天然产物化学 ——在分子水平上揭示自然奥秘的重要学科

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1 天然产物化学 ——在分子水平上揭示自然奥秘的重要学科
天然产物化学是研究动物、植物、昆虫、海洋生物及微生物等天然产物化学成分的学科，它甚至包括人与动物体内许多内源性成分的化学研究。值得一提的是，中国有丰富的中医药宝库，其中不乏有独特生物活性的产物，以此作为探针研究它们在生命过程中的作用机制也正是中国化学家得天独厚、大有作为的领域。 2018/11/10

2 Carboxylic acid Derivatives
第十五章 羧酸衍生物 Carboxylic acid Derivatives 2018/11/10

3 Carboxylic acids are just one number of a class of acyl derivatives，RCOL，where the acyl group is bounded to an electronegatives substituent —L that can act as a leaving group in substitution reactions. Numerous acyl derivatives are possible，but we’ll be concerned only with four of the more common ones，in addition to carboxylic acids themselves：acid halides，acid anhydrides， ester，and amides. 2018/11/10

4 羧酸衍生物 酰卤 酸酐 羧酸 酯 酰胺 腈 2018/11/10

5 15.1 羧酸衍生物的命名 2018/11/10

6 一、酰卤(Acyl Halides)的命名
酰卤：酰基名后加卤素名 ic acid——yl halide carboxylic acid——carbonyl halide 2018/11/10

7 Cyclohexane carbonyl chloride
乙酰氯 丙烯酰氯 Acetyl chloride Acryloyl chloride 苯甲酰溴 Benzoyl chloride 环己烷甲酰氯 Cyclohexane carbonyl chloride 2018/11/10

8 3-甲基戊酰溴 乙二酰二氯 氯甲酰基 对氯甲酰基苯甲酸
Chloroformyl 2018/11/10

9 二、酸酐(Acid Anhydrides)的命名
单酐——羧酸名后加“酐”。 环酐——二元酸名后加“酐”。 混酐——简单的酸名放前面，复杂的酸名 放后面再加“酐”。 acid——anhydride 2018/11/10

10 Acetic formic anhydride butanedioic anhydride
乙酸酐 甲(酸)乙(酸)酐 Acetic anhydride Acetic formic anhydride 丁二酸酐 butanedioic anhydride 2018/11/10

11 邻苯二甲酸酐 Phthalic anhydride 顺丁烯二酸酐 Maleic anhydride
2018/11/10

12 三、酯(Esters)的命名 羧酸的氢被烃基取代 酯——酸名 + 烃基名 + 酯 酯在环上称内酯——用内酯代替酸字，注明羟基的位次。
ic acid——Alkyl + ate 2018/11/10

13 tert-Butyl cyclohexane carboxylate
苯甲酸甲酯 乙酸乙酯 Ethyl acetate Methyl benzoate 环己烷羧酸叔丁酯 tert-Butyl cyclohexane carboxylate 2018/11/10

14 3-甲基-4-丁内酯 丁二酸单丁酯 2018/11/10

15 四、酰胺(Amides)的命名 酰胺——“酸”改为“酰胺”。 酰胺——N-烃基的名加“酰胺”。 ic acid——amide
carboxylic acid——carboxamide 2018/11/10

16 乙酰胺 Acetamide N,N-二甲基甲酰胺 N,N-Dimethyl foramide DMF 2018/11/10

17 Cyclohexane carboxamide
环己烷羧酰胺 Cyclohexane carboxamide 己内酰胺 Caprolactam 2018/11/10

18 五、腈(Nitriles)的命名 腈——把CN中的碳原子计算在内，并从氰基碳原子开始编号。 Alkanenitrile
ic acid or oic acid——onitrile carboxylic acid——carbonitrile 2018/11/10

19 6-Bromo-hexanenitrile
乙腈 戊腈 Pentanenitrile Acetonitrile 苯甲腈 6-溴己腈 Benzonitrile 6-Bromo-hexanenitrile 2018/11/10

