有機化學、12.羧酸類

 12.羧酸類     carboxyl

羧酸：O=C-OH，有氫鍵故沸點高於CH化合物，
            COOH親水，R基疏水 (肥皂)，4C以下溶於水，NaOH解離後溶於水
            其他分子碳上接3個高EN基團則反應類似酸

酸性：ka越大越酸，接的取代基電負度大、拉電子強、更酸 -NO2 > -F > -Cl > -Br > -I > -H

           高電負度取代基離COOH越近越酸、對稱、同位置越多越酸，旁邊高立障更酸

            炔>烯>烷，丟掉H後的陰離子越穩定越酸  SO3H > COOH > ROH >H2O

            共振推電子基越多越不酸 H > CH3 > OCH3        *可參考8.芳香族

    推電子基EDG(增加親電取代)：

        強活化：O- 、NH2、NHR、NR2、OH、OR      (推    o p      

        中活化：O=NC-R、O=OC-R                * N環有 =O 可能轉成  強活化 O-

        弱活化： -benz  (CH3)3C- > (CH3)2CH- > C=CH2> CH3- > H

                                                                        *注意O=OC-R  與O=C-OR 相反

   拉電子基EWG (增加親核)：

        弱去活化：F > COOH > Cl > Br > I > C≡C > OH > C6H5 > C=C > H      ~o p      

        中去活化：O=C-H、O=C-OR、O=C-R、C≡N、SO3H、COOH    (拉    m 去

        強去活化：CF3、CCl3、NO2                 NO2  C≡N 拉 其他N推

        *多環則在優先在活化環的o p 位置     (通常離=O近的是去活化

 親核醯基取代反應SnAc：親核試劑進攻羰基碳發生親核加成，離去基離去，立障大則慢

                            活性較差則需要酸/鹼催化劑，更好的LVG或Nu-

羧酸COOH反應：COOH由C=O 與OH組成  

        拔OH的H+、C=O親核醯基取代、C=O親核、OH當Nu、COOH旁的α-H、拔CO2

拔OH的H+：酸鹼反應插上Na+或Zn加酸還原產生H2

    C=O親核醯基取代：SOCl2；PCl3取代OH ~ X-C=O    > 去OH插上Cl   (醯氯

                                        兩個酸加強酸(H2SO4)脫水得O=C-O-C=O

                                        酸加胺脫水縮合   H2N-C=O

                                        Fischer法製造酯  RO'H取代OH，脫水，~EtO'-C=O

                                        *可逆，勒沙特列增加轉換率，如立障大則變慢

HVZ反應：羧酸加鹵素，以三溴化磷催化，α-氫被鹵素取代生成α-鹵代羧酸，之後可置換X

C=O親核：LAH/BH3還原O=C-OH 拆掉C=O接上H ~ C-OH

                    RLi/H3O+ (work up)，拆掉C=O與OH接上H~兩個-OH，接上R基脫水得O=C-R

OH當Nu：酸出羥基OH，醇出H，酯化反應  

                  *能利用鹼(A/B rxn)拔走OH的H，好的Nu  O- 再SN2踢LVG接R基  

                  *或是SoCl2替換OH的H成鹵素，Cl- 與 Na+ -R SnAc，接上R基 

COOH旁的α-H：羧酸+ 磷+鹵素，只有α-氫被鹵素取代，製作鹵代酸

拔O=CO-：脫羧反應> 高溫，可經過六元環過度，O=CO-離開後變穩定

            漢斯狄克(Hunsdiecker)反應：羧酸的銀鹽在惰性溶劑內脫去O=CO-接上鹵素

酸鹵：R-COX  ，O=C-X上的鹵素(E+)很容易被SnAc，接上Nu-官能基

酸酐：兩個醯基O=C-R接在一個氧原子上，SnAc攻擊(接)立障小的C=O，O-留給立障大的

酯類COOR反應：由C=O 與OR組成

   C=O親核取代、C=O親核加成、COOR旁的α-H

   C=O親核取代：酯水解為酸和醇；酸水解可逆(酸只催化) 、鹼水解=皂化 .不可逆

                        *LVG能力越強水解越快 (有拉電子基 (NO2、X、H) 、立障小

    COOH以高選擇性BH3 /THF，還原為一級醇   (不還原COOR)

