羧酸衍生物

4）酸酐
中文名称由相应酸加“酐”字组成，英文命名 是把相应酸的acid换为anhydride
O O C O C
苯甲酸酐 benzoic anhydride 乙酸酐 acetic anhydride 甲酸乙酸酐 acetic formic anhydride
6
O O H3C C O C CH3
O O H C O C CH3
5）腈
R—CN
根据母体链碳数(包括氰基数)用腈命名
系统命名法中 英文名是以alkane nitrile 命名腈
根据包括氰基在内链的碳数写出相应烃的英 文名后加上nitrile
7
13.2 羧酸衍生物的物理性质
• 十四碳以下的甲酯和乙酯以及酰氯，在室温时均为液体。壬酸酐以 上的简单酸酐（两个烷基相同的酸酐）在室温下是固体 • 酰氯和酯由于不存在氢键，沸点比相应的酸低得多 • 而酰胺却有较高的沸点。室温下除甲酰胺外一般为固体，原因：氢键 的作用。
4
3）酰胺
酰胺是由酰基和“胺”组成，若N上有取代基，在烃基名 称前标出。（英文：amide） 如：甲酸 HCOOH，甲酰胺为 HCONH2 CH3CONH2 乙酰胺 acetamide
O H C N CH3 HCON(CH3)2 CH3
CH3CH2CONHCH3 N-甲基丙酰胺 N-methyl propanamide N,N-二甲基甲酰胺 N,N-dimethyl formamide (DMF) 一种重要的工业溶剂 5
O CCl
CH3 CH3CH2CHCH2COBr
3
2)酯
酯的名称是由相应酸和醇命名，即羧酸名加 烃基（醇的烃基）名称组合而成。
CO2CH2CH3
苯甲酸乙酯 ethyl benzoate
CH3 CH3CHCO2CH(CH3)2
2-甲基丙酸异丙酯 isopropyl-2methylpropanoate
O
+
H2NR'
H+ or OH－的用量须大于化学计量， 要加热。
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2）醇解反应
羧酸衍生物与醇的反应，称为醇解反应。醇解反应的主要产 物都是酯。酯与醇反应生成另外的酯和醇，又称为酯交换反 应(transterification)。酰胺难进行醇解反应。
用途：制备酯；优点：反应完全，产率高； 措施：碱吸收(Et3N, 吡啶)
或
OH R C HNu 消除 R L 亲核加成
Tetrahedral intermediate (不稳定)
OH R C Nu H L
Another acyl compound
可以作为离去基团
OH R C Nu LH
Nucleophilic addition
OH C Nu
+
LH
酰基上的亲核取代 = 亲核加成 ＋ 消除
O C OR'
醇解反应
R'NH2
O R C NHR'
胺解反应
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酰基上的亲核取代相对速度（相对反应活性）
O O Cl O O C R O O OR' C
R
>
R
C
>
R
C
>
R
C
NH2(R)
离去基团越易离去反应速度越快，离去基团碱 性越弱，越易离去，活性越高
离去基团的碱性顺序： NH2- > OR- > RCO2- > Cl离去基团的离去能力顺序： Cl- > RCO2- > OR- > NH2酰胺活性最低的原因还能怎样解释？ 16
NHCH3
+
CH3NH3 Cl
+
-
22
羧酸及其衍生物的亲核加成-消除反应中， 酯、酰胺、羧酸的离去基团分别为 ROH, NH3, H2O
O R C L + Nu:R OC Nu L R O C Nu + L-
离去基团
醛和酮一般不发生亲核加成-消除反应，因其没有好的离去基团
只加成，不消除！
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4）腈的反应
它可与试剂（H2O, ROH, NH3等）作用发生C-L键断裂，产 生一个酰基酰基，转化为另一种羧酸衍生物，因此羧酸衍生 物也是酰基化试剂 羧酸衍生物都有一个极性羰基，所以可进行加成-消去反应， 结果得取代产物。
11
一、酰基上的亲核取代反应
羧酸衍生物的羰基像醛、酮的羰基一样 易受亲核试剂的进攻。
反应起始于亲核加成，加成产物四面体中间体不稳定，离 去基团离去(消去)得到取代产物。加成-消去历程。这个反应是 羧酸衍生物的重要反应。
C Cl + H2 O
Pd-BaSO4
硫－喹啉
CH3CH2CH2CH + HCl O
Pd-BaSO4 硫－喹啉
C H O (74%~81%)
33
4.酯的还原
酯能被钠和乙醇或NaBH4还原成伯醇
Na + C2H5OH 或 NaBH4 △
(CH3)3CCOOC2H5
(CH3)3CCH2OH + C2H5OH 88%
1) 水解反应
羧酸衍生物能与水作用，分子中的-Cl, -OCOR, -OR´或-NH2(NHR)等分别被水中的羟基取代，叫做水解反应。反应的主要产 物都是羧酸。
17