20 15.2 羧酸衍生物的结构和反应性 2018/11/10

21 一、结构 L——Cl、O、N 2018/11/10

22 二、L基团的电子效应 诱导效应 ＞ ＞ ＞ 共轭效应 ＜ ＜ ＜ 离去能力 ＞ ＞ ＞ 2018/11/10

23 三、α-氢的活泼性 2018/11/10

24 四、L-基团的离去能力和羰基的活性 2018/11/10

25 Preparation of Carboxylic Acid Derivatives
15.3 羧酸衍生物的制备 Preparation of Carboxylic Acid Derivatives 2018/11/10

26 一、酯的制备 1. 直接酯化反应 2018/11/10

27 2. 羧酸盐与卤代烃反应 3. 酰卤或酸酐醇解反应 2018/11/10

28 4. 羧酸与重氮甲烷反应 5. 腈在酸性条件下与醇反应 2018/11/10

29 二、酰卤的制备 羧酸与三氯化磷、五氯化磷和亚硫酰氯反应 2018/11/10

30 三、酸酐的制备 1. 羧酸钠盐与酰氯反应制备 2. 羧酸在脱水剂作用下制备 2018/11/10

31 3. 工业上乙酸酐的制备 2018/11/10

32 四、酰胺的制备 1. 羧酸与氨反应 2. 酰氯或酸酐与氨(胺)反应 2018/11/10

33 3. 酯与氨(胺)反应 2018/11/10

34 15.4 羧酸衍生物的水解、醇解和氨解反应 Hydrolysis, Alcoholysis and Amonolysis Reactions of Carboxylic Acid Derivatives 2018/11/10

35 一、羧酸衍生物的水解反应 + 2018/11/10

36 2018/11/10

37 注意：酯的水解用于羧酸的制备。 水解速度：酰卤 ＞ 酸酐 ＞ 酯 ＞ 酰胺 酯水解反应机理： 碱催化（B） 酰氧断裂（Ac） 单分子
烷氧断裂（Al） 双分子 2018/11/10

38 1. 碱性水解： BAc2—碱性催化双分子酰氧断裂 + + + + 2018/11/10

39 酯碱性水解反应特点： （1）酯的碱性水解是不可逆的； （2）碱既是催化剂又是试剂。 2018/11/10

40 BAl2——碱性双分子烷氧断裂机理 + + 2018/11/10

41 2. 酸性水解： AAc2——酸性双分子酰氧断裂 + + + 2018/11/10

42 + + + 2018/11/10

43 注意：酯的酸性水解和酯化反应互为逆反应，平衡的移动取决于反应的条件。
酸在反应中有两个作用： （1）活化酯中的羰基 （2） 使OR形成 钅 羊 盐而更易离去 注意：酯的酸性水解和酯化反应互为逆反应，平衡的移动取决于反应的条件。 2018/11/10

