1、第14章羧酸衍生物 酰基碳上的亲核取代反应14.1复习笔记一、羧酸衍生物的结构羧基中的羟基被-X， ，OR，NH2（或NHR、NR2）置换后产生羧酸衍生物，包括酰卤（acylhalide）、酸酐（acid anhydride）、酯（ester）、酰胺（amide）。1. 酰胺中的CN键较胺中的CN键短，主要因为：（1） 酰胺与胺中CN键的碳分别采用是sp2与sp3杂化轨道与氮成键，前者杂化轨道中的s成分比后者多；（2） 羰基与氨基的氮共轭，从而使CN键具有某些双键的性质。2. 由于共轭作用，酯基中的CO键也比醇中的CO键短。3. 酰氯中CCl键比氯代烷中的CCl键长，这是因为氯在酰氯中的吸电子
2、 诱导效应远远强于与羰基的共轭效应。4. 这种具有相反电荷的偶极结构在羧酸衍生物中的重要性：酰胺酯酰氯。二、羧酸衍生物的物理性质1. 低级酰氯与酸酐是有刺鼻气味的液体，高级的为固体；酰氯与酸酐不溶于水，低级的遇水分解。2. 低级酯具有芳香的气味，存在于水果中，可用作香料；十四碳酸以下的甲酯、乙酯均为液体，酯在水中溶解度很小。3. 酰胺除甲酰胺外，均是固体，脂肪族的 N-取代酰胺常为液体，低级的酰胺可溶于水。酸酐与酰胺的沸点比相应的羧酸高，酰氯和酯的沸点比相应的羧酸低。这些羧酸衍生物都可溶于有机溶剂，而乙酸乙酯是很好的有机溶剂，大量用于油漆。三、羧酸衍生物的反应1. 酰基碳上的亲核取代反应（1）
3、 酰基碳上的一个基团被亲核试剂所取代： 碱催化的反应机理：四面体中间体反应分为两步：a. 羰基碳上亲核加成，形成一个带负电荷的四面体中间体（tetrahedral intermediate）。b. 消除一个负离子。消除反应决定于离去基团的性质，越易离去的基团，反应越易发生。在羧酸衍生物中，基团离去能力的次序是： 酸催化的反应机理：a. 羰基氧的质子化（protonation）。酸的作用就是通过羰基氧的质子化，使 氧带有正电荷，从而吸引羰基碳上的电子，使碳更具正电性。b. 亲核试剂对活化的羰基进行亲核加成，得到四面体中间体。c发生消除反应生成产物。 羧酸衍生物亲核取代的反应性顺序：（2） 羧酸衍
4、生物的水解形成羧酸 酰卤的水解水解速率很快；分子量过大时，因在水中溶解度较小，故反应速率很慢。酰卤由羧酸合成，因此水解反应用处很少。 酸酐的水解选择合适的溶剂使酸酐溶于水成均相，或加热使成均相，水解易进行。 酰胺的水解酰胺在酸或碱催化下可以水解为酸和氨（或胺）； 需要强酸或强碱以及比较长时间的加热回流：a. 酸催化时，使酰胺的羰基质子化，中和平衡体系中产生的氨或胺，使平衡向水解方向移动。b. 碱催化时OH-进攻羰基碳，同时将形成的羧酸中和成盐。c. 可用于鉴定酰胺：通过酰胺水解，根据所得羧酸及氨（或胺），来判断酰胺的结构。d. 有些酰胺有空间位阻，较难水解，可用亚硝酸处理。 腈的水解腈在酸或碱
5、作用下加热，可水解为羧酸； 控制反应条件，腈水解为酰胺： 酯的水解该反应为酯化反应的逆反应，常用碱作催化剂。 酯水解的反应机理a. 碱性水解CH3COOC2H5NaOHCH3COONaC2H5OH机理为亲核加成一消除（nucleophilic addition-elimination mechanism）：OH-先进攻酯羰基碳发生亲核加成，形成四面体中间体；然后消除OR。这两步反应均是可逆的，在四面体中间体上消除OH-，得回原来的酯；消除-OR，可以得羧酸。在碱性条件下，生成的羧酸和碱发生中和反应，从而移动了平衡。酯在碱性水解时，发生了酰氧键（acyl-oxygen bond）断裂。酯的碱性水
