羧酸及羧酸衍生物的重要反应及重要反应机理

第六章羧酸及羧酸衍生物得性质及重要反应机理
一、羧酸得化学性质
1、酸性
羧酸具有酸性,诱导、共轭、场效应等对酸性强弱有影响。

利用羧酸得酸性可以制备羧酸酯与羧酸盐。

2、亲核取代反应
这就是羧酸在一定条件下转变成羧酸生物得反应。

大多数亲核取代反应就是通过加成-消除历程完成得。

3、还原反应
羧酸能被LiAlH4与B2H6还原成相应得伯醇。

4、α-H得卤化(Hell-Volhard-Zelinsky反应)
通过控制卤素得用量可以制备一元或多元得卤代羧酸,并进一步制备羟基酸与氨基酸。

5、脱羧反应
羧酸在适当得条件下,一般都能发生脱羧反应,这就是缩短碳链得反应。

通常得脱羧反应表示如下:
A为-COOH、-CN、-(C=O)R、-NO2、-CX3、-C=O、C6H5-等吸电子基团时,脱羧反应相当容易进行。

此外还有一些特殊得脱羧方法。

二元羧酸得脱羧规律就是:乙二酸、丙二酸、加热失羧,丁二酸、戊二酸加热就是水生成分子内酸酐,己二酸、庚二酸加热就是水、失羧生成环酮。

根据以上反应可以得出一个结论,在有机
反应中有成环可能时,一般易形成五元环或六元环。

这称为布朗克(Blanc)规则。

二、羧酸衍生物得化学性质
1、亲核取代反应
这就是羧酸衍生物得转换反应。

转换得活性顺序为:
RCOX>CRCOOOCR>RCOOR′>RCONR2
酸与碱都能催化反应。

2、与有机金属化合物得反应
选用空阻大得酰卤,反应能控制在酮得阶段。

选用甲酸酯,可以制备对称二级醇。

选用碳酸酯,可制备三个烃基相同得三级醇。

二元酸得环状酸酐可用来制备酮酸。

酰胺氮上有活泼氢,一般不宜使用。

3、还原反应
反应物还原剂
NaBH4LiAlH4催化氢化B2H6
RCOCl Rosenmund
法
RCHO
+ + RCH2OH RCOOOCR + + + + 2RCH2OH
RCOOR′+ +
特殊催化剂+ RCH2OH
R′OH
RCONH2+ +
特殊催化剂
+ RCH2NH2
RCN + + RCH2NH2
反应、Bouveault-Blanc反应、酮醇反应、酯得热裂等见重要反应机理。

三、羧酸与羧酸衍生物得制备
1.羧酸得制备
2.(1)氧化法甲基方庭、一级醇、醛经氧化生成与原料化合物碳原子数相同得羧酸。

烯、
炔、芳甲位有氢得侧链芳烃(芳甲位不含氢原子得侧链不被氧化)二级醇、三级醇、铜经氧化生成比原料化合物碳原子数少得羧酸。

(2)水解法羧酸衍生物与腈均产生相应得羧酸(三级卤代烃,新戊级卤不能经腈来制备相应得羧酸)。

(3)有机金属化合物制备法格氏试剂与有机锂试剂均能与二氧化碳反应生成增加一个碳原子得相应得羧酸。

2 酰卤得制备
3、酸酐得制备
(1)混合酸酐法
(2)羧酸脱水法(制备单纯得酸酐)
(3)芳烃得氧化
(4)乙酸酐得特殊制法
4、酯得制备
(1)酯化反应
(2)羧酸衍生物得醇解
(3)羧酸盐与卤代烷反应(指适应于一级卤代烃与活泼卤代烃)
(4)羧酸与重氮甲烷得反应
(5)羧酸对烯与炔得加成
5、酰胺得制备
(1)羧酸铵盐得失水
(2)腈得控制水解
(3)羧酸衍生物得胺(氨)解
6、腈得制备
(1)酰胺失水
(2)用卤代烃与氰化钠反应
四、重要反应得反应机理
(一)羧酸衍生物得转换反应反应式:
反应机理:碱催化反应机理
酸催化反应机理:
(二)酯化反应
反应式:
反应机理:
1、加成-消除反应机理(大多数酯化反应按此机理进行)
2、碳正离子机理(SN1)(三级醇得酯化反应按此机理进行)
3、酰基正离子反应机理(S N1)(仅有少数空阻大得羧酸按此反应机理进行):
(三)、酯得水解反应
反应式:
反应机理
1.碱性水解(皂化反应)机理
2、酸性水解机理
3、三级醇酯水解反应机理
(四)Claison酯缩合反应
反应式:
反应机理:
用乙醇钠作催化剂,酯必须提供两个α-H,乙醇钠得用量要大于1摩尔,才能有利于平衡向缩合方向移动。

