第十一章 羧酸衍生物 掌握：羧酸衍生物的结构及命名；羧酸衍生物的理化性质； 羧酸衍生物的水解，醇解，氨解反应及其活性的强弱顺序。 熟悉：羧酸衍生物的酰基亲核取代反应的机理;酯的缩合反应及其在 生物体内的应用;碳酸衍生物的结构类型及其主要性质。 了解：尿素和巴比妥类药物的结构及其性质; 聚酯、聚酰胺的结构和用途。

羧酸分子中的羧基上的羟基被－X、－OR’、－OCOR’、－NH2、－NHR、 －NR2取代后形成的化合物，分别称为酰卤、酯、酸酐和酰胺，总称为 羧酸衍生物（derivatives of carboxylic acid）。 这些化合物在医药卫生保健事业中起着非常重要的作用。众所周知的具 有抗菌作用的β-内酰胺类抗生素（青霉素）、具有解热阵痛作用的扑热 息痛等都是酰胺类化合物。而巴比妥类、链霉素类药物中的胍基都是 碳酰胺类衍生物。

第一节　 羧酸衍生物的结构、命名 一、 结构

二、命名 1、酰卤的命名，就是在酰基后面加上卤素的名称。 2、酸酐的命名，以酐为母体，前面加上酸的名称。 3、酯的命名， 先酸后醇，即称为“某酸某醇酯”，通常醇字省略。 4、酰胺的命名，是在酰基名称后加上“胺或某胺”。

复杂衍生物的命名 混合酸酐：不同羧酸形成的酸酐，简单的羧酸写在前面，复杂的羧酸写在后面。

第二节 羧酸衍生物的性质 一、物理性质 1、低级酰卤和酸酐有刺激气味。挥发性酯具有令人愉快的气味，可用于 制造香料。 2、沸点：酰卤和酯的沸点比相应的羧酸低；酸酐的沸点比相对分子质量 相近的羧酸低；酰胺的熔点、沸点均比相应的羧酸高。 （酰卤、酸酐和酯类化合物的分子间不能形成氢键，酰胺分子 间能形成氢键而缔合。） 3、所有的羧酸衍生物都溶于有机溶剂，低级酰胺能与水混溶。

二、化学性质 （一） 酰基的亲核取代反应 1、 水解反应（Hydrolysis）： 酰卤最容易水解，低级酰卤与空气中的水反应就十分激烈； 酸酐活性较酰卤差些，在热水中反应较快； 酯较稳定，需要在碱液或无机酸催化并加热（内酯除外）才能进行反应； 酰胺比酯更稳定，需浓度较大的强碱液并较长时间加强热才能反应。

2、醇解反应: （Alcoholysis） 由于酰卤和酸酐的反应活性大于酯， 所以利用这个反应来制备某些醇 或酚不与羧酸直接生成的酯。

由于氨（或胺）的亲核性比水强，因此酯的氨解比水解容易进行。 酰胺的氨解是一个可逆反应，为了使反应完成，必须用过量且亲核 性更强的胺。 3、 氨解反应: （Ammonolysis） L = -X,　 -OCOR’,　 -OR’,　 -NH2 由于氨（或胺）的亲核性比水强，因此酯的氨解比水解容易进行。 酰胺的氨解是一个可逆反应，为了使反应完成，必须用过量且亲核 性更强的胺。

（二） 酰基亲核取代反应的机制 酰基的亲核取代反应速率，受其分子中的电性效应和空间效应的影响。 因而与亲核加成和消除反应均有关。

电性效应： 若烃基R上有能使中间体稳定的基团，则反应速率就快。 空间效应：若酰基a－碳上取代基多、体积大都使中间体稳定性降低， 反应速率变慢。 第二步消除反应的速率取决于离去基团L的碱性，碱性越弱，越利于 离去基团离去，反应越易进行。 碱性： 离去能力： 所以，羧酸衍生物的亲核取代反应的活性次序是： 酰卤＞酸酐＞酯＞酰胺

下面以酸、碱条件下酯的水解反应机制为例，说明羧酸衍生物水解的本质。 1、酯在碱液中的水解反应： 羧酸酯在碱溶液中的水解反应称为酯的皂化，此反应是不可逆的。 其过程如下： 若G为吸电子基，如-NO2, -CN等，则能稳定中间四面体结构，使反应速度加快。

2、 酯的酸催化水解反应： 酯的酸性水解是通过酯羰基质子化后的共轭酸进行的可逆反应。 该反应速率取决于②步，即质子化的酰基正离子与H2O加成，形成四面体 结构的中间体。与碱溶液水解反应一样，R和OR‘基团体积增大，反应速率 降低；与碱液水解不同的是中间体带正电荷，所以R和OR‘基团供电子能力 增强，使中间体稳定，水解反应速率加快。

例如： 若G为给电子基，如-NH2, -OH, -OR’, -R等，则能稳定中间四面体结构， 使反应速度加快。

由于生成酯的醇不同，酯水解反应机制也不一样。 同位素研究证明：伯、仲醇生成的酯水解时是酰氧键断裂，为SN2机制； 叔醇生成的酯水解时是烷氧键断裂，为SN1机制。

酰化剂（acylating agent）：能够提供酰基的化合物。 酰卤和酸酐是最常用的酰化剂。 酰化反应（acylating reaction）：由酰化剂与含活泼氢的化合物（如醇、酚、 胺，含α－氢的酯及醛酮等）的反应，又称为酰基转移反应。 在有机合成中利用改反应可以保护易受氧化的酚羟基和芳香氨基。 医药上利用酰化反应降低某些药物的水溶性，提高脂溶性，改善吸收， 提高疗效；或利用酰化反应降低一些药物的毒性。

