羧酸衍生物

第十三章羧酸衍生物

一、基本内容

1.定义与分类

羧酸分子中羧基上的羟基被其他原子或原子团取代后生成的化合物称为羧酸衍生物，羧酸衍生物包括酰卤、酸酐、酯、酰胺和腈，除腈以外，都含有酰基。本章重点讨论重要的羧酸衍生物—酰卤、酸酐、酯和酰胺。

酰卤是羧酸分子中的羟基被卤原子取代后的生成物，其通式为RCOX，X为卤原子(F、Cl、Br、I)。酸酐是两个羧酸分子间脱水后的生成物，酸酐的通式为（RCO）2O。两个相同的羧酸分子脱水后生成单纯的酸酐（R相同），两个不同的羧酸分子脱水后生成混酐（R 不相同），羧酸还可以与另一分子的无机酸脱水而成混酐，某些二元羧酸后生成环状的酸酐，如邻苯二甲酸酐。酯可分为有机酸酯和无机酸酯两种，前者如硫酸氢乙酯和三硝酸甘油酯。有机酸酯中的羧酸酯是羧酸和醇的脱水产物，其通式可表示为RCO2R′。酰胺为羧酸分子中的羟基被氨基或胺基（-NHR,-NR

）取代后的生成物，酰胺的通式为RCONR′R″

2

(R′R″为氢、烃基或其他取代基)。

2．反应

羧酸衍生物是一类重要的有机合成原料或有机合成中间体，在有机合成中起着重要的作用。其主要反应有亲核取代反应（包括水解、醇解、氨解、酸解、与有机金属化合物的反应）、还原（Rosenmund还原,Bouveault-Blanc还原和LiAlH4还原等）及它们各自的特殊反应（霍夫曼降解、克莱森酯缩合，里特反应等）。羧酸衍生物的亲核取代反应是分两步进行：第一步先加成，形成一个四面体中间体；第二步发生消去，转变成另一个羧酸衍生物。一般来说，总反应速率和这两步反应速率都有关，但第一步更为重要。第一步四面体中间体形成的影响因素：吸电子作用有利于反应，因为它使负电荷稳定；大体积基团存在由于位阻效应会阻碍反应进行。第二步反应取决于离去基团的碱性，碱性越弱的基团愈容易离去，因而羧酸衍生物反应活性次序为：酰卤>酸酐>酯~羧酸>酰胺。

3．羧酸衍生物在有机合成中的应用

本章主要阐述乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有机合成中的应用。乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯中，由于相邻两个吸电子基团使中间的亚甲基酸性加强，与碱作用生成碳负离子，可以发生亲核反应，使它们在有机合成上占重要的地位。乙酰乙酸乙酯的应用：（1）合成甲基酮；（2）合成酮酸。丙二酸二乙酯：（1）合成一元羧酸；（2）合成二元羧酸。

二．重点与难点评述

本章的重点是羧酸衍生物中羰基上的亲核取代反应和亲核取代反应历程（特别是酯的水解反应历程）、羧酸衍生物在有机合成中的应用和几个重要的有机人名反应等。难点是

对不同结构的羧酸衍生物中羰基上的亲核取代反应历程的理解。 1．结构与反应活性

羧酸衍生物中除了腈以外，都含有酰基。由于羰基的存在，就决定了这些化合物的特征活性，这是了解羧酸衍生物化学性质的关键。羧酸衍生物羰基碳原子直接相连的原子（O,N,Cl ）上都有孤电子对，它与羰基上的π电子共轭，它们的结构式最好用共振式表示。对于酰氯，氯具有较强的吸电子诱导效应和较弱的供电子的共轭效应，使羰基的正电性增强，有利于亲核试剂的进攻，同时，Cl -

碱性较弱，即稳定性较高，易于离去，因此酰氯表现出很大的反应活性。相反，对酰胺来说，氨基的吸电子诱导效应较弱，而供电子的共轭效应很强，不有利于亲核试剂的进攻，同时，NH 2-碱性较强，即稳定性较差，难于离去，因此酰胺表现出较小的反应活性。不难得出，羧酸衍生物的亲核取代（加成-消去）反应活性次序为：

RCOCl > (RCO)2O > RCO 2R ′> RCONH 2

2. 羰基上的亲核取代（加成—消去）反应历程

羧酸衍生物的亲核取代(加成-消去)反应一般分为两步，首先是亲核试剂进攻羰基碳原子,发生亲核加成反应，形成一个带负电荷的四面体中间体。然后,中间体消去一个负离子,恢复碳-氧双键,形成另一个羧酸衍生物。

Nu(亲核试剂) = H 2O 、ROH 、NH 3等 Z ˉ(离去基团) =―X 、―OR 、―OCOR 、―NH 2等

3． 羧酸衍生物的水解反应历程

羧酸衍生物可被水、醇、氨等亲核试剂进攻，其中酯的水解历程研究得最多。因此，本章主要对酯的酸催化和碱催化水解历程进行讨论。酯的水解是酯化反应的逆反应，水解时可能是酰氧键断裂，也可能是烷-氧键断裂；每种断裂方式都可按单分子或双分子历程进行，所以有四种可能的历程。同样碱性水解也有四种可能历程。这八种酯水解机理中，以酯的酸性（A Ac 2）或碱性（B Ac 2）水解双分子酰氧键断裂最为常见，以（B Ac 2）为例作一说明。

由于四面体中间体具有负电荷，同时比较拥挤，酯的碱性水解将受极性和立体效应的影响。当酯的酰基上连有吸电子基时，将加速反应的进行，且随其吸电能力的增强，反应速度增大。值得注意的是，若酯的水解能生成稳定的碳正离子，则有利于单分子烷-氧键断裂。

4． 几个重要的有机人名反应

1. Rosenmund 反应

R

+

C R

Z

R

O Z

Nu

C

R C

O OR'

OH -

R

+++

RCO 2H RO -

R CO 2-

ROH

2. Bouveault-Blanc 反应 3． Baeyer-Villiger 氧化

不对称酮用过酸氧化，在重排步骤中，两个烃基都可能迁移，烃基迁移的近似次序为：H>叔烷基>仲烷基，苯>伯烷基>甲基。 4． Ritter 反应

在强酸性溶液中，由叔醇生成的碳正离子同质子一样，可以进攻氰基氮原子，生成的正离子迅速加水，转变为N-烃基取代酰胺，水解后生成胺：

5. Claisen 缩合

6. Dieckmann 缩合

7．Reformatsky 反应

8．Perkin 反应

9．Knoevenagel 缩合

10．Hofmann 重排

RCOCl

H 25

%Pd/BaSO

RCHO HCl

+

+(g)

RCOOR'

+

25RCH 2OH R'OH

+

O

COOH

O O

O

COOH

Cl

Cl

++

EtOOC (CH 2)4COOEt

EtOH

O

COOEt

O BrCH 2COOEt

OH CH 2COOEt

+

Zn

H 3O

+

+

PhCHO

(CH 3CO)2O

KOAc

Ph COOH

+

PhCHO

CH 2(COOEt)2

C H N

PhCH CH(COOEt)2

2CH 3CO 2Et

()NaOEt,EtOH 2322CH 3COCH 2CO 2Et

EtOH

+RCONH 2

2

R

NH 2

(CH 3)3COH H +-

2(CH 3

)3C +

RC NC(CH 3)3+2+

R C NC(CH 3)3

OH

R

C O

NHC(CH 3)3

RCO 2H

(CH 3)3CNH 2

+

2+