若酯只有一个α-H,则需要用更强得碱如Ph3CNa作催化剂。

该反应可用来制备β-酮酸酯。

二元酸酯可以发生分子内得酯缩合反应,产物为环状β-酮酸酯,这称为Dieckmann缩合反应。

(五)酯缩合得逆反应、酮式分解与酸式分解
酯缩合得逆反应:
酮式分解:
酸式分解:
(六)Reformatsky反应
反应式:
反应机理:
(七)Darzens反应反应式:
反应机理:
(八)Perkin反应反应式:
反应机理:
(九)Bouveault-Blanc还原(酯得单分子还原)
反应式:
反应机理:
(十)酮醇反应(或偶姻(acyloin)反应)(酯得双分子还原) 反应式:
反应机理:
(十一)Hell-Volhard-Zelinsky反应
反应式:
反应机理:
去除第一步与最后一步,则为酰卤α-H卤化得反应机理。

(十二)脱羧反应
反应式:
反应机理:
1 环状过渡态机理:
当α-碳与不饱与键相连时(如β-羰基酸),一般都通过环状过渡态机理失羧。

2 羧酸负离子机理失羧
酸性很强得羧酸易通过负离子机理失羧。

(十三)酯得热裂
反应式:
反应机理:
(十四)Hofmann降解反应
反应式:
反应机理:
例题1完成反应式:
解:
[1]本题为酯得水解反应,因为酯基部分为空阻大得三级醇,三级碳又与乙烯基与苯基相连,容易形成稳定得碳正离子,所以,本题以S N1机理发生酯得水解。

18O连在醇羟基上。

[2]烯丙型碳原子就是共振杂化体,具有两位反应性能。

碳正离子呈平面结构,与H2O18结合时可以得到两种结构。

例题2试为下述反应建议合理得、可能得、分步得反应机理
解:
[说明]本题就是内酯胺解与羟醛缩合型反应得混合,因为反应物中有多种官能团,在反应类型及反应部位得确定方面需要做出正确得判断。

