《医学有机化学教学课件》第八章羧酸及衍生物.ppt
第八章 羧酸及其衍生物,Carboxylic acid and Derivative,羧酸：可以看作是烃分子中的氢原子被羧基（-COOH）取代后生成的化合物 通式：RCOOH,羧酸衍生物：羧基中的羟基被其它原子团取代,第一节 羧酸,一、羧酸的分类、命名和结构,（一）羧酸的分类,（1）简单羧酸（可用希腊字母标位）,（二）羧酸的命名（与醛相似）,2,3-二甲基戊酸(,-二甲基戊酸),5-甲基-4-乙基 己酸(-甲基-乙基 己酸),（2）不饱和羧酸,2-甲基-3-戊烯酸,2,4-戊二烯酸,（3）脂环族和芳香族羧酸：环作为取代基,1,2-环戊基二甲酸,邻苯二甲酸,3-苯基丙烯酸,（4）脂肪族二元酸或多元酸：主链含两羧基，称“某二酸”。,3-羧基-3-羟基戊二酸,（5）俗名：一般据最初来源,HCOOH,甲酸（蚁酸）,（三）羧酸的结构（p110）,羰基碳sp2杂化，平面结构，键角约120形成p-共轭体系，氧的电子云移向羰基，使O-H极性增大，弱酸性电子云平均化，降低羰基C的正电性，失去典型羰基性质，不利亲核加成反应。,二、羧酸的物理性质,2、沸点：羧酸 醇、酚 醛、酮 烷、醚（相对分子质量相近）原因：羧酸分子间以两个氢键形成双分子缔合体，比醇分子间氢键更稳定。,1、水溶性：低级脂肪酸易溶于水，芳香羧酸不溶于水 分子量增加，溶解度减小,三、羧酸的化学性质,（一）羧酸的酸性,p-共轭体系，氧的电子云移向羰基，使O-H极性增大，酸性形成的负离子由于共轭体系，使负电荷分散而稳定，反应向右进行 多数的羧酸是弱酸，pKa约为4-5酸性：无机强酸 羧酸 碳酸 酚 H2O醇,a、卤原子的电负性，电负性越强，酸性,b、卤原子数目越多，酸性,c、卤原子与羧基的距离越近，酸性,-氯丁酸-氯丁酸-氯丁酸,举例：,（1）酸性：,（3）酸性：二元羧酸酸性增强，-COOH是吸电子基，酸性两个羧基间的距离越近，羧基吸电子的诱导效应影响越大，酸性越强。,pKa 3.77 4.76 4.90,（2）酸性：,（4）酸性（重要）,强吸,弱吸,弱斥,强斥,共轭+诱导,（二）羧酸的还原反应,NaBH4：不能使羧基还原，不还原碳碳不饱和键。LiAlH4：羧基还原成醇羟基，不还原碳碳不饱和键。H2/Pt：羧基不还原，但还原碳碳不饱和键。,（三）羧酸衍生物的生成,羧酸中的羟基可以被其它原子或原子团取代，生成羧酸衍生物。羧酸分子中去掉羧基上的羟基后，余下的原子团叫做酰基。,1.酰卤的生成,用SOCl2制备酰卤，副产物都是气体，便于处理及提纯。,羧酸与PCl3，PCl5，SOCl2作用，羧基中的羟基被卤原子取代，生成酰卤。,2.酸酐的生成,一元羧酸与脱水剂（P2O5）共热生成酸酐,邻苯二甲酸酐,丁二酸酐,具有五元或六元的环状酸酐，可由二元酸受热分子内脱水而得，可不加脱水剂,3.酯的生成（酯化反应）,羧酸与醇脱水生成酯的反应叫做酯化反应，该反应是可逆的，逆反应为酯的水解。反应速率很慢，需用硫酸作催化剂,18,18,羧酸一般发生酰氧键断裂，证明：同位素跟踪实验提高产率：移走酯或水；增加一种反应物,在羧酸与氨或胺作用形成羧酸的铵盐。将固体的羧酸铵加热，分子内失去一分子水生成酰胺。反应可逆，蒸出产生的水，可提高酰胺的产率,4.酰胺的生成,（四）-H被取代（卤代反应）,羧基能活化-H，其致活作用比羰基小得多。-H卤代反应较慢，需三卤化磷或红磷等催化。,-卤代酸是重要的合成中间体可合成-羟基酸、-氨基酸等多种-取代酸（反应式不作要求）,（五）脱羧反应,脱羧反应：羧酸分子中脱去羧基并放出CO2的反应。,（2）一元羧酸的-C上连有强吸电子基，即A=（-COOH，-CN，-C=O，-NO2，-X）时，加热即可脱羧。