6、解是按四面体中间体机理进行的。羧基的碳上存在吸电子基团或羰基附近空间位阻小，都使反应速率加快。b. 酯的酸性水解酸催化水解是酰氧键断裂：在酸水解反应中，极性基团对水解速率的影响不如在碱水解中大；空间位阻影响酯的水解，基团的空阻越大反应速率越慢。上述的酸催化酰氧键断裂机理适用于1醇酯和2醇酯的酸性水解。c. 3醇酯的酸性水解机理按烷氧键（alkyloxygen bond）断裂的机理进行的：这是一个SN1过程，中间首先形成碳正离子而放出羧酸，碳正离子再与水结合成醇。可根据酯的水解反应产物分析酯的结构。羧酸衍生物的水解活性次序是：酰氯酸酐酯酰胺（3） 羧酸衍生物的醇解形成酯 酰卤的醇解用羧酸经过酰氯
7、再与醇反应成酯；对于三级醇或酚，在氢氧化钠或三级胺如吡啶、三乙胺、二甲苯胺等存在下反应，碱的功能是中和产生的酸。 酸酐的醇解a. 酸酐醇解产生一分子酯和一分子酸，是常用的酰化试剂（acylation agent）。b. 环状酸酐（cyclic acid anhydride）醇解，可以得到分子内具有酯基的酸， 用酸催化才能进行： 酯的醇解酯中的OR被另一个醇的OR置换，称为酯的醇解；反应需在酸（盐酸、硫酸或对甲苯磺酸等）或碱（烷氧负离子）催化下进行：也称为酯交换反应（ester exchange）。a. 将一种低沸点醇的酯转为一种高沸点醇的酯：b. 二酯化合物的选择性水解：c. 合成涤纶： 酰胺
8、的醇解酰胺在酸性条件下醇解为酯，或用少量醇钠在碱性条件下催化醇解。 腈的醇解腈在酸性条件下（如盐酸、硫酸）用醇处理，也可得到羧酸酯：（4） 羧酸衍生物的氨（胺）解形成酰胺 酰卤的氨（胺）解酰氯很容易与氨、一级胺或二级胺反应形成酰胺：酰氯与胺反应通常在碱性条件下进行，常用的碱有氢氧化钠、吡啶、三乙胺、N，N二甲苯胺等；酰化（acylation）反应最常用的酰化试剂是苯甲酰氯与乙酰氯；对于芳香酰氯与碳上有位阻的脂肪酰氯，可以在NaOH的水溶液中进行反应。 酸酐的氨（胺）解常用的酸酐是乙酸酐，与乙酰氯相比，乙酸酐不易水解。a. 对于易溶于水的反应物，氨（胺）解可以在水中进行：b. 环状酸酐与氨反应，
9、开环得到酰胺酸（amic acid）：c. 在高温下进行，产物是酰亚胺（imide）。d. 酸酐与胺反应主要用于各种胺特别是芳香一级胺或二级胺的乙酰化；反应可以在中性条件下或在小量酸或碱催化下进行。 酯的氨（胺）解酯可以与氨或胺反应形成酰胺。它们作为亲核试剂，进攻酯羰基碳。肼和羟氨等胺的衍生物能与酯发生反应： 酰胺的氨（胺）解酰胺与氨（胺）反应，可以生成一个新的酰胺和一个新的胺：2. 羧酸衍生物与有机金属化合物的反应（1） 反应历程：（2） 酰卤与有机金属化合物反应 与格氏试剂、有机锂化合物反应主要得三级醇，酮的产率很低，若用2mol以上的格氏试剂，主要产物为三级醇：a. 低温抑制格氏试剂与酮
10、的反应，通过控制格氏试剂的量，可得酮：b. 有空间位阻的反应物得到酮，产率很高 与有机镉化合物反应易与酰氯反应，与酮反应很慢。合成酮酯（ketonic ester），可以在分子中接长碳链并保存反应性活泼的酯基：注：有机镉试剂毒性很大。 与二烷基铜锂反应该试剂常用于从酰氯合成酮，产率很高。（3） 酯与有机金属化合物的反应酯与格氏试剂反应得醇，反应消耗两倍摩尔量的格氏试剂；对于有空间位阻的酯（氢被取代），反应能停留在酮的阶段：（4） 其它羧酸衍生物与有机金属化合物的反应 二元酸的酸酐与格氏试剂反应用来制备酮酸（ketonic acid）： 腈与有机金属化合物反应生成酮3. 羧酸衍生物的还原（1）
