12.羧酸衍生物教案

有机化学课程 项目教学设计方案

作者： 熊颖 单位： 江西省医药学校

2014年 3 月 5 日 课程 有机化学 周 次 1 授课 班级 12五年工业分析与检测班 授课 教师 熊颖 课题 羧酸衍生物 计划 课时 4 教学目的要求

2.掌握羧酸衍生物结构和命名 3.掌握羧酸衍生物的理化性质

重点 难点

重点羧酸衍生物的理化性质

难点：羧酸衍生物结构和命名

授课 方法 讲授、讨论、提问、讲评 图例 教具 课堂

教学场所 2-506 时 间 分 配

2学时：羧酸衍生物结构和命名 2学时：羧酸衍生物的理化性质

教学设计 教师不但要考虑教师主导作用的发挥，更要注重学生认知主体作用的体现，使他们能够在课堂教学过程中发挥积极性、主动性。 实训内容 第1-2学时：羧酸衍生物结构和命名 第3-4学时：羧酸衍生物的理化性质

教学过程

羧酸衍生物 酰卤、酸酐、酯、酰胺 1 羧酸衍生物的简介 羧酸衍生物是羧酸分子中的羟基被取代后的产物， 重要的羧酸衍生物有酰卤，酸酐，酯，酰胺。

羧酸衍生物的结构和命名 一、结构 羧酸衍生物在结构上的共同特点是 都含有酰基。 R C O 酰基与其所连的基团都能形成P-π 共轭体系。 5 O R C L P π 共轭体系 (1) 与酰基相连的原子的电负性都比碳大，故有 I 效应 (2) L 和碳相连的原子上有未共用电子对，故具有 + C (3) 当 + C > I 时，反应活性将降低 当 + C < I 时，反应活性将增大

二、命名 1、酰卤和酰胺的命名根据酰基称为某酰某。 O CH 3 C Cl H3CHCH 2CH 2C H3C 乙酰氯 O 4-甲基戊酰氯 C Cl γ -甲基戊酰氯 O C NH2 C NMe2 N，N-二甲苯甲酰胺 7 O H C NH2 甲酰胺 O 苯甲酰胺 2、酸酐的命名是在相应羧酸的名称之后加一―酐‖字。 O O CH 3 C O C CH3 乙酸酐 O O CH3 C O C CH2 CH3 乙酸丙酸酐 C O O C O 1,2 环己烯二甲酸酐 8 3、酯的命名是根据形成它的酸和醇称为某酸某酯。 O CH 3 C O CH 2CH=CH 2 乙酸烯丙酯 O CH 3 O O H 甲酸甲酯 O CH 2 CH C OCH 3 丙烯酸甲酯 CH 3 CHCOOC 2H5 CH 2COOC 2H5 O C O 环戊基甲酸环己酯 O C O CH 2 苯甲酸苄酯 甲基丁二酸二乙酯 9 羧酸衍生物的物理性质和光谱性质

一、羧酸衍生物的物理性质 1. 沸点(b.p)： 酰卤 、酸酐、酯 ＜ M 相近的羧酸 原因：酰卤 、酸酐、酯 没有分子间的氢键缔合作用。 C H3C O C l M b.p(℃) 78.5 51 C H3C O O C H 3 74 57.5 C H3C H2C O O H 74 141.1 (C H3C O ) O 2 M b.p(℃) 102 139.6 C H3C H2C H2C H2C O O H 103 187 酰胺 ＞ 相应的羧酸 ＞ 10 原因：酰胺的氨基上的氢原子可在分子间形成较强的氢键。 R H O C R N H O= C N H H b.p(℃) C H3C O O H 118 C H3C O NH 2 222 显然，随着酰胺的氨基上的氢原子被取代，分子间的 氢键缔合作用将逐渐削弱，以致不能发生氢键缔合，其沸 点必然下降。 酰胺 ＞ N - 一取代酰胺 ＞ N - 二取代酰胺 HCONH 2 b.p(℃) 198 2. 溶解度 酰卤、酸酐和酯不溶于水，但低级酰卤、酸酐遇水则分解。 低级酰胺 溶于水，随着M↑，溶解度↓。 11 = HCONHCH 3 180 HCON(CH 3)2 153