44 AAc1——酸性单分子酰氧断裂 + + 2018/11/10

45 + + 2018/11/10

46 AAl1——酸性单分子烷氧断裂 + + 2018/11/10

47 + + R'+ R'+ + 2018/11/10

48 二、羧酸衍生物的醇解反应 + 2018/11/10

49 1. 反应机理 反应活性：酰卤 ＞ 酸酐 ＞ 酯 ＞ 酰胺 反应机理：一般为亲核加成——消除机理 2018/11/10

50 （1）碱催化下的反应机理 2018/11/10

51 （2）酸催化下的反应机理 2018/11/10

52 2. 酰卤和酸酐的醇解 酰卤的醇解广泛用于合成酯 + + 2018/11/10

53 酐的醇解用于各种醇的酰化。 + + 2018/11/10

54 环酐的醇解可以得到分子内具有酯基的酸 + 丁二酸一甲酯 丁二酸二甲酯 2018/11/10

55 3. 酯的醇解——酯交换反应 酯交换反应可以制备难以合成或不能用直接酯化合成的酯。 将一个低沸点醇的酯转为高沸点醇的酯。
2018/11/10

56 + + 2018/11/10

57 酯交换反应也用于工业生产中 + 涤纶 2018/11/10

58 维尼纶 部分甲基化 2018/11/10

59 酯交换反应练习 2018/11/10

60 4. 酰胺的醇解 酰胺在酸条件下可发生醇解。 酰胺在碱条件很难或不发生醇解。 2018/11/10

61 5. 腈的醇解 腈在酸性溶液中醇解能得到酯 2018/11/10

62 2018/11/10

63 三、羧酸衍生物的氨解反应 羧酸衍生物氨解得到酰胺； 反应在碱性条件下有利； 反应在酸性条件下较为不利； 叔胺不能与羧酸衍生物反应生成酰胺；
2018/11/10

64 1. 羧酸衍生物氨解生成酰胺 （1）反应活性 酰卤 ＞ 酸酐 ＞ 酯 （2）反应机理 一般为亲核加成——消除机理 2018/11/10

65 （3）酰氯氨解制备酰胺 + + 2018/11/10

66 （4）酸酐的胺解用于胺的酰化 + + 2018/11/10

67 （5）环酐的氨解可以得到酰胺酸 2018/11/10

68 （6）酯的氨解可以得到酰胺 （7）酰胺的氨解 2018/11/10

69 练习：完成反应 2018/11/10

70 2. 丁二酰亚胺及其反应 （1）丁二酰亚胺 2018/11/10

71 （2）丁二酰亚胺的反应 2018/11/10

72 （3）酰胺N—H的酸性比较 pKa: ~ ~ ~8.3 pKa=10 2018/11/10

73 3. 羧酸衍生物氨解小结 分子量较小的酰卤胺解或氨解反应非常剧烈，氨解及生成的卤化氢与胺或氨的反应都是放热反应，通常需要冷却或稀释下反应。
酸酐的胺解或氨解反应比酰卤略慢。酐的水解比氨解慢，一般可以在水溶液中进行。 2018/11/10

74 酯的胺解或氨解反应比酰卤或酸酐慢得多，必须用浓氨水或胺。
酰胺的氨解能否进行看平衡能否往右进行。 叔胺和酰卤反应形成非常活泼酰基铵盐。遇水则解生成酸，遇醇则醇解生成酯。 2018/11/10

75 2018/11/10

76 四、羧酸衍生物的酸解反应 酰氯与另一羧酸发生交换的反应。 + + 2018/11/10

77 酐与另一羧酸的反应。 + + 2018/11/10

78 酰氯在吡啶存在下酸解可以制备单酐。 + + 96%~98% 2018/11/10

79 用下列方法可以制备混合酐 + 混酐 + + 2018/11/10

80 三氟乙酐酸解形成的混酐是一个良好的酰化试剂。在合成上用处很大。
+ 三氟乙酐 + 混酐 2018/11/10

81 例：酚不易和酸形成酯，而在三氟乙酐存在下这个反应很容易进行。
+ 2,4,6-三甲基苯甲酸-2,4,6-三甲基苯酚酯 2018/11/10

82 羧酸失水制备酸酐，特别用于二元酸失水制备环酐。
羧酸衍生物制备归纳总结 ① 酰卤制备(？？？) 用羧酸与SOCl2 , PCl3, PCl5反应来制备 ② 酸酐的制备 用干燥羧酸钠盐与酰氯制备单酐或混酐 羧酸失水制备酸酐，特别用于二元酸失水制备环酐。 2018/11/10

83 工业苯酐上苯酐的制备： + 2018/11/10

84 ③ 酯的制备 羧酸与醇在酸催化作用下直接酯化 羧酸盐与活泼卤代烷反应合成 酰卤的醇解 ④ 酰胺的制备 酰氯、酸酐的氨（胺）解制备酰胺
铵盐加热失水 2018/11/10