11、用催化氢化法还原 酯可以被催化氢解为两分子醇：应用于催化氢解植物油和脂肪（fat），以取得长链醇类。 苯基在催化氢解过程中保持不变： 酰胺还原需用特殊的催化剂并在高温高压下进行： 腈用催化氢化法还原成一级胺：（2） 用金属氢化物还原常用的金属氢化物（metal hydride）有氢化铝锂、硼氢化锂和硼氢化钠。氢化铝锂的还原能力最强，适用于各种羧酸衍生物的还原；硼氢化锂的还原能力比硼氢化钠略强。酯能被氢化铝锂和硼氢化锂还原为一级醇。一级酰胺（primary amide，）；二级酰胺（secondary amide，）；可被氢化铝锂还原为一级、二级胺：腈用LiAlH4还原得一级胺： （3） 酯用金
12、属钠还原 BouveaultBlanc还原用金属钠-醇还原酯得一级醇，称为BouveaultBlanc（鲍维特一勃朗克）还 原： 酮醇缩合脂肪酸酯和金属钠在乙醚或甲苯、二甲苯中，在纯氮气流存在下剧烈搅拌和回流，发生双分子还原，得羟基酮（也叫酮醇）。4. 酰卤的氢卤代羧酸的卤代反应是通过少量酰卤进行的。在二元羧酸的衍生物只引入一个溴的方法：（1） 将二元羧酸单酯用亚硫酰氯处理，将羧基转为酰氯。（2） 用一分子溴反应，酰氯的氢原子被溴取代后，通过酰卤的醇解再转变为一溴代二元酸二酯。例如-溴代己二酸二乙酯的合成如下所示：酰卤的氢比酯的氢更活泼。5. 酰亚胺的酸性酰亚胺氮上的氢具有一定的酸性，用pKa
13、值来衡量其酸性的强弱：（1） 与碱发生成盐反应：（2） 与溴发生取代反应：N-溴代丁二酰亚胺是一个重要的溴化试剂，可用于烯类化合物的位溴代。6烯酮的反应含有 结构的化合物称为烯酮（olefine ketone）。烯酮由于含有聚积的双键，化学性质十分活泼：（1） 羰基的加成 烯酮的两个键易于打开。加成时，总是氢加在氧上，另一部分加在碳上，生成的烯醇经互变异构就得羧酸衍生物。烯酮是一个很理想的乙酰基化试剂（acetylating agent）。 烯酮可以和格氏试剂发生反应，生成酮：（2） 与甲醛反应烯酮二聚烯酮与甲醛反应可形成丙内酯（-propanolactone）： 乙烯酮在合适的条件下二聚生成
14、二乙烯酮。加热又重新分解为乙烯酮。二乙烯酮 -丙内酯在中性、弱酸性介质中，经SN2反应，发生烷氧键断裂生成取代羧酸。例如： 在碱性或强酸性介质中，经加成-消除机理，发生酰氧键断裂开环，生成 取代的羧酸衍生物。例如： 二乙烯酮由于碳用双键与亚甲基相连，使亲核试剂难于进攻碳，主要发生酰氧键断裂。例如：产物乙酰乙酸乙酯是有机合成的重要中间体。（3） 光分解反应烯酮在光作用下，分解产生亚甲基卡宾：7. Reformatsky反应醛或酮与-溴代酸酯和锌在惰性溶剂中相互作用，得到-羟基酸酯的反应。（1-羟环己基）乙酸乙酯2-甲基-3-苯基-3-羟基丙酸乙酯反应机理为：反应不能用镁代替锌。-羟基酸酯很易失水
15、生成，-不饱和酯（，-unsaturated ester），如：8. 酯的热裂（1） 酯在400500的高温进行裂解，产生烯和相应羧酸的反应称为酯的热裂。反应机理为：这是一个分子内通过环状过渡态的消除反应，分子的反应构象处于重叠式， 被消除的酰氧基与氢原子是同时离开的，并处于同一侧，故称为顺式消除（ciselimination）。 如果羧酸酯有两种氢，可以得到两种消除产物，其中以酸性大、位阻小的氢被消除为主要产物。 如果被消除的位有两个氢，以E型产物为主要产物。 制备末端烯烃（end alkene） 酯热裂是通过一个环状过渡态完成的，不会产生重排产物，用来制备具有环外双键的烯烃。例如：醇直接失
16、水得到重排后的烯烃（2） 黄原酸酯的热裂将黄原酸酯加热到l00200即发生热分解生成烯烃。该反应称为Chugaev（秋加叶夫）反应，例如：反应机理为：四、羧酸衍生物的制备1. 酰卤的制备酰卤是用羧酸和无机酰卤反应来制备的。（1） 酰氯酰氯最常用的制备方法是用亚硫酰氯（thionyl chloride）、三氯化磷、五氯化磷与羧酸反应而得。如沸点98102沸点200沸点l96沸点107常用的试剂是亚硫酰氯，反应条件温和，在室温或稍加热即可反应。羧酸与亚硫酰氯反应过程如下所示，氯负离子“内返”形成酰氯。（2） 酰溴常用三溴化磷（沸点l73）为卤化试剂来制备。2. 酸酐和烯酮的制备（1） 酸酐的制备