例题2试为下述反应加以合理得、可能得、分步得反应机理。

解:
[说明]本题涉及构象、酮酯缩合、逆向酯缩合、分子内得S N2反应、酸碱反应等知识点,题目
比较灵活。

例题3 完成下列方程式,并写出反应③得反应机理。

解:
③得反应机理:
例题4 完成反应式,并为下述反应提出合理得、可能得、分步得反应机理。

解:
反应机理:
这就是负离子失羧机理。

首先通过电子转移,形成氧正离子。

然后,在正离子得吸电子作用下,羧酸电离,羧酸根离子失羧,并恢复萘环得芳香结构。

反应机理:
这就是六元环状过渡态失羧机理。

首先就是醇羟基形成锌盐,然后失水成烯。

Β,γ-不饱与烯酸经六元环状过渡态失羧,双键移位。

例题5 请为下述反应提出合理得、可能得、分步得反应机理,简述实验操作顺序并阐明理由。

解:该成酯反应就是按照酰基正离子反应机理进行得。

实验操作顺序:先将浓硫酸与羧酸混合,然后将混合液倒入相应得醇中。

(实验操作不能反过来,否则,醇遇浓硫酸会失水。

例题6 请为下述反应提出合理得反应机理。

解:
本体就是芳香亲电取代与负离子脱羧交叉组合型得反应机理。

例题7 完成下列反应,并为这些反应提供合理得、可能得、分步得反应机理。

解:
反应机理:
反应式按酰氧键断裂得机理进行得,所以反应后醇得构型保持不变。

反应机理:
反应式按烷氧键断裂得机理进行得,所以氧得同位素18O保留在酯分子中。

例题8 请为下列反应提出合理得反应机理。

解:
本题在写酯化反应机理时要考虑立体化学。

如果羧甲基与羟甲基处于反式,反应不能进行。

本题为酯化反应与酯热裂消除反应得组合,在酯热裂消除反应中,应生成E型烯烃。

例题9 CH2=CHCH(CH3)COOH在酸得作用下得到两种产物。

请写出两种产物得结构,哪一种产物就是主要得？为什么？
解:两种产物分别就是γ-丁内酯与β-丙内酯。

反应过程如下:
从碳正离子得稳定性瞧,(Ⅱ)〉(Ⅰ),而从内酯得稳定性来讲,γ-丁内酯〉β-丙内酯,由于各步反应都就是可逆得,所以平衡移动得最后结果就是大部分产物转变为稳定得γ-丁内酯。

例题10 酰卤氨解时会产生一部分氢卤酸,因此氨解反应通常就是在有其她碱存在得体系中进行得。

请回答通常选用什么碱性体系,为什么？
解:能溶于水得酰卤氨解时常选用吡啶、三乙胺、N,N二甲苯胺等有机碱。

不溶于水得酰卤氨解时,可用NaOH水溶液。

因为溶于水得酰卤水解速率会比不溶于水得酰卤快,为了抑制副反应,所以选用有机碱体系。

不溶于水得酰卤水解速率很慢,而反应时产生得氢卤酸会迅速进入水相与碱反应,所以可以选用NaOH水溶液。

例题11 完成反应式,并写出合理得反应机理
解:
反应机理:
本题为酯得水解反应,因为就是3º醇酯得水解反应,所以反应按烷氧键断裂得机理进行。

例题12 CH3COOR′在盐酸中,于25℃时水解得相对速率:
请解释上述实验事实。

解:酯得酸性水解可以按照烷氧键断裂得机理进行,也可以按照酰氧键断裂得机理进行。

当R′
为C(CH
3)
3
时,反应按照烷氧键断裂得机理进行。

这就是一个单分子反应,速率较双分子反应快得多。

当R′为CH
3、C
2
H
5
、CH(CH
3
)
2
时,反应按照
酰氧键断裂得机理进行。

反应关键得一步就是形成四面体中间体,当R′为CH
3、C
2
H
5
、CH(CH
3
)
2
时,空阻逐渐增大,羰基
碳得电正性逐渐降低,所以反应速率逐渐降低。

例题13 写出反应产物,并为下述反应提出合理得反应机理:
解:
在酸性条件下,胺成盐,所以酸酐只能发生醇解,生成(A)后,体系转入碱性,胺又游离出来,此时酯发生胺解。

反应机理:
本题为酰胺二次醇解与分子内亲核取代反应交叉组合得反应机理。

例题14 请为下述反应提出合理得反应机理。

解:
先发生酯缩合得逆反应,再发生酯缩合。

先发生酮酯缩合反应,再发生酯缩合得逆反应。

本题为β-二羰基化合物得烷基化反应与酯缩合逆反应得组合。

本题为环氧化合物得碱性开环与分子内酯交,换得组合。

碱性条件下,试剂进攻环氧化合物空阻小得地方,酯交换时,发生酰氧键断裂,所以,在整个反应过程中,不对称碳原子得构型保持不变。

本题为亲核取代、酯得水解、失羧、酯化反应组合在一起得反应。

例题15 为下述反应提出合理得反应机理。

解:
本题为Hofmann重排型反应,反应条件有了一些改动,用乙醇钠得乙醇溶液代替了氢氧化钠水溶液,因此产物也有了相应得变化,在氢氧化钠水溶液中反应,得到不稳定得氨基甲酸,然后,失羧得胺。

在乙醇钠得乙醇溶液中反应,得到得就是相对稳定得氨基甲酸酯。

本题为酯得双分子还原。

本题为亲核加成、分子内SN2、消除反应组合型得反应机理。

本题为二苯乙醇酸重排反应。

因为该反应用乙醇钠乙醇溶液代替了氢氧化钠水溶液,所以,产物也有了相应得变化。

本题为内酯水解、脱羧、分子内S N2、互变异构、半缩酮形成五种反应得组合。