,（1）一元羧酸的脱羧反应较困难，低级羧酸的钠盐及芳香族羧酸的钠盐与碱石灰（NaOH-CaO）加热，发生脱羧反应。,（六）二元羧酸的受热时的特殊反应,二元酸受热时，随两个羧基间距不同而发生不同的反应,（1）乙二酸和丙二酸：脱羧生成一元羧酸,（2）丁二酸和戊二酸：脱水成环酐,丁二酸酐,戊二酸酐,邻苯二甲酸酐,（3）己二酸和庚二酸：脱水脱羧成环酮,更长碳链的二元羧酸：分子间脱水成聚酸酐,第二节 羧酸衍生物,羧酸衍生物：羧基中的羟基被其它原子团取代；共同点：均含有酰基。,羧酸衍生物的结构,L=X,RO-,RCOO-,-NH2(-NHR,-NR2),1、酰卤：“某酰卤”,乙酰氯,丙烯酰氯,草酰氯,苯甲酰溴,2、酸酐：“某（酸）酐”或“某某（酸）酐”。,乙（酸）酐,乙丙（酸）酐,邻苯二甲（酸）酐,一、羧酸衍生物的分类和命名,3、酯：“某酸某酯”,乙酸甲酯,乙二酸氢乙酯（酸性酯）,苯甲酸苄酯（苯甲酸苯甲酯）,乙二酸甲乙酯（中性酯）,乙酰胺,N-苯基乙酰胺（乙酰苯胺）,连在N上的基团用“N”标出。,苯甲酰胺,4、酰胺：“某酰胺”,N,N 二甲基甲酰胺,若同一个氮原子上连有两个酰基时，则称为“酰亚胺”。,丁二酰亚胺,邻苯二甲酰亚胺,环状结构中含（CONH）的酰胺，则称为“内酰胺”（了解）。,-己内酰胺,二、羧酸衍生物的物理性质,1、低级酯具有香味，大多低级酰氯和低级酸酐强烈刺激性气味。2、沸点（bp)：酰卤、酸酐和酯羧酸（相对分子质量相近）原因：分子间无氢键 3、水溶性：高级酰卤和酸酐不溶于水 低级酰卤和酸酐遇水分解,三、羧酸衍生物的化学性质,亲核取代反应,亲核试剂：水、醇和氨,活性：酰卤 酸酐 酯 酰胺,羧酸衍生物亲核取代反应机制,亲核取代反应不是SN1，SN2，而是亲核加成消除反应,活性由亲核加成反应活性和消除反应活性共同决定。,活性：酰卤 酸酐 酯 酰胺（为什么？）,亲核加成反应活性：羰基C上的正电荷越多，空间位阻越小，越易反应共轭和诱导冲突时，共轭诱导（除卤素）,活性：酰卤 酸酐 酯 酰胺,消除反应活性：碱性越小，越易离去；碱性顺序：NH2-RO-RCOO-Cl-，离去能力是Cl-RCOO-RO-NH2-,亲核取代活性的原因（补充，了解）,1、水解,一产物是羧酸；另一产物：酰卤生成卤化氢，酸酐生成另一分 子羧酸，酯得到醇，酰胺得到氨。,酯的酸性水解是酯化反应的逆反应。,2、醇解,羧酸衍生物的醇解与水解相似，但产物为酯：,酯的醇解，称酯交换反应（了解）在有机合成中，常用低级醇的酯通过酯交换反应 来制备高级醇的酯,3、氨解,与氨（或胺）发生氨解产物是酰胺；,酰胺的氨解反应比较困难,羧酸衍生物的水解、醇解和氨解可以看成H2O、ROH 和NH3分子中的H被酰基取代的反应。引入酰基的反应称为酰化反应，羧酸衍生物称酰化剂酰卤和酸酐是常用的酰化剂,酰化反应,酰化活性：酰卤 酸酐 酯 酰胺,酰化反应,1、下列物质中酸性最强的是（）A、甲酸 B、乙酸 C、苯甲酸 D、乙二酸,2、酸性从大到小顺序正确的是（）a、丁酸 b、-氯丁酸 c、-氯丁酸 A、abc B、c a b C、a c b D、bca,3、酰化能力从大到小顺序正确的是（）A、酸酐 酰卤 酯 B、酰卤 酯 酸酐 C、酰卤 酸酐 酯 D、酯 酸酐 酰卤,练习：,D,D,C,4、沸点由高到低顺序正确的是（）a、乙醚 b、丁醛 c、正丁醇 d、丙酸 A、abcd B、dcba C、dcab D、cdba,5、最不易发生被氧化的是（）A、乙醇 B、乙醛 C、甲酸 D、乙酸,6、酸性从大到小顺序正确的是（）a、乙醇 b、苯酚 c、对甲基苯甲酸 d、对硝基苯甲酸 A、dcba B、dbca C、bdca D、cdba,B,D,A,