17、用干燥的羧酸钠盐与酰氯反应 羧酸失水羧酸（除甲酸外）均可失水形成酸酐。苯甲酸酐（苯酐）74%可制备比乙酸沸点高的酸酐，反应中的乙酸酐实际上是一个去水剂。二元酸通过此法可合成环状酸酐，产物水常用共沸法或真空蒸馏法除去。五元、六元环状酸酐常用此法制备。例如： 芳烃氧化苯在高温及V2O5催化下氧化为顺丁烯二酸酐，邻二甲苯可氧化为邻苯二甲酸酐。邻苯二甲酸酐，75 乙酸酐（醋酐）的工业制法用乙酸与乙烯酮反应来制备：（2） 烯酮的制备 烯酮一般是用-溴代酰溴和锌粉共热，通过Elcb消除失去两个溴原子后得到的。 用酰卤在碱的作用下消除卤化氢来制备。 -重氮羰基化合物经Wolff重排制备烯酮。 在工业上，乙烯
18、酮通过丙酮或乙酸的热裂（pyrolysis）来制备。热裂反应是按自由基机理进行的。由丙酮裂解制备乙烯酮的机理如下所示：3. 酯的制备羧酸与重氮甲烷反应可用来制备羧酸甲酯。反应机理如下：羧酸与烯、炔的加成也能用来制备酯，例如：4. 酰胺和腈的制备（1） 酰胺的制备酰胺可以通过腈的控制水解或铵盐的部分失水来制备：（2） 腈的制备 卤代烷与氰化钾（钠）反应制备腈：RXNaCN RCNNaX 实验室中，酰胺失水制得腈。通常的失水剂是五氧化二磷、三氯氧化磷、亚硫酰氯等。五、油脂 蜡 碳酸的衍生物1. 油脂油脂的水解亦称为皂化作用：（1） 脂肪酸油脂十个碳以上的羧酸钠盐天然油脂水解后的脂肪酸是各种酸的混合
19、物。饱和酸最多的是C12C18酸，动物脂肪如猪油及牛油中含有大量软脂酸（palmitic acid）及硬脂酸（stearicacid）。奶油中含有丁酸。油脂中含有的不饱和酸均大于C10，最重要的是十八个碳原子的酸，分布最广的是油酸（oleic acid），它是橄榄油的主要成分。（2） 脂肪酸和脂肪醇的来源工业上通过分馏脂肪酸甲酯或乙酯的方法可以得到纯度超过90的各种脂肪酸。首先使油脂和甲醇或乙醇进行酯交换反应：将生成的甲酯或乙酯和甘油进行分馏，然后水解，这样就得到了相当纯净的脂肪酸。（3） 油脂硬化，干性油 油脂的硬化（fat hardening）：不饱和脂肪酸在镍的催化下，氢化到任何一种饱和
20、程度。因为氢化逐步地提高了熔点，该过程称为油脂的硬化。 干性油（drying oil）：当把含有共轭双键脂肪酸的油脂涂布在平面上和空气接触时，就逐渐变为一层干硬而有弹性的膜，因此这种油脂又称为干性油（drying oil）。（4） 肥皂和合成洗涤剂高级脂肪酸钠盐结构上一头连接亲水基，一头连接疏水基。除油机理： 遇到一滴油后，疏水基部分没入油中，亲水基伸没入水中这样油，将肥皂分子包围起来。 受机械力的震动和摩擦，大的油珠多数分散成细小的油珠，然后再受肥皂分子的包围而分散，不能彼此结合，只能成为极小的油珠悬浮在水中，于是肥皂就呈乳状液。目前国内外大量使用合成洗涤剂，这些合成洗涤剂结构有一个共同点，
21、就是均有一个极性的水溶性基团（watersoluble group）和一个非极性的油溶性（oilsoluble）的烃基（C12）。（5） 磷脂和生物膜（细胞膜）在动植物体内含有一类和油脂类似的化合物，称为类脂质。在分子中含有磷的叫磷脂（phosphatide），磷脂多为甘油酯，以脑磷脂（cephalin）及卵磷脂（1ecithin）为最重要，其结构为磷脂酰乙醇胺 -脑磷脂 磷脂酰胆碱-卵磷脂所有生物膜（biomembrane）几乎完全是由蛋白质（protein）和脂类（主要是 磷脂）两大类物质组成。2. 蜡蜡（wax）：化学成分是l6个碳以上的偶数碳原子的羧酸和高级一元醇形成的酯。蜡多为固体，