85 15.5 羧酸衍生物的 其它反应 2018/11/10

86 15.5.1 与有机金属化合物的反应 一、与格利雅试剂的反应 1. 酰氯与格式试剂反应 在低温，与等mol的RMgX反应产物为酮。
如果格氏试剂过量，酮继续反应得到叔醇。 2018/11/10

87 + 2018/11/10

88 2018/11/10

89 2. 酯与格式试剂反应 一般地，酯与RMgX反应产物为叔醇； 甲酸酯与RMgX反应产物为仲醇； 内酯与RMgX反应产物为二醇。
2018/11/10

90 2018/11/10

91 例1： 例2： 2018/11/10

92 例3： 2018/11/10

93 在低温，空间位阻较大时，与等mol的RMgX反应产物为酮。
3. 酸酐 在低温，空间位阻较大时，与等mol的RMgX反应产物为酮。 2018/11/10

94 2018/11/10

95 如果格氏试剂过量，酮继续反应得到叔醇。 一般地没有合成意义！ 2018/11/10

96 4. 酰胺 有活性氢，使格氏试剂分解。 与格氏试剂反应，在合成上没有价值。 2018/11/10

97 二、与有机镉反应 只与酰氯反应生成酮。 + 有机镉没有格氏试剂活泼 2018/11/10

98 三、与二烷基铜锂反应 只与酰氯反应生成酮 + 二烷基铜锂没有格氏试剂活泼。 2018/11/10

99 羧酸衍生物还原反应 将酯还原为醇。 将醛、酮和所有的羧酸衍生物还原。 只还原酰氯、醛和酮。 2018/11/10

100 一、酰氯的还原 1. LiAlH4 将酰氯还原生成醇 2. 位阻大的还原剂，将酰氯还原生成醛 2018/11/10

101 3. Rosenmund还原剂将酰氯还原生成醛
+ 罗森孟德(Rosenmund)还原反应 2018/11/10

102 + 硫脲 2018/11/10

103 Pd、Pt等催化氢化下，酰卤、酸酐和酯还原生成醇；酰胺还原生成胺。
2018/11/10

104 二、酐的还原 + 2018/11/10

105 三、酯的还原 1. LiAlH4还原 + 2018/11/10

106 2. 酯的单分子还原 酯与Na在质子性溶剂中还原发生单分子还原——Bouveault—Blanc Reaction 单分子还原
2018/11/10

107 2018/11/10

108 2. 酯的双分子还原——Acyloin Condensation
酯与Na在惰性溶剂中，如二甲苯，还原发生双分子还原。 2018/11/10

109 2018/11/10

110 2018/11/10

111 四、酰胺的还原 2018/11/10

112 例： 2018/11/10

113 酰卤的α-卤代反应 2018/11/10

114 烯酮及其反应 (Olefine Ketones) 醛式烯酮 酮式烯酮 乙烯酮 甲(基)烯酮 2018/11/10

115 一、结构 类似于累积二烯烃，两个π键互相垂直。 烯酮可以视为羧酸分子内脱水形成的产物。 2018/11/10

116 二、制备方法 1. 羧酸高温下分子内脱水 如：乙烯酮的制备 2018/11/10

117 2. 丙酮高温下脱甲烷 3. α-卤代酰卤脱卤素 2018/11/10

118 4. 酰卤脱卤化氢 2018/11/10

119 三、化学性质 乙烯酮是一个极活泼的、有毒气体，可和多种含活泼氢的化合物反应。 2018/11/10

120 + + 2018/11/10

121 + + 2018/11/10

122 加成时，氢总加在氧上，另一部分加在碳上。
H2O，ROH，RCOOH，NH3中的氢被乙酰基取代，所以乙烯酮是一个乙酰化试剂。 2018/11/10

123 乙烯酮的沸点为-56℃，在室温下很快二聚。 2 二聚乙烯酮 2018/11/10

124 + β-丙内酯 + + 2018/11/10

125 酯的热解反应 1. 定义：酯在高温下分解生成相应的羧酸和烯烃的反应称为酯的热解。 2018/11/10

