chapter12羧酸衍生物

Chapter 11

羧酸衍生物

Derivatives of Carboxylic Acids

主讲：唐伟方

羧酸分子中羧基发生变化所生成的化合物

称为羧酸衍生物。主要有酰卤(acylhalide)、

酸酐(anhydride)、酯(ester)、酰胺(amide)、

和腈(nitrile)。

通式

羧酸

第一节结构和命名

一、结构（structure）

L： X、OR、OCOR、NHR

δ -

δ +

δ

C－N键长：137.6pm

CH3－NH2中C－N键长：147.4pm

二、命名（Nomenclature）

（1）酰卤的命名

酰卤命名是在酰基名称后加上卤素名称

苯甲酰氯

benzyl chloride

4-甲基戊酰溴

4-methylpentanoyl

bromide

（2）酯的命名

由生成酯的酸和醇的名称决定，称为某酸某酯。内酯命名用内酯代替原来酸的 “酸” 并标明羟基的位置。

乙酸乙酯

ethyl benzoate

苯甲酸乙酯

ethyl benzoate

3-甲基苯甲酸乙酯

ethyl 3-methylbenzoate

 -戊内酯

丙二酸二乙酯

丙二酸单乙酯

2-甲基-4-乙氧基-4-氧代丁酸

（3）酸酐的命名

相应的酸加上“酐”字组成，混合酸酐依次写出形成酸酐的两个酸的名称，后面加上“酐”字，相对简单的酸写在前面。

乙酸酐

acetic anhydride

(CH3CO)2O

苯甲酸酐

benzoic anhydride

邻苯二甲酸酐

phthalic anhydride

乙(酸)丙(酸)酐

acetic propanoic

anhydride

（4）酰胺的命名

酰胺的命名是在酰基名称后加上“胺”字。

当 N 上有取代基时，该取代基用斜体的

“N ” 标出。

苯甲酰胺

benzamide

N-甲基苯甲酰胺

N-methylbenzamide

N, N-二甲基甲酰胺

N,N-dimethylformamide

（DMF）

N,N,3-三甲基丁酰胺

N,N,3-trimethylbutamide

（5）腈的命名

腈是根据主链碳原子数（包括氰基碳）用“腈”命名。

乙腈

acetonitrile

苯甲腈

benzonitrile

3-甲基戊腈

3-methylpenanenitrile

选作母体化合物的优先次序如下：

RCOOH > RSO3H > (RCO) 2O > RCOOR′> RCOX > RCONHR′> RCN > RCHO > RCOR′> ROH > ArOH > HNRR′> ROR′

2-氯甲酰基苯甲酸

3-甲酰基苯甲酰胺

第二节物理性质

第三节化学性质

（一）水解、醇解和氨（胺）解反应

各种羧酸衍生物取代反应活性

①与羰基相连的基团 ( L ) 吸电子能力；

②与羰基相连的基团 ( L 或R ) 空间体积；

③与羰基相连的基团 ( L ) 的离去能力。

羧酸衍生物取代反应的活性次序：

酰卤 > 酸酐 > 酯 > 酰胺

1、水解反应（Hydrolysis）－生成酸

（1）酰卤的水解

（2）酸酐的水解

酸酐可以在中性、酸性或碱性溶液中水解，反应活性比酰卤稍缓和一些。

（3）酯的水解

需在酸或碱催化下进行。酸催化下水解是酯化反应的逆反应，是可逆反应。碱性条件下的水解不可逆，可以进行完全，需大于1当量碱。

① 碱性水解，常称作皂化反应

酯水解反应的机理

酰氧断裂

烷氧断裂

酰氧断裂

碱既是催化剂又是反应试剂，用量大于1当量。