22、重要的有下列几种：蜂蜡，熔点6062鲸蜡，熔点4146 巴西蜡，熔点8390 存在于蜂蜜腹部存在于鲸鱼头部存在于巴西棕榈叶中蜡可用于制蜡纸、防水剂、光泽剂等。3. 碳酸的衍生物从结构上讲，碳酸是一个双羟基化合物，它的水合物称为原碳酸（ortho- carbonic acid）。碳酸原碳酸碳酸含有两个可被取代的羧羟基，可以形成单酰氯、单酰胺、单酯，或形成双酰氯、双酰胺、双酯。保留一个羟基的碳酸的衍生物是不稳定的，很容易分解放出CO2。碳酸单乙酯碳酸单酰胺碳酸单酰氯原碳酸含有四个可被取代的羟基，其四氯化合物即是四氯化碳。（1） 光气碳酸的二酰氯又叫光气（phosgene），有毒。光气可以由四氯化碳
23、和80发烟硫酸制备：工业上可以用CO和Cl2在无光下通过活化的碳催化剂制备：光气在有机合成上是一个重要的试剂，在合成染料中占有重要的位置。（2） 尿素（脲）尿素（urea）是碳酸的全酰胺，是碳酸的最重要的衍生物。大量的尿素是用CO2和NH3在压力下制备；尿素的主要用途是作为肥料。一部分用来制备尿素甲醛树脂，少量的用来制备巴比妥酸（安眠剂）：尿素的性质： 尿素是一元碱，符合于上述的两性离子的结构，和酸形成盐： 尿素和具有一定结构形状的烷烃、醇等能形成结晶化合物。可用于分离某些很难分离的异构体。 尿素在微微超过于它的熔点之上加热时，分解成氨和氰酸。假若加热不太强烈，有些氰酸和脲缩合，形成二缩脲。硫
24、酸铜和二缩脲反应呈现紫色，可用来鉴定尿素，更可以用来鉴定肽键和蛋白质。二缩脲 测定脲：脲在尿素酶的作用下，可以分解成CO2和NH3。分解后放出的氨可用 Nessler（奈斯勒）试剂，通过比色法测定。14.2课后习题详解习题14-1 根据下面提供的数据，将下列化合物按碱性强弱排列成序，并通过对其结构的分析来阐明排序的合理性。化合物 共轭酸的pKa 0-6.1 -6.5-7.2-8 -9解：题中给出的羰基化合物的共轭酸的pKa值逐渐减小，说明羰基氧吸引质子的能力越来越弱，即碱性由大到小的顺序为：上述化合物的碱性强弱表现为羰基氧结合氢正离子的能力大小，氧的负电荷越多，结合氢的能力越强，碱性就越强。前
25、三个取代基为给电子基团，使羰基氧上的负电荷集中，碱性增强。氨基的给电子能力最强，故碱性最强；羟基和乙氧基分别次之。-H不具有给电子效应，碱性弱于丙酮。-Cl是强的吸电子基，故乙酰氯的碱性最弱。习题14-2 完成下列反应：解：各反应的生成物如下所示：（） （）（） （）习题14-3 完成反应式并写出合理的反应机理。解：（）反应机理：（）反应机理：习题14-4 写出CH3CH2CN在酸催化及碱催化下水解的反应机理。解： CH3CH2CN在酸催化下水解的反应机理：H+在整个反应中所起的作用是活化CN和C=O，有利于NH2的离去。 CH3CH2CN在碱催化下水解的反应机理：HO-在整个反应中所起的作用
26、是增加亲核试剂的进攻能力。习题14-5 完成下列反应，写出主要产物：解：题中各反应的主要产物如下：（）（）（）（）（）（）习题14-6 请用不超过4个碳的有机化合物为原料合成：解：（）逆合成分析：合成路线：（）逆合成分析：合成路线：（）合成路线：（）合成路线：习题14-7 完成下列反应式，写出主要产物：解：（）（）（）在第一步反应中，一分子苯胺用于酸酐的胺解，另一分子苯胺用于成盐反应；在第二步反应中，强酸和苯胺成盐，置换出弱的羧酸。（）先是酸酐的胺解生成丁二酸单酰胺，然后在高温下再次经加成-消除反应生成酰亚胺。（）-丙内酯张力较大，易发生开环反应。-丙内酯有两个反应位点，在强酸性条件下，通过加
