基础有机化学10羧酸.ppt

1、第十章第十章 羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物 第一节第一节 羧酸羧酸目的与要求：目的与要求：1、取代基对酸性的影响、取代基对酸性的影响2、羧酸的化学性质、羧酸的化学性质3、羧酸的、羧酸的a-a-卤代反应卤代反应4、羧酸的制备方法、羧酸的制备方法 -COOH为羧酸的官能团，为羧酸的官能团，R-COOH。RCOHO酰基羧基CHCOOHCH3(CH3)2CHCH2COOHOCOCH3 阿司匹林阿司匹林布洛芬布洛芬一、羧酸的分类和命名一、羧酸的分类和命名1、分类、分类按照羧基数目分：一元羧酸按照羧基数目分：一元羧酸 二元羧酸二元羧酸 多元羧酸多元羧酸按照烃基类型分：脂肪酸（饱和酸和不饱和酸）按照烃基类型

2、分：脂肪酸（饱和酸和不饱和酸）芳香酸芳香酸按烃基上取代基分：卤代酸按烃基上取代基分：卤代酸 氨基酸氨基酸 羟基酸羟基酸 羰基酸羰基酸2、命名、命名系统命名法系统命名法COOHBrCH2CHCCH2CH2COOHCH2CH34-乙基乙基-6-溴溴-4-己烯酸己烯酸环己基甲酸环己基甲酸CH3CH2CHCH2COOHCH3CH2CH2CH2COOH3-甲基戊酸甲基戊酸4-环己基丁酸环己基丁酸4-甲基甲基-4-苯基苯基-2-戊烯酸戊烯酸(1R,3R)-1,3-环己烷二羧酸环己烷二羧酸CH3CCH3CHCHCOOHCOOHCOOHHCOCH2COOHCH3COCH2COOH3-氧代丙酸氧代丙酸3-氧代丁

3、酸氧代丁酸普通命名法普通命名法HCOCH2COOHCH3COCH2COOH丙醛酸丙醛酸3-丁酮酸丁酮酸or 乙酰乙酸乙酰乙酸CH3CH2CHCH2COOHCH3CH2CH2CH2COOHb b-甲基戊酸甲基戊酸g g-环己基丁酸环己基丁酸俗名俗名HOOCCH-CHCOOHOH OHHCOOHCH3COOHC=CHHHOOCCOOHC=CHHHOOCCOOH蚁酸蚁酸 醋酸醋酸 酒石酸酒石酸富马酸富马酸 马来酸马来酸COHO安息香酸安息香酸 甲、乙、丙酸有强烈的酸味和刺激性甲、乙、丙酸有强烈的酸味和刺激性 4 9个碳的酸具有腐败恶臭味，为油状液体。个碳的酸具有腐败恶臭味，为油状液体。动物的汗液和奶

4、油发酸变坏的气味就是含有游动物的汗液和奶油发酸变坏的气味就是含有游离的正丁酸。离的正丁酸。10个碳以上的酸为蜡状固体，挥发性低，无气个碳以上的酸为蜡状固体，挥发性低，无气味。味。二、物理性质二、物理性质 羧酸分子极性大，且能以二聚体形式羧酸分子极性大，且能以二聚体形式存在，沸点高于相应分子量的醇。存在，沸点高于相应分子量的醇。CH3COOH bp:118oC CH3CH2CH2OH bp:97oCCH3COOHOHOCCH3 羧酸的熔点随分子量的增加呈锯齿形的变化。羧酸的熔点随分子量的增加呈锯齿形的变化。偶数碳的酸对称性强，比相邻奇数碳的酸熔点高。偶数碳的酸对称性强，比相邻奇数碳的酸熔点高。羧

5、酸的光谱性质羧酸的光谱性质m/z=45 m/z=60 m/z=57C4H9+羧基碳羧基碳sp2杂化，羰基氧不杂化，羟基氧杂化，羰基氧不杂化，羟基氧sp3杂化。杂化。两个碳氧键不等长两个碳氧键不等长三、羧酸的结构三、羧酸的结构RCOOHsp2RCOOH 由于由于-OH的影响，羧酸中的羰基部分比醛酮的羰基的影响，羧酸中的羰基部分比醛酮的羰基发生亲核反应的活性弱。发生亲核反应的活性弱。四、化学性质四、化学性质a：Acidity（酸性）（酸性）b：Acylation（酰化）（酰化）c：Decarboxylation（脱羧）（脱羧）d：Activity of a-H（活性）（活性）e：Reduction