126 2018/11/10

127 热解机理： 顺 式 消 除 α β + 2018/11/10

128 当产物存在Z、E异构时，主要是Z或E？ （主） 2018/11/10

129 2018/11/10

130 2. 酯热解的择向 43% 57% 2018/11/10

131 趋向于消除酸性较强、空间位阻较小的β-H。
酯的热解反应特点 趋向于消除酸性较强、空间位阻较小的β-H。 酯的热解没有重排现象，也没有烯烃的异构化。 适合于末端烯烃的合成。 2018/11/10

132 例： 2018/11/10

133 如果： 2018/11/10

134 例： 醇脱水主要得到Zaitsev烯烃。 酯的热解主要得到Hofmann烯烃。 2018/11/10

135 24% 76% 2018/11/10

136 注意：酯的热解能得到共轭体系时，生成共轭烯烃为主要产品。
75% 25% 注意：酯的热解能得到共轭体系时，生成共轭烯烃为主要产品。 2018/11/10

137 Carboxylic acid，Ortho-acid and Xanthic acid
15.6 碳酸、原酸、黄原酸及其衍生物 Carboxylic acid，Ortho-acid and Xanthic acid 2018/11/10

138 碳酸及其衍生物 碳酸的单酰氯、单酯、单酰胺不稳定，易分解成CO2 2018/11/10

139 碳酸二个羟基被取代所形成的衍生物是稳定的。
2018/11/10

140 原酸及其衍生物 原酸 原酸酯 2018/11/10

141 原酸可看成是羧酸的羰基水合的产物。 原酸不稳定。 原酸的三酰氯、三酯是稳定的。 原甲酸的三乙酯 原甲酸的三酰氯(氯仿) 2018/11/10

142 （2）对碱稳定，但在酸性溶液中极易水解成羧酸酯。
原酸酯的性质： （1）原酸酯是一类反应活性很高的化合物。 （2）对碱稳定，但在酸性溶液中极易水解成羧酸酯。 2018/11/10

143 （3）原酸酯用于缩醛、缩酮的合成。 2018/11/10

144 （4）原酸酯能与格式试剂反应 2018/11/10

145 黄原酸及其衍生物 黄原酸 烷基黄原酸钠 烷基黄原酸甲酯 2018/11/10

146 1. 烷基黄原酸钠和烷基黄原酸甲酯的制备 2018/11/10

147 2. 黄原酸酯的热解 2018/11/10

148 2018/11/10

149 15.7 过氧酸 Peracids 2018/11/10

150 过氧酸通式 缩写为 过(氧)苯甲酸 过(氧)乙酸 2018/11/10

151 过氧酸是一种强氧化剂，低级过氧酸有爆炸危险，一般以水溶液的形式使用。
2018/11/10

152 过氧酸的酸性 是一种弱酸，比相应的羧酸弱。 + 2018/11/10

153 烯烃的氧化 1,2-环氧环己烷 顺式氧化 2018/11/10

154 15.7.3 Baeyer–Villiger Reaction
+ 2018/11/10

155 + 2018/11/10

156 练习： 2018/11/10

157 Hofmann Rearrangement Reaction
15.8 霍夫曼重排反应 Hofmann Rearrangement Reaction 2018/11/10

158 一、反应通式 2018/11/10

159 二、反应机理 2018/11/10

160 三、重排反应特点 或 2018/11/10

161 练习1 或 2018/11/10

162 练习2： 2018/11/10

163 Ester Condensation Reactions
15.9 酯的缩合反应 Ester Condensation Reactions 2018/11/10

164 15.9.1 Claisen Condensation Reaction
一、克莱森缩合反应定义 含α-氢的酯在碱的作用下，两分子酯发生缩合反应，生成β-羰基羧酸酯同时消去一分子醇的反应。 2018/11/10