                        *立障大的酯可能走SN1/2水解  (OH-R脫離

酯交換反應：酯的基團R″被醇的基團R′取代，酸鹼條件均可逆

C=O親核加成：

還原：RLi、RMgBr：還原成醇，所有的C=O與-O- 斷鍵開環，~ -OH

                                        非鹼性時 C三N 還原成C=NMgBr，H3O+  ~C=O

          R-COX  加  R-CuLi：不動C=O，拔X插上R  (有機銅鋰活性較弱

金屬氫化物：  LiAlH4 (LAH)、還原拆C=O與-O-，變OH，酰胺 N-C=O還原成胺

                       DIBAL、DIBAH：將酯COOR還原成醛COH  (不動C=O)      NDL  弱  中  強

     *NaBH4拆不掉酯COOR和酰胺 N-C=O(保持原狀)，不過能還原醛/酮H/R-C=O成R-C-OH

COOR旁的α-H：攻擊成烯醇負離子後α-H烷基化(不動C=O)

製作酯

酯化反應：酸加醇，濃硫酸催化加熱

光延反應(Mitsunobu )：SN2，醇加三苯基膦/DEAD，得酯，產物翻轉

腈類反應 R-C≡N    nitrile：

                                                C≡N水解、Nu-攻擊C≡N、催化氫化

C≡N加熱水解：攻擊兩次  ~  H2N-C=O(中間物NH2)    ~  HO-C=O 酸 和  NH4+

C≡N鹼性水解：攻擊兩次    ~  H2N-C=O(中間物NH2)    ~(解離)   O-C=O-  和  NH3

                              *常出現KCN  製作酸

Nu-攻擊R-C≡N：R'MgX     攻擊一次後水解  ~  R R'-C=N   ~(水解)得酮  R R'-C=O    和  NH3

                              DIBALH'  攻擊一次後水解  最終得醛   R H'-C=O

                              LAH          高活性攻擊兩次  插滿H得胺        C-NH2  

R-C≡N催化氫化：H2/Pd/BaSO4 停在醛 R H'-C=O；H2/Ni 高活性，得胺 C-NH2 

製作腈：RX + NaCN  ；Ar-N2 + CuCN；三級C=O + KCN ；醯胺脫水SOCl2；P2O5

製作酸：R-C≡N    加  H2O / [H+]  加熱 

醯胺反應  O=C-NH2  O=C-NR2     Amide：

                                                           C=O親核取代、C=O親核加成、脫水

O=C-NH2加酸水解OH3+：R-COOH  和 NH4

O=C-NH2鹼性水解 OH-  ：R-COO-  和 NH3

O=C-NR2 三級醯胺與有機金屬SnAc：拔掉NR2，接上 Nu-    得 O=C- Nu

C=O親核加成：限定LiAlH4，拆C=O插滿H 得C-NH2；  *NaBH4無法還原胺

脫水：SOCl2；P2O5；POCl3可將一級胺  O=C-NH2 轉成腈R-C≡N

製作醯胺：多半 ? -C=O  加 RN2H    得   RHN-C=O 

酸氯合成：R-COOH  +  SOCl2 / PCl3 /PCl5

羧酸族多半縮和脫水聚合  踢H2O

酸合成：

            醇或醛的氧化 ： RCH2OH + [O] → RCOOH

            酯、醯氯、醯胺或腈的水解：RCOOR' + H2O + [H+] → RCOOH + R'OH

                                                                RCN + H2O + [H+] → RCOOH + NH3

                                        * KMnO4 / H3O+         

           格氏試劑三步：R-X + Mg → R-MgX             (RMgX不可直接H2O / [H+] )

                                    R-MgX + CO2 → R-COOMgX

                                    R-COOMgX + [H+] → RCOOH

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