6、（还原）（还原）RCRHCOOHabcdb1、酸性、酸性无机酸 RCOOH H2CO3 H2O ROH1-2 4-5 6.4(pka1)9-10 15.7 16-19 OHRCOOH +NaOHRCOONa +H2ORCOOH +NaHCO3RCOONa +CO2 +H2O羧酸根负离子可形成较稳定的羧酸根负离子可形成较稳定的P P34 p-p-p共轭体系。共轭体系。酸性的解释：酸性的解释：RCOO-CROO127pm 影响羧酸酸性的因素：影响羧酸酸性的因素：（1）电子效应）电子效应包括诱导效应和共轭效应包括诱导效应和共轭效应 诱导效应具有加和性，且是一种短程效应。诱导效应具有加和性，且是一种短

7、程效应。杂化轨道中杂化轨道中s成分越多，吸电子能力越强成分越多，吸电子能力越强HCCCH2CO2HH2CCHCH2CO2HH3CCH2CH2CO2HC6H5CH2CO2H3.32 4.35 4.31 4.82 凡共轭体系上的取代基能降低该体系的电子密度，凡共轭体系上的取代基能降低该体系的电子密度，则这些基团有吸电子的共轭效应。则这些基团有吸电子的共轭效应。如：如：-NO2、-CN、-CO2H、-CHO、-COR等。等。H2CCHCHCHCHCHNOO-+共轭效应可沿着共轭体系传递较远。共轭效应可沿着共轭体系传递较远。凡共轭体系上的取代基能提高该体系的电子密度，则凡共轭体系上的取代基能提高该体系

8、的电子密度，则这些基团有给电子的共轭效应。这些基团有给电子的共轭效应。如：如：-NH2、-NHCOR、-OH、-OR、-O-OCOR等。等。NOO-+CO2HNO2CO2HNO2CO2HNO2CO2HpKa：2.213.423.494.20取代基位置对酸性的影响。取代基位置对酸性的影响。NH2-+COOHCOOHOHCOOHOHCOOHOH2.98 4.08 4.57 pKa 4.20 邻位取代的苯甲酸，邻位取代基的空间位邻位取代的苯甲酸，邻位取代基的空间位阻使苯环与阻使苯环与-COOH的共轭减弱，因此不论是吸的共轭减弱，因此不论是吸电子基还是给电子基均使酸性增强。电子基还是给电子基均使酸性增

9、强。邻位效应邻位效应COOH(4.20)COOHG2.21 2.98 pKaG=NO2 OH（2）场效应）场效应是一种空间的静电作用，并非沿链传递。即取代基是一种空间的静电作用，并非沿链传递。即取代基在空间可以产生电场，对处在其中的羧基有影响。在空间可以产生电场，对处在其中的羧基有影响。CCCOOHClCCCOOHCl酸性：H的电离程度受场效应的电离程度受场效应和电子效应共同影响。和电子效应共同影响。CCCOOHCl+-场效应（斥e）诱导效应（吸e）GCOHOG=H pKa=6.04G=Cl pKa=6.25COCH2COOHO场效应（斥e）诱导效应（斥e）二酸：二酸：Ka1Ka2（3）氢键、

10、溶剂化效应）氢键、溶剂化效应COHOOH+CO2HOH若共轭碱内部形成氢键，可促使酸电离。若共轭碱内部形成氢键，可促使酸电离。溶剂化效应指溶质与溶剂分子间的作用力，溶剂化效应指溶质与溶剂分子间的作用力，有利于共轭碱的稳定，酸性增强。有利于共轭碱的稳定，酸性增强。pKa2 6.5 3.0HOOCCOOHHHHOOCCOOHHHCCHHOOOHO2、酰化反应、酰化反应酰氧键断裂，羟基被取代。酰氧键断裂，羟基被取代。（1）酯化）酯化RCOOH +HORRCOOR +H2OH+*RCOOHH+RCOH+OHRCOHOHORHROH*RCOH2OHOR*-H2ORCOH+OR*-H+RCOOR*H+CH