165 二、克莱森缩合反应通式 + 2018/11/10

166 乙酸乙酯 乙酰乙酸乙酯 2018/11/10

167 三、Mechanism pka=24.6 pka~11 H+ 2018/11/10

168 1. 如果只含一个α-H的酯缩合时，需用更强的碱使平衡向右移动。
2 2018/11/10

169 2. 酯缩合反应常用的碱。 Ph3CNa / 苯或醚 NaH / 苯或醚 NaNH2 / 苯或醚 t-BuOK / t-BuOH
EtONa / EtOH RLi / EtOH 2018/11/10

170 Dieckmann Condensation Reaction
狄克曼缩合反应 Dieckmann Condensation Reaction 一、狄克曼缩合反应定义 含α-氢的1,6-和1,7-二元酯在碱的作用下，发生分子内的酯缩合反应，生成环状β-羰基羧酸酯同时消去一分子醇的反应。 2018/11/10

171 2018/11/10

172 2018/11/10

173 二、不对称二元酯的狄克曼缩合反应 反应总是形成热力学稳定的产物为主 2018/11/10

174 混合酯的缩合反应 Mixed Claisen Condensation 一、甲酸酯 2018/11/10

175 NaH H2O 0-25oC NaBH4 2018/11/10

176 为什么不能用醇钠呢？ RO- 2018/11/10

177 甲酸酯中含有醛基、催化剂碱性不能太强，产率不高。
讨论 甲酸酯中含有醛基、催化剂碱性不能太强，产率不高。 是在分子中引入甲酰基(醛基)的好方法。 如果用一个环酯和甲酸酯缩合，不能用RO-做催化剂，否则会发生酯交换而开环。 2018/11/10

178 二、草酸酯 2018/11/10

179 175℃ 2018/11/10

180 一个酯羰基的诱导效应，增加了另一个酯羰基的活性，反应顺利，产率好。
羰基活性好，所以催化剂的碱性不用太强。 在合成上用来制备： ① 丙二酸酯或α-取代的丙二酸酯。 ② α-羰基酸。 2018/11/10

181 2018/11/10

182 三、碳酸酯 2018/11/10

183 碳酸酯的羰基活性差，需选用强一些碱作催化剂。
在合成上用来制备丙二酸酯或α-取代的丙二酸酯。 2018/11/10

184 四、苯甲酸酯 2018/11/10

185 在合成上，主要用于在α-C上引入苯甲酰基。
羰基活性差，选用强碱作催化剂。 在合成上，主要用于在α-C上引入苯甲酰基。 2018/11/10

186 腈 Nitriles 2018/11/10

187 命名 丙腈 乙腈 丙烯腈 己二腈 2018/11/10

188 制备 + + 2018/11/10

189 主要反应 一、加氢 2018/11/10

190 二、水解反应 或 + 2018/11/10

191 1. 酸催化水解机理 + 2018/11/10

192 2. 碱催化水解机理 + 注： + 2018/11/10

193 既可酸催化又可碱催化，推广之则其它正离子、负离子均可与氰基反应。
3. 反应特点 既可酸催化又可碱催化，推广之则其它正离子、负离子均可与氰基反应。 例： 2018/11/10

194 反应机理： + 2018/11/10

195 三、醇解反应 + 2018/11/10

196 机理： 质子转移 2018/11/10

197 四、与格利雅试剂反应 2018/11/10

198 质子转移 + 2018/11/10

199 August Wilhelm von Hofmann(1818-1892)
Hofmann was born in Giessen, Germany, the son of the architect who designed the chemistry building at the university there. After receiving his doctorate working with Justus von Liebig at the university of Giessen, he served as the first director of the new Royal College of Chemistry in London from 1845 to 1864 and then moved to the University of Berlin as professor( ). Among his many contributions to chemistry, he was one of the founders of the German dye industry, was the discoverer of formaldehyde, and was a cofounder of the German Chemical Society. 2018/11/10