羧酸衍生物的化学性质 一、 酰基上的亲核取代(加成-消去)反应 二、 与Grignard试剂作用 三、 还原反应 四、酯的特殊反应 五、 酰胺的特殊反应 酰基上的亲核取代(加成-消去)反应 O R C sp2 - + Nu O 加 成 L L R C Nu sp3 Nu：= H2O 、R’O H、NH3、 RNH2 O R C Nu ： ： ： ： - L 消 除 O R C sp2 Nu + L- sp3 L = RO、NH2 X、O H、 18 反应的净结果是L基团被取代，故称为亲核取代反应。 反应活性： 第一步——取决于羰基碳原子的亲核性。 电子效应： 羰基碳原子连有吸电子基团，使反 应活性↑；反之，反应活性↓。 空间效应：羰基碳原子连有的基团体积↑，不 利于亲核试剂的进攻，也不利于四面体结构的 形成，反应活性↓ 。 19 第二步——取决于离去基团的离去能力。 离去基团的碱性越强，越不易离去。基团的离去能 力顺序为： X ＞ RCO O ＞ RO ＞ NH2 综上所述，羧酸衍生物的反应活性顺序为： C= O ＞ R C X R C= O O ＞ R C R = O ＞ R C OR’ = O NH2 = O 20 ⑴ 水解 特点： a.产物均有羧酸生成。 b.活性：酰卤 O R C Cl 〉酸酐 〉酯 〉酰胺 剧烈反应 + H2O RCOOH + HCl 2RCOOH RCOOH + R'OH RCOOH + NH4+ 21 减 慢 O O R C O C R O R C OR' O R C NH2 + H 2O + H2O H2O H+或OH △ H+或OH △ + H+或OH △ ,长时间回流 ⑵ 醇解 特点：a.醇解产物是酯。 b.反应活性： 酰卤 〉酸酐 〉酯 〉酰胺 c.酰氯和酸酐是活泼的酰基化剂。 d.酯的醇解为酯交换。 O R C Cl + CH3CH2OH 剧烈反应 O R C OC2H5 O R C OC2H5 O R C OC2H5 O R C OC2H5 + HCl 减 慢 O O R C O C R O R C OR' O R C NH2 + CH3CH2OH △ + RCOOH + R'OH + NH3 + CH3CH2OH + CH3CH2OH 22 O = (C H )3C C O O H 3 位阻大 SOCl2 (C H )3C C O C l 3 C6H5OH 吡 啶 (C H )3C C O C6H5 3 O C O 反应活性较差 应可用于从低沸点酯制备高沸点酯。如： C H2 =C HC O O C 3 + C H3(C H2)2C H2O H H b.p: 80.5℃ 低沸点酯 H+ = Cl + HOC(CH3)3 叔醇 = 吡 啶 C O C (C H)3 3 酯与醇作用，仍生成酯，故又称为酯交换反应。该反 C H2 =C HC O O (C 2)3C H3 + C H3O H H b.p: 145℃ 高沸点酯 b.p: 64.7℃ 易蒸出 23 ⑶ 氨解 特点：a. 产物是酰胺。 b. 反应活性: 酰卤〉酸酐 〉酯 〉酰胺 还原反应 (1) LiAlH4还原 四种羧酸衍生物均可被LiAlH4还原，其还原产物除酰 胺还原得到相应的胺外，酰胺、酸酐和酯还原均得到相应 的伯醇。 O C15H31 C Cl O = O O CH 3CH =CHCH 2COOCH 3 = O C N(C H )2 3 ① LiAlH 4 + ② H3O C15H31CH2O H C H2O H C H2O H ① LiAlH 4 + ② H3O = ① LiAlH 4 + ② H3O CH 3CH =CHCH 2CCH 2OH + CH 3OH = ① LiAlH 4 ② H3O + C H2N(C H )2 3 26 （2）催化还原 O R C Cl H2/Ni O R C H H2/Ni R C OH H2 (3) 用金属钠-醇还原——Bouveault-Blanc反应 a.酯与金属钠在醇溶液中加热回流，可被还原成伯醇。 CH3(CH )7CH=CH(CH)7CO O CH5 2 2 2 Na - C2H5OH CH3(CH )7CH=CH(CH)7CH2O H 2 2 b.酯与金属钠在非质子性溶剂（甲苯、二甲苯）中发 生酮醇缩合反应 O 2 CH3CH2CH2COC2H5 + 4 Na Et2O H + O CH3CH2CH2CCHCH2CH2CH3 OH 27 O 2 CH3CH2CH2COC2H5 + 4 Na O R C OR' + Na Et2O H + O CH3CH2CH2CCHCH2CH2CH3 OH -O -O R C OR' 2 R C OR' O- OR C C R OR'OR' O O R C C R 2Na O- OR C C R H + OH RCHCR O O O O Na CH3OC(CH2)8COCH3 H+ OH 28 (4) Rosenmund还原 酰卤在Pd/BaSO4催化剂存在下，进行常压加氢，可 使酰卤还原成响应的醛，称为Rosenmund还原。 