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第12章羧酸分解

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? LiAlH4对羧基的还原条件温和,在室温下即可进行。常用无水乙醚、四氢呋喃做溶剂,能

获得高产率的伯醇,同时还可保留双键。由于LiAlH4价格昂贵,一般仅用于科学实验; ? AlH4—作为亲核试剂提供H—,与羰基发生亲核加成,然后失水成醛,再继续还原成伯醇; ? (BH3)2可以更快且定量的在THF中还原羧酸。而且其他可还原的基团,如-C≡N,

-C=C,>C=O,-COOR,-COCl,-NO2,>SO2等则不受影响。

12.4.6 -OH被取代的反应(羧酸衍生物的生成)

羧酸中的羟基被其他原子或基团取代后生成的化合物称为羧酸衍生物。 ? 亲核取代的影响因素:①亲核试剂的亲核性大小;②离去基团碱性大小。 ? 同一周期的原子作为亲核中心时,试剂的亲核性与碱性有相同的强弱次序: 羧酸分子中的羟基可以被卤原子(-X)、酰氧基(RCOO-)、烷氧基(RO-)和氨基(-NH2)取代生成酰卤、酸酐、酯和酰胺:

以上反应都是亲核加成-消除反应,反应机理如下:

1、酰卤化反应

已接触过的卤化剂:卤素,HX和SOX2、卤化磷等。

除甲酸外,羧酸与PX3、PX5和SOX2作用,羧酸中的羟基被卤原子取代,生成酰卤。

?制低b.p.酰氯 ?制高b.p.酰氯 ?产物纯、易分离,因而产率高

是一种合成酰卤的好方法

芳香族酰氯一般是由PCl5或SOCl2与芳酸作用制取的。芳香族酰氯的稳定性较好,在水中发生水解反应缓慢。

反应生成的酰氯的性质活泼,易水解,反应应在无水条件下进行,否则生成的酰氯就会水解。 2、酸酐的生成

饱和的一元羧酸在脱水剂(如P2O5)存在下加热,发生分子间脱水生成酸酐。

乙酐也常用来做脱水剂以制取较高级的酸酐。

两分子不同羧酸之间脱水,产物复杂,不利于制备混酐。

混合的酸酐可由酰卤与羧酸盐作用得到,也可以由乙烯酮与羧酸作用得到

甲酸一般不发生分子间的加热脱水生成酐,但在在脱水剂P2O5的存在下或在浓硫酸中受热时,分子内脱水生成CO和H2O。可用来制取高纯度的CO。

有些二元酸,如丁二酸、戊二酸等,只需加热,分子内就可脱水形成五元环或六元环的酸酐(两个羧基间隔2~3个碳原子),而不必使用脱水剂。

但己二酸和庚二酸加热也不能生成酸酐。

3、酰胺的生成

1)含氮Nu—包括NH3、RNH2、R2NH等,羧酸首先与之成盐,然后在加热条件下再发生亲核加成—消除反应。如高温时铵盐分解成氨和羧酸,然后是氨的亲核加成与消除水的反应。

ORCOH+NH3OORCONH4RCOH+(NH4)2CO3OORCOH+NH2RRCONH3RORCNH2+H2OORCNHR+H2O

【反应机理】

2)酰氯、酸酐法得到酰胺

4、酯的生成

a)酯化反应:羧酸与醇在酸催化下作用,生成羧酸酯和水。这是一个典型的可逆反应; b)反应速度一般很慢,需要加催化剂和加热来提高反应速度;

c)常用的催化剂有浓硫酸、干燥的氯化氢、对甲苯磺酸和强酸性离子交换树脂等。应用平衡移动的原理,可以得到较高产率的酯。 ? 提高产率的方法: 1)增加其中一种便宜原料的用量; 2)可以不断除去反应生成的水(加进合适的脱水剂如无水、二环己基碳化二亚胺或恒沸去水); 3)将生成的低沸点酯蒸出,使平衡向正反应方向移动。 酯化反应可以有两种脱水方式:

通过示踪原子的实验表明:大多数酯化反应是按照第(i)种方式脱水的。用含O18 的醇与羧酸反应,结果发现生成的酯含有O18。 A、1°、2°R—OH:酰氧键断裂

ORCOH+HOR`H+ORCOR`+H2O【反应机理】

? R、R’结构(空间效应)对亲核加成-消除机制的酯化反应速度的影响: O OHO + H[ R-C-OH]R-C-OH + H-OR' R-C-O R' + H2OOR' SP2 SP3? 酯化反应的活性: RCOOH:HCOOH>CH3COOH>RCH2COOH>R2CHCOOH>R3CCOOH R—OH:CH3OH>RCH2OH>R2CHOH>R3COH 随着烃基R体积的增大,空间效应增强,阻碍了亲核试剂对羧酸的进攻,使酯化反应速度变慢。 B、3°R—OH:烷氧键断裂(SN1机制) ORCOHO +HOR`H+RCOR`+H2O【反应机理】

C、酰基正离子机制(仅有少量空间位阻很大的羧酸)

2,4,6-三甲基苯甲酸的酯化时因空间位阻关系,醇分子难以接近羧基而不能反应。

D、羧酸和酚类化合物的酯化较脂肪醇困难得多,故通常在酚和活性比羧酸强的酸酐或酰卤之间进行。

E、芳香族羧酸的酯化反应要比脂肪族的难一些。对苯二甲酸与乙二醇或环氧乙烷作用可生成对苯二甲酸二羟乙酯,它是合成涤纶的中间体。

OHO2CCO2HOCOCH2CH2OH+2 CH2OCH2HOCH2CH2OC? 其他制备酯的方法:

1)乙酸酯还可通过醇与乙烯酮的反应

2)活泼的卤烃与羧酸根负离子的反应

3)重氮甲烷与羧酸反应:放出氮气而生成羧酸甲酯:

RCOOH + CH2N24)通过酰氯法制得

O R C C l + HO R ' RCOOCH3 + N2

O R C O R ' + H C l

5)多元酸与多元醇之间发生缩聚反应,可以生成大分子化合物--聚酯

第12章羧酸分解

?LiAlH4对羧基的还原条件温和,在室温下即可进行。常用无水乙醚、四氢呋喃做溶剂,能获得高产率的伯醇,同时还可保留双键。由于LiAlH4价格昂贵,一般仅用于科学实验;?AlH4—作为亲核试剂提供H—,与羰基发生亲核加成,然后失水成醛,再继续还原成伯醇;?(BH3)2可以更快且定量的在THF中还原羧酸。而且其他可还原的基团,如-C≡N,-C=C,>C
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