11、3CH2OHH2SO4回流+H2OOOHOO（2）形成酰卤）形成酰卤 酰化试剂：酰化试剂：SOCl2(亚硫酰氯亚硫酰氯)、PCl3、PCl5。COOH+COCl+SO2 +HClSClClO3 CH3CH2CH2COH +PCl3O3 CH3CH2CH2CCl +H3PO3OCH3(CH2)6CClO+POCl3 +HClCH3(CH2)6COHO+PCl5（3）形成酸酐）形成酸酐加热羧酸，在脱水剂存在下失水。加热羧酸，在脱水剂存在下失水。脱水剂：醋酸酐或脱水剂：醋酸酐或P2O5等。等。CH2COOHCOOH CH3COCCH3O OOOOCH3COONa +CH3CH2CClOCH3COCC

12、H2CH3O O+NaClRCOOHRCOHOP2O5RCORCOO +H2O+（4）形成酰胺）形成酰胺RCOOH +NH3RCOONH4-H2ORCNH2OPhCOOH +PhNH2-H2O180190oCPhCONHPh (84%)CH3COOH +(CH3)2NHDCC/THF0oCCH3CON(CH3)2 羧酸中的羰基活性比醛酮的羰基发生亲核反应的活性羧酸中的羰基活性比醛酮的羰基发生亲核反应的活性弱，需要用强还原剂。弱，需要用强还原剂。LiAlH4是常用的，而是常用的，而NaBH4不不能还原羧酸。能还原羧酸。3、还原、还原RCOOHLiAlH4(醚)H2ORCH2OHCOOHCOOHH

13、2PtCH2OH1)LiAiH42)H2O 羧酸的羧酸的a a-H活性小于醛酮。需要用催化剂。活性小于醛酮。需要用催化剂。如如 PCl3、PBr3 或红磷或红磷(P)等。等。4、a-a-H的卤代的卤代CH3CH2CH2COOH +Br2催化量 PBr3CH3CH2COOH Br2/PCH3CH2CHCOOHBrCH3CHCOOHBrRCH2COHOPBr3RCH2COBrCOBrCHRHBrBrCOBrCHRBr+HBrRCH2COHOCOOHCHRBrRCH2COBr+大多数羧酸或其盐都可以加热脱羧，但一般脂肪大多数羧酸或其盐都可以加热脱羧，但一般脂肪酸特别是长链状酸往往要求温度很高。酸特别

14、是长链状酸往往要求温度很高。通常通常a a-碳上有吸电子基的羧酸，加热易脱羧，如：碳上有吸电子基的羧酸，加热易脱羧，如：-NO2、-X、-CN、-CO-。5、脱羧、脱羧CH2COOHG-CO2CH2HG（吸）CH3COCOOH-CO2CH3COHCHCl3 +CO2Cl3CCOOH（1）加热脱羧）加热脱羧RCCH2COOHORCCH3O+CO2RCOCH2COOHRCCH2OHRCCH3O-CO2COOHNO2NO2NO2NO2NO2NO2 即重金属羧酸盐即重金属羧酸盐(如如Ag+)和卤素和卤素(如如Br2)反应，反应，脱羧将脱羧将RCOOH转变为转变为RX。（为自由基反应）。（为自由基反应）

15、（2）Hunsdiecker反应反应RCOOAg +Br2RBr +CO2 +AgBr2RCOOH +HgO +2Br22RBr +2CO2 +HgBr2 +H2OOCH3OHCOOHCH3OHunsdieckerreactionOCH3OHClCH3O五、一元羧酸的制备五、一元羧酸的制备1、氧化法、氧化法（1）1o醇、醛和芳烃的氧化醇、醛和芳烃的氧化（2）烯烃、炔烃的氧化断裂）烯烃、炔烃的氧化断裂（3）甲基酮的卤仿反应）甲基酮的卤仿反应RCH2OHORCOOHRCHOORCOOHCHRROCOOHRCHCHRO2 RCOOHRCCH3OI2,NaOHRCOOH2、水解法、水解法RCH2Cl3

16、 +H2ORCH2COOHRCH2CN +H2ORCH2COOR+H2O.腈的水解腈的水解RXCNRCNRCOOHH+,H2O 制备多一个制备多一个C的酸。由于的酸。由于NaCN的碱性，适用于的碱性，适用于由伯卤代烷制腈，而仲、叔卤代烷会发生消去。由伯卤代烷制腈，而仲、叔卤代烷会发生消去。CH2ClCNH+,H2OCH2CNCH2COOH78%(CH3)2CHCH2CH2ClCN(CH3)2CHCH2CH2CNH+,H2O(CH3)2CHCH2CH2COOH82%芳香族酸不可以从此法制备，因为芳香族卤芳香族酸不可以从此法制备，因为芳香族卤代烃为代烃为p-p-p共轭体系，不易发生亲核取代。共轭体