27、成-消除酰氧键断裂生成-羟基酯，然后胺解生成-羟基酰胺。（）习题14-8 选用苯、环己酮和不超过两个碳的有机化合物和合适的无机试剂为原料制备下列化合物。解：（）逆合成分析：合成路线：（）逆合成分析：合成路线：（）逆合成分析：合成路线：（）逆合成分析：合成路线：习题14-9 回答下列问题：格氏试剂和有机锂试剂能与哪些类型的有机化合物反应，产物是什么?总结它们的异同点。解：格氏试剂和有机锂试剂都能与活泼氢化物、羰基化合物、环氧基化合物、腈、卤代烃及CO2发生反应。（1） 与活泼氢反应相同点：二者与下列含活泼氢的化合物反应情况相同：ArOH，HOH，ROH，RCCH，NH3，RNH2，RNH不同点：
28、与羧酸的反应不同羧酸与格氏试剂反应首先生成羧酸镁盐沉淀，水解后转变为羧酸；与有机锂试剂反应，成盐和加成同时进行，水解生成偕二醇，再失水生成酮。（2） 与羰基化合物反应相同点：二者与下列羰基化合物反应相同：与醛、酮、酰卤和酯反应生成醇；与酰胺反应时，若N上有氢，先与活泼氢反应后，再与羰基加成。不同点：与酸酐的反应不同（3） 与环氧化合物的反应反应情况相同：（4） 与腈的反应反应情况相同：（5） 与卤代烃的反应反应情况相同：（6） 与CO2的反应反应情况相同：习题14-10 选用合适的羧酸及羧酸衍生物，以及其它必要的试剂合成下列化合物。解：（）合成路线：（）合成路线：习题14-11 完成下列反应，
29、写出主要产物：解：各反应的主要产物如下：（） （）（） （）（） （）（） （）习题14-12 请写出下列反应的主要产物及相关的反应机理：解：首先发生酰氯的-卤代，然后再发生酰卤的醇解和-碳上的亲核取代反应。反应机理：习题14-13 请用共振式表示下列各结构。解：（）（）（）（）（）习题14-14 请将乙烯酮转变成下列化合物。（i）乙酸（ii）乙酰溴（iii）甲乙酸酐（iv）N，N-二甲基乙酰胺（V） -乙氨基丙酸 （vi）-乙氧基丙酸（vii）乙酰乙酸异丙酯 （viii）丁酮解：乙烯酮有两个相互正交的键，羰基碳呈sp杂化，整个分子为线形结构，更易受试剂进攻而发生反应。当羰基与含活泼氢化合物发
30、生加成反应时，首先生成不稳定的烯醇，很快转换为稳定化合物。加水生成羧酸，加氢卤酸生成酰卤，加羧酸生成酸酐，加胺生成酰胺，加醇生成酯。乙烯酮的碳碳双键可以和另一化合物分子中的羰基发生加成反应生成-丙内酯。-丙内酯可通过SN2反应发生烷氧基键断裂，也可通过加成-消除机理发生酰氧基断裂。习题14-15 完成下列反应，写出主要产物。解：（）酯交换是可逆反应，通过将乙醇不断蒸出，可有利于正向反应的进行。（）（）当失水后能形成一个大共轭体系时，失水反应很容易进行。（）习题14-16 完成下列反应，写出主要产物。并根据以下反应总结下面几种制备烯烃方法的异同点。解：（）卤代烃在碱作用下发生反式共平面消除（E2
31、机理）。（）羧酸根负离子与伯卤代烃发生亲核取代反应，按SN2机理生成酯，酯在高温下热裂，顺式消除生成烯烃。（）醇在酸性条件下加热发生E1消除。中间体为碳正离子，由于C-C单键可以自由旋转，所以有Z和E两种产物。又由于碳正离子可以发生重排，因此主要产物为重排后消除生成的E型烯烃。（）1醇和酸加热发生酯化反应，酯化反应中醇羟基氧构型不变，生成的酯在高温条件下热裂顺式消除生成烯烃。（）醇与二硫化碳在碱性条件下反应生成黄原酸盐，黄原酸盐与卤代烃反应生成黄原酸酯，黄原酸酯170热裂，顺式消除生成烯烃。习题14-17 用图示的方法总结羧酸和羧酸衍生物的转换关系。解：羧酸和羧酸衍生物间相互转换关系如下图所示
