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。 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。 (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 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。