第15章羧酸及其衍生物和取代羧酸 下载本文

酯的命名是根据形成它的酸和醇称为某酸某酯。例如:

15.2.2羧酸衍生物的物理性质

室温时,酰氯、酸酐和酯大多是液体。低级酰氯有强烈刺激性气味,低级酸酐有不愉快的气味,而低级酯常有果香味。如乙酸异戊酯有浓厚的香蕉味,俗称香蕉水。酰氯、酸酐、酯分子间不能通过氢键而缔合,它们的沸点比相应羧酸低。

酰氯和酸酐遇水分解为酸,酯由于没有缔合性能,所以在水中溶解度比相应的酸低,酰胺则易溶于水。

15.2.3 羧酸衍生物的化学性质 1.水解反应

四种羧酸衍生物在化学性质上的一个主要共性是都能水解生成相应的羧酸。

但反应的活性不同,酰氯和酸酐容易水解,尤其酰氯的作用更快。酯和酰胺的水解都需要酸或碱作催化剂,并且还要加热。水解的活性次序是:酰氯>酸酐>酯>酰胺

酯在酸催化下

的水解,是酯化反应的逆反应,但水解不完全;在碱作用下水解时,产生的酸可与碱生成盐

而破坏平衡体系,所以在足够碱的存在下,水解可以进行到底。酯在碱溶液中的水解反应又叫皂化反应。

2.醇解和氨解

酰氯、酸酐和酯都能进行醇解和氨解反应,所得主要产物分别为酯和酰胺。

因为酯的醇解生成另一种酯和醇,这种反应称为酯交换反应。此反应在有机合成中可用于从低级醇酯制取高级醇酯(反应后蒸出低级醇)。

水解、醇解和氨解反应,对于水、醇和氨来说,是其中的活泼氢原子被酰基所取代的反应。这种在化合物分子中引入酰基的反应称为酰化反应,所用试剂叫酰化剂。羧酸衍生物都可用作酰化试剂,但实际应用常选酰氯和酸酐。

羧酸衍生物的酰化能力强弱顺序为:酰卤>酸酐>酯>酰胺

酰化反应可应用于药物的合成和结构修饰,如在药物分子中引入酰基,可降低毒性,提高药效。有机合成中,为了保护反应物分子中的羟基、氨基等基团在反应中免遭破坏,可先把它们酰化,待反应结束后,再水解恢复成原来的羟基和氨基。在人体代谢过程中,有些变化也属于酰化反应。

3.酰胺的化学性质

(1)酸碱性 酰胺的碱性很弱,接近于中性。(因氮原子上的未共用电子对与碳氧双键形成P-π共轭)。酰亚胺显弱酸性(例如,邻苯二甲酰亚胺,能与强碱的水溶液生成盐)。

(2)与亚硝酸的反应 酰胺与亚硝酸反应,氨基被羟基取代,生成相应的羧酸,同时放出氮气。

(3)霍夫曼(Hofmann)降级反应 酰胺与次卤酸钠的碱溶液作用,脱去羧基生成比原来少一个碳的胺的反应,称为霍夫曼降级反应。

例如:

霍夫曼降级反应是制备纯伯胺的好方法。 15.2.4重要的羧酸衍生物

1.乙酰氯 乙酰氯是无色有刺激性气味的液体,沸点52℃,遇水即剧烈水解,半放出大量的热,空气中的水分就能使它水解生成氯化氢而冒白烟。乙酰氯是常用的乙酰化试剂。

2.乙酸酐 又名醋酐,是具有刺激气味的无色液体,沸点159.6℃,易溶于乙醚和苯等有机溶剂。乙酐容易燃烧,易水解生成乙酸。纯乙酸酐为中性化合物,是良好的溶剂,也是重要的乙酰化试剂,用于醋酸纤维、染料、医药和香料的生产中。

3.乙酸乙酯 乙酸乙酯为无色可燃性的液体,有水果香味,熔点-83.6℃,沸点71℃,微溶于水,溶于乙醇、乙醚和氯仿等有机溶剂。乙酸乙酯易燃,易发生水解反应和皂化反应。其蒸气形成爆炸性混合物,爆炸极限为2.2~11.2%(体积)。其用作清漆、人造革、硝酸纤维素塑料等的溶剂,也用于制染料、药物、香料。

4.乙酰乙酸乙酯 为无色液体,有令人愉快的香味,稍溶于水,易溶于有机溶剂。乙酰乙酸乙酯是由酮式和烯醇式互变异构体的混合物组成的平衡体系,其中酮式占93%,烯醇式占7%。

乙酰乙酸乙酯与三氯化铁反应显紫色,说明分子中具有烯醇型结构;可使溴水褪色,说明分子中含有碳碳双键。向刚刚滴过溴水的乙酰乙酸乙酯中,再接着加三氯化铁试液不会显色。但片刻后会出现紫色,证明有一部分酮式转变为烯醇式,二者之间存在动态平衡。

互变异构现象是指两种或两种以上异构体之间相互转变,并以动态平衡而同时存在的现象。具有这种关系的异构体叫互变异构体。

5.脲 脲也叫尿素,最初由尿中取得。它是哺乳动物内蛋白质代谢的取终产物。成人每天可随尿排出约30g脲。尿素是白色结晶,熔点152℃,易溶于水和乙醇,强热时分解成氨和二氧化碳。它除可用作肥料外,还用于合成药物、农药、塑料等。

尿素是碳酸的二酰胺,由于含两个氨基,所以显碱性,但碱性很弱,不能用石蕊试纸检验。尿素能与硝酸或草酸生成不溶性盐,利用这种性质可从尿液中分离尿素。

尿素在化学性质上与酰胺相似,如在酸、碱或脲酶作用下,可水解为氨和二氧化碳。

尿素与亚硝酸作用定量放出氮气,可从氮气体积测定尿素含量。

将尿素缓慢加热至熔点以上,则两分子尿素间失去一分子氨,生成缩二脲。

缩二脲在碱性溶液中与稀硫酸铜溶液作用,呈现紫红色,这种颜色反应叫做缩二脲反应。凡分子中含有两个以上肽键的化合物,如多肽、蛋白质等都有缩二脲反应。

15.3 取代羧酸

羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或原子团取代后形成的化合物称为取代酸。取代酸有卤代酸、羟基酸、氨基酸、羰基酸等,其中卤代酸、氨基酸将在有关章节中讨论,这里只讨论羟基酸和羰基酸。 15.3.1羟基酸

1.羟基酸的分类和命名

分子中含有羧基和羟基的化合物称为羟基酸。羟基酸可分为醇酸和酚酸,羟基连接

在脂肪烃基上的属醇酸,连接在芳香烃基上的属酚酸。

醇酸是以羧酸为母体,羟基作为取代基来命名的。母体主链碳原子的编号可用阿拉

伯数字或希腊字母表示。前者应从羧基碳原子开始,后者应从与羧酸相邻的碳原子开始。酚酸是以芳香酸为母体,羟基为取代基来命名的。自然界存在的羟基酸常按其来源而采用俗名。

2.羟基酸的性质