有机化学 第十三章 羧酸衍生物

有机化学 第十三章 羧酸衍生物
羧酸衍生物
O
OO
O
O
R CXR CO C RR CO RR ' CN 2H ( RCN)
O
上述化合物中均含有 R C 因此它们的化学性质相似：
① 均可以核亲核试剂发生亲核加成消去反应； ② 均可由羧酸制备； ③ 水解均可以得到羧酸。 一、羧酸衍生物结构的比较：
1、酰胺：
O
CN O
H C NH 2 CH 3 NH 2
1.376
1.474 Oδ -
H C NH 2
C
δ+
NH 2
① 羰基碳正电荷降低，亲核加成困难；
② N原子电荷降低，碱性减弱，显弱酸性。
2、酯：
O
H C O CH 3 CH 3 OH
CO
1.334
1.430
OC O
由于O的电负性大于N，因此，酯中羰基碳 的正电荷应大于酰胺中羰基碳的正电荷。
酯 +酯
β -酮 酸 酯
酯 + 甲酸酯
α -甲 酰 酯
酯 + 苯甲酸酯
α -苯 甲 酰 酯
酯 + O C( OE t) 2 酯 + 草酸酯
取代丙二酸酯 β -环 二 酮 酯
酯+ 酮
β -二 酮
二元酸酯
β -环 酮 酯
七、达参缩合：
O
α-卤代酸酯+ C O
α ,β -环氧酯 O E tO -
O + C Cl2HC Ot E
取代基—I效应：
O
X2>R C O >RO> N2 H
羰基的正电荷：
O
OO
O
O
RCX > RCO CR > RCO R > R ' CN 2H
二、羰基上亲核加成或消去反应活性的比较：
O
O
O
R C Y+ B 加成 R
C
Y
消去 R C B+Y
影响加成因素
B
C O的正电荷
Y基团的电负性越大，体积越
C O的空间位阻 小，越有利于第一步反应。
O
R C NH2 O
R C NHR O
R C NR2
R C NH2
1、酰卤、酸酐反应速度最快，主要用于保护氨基：
NH 2
O NHC CH 3
O NHC CH 3
NH 2
(Ac2)O
H2SO4
H3O
SO3H
SO3H
2、酸酐的氨解可以得到单酰胺或亚胺：
O O+N3H
O
N2H OH
O NH+Br2O-H
O
O R C O+ H *OR
OR'
① 3ºROH酯的水解：*
O
+ O H
O
RCO *C C 3 )3 H H ( +RCO *C C 3 )3 H ( RCO * H
H2O (CH 3)3C
(CH 3)3C OH
烷氧键断裂
② 影响因素：电效应和空间位阻
A、电效应：
RC2E O t+H 2OO-H RC 2H + O E tOH
2、分子内的酯缩合：
O
O
C2O E t
5432
E tONa
E tOC 6
C2C H2C H H 2C2HC 1
OtE
O
3、丁二酸酯发生分子间缩合，戊二酸酯与草酸酯缩合，都得到环 酮酯：
1CO2Et
1' CO2Et
2 CH2 3 CH2
2' CH2 +
3' CH2
4 CO2Et
4' CO2Et
3
4 O
“ 三乙”
Br2
褪色
CC
FeC3l
显色
C C OH
OH O
C3 H C C C OtE
H 92.5% 酮式
HO H3C C C C Ot α - H 受 两 个 羰 基 的 影 响 而 活 泼 ； OH
② O C CCH C O发 生 π-π共 轭 ；
O
O
O
O
R CN 2 + H H 2 NR O CN + 2 ClR CH 2 O R C OH
O
5、水解反应的结果是把 R C 引入到水分子中，因此把此类反应 称为酰化反应。酰卤和酸酐是常用的酰化剂。
二、醇解：
O
RC X
O
O
