正电荷密度大对加成步骤有利
➢ 诱导效应的影响 ： 基团电负性：Cl > OR > NH2
➢ 共轭效应的影响 ：
O R C Cl
CH3 CH2 C COOCH3
2-甲基丙烯酸甲酯 methyl 2-methylacrylate
O O C2H5 O C 2H 5
O
1,2-苯二甲酸二乙酯 邻苯二甲酸二乙酯
diethyl 1,2-benzenedicarboxylate diethyl phthalate
O CH3C OCH CH2
活性强
R'2Cd R'2CuLi
H2O H2O
O R C R'
比较：
活性 较弱
O R C R'
or O R C OR'
R'2Cd or
R'2CuLi
不反应
3. 羧酸衍生物的还原反应
1) LiAlH4 还原
ROCLLiAlH4 ROCHLiAlH4H2ORCH2OH
O L iA lH 4 RCL
O L iA lH 4 H 2 O
RCR '
机理
OO R COCR
R'MgX 70oC
OMgX O R COCR
R' 低温不易分解
H2O
OH O R COCR
R'
O
O
R C R' + R C OH
➢ 由酯制备两个烃基相同的叔醇：
COOC2H5+?
H3O+
MgBr
OH
2） 羧酸衍生物与 R2Cd 和 R2CuLi 的反应
O R C Cl
练：比较下列化合物的酰化能力
1) CH3COCl > 2) (CH3CO)2 > 3) CH3COOCH3 > 4) CH3CONH2
酰胺的醇解反应
O
H o rO H O
R C N H R '+ R " O H
R C O R "+R 'N H 2
➢反应不易进行（离去能力: NHR' < OR" ）,逆反 应能顺利进行
酰胺：C = O ~1690 cm-1， N—H 3500~3100 cm-1
❖核磁共振：
O
a.
b. c.
CH3C OCH2CH3
b.
a. c.
§ 13-2 羧酸衍生物的化学性质
性质分析
O RCH2 C X
羰基：可加成至饱和
O
O
RCH2 C O C R
O
L:可被亲核试剂取代
O
RCH2 C
羧基的羟基被其他基团取代所得的化合物
类型
O R C OH
羧酸
Carboxylic acid
O R CX
酰卤
Acyl Hydride
O
O
R C O CR
酸酐
Carboxylic Acid Anhydride
O
R C OR'
酯
Ester
O
R C NH2(R)
酰胺
Amide
§13-1 分类、命名和光谱性质
R C OR" +R'OH
➢ 反应可逆； 需 H＋ 或 R’’O¯催化
n -B u O H
H 2CC HC O O C H 3 T sO H H 2 C C H C O O B u - n + C H 3 O H
O CH3OC
O CH3OH O CCH3 NaOCH3
O C H 3 OC
O O H+C H 3 C O C H 3
OH C R' R'
酰氯、酸酐、酯
酮
叔醇
➢ 由酰氯选择性制备酮：
O
O
R 'M gX H 2O
RCC l
R C R'
始终过量
实验方法：将 R’MgX 滴加到 RCOCl 中,
RCOCl 始终保持过量。
➢ 利用酸酐反应中间体低温稳定性制备酮
O O R 'M g X H 2 O O
RCOCR 7 0 o C
O R C OR'
O R C NHR'
醇解反应 胺解反应
2） 酰基上的亲核取代的机理 （加成—消除）
O
亲核加成
O
消 除 O
RCL
RC L
R C Nu+L
Nu
Nu
或
O RCL
消除 R
H
OH 亲核加成
OH
RCL
RC L
HNu
OH
H
Nu H O
C Nu
R C Nu
+
LH
OH R C LH
Nu
3）酰基上的亲核取代相对速度（反应活性）
O R C OR'
O R C NH2
O R C Cl
O R C OR'
O R C NH2
共轭较弱 （3P）
共轭较强 （2P）
L基团的电效应对羰基碳正电性的影响
底物 诱导效应 共轭效应
总效应 电效应
酰氯 吸电子(强) 推电子(弱) 吸电子
+++
Hale Waihona Puke Baidu
酸酐
吸电子(较 强)
推电子(较弱) 吸电子(较强) +++
CO NH
CO
丁二酰亚胺 succinimide
3) 酸酐
在酸名称后加“酐”；英文名酸的acid换成anhydride
OO CH3 C O C CH3
乙酸酐 acetic anhydride
CO O
CO
邻苯二甲酸酐(苯酐)
phthalic anhydride
4) 酯 酸 酯；英文名醇的烃基在前，酸词尾-ic acid换成-ate
合成上用于制备酯，优点：反应温和，产率好
O
S
(C H 3C O )2O C H 2O H C H 3C O O N a
H3C
COCH2
S
O
O
C2H5OH
C O O E t EtOH, H+
COOEt
COOH O
COOEt
酯的醇解反应（酯交换反应）
O
HorR "O O
R CO R '+R "O H
N-溴代丁二酰亚胺
（2）氨基的保护
Ar NH2 CH3CO Cl Ar
or (CH3CO )2O
O NHCCH3
去保护：H2O,OH
总结：羧酸衍生物的相互转换(制备方法)
O
SOCl 2 O
H2
R C Cl
H2
O, H
R'NH 2 + or OH
O R C OH
R
-
,
P 2O 5
H2O
H
2
R'OH, H O, H +or
RCH
R C H 2 O H
酰氯，酸酐，酯
伯醇
O
L iA lH 4
R C N H 2 ( R )
H 2 O R C H 2 N H 2 ( R )
OR'
RCH C L
H
离去基团 (Leaving group)
O RCH2 C
N H 2(R )
-H：有弱酸性
1. 酰基上的亲核取代
1）通式
O Nu
R CL or HNu
O R C Nu+ LorHL
反应类型
H 2O H or OH
O R C OH
水解反应
O RCL
R 'O H H or OH
R 'N H 2