酰氯的水解
O R C Cl H2O O R C OH
+
H Cl
易反应（可直接与水反应）

酸酐的水解
O R C O O C R O H2O 2 R C OH
第13章 羧酸衍生物
carboxylic acid derivatives
1
13.1 羧酸衍生物的结构和命名
一、结构
羧酸的羟基被其它基团取代的化合物包括(酰卤、酯、酰胺、酸酐)，都可 以经由羧酸制备，水解后又可转变为羧酸，因此称之为羧酸衍生物
R C O R C O R C O 羧酸 R OH R C O C O R C O NH2 酰胺 O C O OR' 酯 R' 酸酐 X 酰基
O R C O R C O R C O R' + H NH2 O C + NH3 NH3 O R C O R C O R C NH2 + NH4Cl O NH2 + R C ONH4 NH2 + H OR'
O Cl
R + H NH2 H NH2
O H3C Cl 乙酰氯
O
+
2 CH3NH2 甲胺
胺解
H3C
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*醛和酮在羰基上发生亲核加成反应
它们的离去基团H或 问题：为什么醛酮的亲核加成不消除？ R不活泼，不易离去, 不可以作为离去基团
13
*羧酸及其衍生物在羰基上发生亲核加成-消除反应
O R C Nu L 亲核加成 R O C Nu L 消除 R O C Nu + L
An acyl compound
8
所有羧酸衍生物均溶于有机溶剂，如乙醚、 氯仿、丙酮、苯等。 乙腈、 N,N-二甲基甲酰胺、 N,N-二甲基乙酰胺 可与水混溶。 由于它们是强极性的,所以常用来作优良的非 质子极性溶剂，大量用于涂料工业和有机合成中 低级酰氯和酸酐有刺激气味。挥发性的酯具 有令人愉快的香味，常用作香料。
9
13.3 羧酸衍生物的化学性质
LiAlH(OPri)3还原性比LiAlH4弱, 且空间位阻大
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3.在一定条件下，酰卤、酰胺可被还原为醛。常用的催化剂为 硫脲或硫－喹啉部分毒化了的Pd-BaSO4，称为Rosenmund 还原。
O R C Cl H2, Pd-BaSO4, 硫−喹啉 O R C H
CH3CH2CH2 C Cl + H2 O
水解
CH3
COOH
80~89%
邻甲基苯甲酸
腈在干燥HCl气体存在下与醇作用生成亚胺酯盐酸盐，这个盐 与水反应生成酯称为醇解。
O CH2 CH3
CN
+
1)无水HCl CH3 CH2 OH
乙醇 苯甲腈 醇解
2)H+/H2O
O
苯甲酸乙酯
脂肪腈、芳香腈通过醇解可制备各种酯类。
二、还原反应
羧酸衍生物均具有不饱和键，可用多种方法进行还原，并 且比羧酸容易。
C O
R
(1) LiAlH4 (2) H2O
R
Байду номын сангаас
CH2 OH
+ R
CH2 OH
O
R'
R
CH2 OH +
H
OR'
NH2
R
CH2 NH2
CH3CH CHCH2CH2OH
不反应
30
羧酸衍生物的还原反应分析

LiAlH4 还原
O LiAlH4 L R O C H LiAlH4 H2O RCH2OH
R
C
取代 酰氯，酸酐，酯
CH2 CH CH2
O O C C17H33 O O C C17H33 + O O C C17H33 CH3OH 或 CH3CH2OH 230～250℃
CH2 CH CH2
OH OH + C17H33COOCH3 OH 或 C17H33COOCH2CH3
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3）氨解反应
羧酸衍生物与氨或胺的反应，称为氨(胺)解反应。其主要产物是 酰胺。 酰胺难以再进行氨解反应
Elimination
Nu-具有较大的负电密度，反应中给出电子与反应物分子中 正电密度较高的位置结合。 14
羧酸衍生物酰基上的亲核取代通式
O R C L Nu or HNu R O C Nu + L or HL
反应类型
H2O R H or OH
O C OH
水解反应
O R C L R'OH R H or OH
反应能否控制 在这一步？
伯醇
注意：酰胺的还原有特殊性：
O R C NH2(R) LiAlH4 H2O RCH2NH2(R)
酰胺
胺
31