HX
(R C O
) 2O R'OH
RCO 2H
R C OR' +
ROH
R C OR'
O
O
O
C 3H CCC l 3 C H H C 3 O H CC 3H C 3 C H 2 C O 3H C 3H CN N 2 ) ( 2 H
α- H P k a
1 6
1 7
2 0
2 5
3 0
α—H 的活性顺序：
酰卤>醛>酮>酸酐>酯>酰胺
化学性质
一、水解：
O
R C Cl O
(R C )2O O
酯、酰胺均不发生反应，而酮在发生反应也较困难，因此可用 此法制备酮。 五、还原反应；
O
RC X O
(R C )2O O
Li A lH 4
RCH 2 OH
R C OR' O
R C NH 2
RCN
Li A lH 4 RCH 2 NH 2
1、酰卤还原（Rosenmund）：
O
O
O
O
P a / B a S O 4 C 2 H 5O C ( C 2 ) 3H C O Cl C 2 H 5O C ( C 2 ) 3H C H
OO
C 3H CC 2H CO t E α- H 易 质 子 化P k a = 1 1
OO
O
O
- H + C 3H CC 2H CO t E C 3H CCH CO t E
其碳负离子可以和两个羰基反生P—π共轭而稳定，因此，可以
作为亲核试剂而参与反应。
2、互变异构：
O
HC/NNaHOS3 发生加成反应C CH 3
2、酯的还原：
O
C u O /C u C rO 4
RCOR + H 2 '
RC 2H O + R H 'O H
O
CO2 C CH H C2H P hC2H O+ H C3 C H2 C H H 2 OH
六、α—H的反应：Claisenn酯缩合
O
E tONa
2 C H 3 C O 2 E t
C3H CC2H C2 E O t
0 .0 1 0
O
C3 H C O R
醇R= C3 H C3 H C2 H (C3 H )2CH (C3 H )3C
1
0.431
0.065
0.002
4、酰胺的水解：较困难，但如果用亚硝酸处理，产率较高
O
O
H 2 S O 4
(C3 )3 H C CN2+ H HN 23 5 ℃ O(C3 )3 H C COH
P hCO3 C + C H 3 C H2H C2 E O t E tON P ha CC C3H H 2 E tC 在α—O 含Cα处—引H 入酯分Ph子的C
O
O
O
O
O
E tONa
HC OtE +C3C H2C H O 2Et
HC CHC2O E t
O
C3H
E tONa E tO 碳 C 酸 酯 Ot+ E P hC 2 CH 2 E O t H 2 OP 取 h代 C 丙 C H 二 2 E O 酸 (2酯 t)
C 1H 123C2O C2H
3、腈的水解：
HO C2H O t E
C 3H CN + E tO H H C C 3H lC N 2 C H E tlO C H 3 (H O 3 Et) 原 乙 酸 三 乙 酯
三、氨解：
O
RC X O
(R C O
)2O +NH3 (NH2R NHR2)
R C OR' O
O RC Y+H C C O
O RC C C O
O
O
OO
NaH C 3H C C 3 + C H 3 (C H 2 ) 4C H O t E C 3 (C H 2 ) 4C H C 2H C C 3H
O
O
P hCO t+ E C 3H CP h
OO P hCC 2H CP h
O
OO
O C
OtE
总结：
O
O
溴代丁二酰亚胺N .B.S.
