【有机化学】羧酸衍生物 酰基碳上的亲核取代反应

反应机理
O
+OH
H+
RCOR'
*2.
酸 性RC水OR解'
OH R-C-OR'
+
OH
H2O
R-C-OR'
OH2
+
四面体中间体是正离子
OH
+
R-C-OR' HO H
+OH - R'OH
RCOH
O -H+ RCOH
酸性水解的讨论
1. 酸在反应中有两个作用： ①活化羧基 ②使OH、OR形成金羊盐而更易离去。
CH3COOEt ClCH2COOEt
1
296
3. 形成的四面体中间体能量越低，反应速率越快。 （能分散负电荷的取代基对反应是有利的）
4. 酯的碱性水解是不可逆的。
5. 碱的用量要超过催化量。
O
CH3C18OC2H5 + H2O
H+
O
CH3COH + C2H518OH
同位素跟踪结果表明：酸性水解时，也发生酰氧键断裂。
4. 在RCOOR'中， R对速率的影响是： 一级 > 二级 > 三级 R'对速率的影响是： 三级 > 一级 > 二级
CH3COOR'在盐酸中，于25OC时水解的相对速率v的 实验数据如下：
R'： CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3
v： 1 0.97
0.53 1.15(历程不同)
*3 酯的酸性水解和碱性水解的异同点
相同点 1 都是经过加成消除机理进行的，增大空阻，对反应不利。 2 都发生酰氧键断裂
不同点 1 催化剂用量不同。碱催化大于1 mol，酸催化只需要催化量。 2 碱催化反应是不可逆的，酸催化反应是可逆的。 3 吸电子取代基对碱性催化有利。对酸性催化没有明显的影响。 4 碱性催化：1oROH > 2oROH > 3oROH
2 在酯 （RCOOR’）中，R为吸电子基团虽能活化 羧羰基，但会使关键中间体正离子能量升高，R 为给电子基团亦有两种相反的作用，故表现不出 明显的影响。
3. 酯的酸性水解和酯化反应互为逆反应，平衡的 移动取决于反应的条件。体系中有大量水存在时， 有利于酯的水解。若有大量醇存在，并采取去水 措施，则有利于酯化反应。
酸性催化：3oROH > 1oROH > 2oROH
3o醇酯的酸性水解只能用新的机理来解释。
反应式
O
H+
CH3C18O-C(CH3)3 + H2O
CH3C18OOH + (CH3)3C-OH
慢
O-
快
R-C-OR'
OH
四面体中间体 是负离子
O RCOH + -OR'
O
ROH + RCONaOH
O
RCONa + HO-
碱性水解的讨论
1. 碱性水解速率与 [-OH]成正比。
2. 羰基活性越大，-C空阻越小，酯基空阻越小，
反应速率越快。
CH3COOCMe3
v相对 0.002
Me3CCOOEt 0.01
-H的活性
O 氧的碱性 R CH C W 离去基团
H 羰基的活性
14.1 羧酸衍生物的结构
O RCH2 C W
O
W = OR NR2 X OCR
反应活性的变化规律
O
OO
O
O
O
O
RCH2CX RCH2COCR' RCH2CH RCH2CR' RCH2COR' RCH2CNH2
-H的活性减小（ -H的 pKa 值增大）
O CH3CNH2 CH3C N
} HCl
O
室温
CH3COH
O CH3COH + C2H5OH
加热
} NH3
长时间回流
NH3
请同学考虑：
反应是否需要催化剂？需要什么催化剂？为什么？
亚硝酸在酰胺制酸中的作用
O CH3CNH2 HNO2
O CH3C
+
NN
H2O
O
+
CH3-C-OH2 + N2
-H+
CH3COOH
第14章
羧酸衍生物
酰基碳上的亲核取代反应
2019.12.01
14.1 羧酸衍生物的结构
本章提纲
14.2 羧酸衍生物的物理性质
羧酸衍生物的反应
14.3 酰基碳上的亲核取代反应
14.4 羧酸衍生物与有机金属化合物的反应
14.5 羧酸衍生物的还原
14.6 酰卤-氢的卤代
14.7 酰亚胺的酸性
14.8 烯酮的反应
14.3.1 酰基碳上亲核取代反应的概述
O
O
催化剂
RCHale Waihona Puke Baidu + Nu
RCNu + W
该取代反应需要在 碱或酸的催化作用 下进行。
碱性催化的反应机理
O
O-
RCW + Nu
RCW
Nu
O -W - RCNu
酸催化的反应机理为：
O RCW + H+
+OH RCW
OH Nu- R C W
Nu
+OH
O
RCNu -H+ RCNu
W的离去能力减小（离去基团的稳定性减小） 羰基的活性减小（取决于综合电子效应）
14.2 羧酸衍生物的物理性质
低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体，高级的为固体； 低级的酯具有芳香的气味，可作为香料；十四碳酸以下 的甲酯和乙酯均为液体； 甲酰胺除外，其它酰胺由于分子内形成氢键，均是固体； 脂肪酰胺的氮上有取代基时常为液体； 羧酸衍生物可溶于有机溶剂； 酰氯和酸酐不溶于水，低级的遇水分解； 酯在水中溶解度很小； 低级酰胺可溶于水。
羧酸衍生物的光谱性质见核磁共振和红外光谱一章
羧酸衍生物的反应
14.3 酰基碳上的亲核取代反应
14.3.1 酰基碳上亲核取代反应的概述 14.3.2 羧酸衍生物的水解——形成羧酸 14.3.3 羧酸衍生物的醇解——形成酯 14.3.4 羧酸衍生物的氨（胺）解——形成酰胺
14.3 酰基碳上的亲核取代反应
14.9 Reformatsky反应
14.10 酯的热裂
本章提纲
羧酸衍生物的制备 14.11 酰卤的制备 14.12 酸酐和烯酮的制备 14.13 酯的制备 14.14 酰胺和腈的制备
油脂 蜡 碳酸的衍生物 14.15 油脂 14.16 蜡 14.17 碳酸的衍生物
羧酸衍生物的结构和反应性能的分析
这是一个可逆反应，要使反应向右方进行，其条件是：
（1）羰基的活性
O
O
RCW > RCNu
（2）离去基团的离去能力 W -> Nu -
（3）改变影响平衡移动的其它因素。
-W -
14.3.2 羧酸衍生物的水解——形成羧酸
（1） 水解反应的一般情况
O CH3CCl
OO CH3COCCH3
O CH3COC2H5 + H2O
O (CH3)3CCNH2 + HNO2
H2SO4，H2O 35oC
O (CH3)3CCOH
*1. 碱性水解
O
O
C2H5C18OC2H5 + H2O NaOH CH3CONa + C2H518OH
（2） 酯的水解反应 同位素跟踪结果表明：
碱性水解时，发生酰氧键断裂。
反应机理
O RCOR' + -OH