608 羧酸衍生物酰基碳上的亲核取代反应第14章 OH 质子转移 COH OR R OR' R OR.OH (間 ii -ROH OH 反应关键一步是水分子进攻质子化的酯()，质子化后的酯亲电能力非常强，它与亲核能力不太 强的水反应较未质子化的酯快，形成了四面体正离子(tetrahedral cation)的中间体(ii),(ii)经质 子转移成为()，()消除醇，再消除质子得到羧酸，这是一个可逆反应，由于在反应中存在大量 水，因此可以使反应趋向完成。 与碱水解对比，在酸水解反应中，极性基团对水解速率也是有影响的，但是影响不如在碱水 解中大，这是因为给电子基团对酯的质子化有利，但不利于水分子的亲核进攻。空间位阻也影响 酯的水解，例如CH,COOR在盐酸溶液中在25C时水解的相对速率是： R CH,CH-CH,CH,C.H.C.H;CH(CH,): 相对速率10.970.960.690.53 比较这些基团的相对速率可以看出，基团的空阻越大，反应速率越慢。上述的酸催化酰氧健断裂 机理适用于1醇酯和2醇酯的酸性水解。 (3)3°醇酯的酸性水解机理同位素跟踪实验证明，3°醇酯在酸催化下水解是经烷氧键 (alkyl-oxygen bond)断裂的机理进行的，得到的是没有O的三级醇。 0 CH-C0 C(CH),+HO CH,-"OH HOC(CH,), 烷氧健断裂 OH ++C(CH, (CH),C+H,O一(CH,COH一H*+(CH),COH 这是一个酸催化后的S、1过程，中间首先形成碳正离子而放出羧酸，碳正离子再与水结合成醇。 三级醇的酯化，是它的逆向反应。由于+C(CH,),易与碱性较强的水结合，而不易与羧酸结合， 故易于形成三级醇而不利于形成酯，因而三级醇酯化产率很低。 酯水解反应在油脂工业上非常重要，很多天然存在的脂肪、油或蜡，常需用水解方法得到相 应的羧酸。 酯的水解反应可用于分析酯的结构，通过水解得到酸和醇，然后鉴定所得酸和醇的结构，就
14.3酰 609 可得知酯的结构。 完成下列反应： 0cHa+o△ () 园Q+0会 (CH,CH:-c-"O-C(CH),+H (iv)CH,CH,-C-NH,+H OH- 完成反应式并写出合理的反应机理 (i)Ph-c -0 CHCH H."o CH, 0 CH2 CH (Ph-c-0-CH+H,"o CH, 写出CH,CH,CN在酸催化及碱催化下水解的反应机理。 14.3.3羧酸衍生物的醇解一形成酯 羧酸衍生物的醇解(alcoholysis)是合成酯的重要方法 1.酰卤的醇解 酰卤很容易醇解。用羧酸经过酰氯再与醇反应成酯，虽然经过两步，但结果往往比直接酯化 好。对于反应性弱的芳香酰卤，有空间位阻的脂肪酰卤，对于三级醇或酚，促进反应进行的方法 是在氢氧化钠或三级胺如吡啶、三乙胺、二甲苯胺等存在下反应，能得到较好的结果，碱的功能 方面是中和产生的酸，另一方面可能也起了催化作用： 80% HCI -ca+o个 个+ 5% HCI
610 应第14章 2.酸研的醇解 酸酐和酰卤一样，也很容易醇解。酸酐醇解产生一分子酯和一分子酸，因此是常用的酰化试 剂(acylation agent)。 CH,H+(CH,CO,CHCOON CH-OCOCH. +CH,COOH 87%~93% 环状酸酐(cyclic acid anhydride)醇解，可以得到分子内具有酯基的酸，具有酯基的酸如欲进 步酯化，需用一般酯化条件，即用酸催化才能进行： 0 H,COOC入-COOCH, 丁二酸一甲酯 丁二酸二甲酯 95%一96% 3。酯的醇解 酯中的O'被另一个醇的O”置换，称为酯的醇解，反应需在酸（盐酸、硫酸或对甲苯磺酸 等)或碱（烷氧负离子）催化下进行： RCOOR'+ROO RCOOR+ROH 这是从一个酯转变为另外 一个酯，因此也称为酯交换反应(ester exchange)。