2. 用LiAlH(OPri)3还原酰氯至醛
O LiAlH(OPri)3 Cl R O C H C
R
可保留
OPri Li PriO Al OPri H
只留有一个H
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三、与金属试剂的反应
有机金属试剂一般为亲核试剂，容易 与羧酸衍生物发生反应，最终产物是羰 基化合物或醇类。

性质分析
O C O X O O C R
RCH2
羰基：可加成至饱和
RCH2
C O
O RCH C L
L：可被亲核试剂取代
RCH2
C O
OR'
H
离去基团 (Leaving group)
RCH2
C
NH2(R)
α−H：有弱酸性
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羧酸衍生物的通式：
O R CH2 C L
O R CH2 C
酰基
L = X, OCOR, OR', NH2 等
氨解
150
℃ , 压力
氨基亚(乙)胺
在酸或碱存在下腈的水解通过加成-消去反应生成酰胺，继续 水解得到酸。
H+ R C N
R
C
NH
+
H2O
OH2 R C
NH
-H+
R C
OH
O R NH2
H+
R
O OH
NH
H2O
羟基亚胺
酰胺
羧酸
CH3
+ 2 H2O
CN
75%H2SO4 150~190 ℃
邻甲基苯甲腈
腈作为羧酸衍生物在催化条件下可以水解、 醇解和氨解
RCN
+
H+ or OHH2O
+ -
水解
RCONH2
酰胺
H or OH H2O
RCOOH
羧酸
水解
RCN
腈
+ R'OH
无水HCl
+ NH2
H+
-
R OR'Cl H2O
醇解
亚胺酯盐酸盐
RCO 2R' 酯
CH3CN
乙腈
+
NH4Cl NH3
NH H3C NH2
较易反应，H＋ 或 OH－催化更快
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酯的水解
O R C OR' H2O H H2O R OH R
O C O C O OH + HOR'
需 H＋或 OH－催化，当OH－用量 大于 化学计量时，反应完全。
O

酰胺的水解
O R C NHR' H2O H H2O OH R R
C O C
OH
+
H3NR'
R R C O C O C O Cl O C O R' R + H R C O C O C O OR" + H OR" + H Cl O C O R
OR"
R
R
O
R
OR" + H
OR'
要不断分离出
酯交换反应中一般采用： 大分子醇置换小分子的醇，以便于反应条件下蒸出被置换的醇使平衡移动完成反应。
20
酯交换的重要应用－生物质制生物柴油路线示意图
不同衍生物以不同的还原方法能得到不同的还原产物。
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1. 与羧酸一样，酰卤、酸酐、酯和酰胺也可以被氢 化铝锂还原。除酰胺生成胺外，其它均生成伯醇。
R C O R C O R C O R C O
CH3CH CHCH2COOCH3
① LiAlH4,乙醚 ②H2O ,75％
Cl
R
CH2 OH +
H
Cl
O
乙 酸 乙 酯 O CH3 C CH2CH3 b.p. 77℃ O b.p. 51 ℃ CH3 C Cl O 乙 酰 胺 CH3 C NH2 b.p. 221 ℃ 有 分 子 间 氢 键
O H R N H O
R H N H
乙 酰 氯
当 酰 胺 N上 的 H被 烃 基 取 代 沸 点 就 会 降 低 ： O CH3 b.p. 165 ℃ N,N- 二 甲 基 乙 酰 胺 CH3 C N CH3 无 分 子 间 氢 键
(acyl)
酰卤
含氰基（－C≡N）官能团的化合物称之为腈，腈水解后生成羧酸，也可 以看成为羧酸衍生物（除腈外的羧酸衍生物都有酰基(acyl)）
2
二、命名
1）酰卤 酰卤名称由相应酸的酰基和卤素组成
O CH3CCl (简写：CH3COCl )
乙酰氯 acetyl chloride 苯甲酰氯 benzoyl chloride 3-甲基戊酰溴 3-methyl pentanoyl bromide