*酯的碱性水解反应讨论：

1. 碱性水解速率与 [OH- ]成正比。

2. 羰基活性越大，-C 空间位阻越小，

酯基空间位阻越小，反应速率越快。

3. 酯的碱性水解是不可逆的。

4. 碱的用量要超过1当量。

取代的苯甲酸乙酯的碱性水解的相对速度：

R	-NO2	-Cl	-H	-CH3	-OCH3
相对速度	110	4	1	0.5	0.2

② 酸性水解

伯、仲醇酯酸催化下水解时, 以酰氧断裂方式进行, 叔醇酯多以烷氧断裂的方式进行。

（S）

（dl）

R	CH3	C2H5	CH(CH3)2	C(CH3)3
相对速度	1	0.97	0.53	1.15

(3) 在 RCOOR′中，

R 对速率的影响：一级 > 二级 > 三级

R′ 对速率的影响：三级 > 一级 > 二级

一般需在酸或碱催化、加热条件。

（4）酰胺的水解

（5）腈的水解

2、醇解反应（Alcoholysis）

（1）酰卤的醇解

（2）酸酐的醇解

（3）酯的醇解－酯交换反应

常用来制备难以合成的酯（如酚酯或烯醇酯）或从低沸点醇酯合成高沸点醇酯。

3、氨解反应（Aminolysis）－生成酰胺

采用碱（如NaOH，吡啶或 N,N-二甲基

苯胺等）中和反应中生成的HCl 。

（2）酸酐的氨解

酰卤、酸酐的醇解和氨解又称为醇和胺的酰化（acylation）反应，是制备酯和酰胺的常用方法，酰卤和酸酐称为酰化剂。

环状酸酐与氨（或胺）反应，则开环生成单酰胺酸的铵盐，酸化后生成单酰胺酸；或在高温下加热，则生成酰亚胺（imide）

（3）酯的氨解

酯与氨（或胺）及氨的衍生物(如肼、羟氨等)发生氨解反应生成酰胺或酰胺衍生物。

（二）羧酸衍生物的亲核加成反应

需2分子格氏试剂

得到对称的醇

（三）羧酸衍生物的还原反应

发生还原反应由易到难的顺序为：

酰氯 > 酸酐 > 酯 > 羧酸

（1）氢化锂铝还原

NaBH4不能还原羧酸衍生物

（2）罗森孟德（Rosenmund）还原

Karl Wilhelm Rosenmund (1884- 1965) German chemist. 1917年发现此反应，Diels的学生。

（四）酰胺的特性

(1) 酰胺的酸碱性

N 原子上的未共用电子对与羰基形成 p－π 共轭体系，使得 N 原子上的电子云密度下降，减弱了它接受质子的能力，碱性降低。

酰胺水溶液不显碱性，

显中性： pKa ~15.1

NBS

pKa：15.1 9.62 8.3

（2）霍夫曼（Hofmann）降解反应(1881)

酰胺在碱性溶液中与卤素作用，

失去二氧化碳，重排得一级胺。

如果酰胺分子中α-碳原子是手性碳原子，反应后手性中心的构型保持不变。

（3）脱水反应

与强的脱水剂（P2O5、POCl3、SOCl2等）共热脱水生成腈。

（五）羧酸衍生物涉及碳负离子的反应

（四）酰胺的特性

（三）羧酸衍生物的还原反应

（二）羧酸衍生物的亲核加成反应

（一）水解、醇解和氨（胺）解反应

（六）碳酸及其衍生物

碳酸（carbonic acid）

碳酰氯

光气(phosgene)

硫代碳酰胺

硫脲(thiourea )

碳酰胺

脲(urea)

亚氨基脲

胍(guanidine)

（1）碳酰氯（光气）

（2）脲(urea)，俗称尿素

丙二酰脲

酮式烯醇式

烯醇式(pKa3.98) 又称巴比妥酸(barbituic acid)。

巴比妥类药，镇静催眠。

3．胍 (guanidine)（亚氨基脲）

胍

胍基

脒基

甲福明，二甲双胍

(Metformin)

双胍类降血糖药物