Y013羧酸衍生物.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,羧酸衍生物的分类、命名、光谱性质；,羧酸衍生物化学性质的共性与特性；,乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯；,酯的水解历程，氨解、醇解历程；,有机合成的方法和合成路线的选择。,羧酸衍生物的化学性质和水解历程；,乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯在合成中的应用。,羧酸分子中，羧基内的羟基被其他原子或基团取代，所得到的化合物称为羧酸衍生物；,羧酸衍生物主要有酰卤、酸酐、酯、酰胺。,酰氯,酸酐,酯,酰胺,氯原子,酰氧基,烷氧基,氨基,有时也把腈归入羧酸衍生物。,分类和命名,羧酸衍生物，主要有酰卤、酸酐、酯、酰胺，它们的分子中都含有酰基。,酰卤：,酰氯,酰溴,(1),分类,酸酐：,单纯酐,混合酐,酯：,酰胺：,取代酰胺,(2),酰卤的命名,酰卤的名称，是将酰基的名称放在前面，卤素的名称放在后面结合而成的；,乙酸,乙酰氯,苯甲酸,苯甲酰氯,丙烯酸,丙烯酰溴,(3),酰胺的命名,酰胺的名称和酰卤相似，也可以从相应的羧酸名称导出；,乙酰胺,丙烯酰胺,N,N,-,二甲基甲酰胺,N,-,甲基,-,N,-,乙基苯甲酰胺,取代酰胺，命名时应标出取代基的名称。,己内酰胺,丁二酰亚胺,己二酰胺,(4),酸酐,的命名,酸酐是在羧酸的名称后加“酐”字,乙酸酐,乙丙酸酐,二元酸形成的环状酸酐,，也,是在羧酸的名称后加“酐”字,。,丁二酸酐,邻苯二甲酸酐,(,苯酐,),(5),酯的命名,酸的名称在前，醇的名称在后，再加“酯”字。,乙酸乙酯,-,甲基丙烯酸甲酯,甲酸乙酯,内酯命名时，用内酯二字代替酸字并标明酯化前羟基的位置。,2-,甲基,-4-,丁,内酯,羧酸衍生物中的,C=O,，,伸缩振动吸收在,19281550cm,-1,。,羧酸衍生物的光谱性质,-,I,效应使红外吸收频率升高，,+C,效应使红外吸收频率降低。,因此，酰卤、酸酐、酯的,C=O,红外吸收频率比酮高，酰胺的,C=O,红外吸收频率比酮低。,酸酐：,C=O 18501800cm,-1,17901740 cm,-1,；,C,O 13101045 cm,-1,。,乙酸酐的红外光谱：,酰氯：,C=O 1800cm,-1,乙酰氯的红外光谱：,酯：,C=O 17501745cm,-1,，,稍高于酮。,乙酸乙酯的红外光谱：,酰胺,：,C=O 16901630cm,-,1,NH 35503050 cm,-1,乙酰胺的红外光谱：,在核磁共振谱中，酯的烷氧部分中的氢比酰氧部分中的氢,值大。酰胺的,CONH,中氢的,值为,58,。,乙酸乙酯的核磁共振谱：,a.,b.,c.,a.,b.,c.,酰,卤,酰基,乙酰氯,酸酐,酰基,乙酸酐,酰,氧基,物理性质,低级的酰卤,、,酸酐，有刺鼻的不愉快气味；,酰卤,、酸酐,不溶于水，低级酰卤,、酸酐,遇水分解,；,酰卤,、酸酐,的相对密度大于,1,。,酰卤,、,酸酐的,沸点低于分子量相近的羧酸,；,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,COOH,CH,3,CH,2,CH,2,COCl,(CH,3,CO),2,O,分子量：,102,107,102,bp,.,186,102,140,酰卤一般是由羧酸与卤化磷或,SOCl,2,作用得到。