C H3 CO Cl C H3 C H3 + H2 Pd / BaSO4 二甲苯 C H3 C HO C H3 C H3 CO Cl + H2 Pd / BaSO4， 喹啉 - S 140~150 ℃ C HO 在反应中加入适量的喹啉–S或硫脲等做为―抑制剂‖ 可降低催化剂的活性，以使反应停留在生成醛的阶段。 29 各类含羰基化合物的还原产物和还原情况比较如下： 名 称 羧 酸 酰 氯 酯 酰 胺 取代酰胺 酮 醛 结 构 RCOOH RCOCl RCOOR’ RCONH2 RCONH R R2CO RCHO NaBH4/乙醇 (-) RCH2OH (-) (-) (-) R2CHOH RCH2OH LiAlH4/乙醇 RCH2OH RCH2OH RCH2OH, R’OH RCH2NH2 RCH2NHR R2CHOH RCH2OH H2/催化 (-) RCH2OH RCH2OH,R’OH RCH2NH2（难） RCH2NHR R2CHOH RCH2OH 羧酸及其衍生物还原的顺序 (由易到难) : 酰氯 〉酯 〉羧酸 30 与Grignard试剂作用 四种羧酸衍生物均可与Grignard试剂作用，生成 相应的叔醇。然而，在合成中用途比较大的是酯和酰 卤(尤其是酯)与Grignard试剂的作用。 ⑴ 酰氯格氏试剂的反应 R C= X + R’MgX 醚 R C X R’ MgX2 R C R’ R R’MgX 醚 = R H3O + O O MgX O R’ C R’ R’ C OH R’ 比较反应活性： R C= X O MgX ＞ R C R’ 结论：与酰卤反应可以停留在生成酮的阶段。 31 = O O 结构对称的叔醇 a. 可制得两个烃基相同的叔醇。 b. 低温且控制R’MgX不过量可用来制备酮。 c. R’MgX过量，则主要产物为三级醇。 O H3C C Cl O + CH3CH2CH2CH2MgCl 纯醚 FeCl3，-70℃ H3C C CH2CH2CH2CH3 72% ⑵ 酸酐与格氏试剂的反应 MgX O + O O H2O COCH2CH2COOH H3CO H3CO 32 ⑶ 酯与格氏试剂的反应 + R C= O R‖ R’MgX 醚 R C O R‖ R’ OR‖ R C R’ R 结构 R’ 对称的 叔醇 R R’MgX 醚 R’ C R’ H3O + R’ C OH O MgX 比较反应活性： ＜ R C R’ R C= O R‖ a. 可制得两个烃基相同的叔醇。 b. 反应难停留在酮的阶段,因为酮与格试剂反应比酯快 c. 甲酸酯与格氏试剂反应得对称的二级醇。 O H C OCH2CH3 OH Et C Et H + 2EtMgCl 干乙醚 = O O H2O = O O MgX X Mg O 33 例如：要合成3-甲基-3-戊醇，可有如下几种方法。 O H3CH2C C CH2CH3 + OH H3CH2C C CH2CH3 CH3 H2O CH3MgCl 干乙醚 O H3C C CH2CH3 + O H3C C OC2H5 C2H5MgCl + C2H5MgCl 34 Reformatsky,S.(瑞福马斯基)反应 O + BrCH2COOC2H5 + Zn HO CH2COOC2H5 苯 -羟基酸酯 醛或酮、-卤代酸酯、锌，在惰性溶剂中反应。 BrZnO CH2COOC2H5 H2O O BrCH2COOC2H5 + Zn BrZnCH2COOC2H5 + - CH3CH2C H OZnBr CH3CH2CHCH2COOC2H5 H2O OH CH3CH2CHCH2COOC2H5 35 酯的特殊反应 ⑴ Claisen缩合 两分子乙酸乙酯在EtONa作用下 起缩合反应生成β—羰基酯。 EtON a CH3COOC2H5 + H-CH2COOEt O H3C C OEt O CH3COCH2COOEt + EtOH - O + -H2C C OEt H3C C CH2COOEt OEt O H3C C CH2COOEt + EtOEtONa 乙酰乙酸乙酯 RCH2COOC2H5 + H CH COOEt R O RH2C C CHCOOEt + EtOH R HCOOC2H5 + CH3COOC H5 2 EtONa HCOCH2COOEt 36 注意：克来森酯缩合一般是在两个相同的酯间进行。 ⑵ Dieckmann缩合 主要用来合成五元环和六元环。 分子内的酯缩合反应为Diecmann缩合， 产物是环状β—酮酸酯。 CH2COOEt (CH2)n EtONa CH2COOEt (CH2)n EtO- CH2CO (CH2)n H2O OH- H △ + CH2C O (CH2)n CH2 CH2COOEt CHCOOEt CHCOOEt CH2CH2COOC2H5 H2C CH2COOC2H5 Na ＇ 甲苯 CH3CH2OH CH2CHCOOC H5 2 H2C CH2C-OC2H5 O- - H CH3CH2OH + CH2CHCOOC H5 2 H2C CH2C O H+ H2O COOH O - CO2 △ O 37 酰胺的特殊反应 ⑴ 酸碱性 R C O CH3 CONH2 C+ O HCl 乙醚 酸性加强，碱性减弱3CONH2· HCl↓ CH C O 乙醚 NH + NaOH乙醚 N- Na+ CH3 CONH2 + Na COR CH3CONHNa+ +H2O