O NBr O
3、酯的氨解比水解容易：
CO 2Et
O NHN2H C
+H2NN2H
雷米封
酰肼
O
O
R C OtE+N2 H OH R C NHOH 异羟戊酸
4、降低药物的毒性，增大药物的脂溶性：
O
HO
C3HC Cl
N2H
HO
O NH C C3H
四、和金属有机化合物的反应： 酰卤、酸肝、酯、腈均可和格氏试剂反应，首先生成酮，酮可
C3 H3
酰胺的Hofmann降阶反应：
O
OH -
R C NH 2+Br2
R NH 2+CO 2
少一个碳原子的伯胺
O
O
O
RCN2H +B r2O-H RCNH -H 2 O BR r CN B r
H 2 O OCNR
O
-C2O RNH COH RN 2 HR 为 手 性 时 其 构 型 保 持 不 变
O
O
3、酸酐：R C O C R
O
O C O C O 同理也应发生P—π 共轭，但由于 O C R
的—I效应大于RO—，故酸酐羰基碳的正电荷大于酯。
4、酰卤：
O
CH 3 C Cl CH 3 Cl
C Cl 1.789
1.784
由于卤素的电负性很大，即—I效应很大，尽管结构上可以发 生P—π 共轭，但并不明显，因此，酰卤中羰基碳上的正电荷最大。
九、Beckmann重排： O
C N OH
C NH 2
O R R'CO + H 2 NOHR R'CNOH H +R'CNHR
机理：
R C N OHH+ R
R'
R'
CN
-H2O
OH H
R' C R' C
NR H2O
NR
OH
-H+
R' C N R
O R' C NHR
重排为反式重排，迁移基团的构型保持不变。
P h
OH
O
O
CN C3H
P C 5C l 3HCNH P h+P h CNH C3H
(E )-苯 乙 酮 肟
7 5 ~ 1 0 0 %
0 ~ 2 5 %
OH2 R' C N R
乙酰乙酸乙酯（“三乙”）
O
E tONa
2 C H 3 C O 2 E t
C3H CC2H C2 E O t
1、α—H的活泼性：
OO
OO
C 3H COCC 3H C 2H COCC 3 + H +
O
O
C3H COC3H C2H C OC3 + H H +
O
O
C3HCN2H C2HC N2 + H H +
由于Cl-的—I效应最强，NH2-最弱，因此其稳定性为：
O
OO
O
O
C 2H CC > C l2H COCC 3 > H C 2H CO C 3 > H C 2H CN 2H
C3H C2O EE ttO - -C2C H2E O t+E tOH
O
O
O
C3 H C OtE+-C2 H CO 2Et
CH 3 C CH 2CO 2Et
C3 H C C2 H C2 O Et+EtO -
OE t
产物为β—羰基酯
1、不含α—H 的酯和含有α—H 的酯的反应：
甲酸酯、苯甲酯、草酸酯、碳酸二酯
以继续反应生成3ºROH 。
O R C L +R'MgX
L R C OMg X
R'
O
R'MgX
R C R'
R
OH C R' R'
酰卤和二烷基铜锂的反应：
O
O
O
O
C 2 H 5O C ( C 2 ) 3H C O C + ( C l3 ) 2 C H Lu iC 2 H 5O C ( C 2 ) 3H C C 3 H
1CO2Et
2
O
1'
2'
3'
4'CO2Et
CH 3 3 C
CH 3
O
CH 2 2'
C 1'
O OEt
1 C
OEt
45
+ 2C O
CH 2 C OEt
OEt
O
1'CO 2Et 2' 1 O 3
4 C 5 O 2Et
2 O
O
RC X
4、 O
+
CO
(R C )2O
醛、酮提供碳负离子，酰卤、酸酐提供活泼的羰基
C3H C2C Hl CH 2 ClC3 Cl
相 对 速 度 1
290
6130 23150
B、空间位阻：
包括醇的空间位阻和酸的空间位阻
2 5 ℃ RC2 E O t RC 2 H + O E tOH
酸R = C3HC3 C H2H (C3 )H 2 CH(C3 )H 3 C
1
0 .4 7 0
0 .1 0 0
C2 O R
O CH 2 E tCO
机理：
C O+XCHCO 2R
O C CH CO 2R
O CO2R
环氧酸酯水解加热生成醛或酮：
O Ph C C3 H+BrC2 H C2 O EtEtOPh
H3C
O O-H Ph
CHC2 O Et H3C
O CHC O HO
C3 H Ph C CHOH Ph CHCHO
NH 3
O
R C NH 2
1、酰卤的醇解速度最快，是合成酯的方法之一，特别是酚酯。
O
O
P hO+ H C3H CCl P h OCC3H
2、酯的醇解，生成新的酯和醇，称为酯交换反应，是可逆反应。
C 1H 123C2O C2H
HO C2H
C 1H 123C2O CH +3C H 3O H
HO C+ H 3C 11H 23C O 2H
第二步消去反应，主要取决于Y-的稳定性或碱性，碱性越弱越 易解离：
N2H > R> O R C2O >X