,制法,单纯酸酐可以由两分子羧酸分子间脱水制取；混合酸酐可由酰氯与羧酸盐作用得到。,化学性质,(1),水解、醇解、氨解,乙酰氯暴露在空气中即水解，放出,HC,l,。,酰氯在常温下立即发生反应，酸酐大多需要加热才发生反应。,酰氯和酸酐常用作酰化试剂，在分子中引入酰基。,反应的历程为：,(2),弗,-,克酰基化反应,(3),和格氏试剂作用,(4),还原反应,Rosenmund,还原法，可将酰卤还原为醛。,酰卤,用,LiAlH,4,还原或用催化加氢的方法还原，产物是醇。,(5)Perkin,反应,酸酐在羧酸钠催化下与醛作用，再脱水生成烯烃。,羧酸酯,乙酸乙酯,酰基,物理性质,低分子量的酯具有芳香气味，存在于花果当中,；,酯的沸点低于分子量相同的羧酸,；,酯在水里的溶解度较小，但能溶于一般的有机溶剂,；,低分子量的酯，是许多有机化合物的良好溶剂。,CH,3,CH,2,CH,2,COOH,CH,3,COOCH,2,CH,3,分子量：,88,88,CH,3,CH,2,COOCH,3,88,bp,.,164,77,80,制法,羧酸酯可通过羧酸和醇或酚酯化反应制取,；,酰卤或酸酐的醇解产物是酯,；,羧酸盐和卤代烃作用也可得到酯,，这一,反应是按亲核取代历程进行的,。,化学性质,(1),水解、醇解、氨解,酯的酸性水解，是酯化的逆反应，最后达到平衡。,酯的碱性水解，是不可逆的，称为皂化反应。,酯的醇解，又称酯交换反应。,酯的氨解，不需加酸碱催化。,酰肼,氨的衍生物，也可以和羧酸衍生物发生氨解反应。,羟肟酸和,FeCl,3,作用时，生成红色络合物，可用于酯的鉴别。酰卤和酸酐也呈正反应。,羟肟酸,(2),与格氏试剂作用,(3),酯的还原,酯可被催化还原为两分子醇，应用最广的催化剂是铜、铬的氧化物。,如希望保留碳碳双键，可用,LiAlH,4,等化学还原剂。,酯在,Na,和非质子溶剂中发生缩合反应，生成酮醇。,酮醇缩合是用二元酯合成大环化合物的好方法。,反应历程,(4),酯缩合反应,(,Claisen,缩合,),交叉酯缩合：,酮的,-,氢比酯的,-,氢活泼，当酮与酯进行缩合时，就得到,-,羰基酮。,分子内酯缩合反应，称为,Dieckmann,缩合。,缩合产物经酸性水解后，生成,-,羰基酸，,-,羰基酸受热容易脱羧，最后产物是环酮。,同一个碳原子的三元醇称为原酸。,原酸酯,原酸,原酸酯,原酸实际上并不存在，但原酸酯却是相当稳定的。,由氯仿和乙醇钠作用得到原甲酸乙酯。,原甲酸乙酯制缩酮不生成水，是制取缩酮的良好试剂。,油脂是高级脂肪酸与甘油所形成的酯,。,油脂,油脂中高级脂肪酸常为,16,个碳或,18,个碳，不饱和程度高时呈液态，不饱和程度低时呈凝固状态。,(1),水解,油脂的碱性水解称为皂化反应，得到肥皂,(,高级脂肪酸盐,),和甘油。,皂化值：是完全皂化,1,克油脂所需的,KOH,的毫克数。,(2),加成反应,(3),干性,不饱和高级脂肪酸的甘油酯，可以催化加氢。,碘值：,100,克油脂所能吸收的碘的克数。,油脂的干性和油脂的不饱和程度有关，根据油脂的不饱和程度，可分为干性油、半干性油、不干性油。,(4),油脂的酸败,酸值：为中和,1,克有机物质中的酸性成份所用的,KOH,的毫克数。,肥皂：主要成份是高级脂肪酸的钠盐或钾盐。,合成洗涤剂,：,是人工合成的和肥皂结构相似的具有亲水基和亲油基的化合物。