不具α-H的酯（如苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯和碳酸酯等）可以提供 羰基，与具有α-H的酯起缩合反应，称为交叉claisen酯缩合反应。 （三）酯的缩合反应： 具有α－H的酯，在醇钠作用下与另一分子酯发生类似羟醛缩合反应，此反应 为酯缩合反应或claisen缩合反应。 不具α-H的酯（如苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯和碳酸酯等）可以提供 羰基，与具有α-H的酯起缩合反应，称为交叉claisen酯缩合反应。

酯缩合反应在有机和药物合成方面具有很重要的价值。 酯缩合反应也是生物体内一个重要的生化反应。 例如： 丙酮酸与草酰乙酸经酶催化缩合成柠檬酸：

三、碳酸衍生物 一取代的碳酸衍生物，如H2N—CO—OH（氨基甲酸）也极不稳定。 碳酸： 是两个羟基共用一个羰基的二元酸，很不稳定，不能游离存在。 一取代的碳酸衍生物，如H2N—CO—OH（氨基甲酸）也极不稳定。 二取代的碳酸衍生物，如H2N—CO—OC2H5 (氨基甲酸乙酯)，则很稳定， 是合成药物的原料。 （一）氨基甲酸酯 结构式： 性质：具有酰胺和酯的结构，因此也就具有它们的通性，如在碱液中可 水解成氨（胺）、醇和CO2（以碳酸盐的形式存在）。

应用：取代氨基甲酸酯如（ ）因毒性较低、产生抗药性慢、 生物活性高而广泛用作植物保护的杀虫剂、杀菌剂和除草剂。

（二 ）脲（尿素）（Urea） 结构式： 物理性质： 脲为无色长菱形结晶，熔点为133℃，易溶于水和乙醇， 难溶于乙醚。脲是哺乳动物体内蛋白质代谢的最终产物， 成人每天经尿排泄25~30g脲。 化学性质： 1、弱碱性：其水溶液不能使石蕊试纸变色，只能与强酸作用生成盐。

2、水解：与酰胺的性质类似，在脲酶、酸或碱催化下发生水解反应。 3、与HNO2反应： 通过测定氮的体积，可测定脲的量。此反应也用于除去反应中的 过量亚硝酸。

4、缩二脲的生成： 在缩二脲的碱性溶液中加入少许硫酸铜溶液，溶液显紫红色或紫色， 这个反应称为缩二脲反应（biuret reaction）。 凡分子中含有两个或两个以上酰胺键 结构的化合物（如多肽 和蛋白质）都能发生缩二脲反应。

因为胍接收H+后形成C－N键完全平均化，且极为稳定的共轭体系 （三） 胍（亚氨基脲）(Qanidine ) 结构式: 物理性质：胍为无色结晶，熔点50℃，吸湿性极强，易溶于水。 化学性质： 1、强碱性：pKa =13.8与KOH相当。 因为胍接收H+后形成C－N键完全平均化，且极为稳定的共轭体系

2、游离胍易水解 所以，胍或胍的衍生物通常以盐的形式保存。 用途：某些胍的衍生物具有生理活性，如链霉素，病毒灵（玛啉胍） 等分子结构中都含有胍基。

（四）丙二酰脲（Malonyl urea） 结构式： 物理性质： 丙二酰脲（malonyl urea）为无色结晶，熔点为245℃， 微溶于水。 化学性质： 较强酸性（pKa=3.85），比乙酸（pKa=4.76）的酸性还强。 故常称为巴比妥酸（Barbituric acid）这是由于丙二酰脲存在 酮型－烯醇型互变异构现象。

制备： 用途：巴比妥酸本身无生物活性，而取代的丙二酰脲，为巴比妥类 化合 物，具有镇静、催眠和麻醉作用，需指出的是，巴比妥类药物有 成瘾性，用量过大危及生命。

四、尼龙和聚酯 （一）尼龙 尼龙是聚酰胺类高分子化合物的商业名。聚酰胺是由内酰胺或二元羧酸 和二元有机胺聚合而成，分子链中含有亲水的酰胺基团和疏水的烃基， 应用前景广阔。 聚酰胺的结构： 聚酰胺的性质： 聚酰胺化学稳定性较好，对化学试剂（强酸除外）不反应，溶解性、 吸水性和着色性差，有一定的耐热性。由于分子链间能形成氢键和分子 间排列整齐，使聚酰胺有较好的结晶性、较高的熔点和较好的机械强度。

（二）聚酯：Polyesters 聚酯是由醇和羧酸聚合而成。比较重要的聚酯如，Dacron（涤纶）:

另一类聚酯是由羟基乙酸和乳酸聚合而成，称为Lactomer 。 可用作外科缝合线。

总结 1、 羧酸衍生物-羧酸分子中的羧基上的羟基被－X、－OR’、－OCOR’、 －NH2、－NHR、－NR2取代后形成的化合物分别称为酯，酸酐， 酰胺和取代的酰胺。 2、 羧酸衍生物的化学反应-水解，醇解，氨解。

3、 羧酸衍生物的亲核取代反应的机制。 影响因素-电性因素和空间因素，将影响中间体结构的稳定性。同时 离去基碱性的强弱也将影响反应速度。 4、酸条件下的酯水解反应为一可逆反应，而碱条件下的酯水解反应则可 进行到底。 5、羧酸衍生物亲核取代反应的活性顺序-酰卤＞酸酐＞酯＞酰胺。 6、酯的缩合-Claisen酯缩合反应及其在生物体内的应用。 7、碳酸衍生物的结构类型及其主要性质.特别是尿素和巴比妥类药物的 结构及其性质。