这是一个可逆反 应，为使反应向右方进行，常用过量的所希望形成酯的醇，或将反应中产生的醇除掉，反应机理与 酯的酸催化或碱催化水解机理类似，酯交换反应常用于将一种低沸点醇的酯转为一种高沸点醇 的酯，例如： )H CH,=CHCOOCH,+-C.H.OH- -CH:-CHCOOC,H-n CH,OH 在反应过程中尽快把产生的甲醇除掉，使反应顺利进行。 酯交换反应可用于二酯化合物的选择性水解，例如一个二酯化合物，要水解掉一个酯基而保 存另一个酯基，用一般方法不易办到，而用酯交换方法，就可顺利达到目的，例如 (i) 上面的反应要去掉乙酰基而保存甲酯基，可用小量甲醇钠做催化剂，使用大量甲醇，进行交换反 应，甲酯在进行交换反应中，仍得到甲酯，而()可以被甲醇交换下来，由于使用大量的甲醇，可以 使反应接近于完全。 又如维尼纶(vinylon)的中间产物聚乙酸乙烯酯（或称聚醋酸乙烯）不溶于水，因此不能在水 溶液中进行水解，可以用过量甲醇在碱催化下进行交换反应：
14.3酰基碳上的亲核取代反应 611 CH-cH, OH- CH-CH. +nCH,COOCH LOCOCH,J. LOH 乙酰基变为乙酸甲酯，而聚乙烯醇就游离出来。 酯交换反应在工业上的另一个重要应用是涤纶(terylent)的合成，涤纶是由对苯二甲酸与乙 二醇缩聚(condensation polymerization).制得，但这个反应，对于对苯二甲酸纯度要求很高，而合 成的对苯二甲酸不能达到要求，且很难提纯，因此通过做成它的甲酯再分馏提纯，提纯后的对苯 二甲酸二甲酯与乙二醇共熔，然后在催化剂作用下通过酯交换反应而得到聚酯(polyester) 涤纶： 涤纶 现在可以制得比较纯的对苯二甲酸，因此涤纶可以直接用对苯二甲酸与乙二醇缩聚制得，但 上述方法目前仍在使用。 4。酰胺的醇解 酰胺在酸性条件下醇解为酯： 0 Ca H:OH. NH.H+ OC.H 也可用少量醇钠在碱性条件下催化醇解 5.腈的醇解 睛在酸性条件下（如盐酸，硫酸）用醇处理，也可得到羧酸酯，例如： CH,CN C:H,OH_HC. CH,OC.H. CH,OC:H. 亚胺酯盐酸盐 中间先生成亚胺酯的盐，如在无水条件下，可以分离得到。如有水存在时，则可以直接得到酯。 习题14-5完成下列反应，写出主要产物： (i)CH,0 C+HOCHCH),t 0 +CHCH,OH△？CH,OH (C.H.,O0C-COOCH(CH)+i-P:OH-Po-
612 羧酸衍生物酰基碳上的亲核取代反应第14章 (iv)CH,C-N+PhCH,OH m人0+B0HBO心 mH0入c0oHH 习题14一6请用不超过4个碳的有机化合物为原料合成： m人0入<X (i)HOOC入CO0E (iw)〈〉0a 14.3.4羧酸衍生物的氨（胺）解一形成酰胺 羧酸衍生物的氨（胺）解(ammonolysis)是制备酰胺的常用方法。 1.酰卤的氨（胺）解 酰氯很容易与氨、一级胺或二级胺反应形成酰胺。例如酰氯遇冷的氨水即可进行反应，因为 氨的亲核性比水强： C0I1+2NH,一 人CONH+NH,C 异丁酰胺 83% 如用酰氯与胺进行反应，反应通常在碱性条件下进行，常用的碱有氢氧化钠、吡啶、三乙胺 N,N-二甲苯胺等，所用碱可中和反应产生的酸，以避免消耗与酰氯反应的胺： 0 nd+H○omPh&-+Mg+H.o 81% 酰化(acylatior)反应最常用的酰化试剂是苯甲酰氯与乙酰氯。对于芳香酰氯与a碳上有位 阻的脂肪酰氯，可以在NaOH的水溶液中进行反应，因为这些酰氯在水中溶解度很小，而NaOH 溶于水，反应体系为二相，酰氯不易被水解，胺与酰氯反应，产生的HCI被NOH中和。 2.酸酐的氨（胺）解 常用的酸酐是乙酸酐，与乙酰氯相比较，乙酸酐较不易水解。有些反应物易溶于水，氨（胺） 解可以在水中进行，因为胺比水的亲核性大得多，如 (CH.CO+H NCH,COOH CH,CONHCH,COOH+CH.COOH 89%一92%