,肥皂和合成洗涤剂,阴离子型,十二烷基苯磺酸钠,亲水基,亲水基,阳离子型,溴化十二烷基二甲基苄基铵,(,新洁尔灭,),非离子型,亲水基,亲水基,磷脂是磷脂酸的衍生物，甘油分子中的三个羟基有两个与高级脂肪酸形成酯，另一个与磷酸形成酯，两个脂肪酸常常一个是饱和的，一个是不饱和的。,卵磷脂中,R,为,磷脂,脑磷脂中,R,为,酰胺,乙酰胺,酰基,除甲酰胺外，酰胺大部分为无色固体。,物理性质,水溶性,：,分子量小的酰胺能溶于水，随分子量的增大，而溶解度逐渐减小,。,沸点,：,比相应的羧酸高，氨基上的氢原子被烃基取代后沸点降低。,是有机物和无机物的良好溶剂，最常用的是,N,N-,二甲基甲酰胺。,制法,(1),酸碱性,酰胺的碱性很弱，接近中性。,化学性质,二酰亚胺，具有弱酸性，能与强碱的水溶液生成盐。,(2),水解,酰胺能在酸碱催化下水解，但要比酯困难。,(3),脱水反应,(4),还原,羧酸到腈的关系如下：,氢化铝锂可以将酰胺还原为胺。,(5)Hofmann,降级反应,酰胺与次氯酸钠或次溴酸钠的碱性溶液作用时，脱去羧基生成胺。,加成,-,消除历程,羧酸衍生物中,L,同时具有,-,I,和,+C,效应。,-,I,效应使羰基更容易和亲核试剂起加成反应；而,+C,效应使羰基不容易和亲核试剂起加成反应。,在亲核加成步,骤,中，,L,的电子效应为：,Cl,RCOO,：,-,I +C,；,RO,：,-,I,+C；,NH,2,：,-,I RCOO,-,RO,-,NH,2,-,羧酸衍生物的,活性次序,：,酰氯,酸酐,酯,酰胺。,酯的碱性水解,反应的最后一步是不可逆的。,称为,B,AC,2,历程。,B,：碱催化，,AC,：酰氧断裂，,2,：双分子。,反应的每一步都是可逆的。,酯的酸性水解,称为,A,AC,2,历程。,A,：酸催化，,AC,：酰氧断裂，,2,：双分子。,有些特殊结构的酯水解时，酸催化酰氧断裂可以按单分子历程进行。,称为,A,AC,1,历程。,叔醇的酯水解时，常按烷氧断裂的历程进行。,称为,A,AL,1,历程，,AL,：烷氧断裂,。,乙酰乙酸乙酯,(1),互变异构现象,93%,7%,原因：,在烯醇式结构中存在共轭体系，降低了体系的内能；,烯醇式结构能通过分子内氢键形成较稳定的六元环，使稳定性增加。,由两分子乙酸乙酯发生,Claisen,酯缩合反应制取。,在乙酰乙酸乙酯中，加入与酮作用的试剂，酮式发生反应；,加入与烯醇式作用的试剂，只要加入足够的试剂，也可以全部起烯醇式的反应。,(2),乙酰乙酸乙酯的性质,酮式分解和酸式分解：,亚甲基的活泼性：,但在合成反应中，一般不使用酸式分解合成羧酸，原因是这样分解所得的产物中，常混有酮式分解的产物。,(4),乙酰乙酸乙酯在合成上的应用,用卤代烃作试剂，可得甲基酮。,用酰卤作试剂可得二酮。,用卤代酸酯作试剂，可得酮酸。,(1),制法,丙二酸二乙酯,性质和乙酰乙酸乙酯有相似之处，常用于有机合成。,丙二酸二乙酯不能用丙二酸酯化的方法制取。,(2),性质,和乙酰乙酸乙酯相似，亚甲基受到两个羰基的影响，活性增大。,水解后生成的丙二酸是不稳定的，容易脱羧。,(3),丙二酸二乙酯在合成上的应用,用卤代烃为原料引入烃基，可合成一元羧酸。,亚甲基上的氢还可以进一步被取代。,以卤代酸酯为原料，可合成二元羧酸。,以二卤代烷为原料，调配不同的反应物比例，可得不同的产物。,丙二酸酯,:,二卤代烷,=,1,:,1,丙二酸酯,:,二卤代烷,=,2,:,1,合成螺环化合物。,Knoevenagel,反应：,在弱碱六氢吡啶、乙二胺等催化下，含有活性亚甲基的化合物和醛或酮发生类似羟醛缩和的反应。