32、。习题14-18 请用乙醇为起始原料，选用其它合适的试剂合成下列化合物。解：习题14-19 请用邻二甲苯为起始原料，选用其它合适的试剂合成下列化合物。解：习题14-20 苯甲腈在有过氧化氢存在下水解的催化机理如下所示：请根据上述机理，说明过氧化氢在反应中的作用。解：过氧化氢能电离产生H+和HOO-，HOO-具有亲核性，可进攻CN基团的碳原子，三键打开一个，形成C=N双键。同时，过氧化氢很活泼，可产生一个正氢和一个负氢，放出氧气。氢正离子首先帮助羟基离去，产生 ，氮上结合一个负氢，C=N双键打开，C=O双键形成，得到酰胺。习题14-21 用中英文命名下列化合物：解：（）3-溴代丙酸乙酯ethyl
33、 3-bromopropionate（）3-甲氨基甲酰基丙酸乙酯ethyl 3-methylaminoformylpropionate（）（R）-N，N，2-三甲基丁酰胺（R）-N,N,2-trimethylbutyramide（）2-氯甲酰基乙酸甲酯methyl 2-chlorocarbonylacetate（）乙酸邻甲氧基苯甲酸酐 acetic o-methoxybenzoic anhydride（）（2R，4R）-4-羟基-2-氯己酸乙酯 ethyl （2R,4R）-2-chloro-4- hydroxyhexanate习题14-22 用不超过四个碳的有机化合物为原料合成：（i）N，N-
34、二甲基异戊酰胺（ii）4-氧代-2，3-二溴己酸乙酯（iii）3-二甲氨基甲酰基丙酸甲酯（iv）二（异丙基）酮解：（）逆合成分析：合成路线：（）逆合成分析：合成路线：（）合成路线：（）合成路线：习题14-23 将下列化合物按反应的活性排列顺序：（i） 水解：苯甲酰氯邻苯二甲酸酐苯甲酸乙酯苯甲酰胺（ii） 在酸性条件下，与丙醇进行酯交换：乙酸甲酯 乙酸乙酯 乙酸三级丁酯（iii） 与丙酸发生酯化反应：甲醇乙醇异丙醇三级丁醇解：（）羧酸衍生物的水解反应是经加成-消除机理完成的，羰基碳的正电性越大，亲核试剂越容易进攻。空间位阻越小，四面体中间体越容易形成。综合电子效应和空间效应，水解的排序为:苯甲酰
35、氯邻苯二甲酸酐苯甲酸乙酯苯甲酰胺（）酯交换的关键中间体为四面体中间体，空间位阻越小，该中间体越易形成。酯交换反应是可逆反应，如果交换下来的是小分子醇，通过蒸除小分子醇将有利于平衡的移动。综合上述考虑，酶交换的反应速率为:乙酸甲酯乙酸乙酯乙酸三级丁酯（）丙酸与三级丁醇的酯化反应是按SNl 机理进行的，与甲醇、乙醇和异丙醇的酯化是按加成-消除机理进行的，SNl机理的反应速率大于加成-消除反应机理的反应速率。按加成-消除机理进行的反应，空间位阻越小，四面体中间体越易形成，反应速率越快。综合上述考虑，酯化反应的速率为:三级丁醇甲醇乙醇异丙醇习题14-24 比较丙醛、丁酮、丙酰氯、丙酸酐、丙酸乙酯、丙酰
36、胺中：（i）羰基氧的碱性，（ii）氢的活泼性，（iii）羰基的活性，并简单阐明理 由。解：（）羰基氧上的碱性顺序为：丙酰胺丙酸乙酯丙酮丙酸丙醛丙酸酐丙酰氯题中所给的化合物都具有 结构，差别仅在于羰基右侧的基团不同。丁酮右侧的甲基只有微弱的超共轭效应，羰基氧的碱性比丙醛略强，羧酸衍生物丙酰氯、丙酸酐、丙酸乙酯、丙酰胺从左至右，吸电子诱导效应逐渐减小，给电子共轭效应逐渐增大，所以羰基氧的碱性逐渐增大。与醛、酮相比，酰氯和酸酐， 右侧基团的吸电子能力比醛基氢大，所以其羰基氧的碱性比醛、酮弱，酯和酰胺右侧基团的给电子能力比甲基强，所以其羰基氧的碱性比醛酮强。（）-H的活泼性顺序为：丙酰胺丙酸乙酯丙酮丙
37、酸丙醛丙酸酐丙酰氯随着羰基右侧基团的给电子能力逐渐增强，羰基碳的正电性逐渐减弱，所以羰基的活性逐渐减弱，-H的活性也逐渐减弱。（）羰基的活性顺序为：丙酰胺丙酸乙酯丙酮丙酸丙醛丙酸酐丙酰氯原因见（II）。习题14-25 比较氨、N-甲基乙酰胺、甲胺、二甲胺、N-甲基苯甲酰胺、丁二酰亚胺、N-苯基苯甲酰胺、邻苯二甲酰亚胺的碱性强弱并说明理由。解：碱性强弱顺序为：二甲胺甲胺氨N-甲基乙酰胺N-甲基苯甲酰胺N-苯基苯甲酰胺邻苯二甲酰亚胺丁二酰亚胺碱性强弱取决于N上的孤电子对的密度大小，密度越大，则碱性越强。甲基是给电子基团，使碱性增强；酰基是吸电子基团，使碱性减弱。对于苯环，当它周围基团富电子时，苯环
