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。

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1 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。

2 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。

3 第一节　 羧酸衍生物的结构、命名 一、 结构

4 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”。

5 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。

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7 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。

8 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。

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10 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。

11 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。

12 （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。

13 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

14 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。

15 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。

16 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。

17 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。

18 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。

19 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。

20 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：

21 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）。

22 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。

23 （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。

24 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。

25 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。

26 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

27 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。

28 （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。

29 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。

30 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。

31 （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）:

32 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。

33 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。

34 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。