,含有活性亚甲基的化合物容易形成稳定的碳负离子，因此它们还可以和羰基发生一系列亲核加成反应。,反应历程为：,Michael,加成反应,：,含活性亚甲基的化合物在碱性条件下，与,-,不饱和醛、酮进行的共轭加成反应。,反应历程为：,和两个吸电子基团相连的亚甲基，都是活性亚甲基,。,-,羰基酸酯,-,二酮,丙二酸酯,氰基乙酸酯,硝基乙酸酯,C-,烷基化和,O-,烷基化,乙酰乙酸乙酯实际上它有两个反应活中心。,-,氢酸性大，即烯醇式含量高，容易发生,O-,烷基化。,在质子溶剂中，容易发生,C-,烷基化反应，在非质子溶剂中，容易发生,O-,烷基化反应。,54%,46%,碳酸在结构上，可以看成羟基甲酸，或是共有一个羰基的二元酸。它的羟基被取代时，可以生成碳酸衍生物。,碳酸：,碳酰氯,(,光气,),碳酸酯,碳酰胺,(,尿素,),氯代甲酸酯,氨基甲酸酯,光气,又称碳酰氯，为无色有毒气体，熔点,-104,，沸点,8.3,，密度为,1.392 g/cm,3,，溶于苯、甲苯和乙酸。,工业上，光气是由,CO,和,Cl,2,在光照或活性碳催化下进行反应制取的。,光气是一种活泼的试剂，常用作有机合成的原料。,尿素,尿素是碳酸的中性酰胺，又叫脲，为白色晶体，熔点,135,，相对密度为,1.323,，易溶于水和乙醇,。,工业上，尿素是用二氧化碳和氨直接合成的。,尿素可在酸、碱作用下加热水解，或在酶的作用下常温水解。,双缩脲反应,：,双缩脲,分子链中含有不只一个酰胺键的化合物都能起这个反应，因此这一反应常用于蛋白质和多肽的定性检验。,氨基甲酸酯,碳酸分子中两个羟基分别被氨基和烷氧基取代后，得到的产物是氨基甲酸酯。,以光气为原料，先部分醇解再氨解，或先部分氨解再醇解来制取。,氨基甲酸酯,N-,取代氨基甲酸酯,氨基甲酸酯类农药时发展很快的高效低毒农药。,乌拉坦,西维因,灭草灵,灭菌灵,有机合成，是运用有机化学的基本理论、基本反应，从简单易得的原料制取比较复杂的有机化合物的过程。,进行有机合成工作需要丰富的理论知识和实践经验；,在实际工作中还要考虑经济价值、反应设备等多种因素。,本课程只就已经掌握的有机反应，讨论有机合成的解题方法和思路。,分析问题的着眼点，是所给的原料和指定产物的相互关系。包括：,碳架的结构是否发生了变化，碳链是增长了还是缩短了；,官能团的位置、数量及类型是否发生了变化。,进行有机合成，必须具备各类有机化合物的综合知识：,熟悉各类有机化合物的基本反应；,掌握各类有机化合物之间的相互转化；,掌握一定的合成技巧。,合成的要求：,合成的目的：,合成的步骤越少越好；,通过一定的反应，使原来分子中某一个或几个化学键断裂，同时形成一个或几个新的化学键，从而使分子发生转变或将几个小分子连接起来。,每步的产率越高越好；,原料越便宜越好。,(1),碳链的增长,碳架的合成,在碳链上增加一个碳原子。,卤代烷和,NaCN,作用；羰基化合物和,HCN,加成；格氏试剂和甲醛或,CO,2,作用。,碳负离子的亲核取代,乙酰乙酸乙酯钠盐或丙二酸二乙酯钠盐,(,碳负离子,),与卤代烃的亲核取代,；,炔化钠、铜锂试剂和卤代烃作用。,碳负离子对羰基加成,格氏试剂、有机锂化合物、有机锌化合物对醛、酮、酯的加成；,羟醛缩合反应和,Claisen,酯缩合反应。,(2),碳链的缩短,甲基酮卤仿反应，酰胺的,Hofmann,降级反应，羧酸或羧酸衍生物的脱羧反应；,不饱和键的氧化断键，邻位二醇用高碘酸氧化断键。,(3),碳链结构的改变,分子重排反应，如碳正离子的重排、醛肟或酮肟的,Beckmann,重排等。