羧酸及其衍生物

亲核酰基取代

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这是把整个羧酸家族串在一起的那一个机理。酰氯变酯、酯变酰胺、酰胺水解成酸——这些相互转化无一例外都靠同一支两步舞:亲核试剂加到羰基上,然后一个离去基团离开。学会这一个机理,你就学会了酰基化学。

把这支舞一步步拆开。羰基碳缺电子(电负性强的氧把电子密度拉走),所以亲核试剂去进攻它。C=O 的 π 键断开,电子翻上到氧上,把原本平面的碳变成四面体、四根键的碳——即四面体中间体——此时带着一个带负电的氧。那个负氧就是弹簧:它重新形成 C=O 双键,与此同时把离去基团(氯离子、羧酸根、烷氧基等)顶出去。净结果是:亲核试剂取代了离去基团,羰基复原。先加成,再消除。

和醛、酮的对比正是关键所在。醛酮发生亲核加成,并且就停在四面体中间体那一步,因为它们羰基上连的基团(氢或烷基)不是离去基团——没有什么好赶走的。羧酸衍生物的羰基碳上连着一个离去基团,所以四面体中间体会向前塌缩,发生取代而不只是加成。整个家族的反应性顺序——从酰氯到酰胺——无非衡量每种衍生物有多容易形成那个中间体、它的离去基团又有多容易离开。

甲氧基进攻乙酰氯的羰基。先形成四面体中间体(碳此时连着 O-、OCH3、CH3、Cl),随后通过赶走氯离子而塌缩,生成乙酸甲酯。亲核试剂进来,离去基团出去。

经由四面体中间体的先加成后消除——酰基化学的核心。

这是加成—消除,不是饱和碳上那种 SN2 背面进攻。羰基碳是 sp2、平面的;亲核试剂先加成生成一个真实的四面体中间体,然后离去基团才离开,所以这里没有瓦尔登翻转。

又称
acyl substitutionaddition-elimination at a carbonyl酰基转移加成—消除