38、可以接纳电子，当周围缺电子时，苯环可以提供电子。2习题14-26 选用14CO2、H 18O和其它合适的原料制备：2（）CH3CH2CH2CH18O（）CH3CH 14CH2OH解：（）（）习题14-27 写出分别与下列试剂反应的方程式：解：习题14-28 完成下列反应：解：（）（）（）（）习题14-29 完成下列转换：解：（）（）（）2习题14-30 丙酸乙酯和丙酸三级丁酯在氢氧化钠的H 18O溶液中进行水解，在尚未完全水解时就停止反应，请问此时这两种酯的水解体系中各有哪些化合物?为什么?2解：丙酸乙酯在NaOH的H 18O溶液中进行水解是按加成-消除机理进行的。在水解过程中，存在下列平衡和
39、交换：因此丙酸乙酯在尚未完全水解时，体系中存在着如下物质：2，H2O ，H 18O，NaOH，Na18OH，C2H5OH。2N丙酸三级丁酯在NaOH的H 18O溶液中水解按S 1机理进行，如下所示：因此丙酸三级丁酯尚未完全水解时，体系中存在着如下物质：习题14-31 将与含1 mol NaOH的乙醇溶液长时间加热反应，主要产物是什么?为什么?解：主要产物是：因为乙醇与氢氧化钠共存体系中，存在如下平衡：从酸碱角度分析，正反应不利；但由于乙醇是溶剂，大量存在，故体系中有一定浓度的CH3CH2O-。反应物一端是酰胺键，一端是酯键，酯键的亲核取代活性高于酰胺键的反应，故CH3CH2O-进攻羰基主要是C
40、H3O-被交换下来，得到乙酯的产物，反应如下：习题14-32 用乙醇和其它必要的无机试剂为原料合成：解：（）逆合成分析：合成路线：（）逆合成分析：合成路线：（）逆合成分析：合成路线：（）逆合成分析：合成路线：CH3CHO、CH3CH2MgBr、环氧乙烷的制备参见（）的合成路 线。（）逆合成分析：合成路线：（）合成路线：习题14-33 选择不超过4个碳的有机化合物和合适的无机物为原料完成下列转换：解：（）合成路线：（）合成路线：（）合成路线：（）合成路线：习题14-34 某化合物A的分子式为C7H12O3，A与HCN反应后再用碱处理，得到化合物5-甲基-5-氰基戊内酯，请写出化合物A的结构简式及
41、由A生成5-甲基-5-氰 基戊内酯的反应机理。解：最终产物中含有-羟氰结构，中间碳上连有一个甲基，由此可知A是一个甲基酮，A和HCN发生的是加成反应。已知A的分子式，所以中间产物的分子式为C8H13O3N。对比中间产物和最终产物的分子式，两者相差CH3OH，可推断中间产物是经过分子内的酯交换转变为最终产物的，所以可推知A的结构式为： 。反应机理：习题14-35 完成反应式，并写出反应 和反应 的反应机理。解：完整反应式如下：反应 的机理：反应 的机理习题14-36 根据所提供分子式及IR、NMR的数据，推测相应化合物的构造式，并标明各吸收峰的归属。解：由化合物A的分子可知其不饱和度为3，IR谱中1820 cm-1,1755cm-1处吸收峰表明分子中可能有酸酐结构。NMR谱中=2.8（三重峰，4H），说明分子中有两个化学环境相同的亚甲基，且与另一个亚甲基相连，=2.0（五重峰，2H），说明该亚甲基处在两个亚甲基之间，即分子中三个亚甲基相连。综上推知A为戊二酸酐。化合物B的IR谱中在3000 cm-1的宽峰，说明分子中含有羧基。NMR谱中的=13（单峰，1H）证实是羧基，=3.8（单峰，3H），说明分子中有甲基，且与其相连的碳上无氢