,(4),碳环的合成,三元、四元环：,分子内碳负离子的烷基化反应；,四元环还可由丙二酸二乙酯来合成。,五元、六元环,常使用的成环反应有傅,-,克反应，羟醛缩合、,Dieckmann,缩合、双烯合成等。,大环的合成,在有机化合物的合成中，常常还需要：,官能团的引入,碳链的特定位置上引入新的官能团；,改变官能团的位置和数目。,如果要引进多个官能团时，还需要把一个官能团保护起来，完成反应后再去掉保护基。,(1),官能团的互相转变,氧化程度相同的官能团可以通过取代反应互相转变；,烯键和炔键可以通过消除反应得到引入。,氧化程度不同的官能团可以通过还原和氧化互相转变；,卤代烃和醇，可以通过亲核取代反应，把卤素或羟基转变为其他基团。,醇羟基离去性能较差，常用磺酰氯和醇作用生成磺酸酯，再进行取代反应。,(2),官能团的保护,在有机合成反应中经常用到，在选择保护基团时要符合三方面的要求：,易于与被保护基团反应；,必须经受得起在保护阶段的各种反应条件；,保护基团易于除去。,羟基保护：,方法之一是用二氢吡喃生成四氢吡喃醚。,四氢吡喃醚对碱、格氏试剂、烃基锂、催化加氢以及一些氧化剂稳定。,它是一个缩醛所以容易被稀酸分解除去。,羰基保护：生成缩醛或缩酮。,在含水的酸性条件下，很快的分解恢复原来的碳基。,缩醛和缩酮在中性和碱性条件下是稳定的，对亲核试剂、有机金属化合物和氢化物等还原剂也是稳定的。,(1),顺反异构体的合成,顺式或反式烯烃：用,Lindlar,催化剂加氢可得顺式烯烃，在液氨中用钠还原则生成反式烯烃。,立体构型,顺式或反式邻位二醇：,顺式二醇可用高锰酸钾或四氧化锇氧化烯烃而得，通过环氧化物水解则得反式二醇。,烯烃和卤素的加成为反式加成，烯烃的硼氢化反应是顺式加成。,Diels-Alder,反应、碳烯对双键的加成都是顺式加成。,(2),对映异构体的合成,一个非手性的分子中，引入一个手性中心后，产物往往是等量的左旋体和右旋体组成的外消旋体。,不对称合成：原料通过合成反应所得产物为手性分子时，其中一种占主导地位。,反应物含有不对称因素时，可以导致不对称合成。如在,S,N,2,反应中手性碳原子的构型发生转化。,使用不对称试剂也可以实现不对称合成。羰基的,-,碳是手性碳时，亲核加成反应的产物遵循,Cram,规则。,有机化合物的合成过程，可以用一般通式表示为：,有机合成的一般步骤和分析方法,式中,A,、,B,为起始原料，,G,、,H,、,I,都是中间产物，,P,为目标产物。,其中,I,的碳架及所含的官能团与目的产物已很接近，称为,关键中间产物,。,关键中间体,I,应具备的基本条件：,I,的碳架和产物基本相似，,I,所含的官能团与产物比较接近。,I,P,I,P,由关键中间体合成目标产物：一般通过一步或两步就应完成，最多不能超过三步，若在三步以上，则说明,I,的选择不恰当。,一般中间产物,G,、,H,的合成,：,在一些简单的合成中，一般中间产物,G,、或,H,本身就是起始原料。,如果,G,、,H,和起始原料碳架一样，但所含官能团不同，这时要找到合适的反应，使原料的官能团顺利的转换成,G,、,H,所需的官能团。,如果,G,、,H,和起始原料的碳链长短、支链多少有较大差别，就要选择适当增长或缩短碳链的方法，完成碳架结构的转变。,由丙二酸二乙酯、苯和其他原料合成：,实例分析,I,P,H,G,合成路线：,苯乙酮和苯甲醛可由苯合成。,用三个或三个碳以下的有机原料和适当的无机试剂合成：,I,P,H,G,合成路线：,