17、系，不易发生亲核取代。ClCN3、Grignard试剂与试剂与CO2反应反应RCOOMgBrH3O+RCOOHRMgBr +OCO 由卤代烷出发制备多一个由卤代烷出发制备多一个C的酸。即适用于的酸。即适用于伯卤代烷也适用于仲、叔卤代烷。伯卤代烷也适用于仲、叔卤代烷。CH3CH2CHClCH3+MgEt2O1)CO22)H3+OCH3CH2CHMgClCH3CH3CH2CHCOOHCH386%Br+MgEt2OMgBr1)CO22)H3+OCOOH70%1.合成化合物合成化合物a,b,c,d，你将选择下列哪条路线？，你将选择下列哪条路线？2.试由乙醇制备试由乙醇制备2-甲基丁酸甲基丁酸。(a)C

18、H2COOH(b)CCH3CH3CH3COOH(c)HOCH2CH2CH2COOH(d)HOOCCH2CH2COOHRX RMgXMg1)CO22)H3+ORCOOHA 路线RXRCNH2ORCOOHB 路线H+CN六、二元羧酸六、二元羧酸 含有两个羧基的酸含有两个羧基的酸 在自然界中存在广泛在自然界中存在广泛 容易结晶，是最早知道的有机物之一容易结晶，是最早知道的有机物之一 最常见的二酸：最常见的二酸：1、简介、简介HOOCCOOH 草酸有一定毒性。自然界中以钾盐的形式存在于草酸有一定毒性。自然界中以钾盐的形式存在于许多植物中，如菠菜、大黄。草酸的钙盐不溶于水。许多植物中，如菠菜、大黄。草酸

19、的钙盐不溶于水。HOOCCH2CH2COOH 丁二酸。通常存在于琥珀、化石、苔藓、地衣中，丁二酸。通常存在于琥珀、化石、苔藓、地衣中，首次分离是蒸馏琥珀得到的，因而又叫琥珀酸。首次分离是蒸馏琥珀得到的，因而又叫琥珀酸。2、酸性、酸性两步电离：两步电离：HOCOCH2COOHOCOCH2COOHOCOCH2COOKa1Ka2一级电离形成的负电荷的给电子诱导效应和场效应一级电离形成的负电荷的给电子诱导效应和场效应二级电离形成两个负电中心相排斥，降低了二酸根二级电离形成两个负电中心相排斥，降低了二酸根的稳定性。的稳定性。Ka1Ka2：2、二元羧酸热分解、二元羧酸热分解HOOCCOOHHCOOH +C

20、O2HOOCCH2COOHCH3COOH +CO2脱羧(-CO2)CH2COOHCH2COOHOOO+H2OOOO+H2O脱水CH2COOHCH2CH2COOHBlanc 规则：在可能形成环状化合物的条件下，总规则：在可能形成环状化合物的条件下，总是比较容易是比较容易 形成五元或六元环状化合物（即五、形成五元或六元环状化合物（即五、六元环容易形成）。六元环容易形成）。COOHCOOHBa(OH)2OCOOHCOOHBa(OH)2O 己二酸、庚二酸在氢氧化钡存在下加热，则发生分子内失水、失羧生成环酮。两个羧基间隔开5个以上碳原子的脂肪二元羧酸在加热的情况下，得到的是分子间失水而成的酸酐。酰化反应

21、酰化反应 被还原被还原 a-a-取代取代3、其它反应、其它反应CCH2CNH2OOHOCCH2CNH2OOH2NCH2ROORHBrCH2BrKCNH3+OCH2CNCH2CO2H1.(1)CO2HAgOHCO2AgBr2BrOHH2OOHCO2HPCC(2)(3)CH3CH2CO2H1)LiAlH42)H2OCH3CH2CH2OHPBr3KCNH3+OCH3CH2CH2CO2H 2.(1)CH3CCH3OOH(CH3)2CCHCCH3O1)(CH3)2CuLi2)H3+O(CH3)3CCH2CCH3O1)NaOH,I22)H3+O(CH3)3CCH2COHO+OOOOOOKMnO4H3+OCO2HCO2HCCHHHHHO2HO2CH3H2SO4HNO3CH3NO2Cl2hvCH2ClNO2KCNH3+OCH2CO2HNO2(4)(2)