有机化学第8章羧酸及取代羧酸ppt课件.ppt
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1、,Salix Tristis,Felix Hoffmann,salicylic acid,aspirin,ibuprofen,第八章 羧酸及取代羧酸,Carboxylic Acid and Substituted Carboxylic Acid,羧 基 (carboxyl),羧酸的分类,羧酸的分类和命名,81 羧 酸,脂肪酸,饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸,芳香酸,羧 酸,饱和烷基,芳 基,按羧基所连烃基分类,按羧基数目分类,按羧基所连的烃基的饱和与否分类为 饱和酸 和 不饱和酸,羧酸的命名,俗 名 法,根据其来源命名例如:,甲 酸,乙 酸,十六酸,十八酸,蚁 酸,醋 酸,软脂酸,硬脂酸,反-2-丁
2、烯酸,邻羟基苯甲酸,呋喃甲酸,苯丙酸,3-苯基丙酸,巴豆酸,水杨酸,糠酸,丁二酸,琥珀酸,顺丁烯二酸,马来酸,2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸,柠檬酸,邻苯二甲酸,b-羰基丁酸,a-氨基丁二酸,w-溴代十一碳酸,乙酰乙酸,系统命名 将相应的烃名改为某酸,羧基始终编为1号; 若主链含烯键 某烯酸;C10 某碳烯酸; 羧基直接连接在环上的: 烃名羧酸 脂肪酸; 烃名甲酸 芳香酸,4-甲基戊酸4-Methylpentanoic acid,3-甲基-6-乙基辛二酸3-Ethyl-6-methyloctanedioic acid,3-溴环己烷羧酸3-Bromocyclohexanecarboxylic
3、acid,1-环戊烯羧酸1-Cyclopentenecarboxylic acid,不饱和羧酸的命名: 选取包含羧基碳原子和不饱和键在内的最长碳链为主链,称为某烯酸;不饱和键和取代基的位次均要标明。应特别注意的是,当主链碳原子数大于10时,在中文小写数字后要加一个“碳”字。此外,除前面章节所述方法外,也可用大写希腊字母“”及在右上角标上阿拉伯数字的方法来表明双键的位次。,3丁烯酸3丁烯酸,3丙基4戊烯酸 3丙基4戊烯酸,十八碳9烯酸 9十八碳烯酸,物理性质,低级脂肪酸(C1C3)液体溶于水中级脂肪酸(C4C9)油状液体部分溶于水高级脂肪酸( C10)腊状固体不溶于水;多元酸和芳香酸常温下为固体
4、大多数羧酸在固态和液态时以二缔和体形式存在,b.p.比相应的醇高。,羧酸的二缔和体,根据X光对蒸气密度的测定,低级羧酸(甲酸、乙酸等)在蒸气状态时还保持双分子缔合。,羧酸与水形成氢键,熔 点 其变化规律是随羧酸碳原子数增加呈锯齿形上升。偶数碳原子的羧酸比它前后相邻的两个同系物的熔点高。,直链饱和一元羧酸的熔点,比 重 甲酸、乙酸的比重大于1,其他羧酸的比重都小于1。二元羧酸和芳香族羧酸的比重都大于1。,三、化学性质,羧酸的官能团羧基系由羰基和羟基相连而成。羧基的碳原子为sp2杂化,三个sp2杂化轨道分别与羰基的氧原子,羟基的氧原子和一个烃基的碳原子(或一个氢原子)形成三个s 键,这三个s 键在
5、同一平面上,键角约为120,羧基碳原子的 p 轨道与羰基氧原子的 p 轨道形成一个p键。另外,羧基中的羟基氧原子有一对未共用电子,它和羰基的p键形成 pp 共轭体系。,乙酸的比例模型,乙酸的电子云模型,乙酸的球棒模型,羧酸的结构分析,羧酸的结构及化学性质分析,几种活泼氢的酸性比较,羧 酸,酚,醇,pKa, 5, 10, 1619,羧酸根负离子的共振式与稳定性,有两个完全等价的共振式,羧酸的酸性,羧酸的酸性比醇强得多,仍是一种弱酸;一元饱和脂肪族羧酸的pKa值一般在35之间。,一般芳香酸的酸性较同碳原子的脂肪酸要强。,羧酸的酸性反应,应用:利用羧酸的酸性分离和纯化化合物,羧酸盐的若干性质,*1.
6、 羧酸盐是固体*2. 羧酸盐的溶解度 钠、钾、銨 盐可溶于水,重金属盐不溶于水*3. 羧酸根具有碱性和亲核性 羧酸盐能与活泼卤代烷反应,羧酸盐与活泼卤代烃的反应生成 酯,伯卤代烷,(1) 是SN2反应。(2) 只适用于1o RX和活泼的 RX 。(3) 常用的是钠盐,(有时也用Ag盐,优点:速率快;缺点:太贵。) 体系中双键不受影响 。,羧酸与重氮甲烷的反应,Reaction of carboxylic acids with diazomethane,反应条件温和产率高(几乎定量) 缺点:贵、毒、易爆炸,不适合工业生产 醇羟基不能用此法甲基化,酚羟基却可以,Mechanism,羧酸衍生物,酰
7、卤,酸 酐,酯,酰 胺,取代羟基生成羧酸衍生物,羧 酸,羧基上羟基的取代,酰卤的生成,酰(基)氯,比 较: 醇类的卤代,羧酸羟基的卤代与醇类的卤代有相似性,通常制备低沸点的酰氯,可用PC13合成;如要制备高沸点的酰氯,则可用PC15合成;SOCl2法合成酰氯所得副产物都是气体,因此对上述两种情况都可采用。,羧酸与SOCl2 的反应机理,羧酸与PCl5 的反应机理,酸酐的生成,可能机理:,乙烯酮衍生物,酸 酐,强除水剂,酯的生成(酯化反应),酯化反应特点: (1) 反应需要 H+ 催化,无催化剂时反应很慢。 (2) 反应可逆 (加大反应物用量或除去水使酯的产率提高),酯化反应机理的讨论 机理须说
8、明的问题: a. 反应可逆性 b. H+ 在反应中起什么的作用?先作用在哪? c. 酯中OR中氧的来自于酸还是醇?,两种可能的酯化反应机理,(i) 通过酰基上的亲核取代 (酰氧键的断裂),提 示:逆过程为酯的酸性水解机理,H+先与羧基羰基氧结合(增强了羧基的亲电性) OR 上的氧原子来自于醇,(ii) 通过烷基碳正离子中间体 (烷氧键的断裂),H+先与醇羟基氧结合 羧基羰基氧作为亲核试剂,OR上的氧原子来自于酸,碳正离子中间体证据:酸与烯烃反应可生成酯,机理 (ii)的关键 碳正离子,研究两种酯化反应机理的实验室方法: (i) 同位素标记法。如:用RO18H确定烷氧基中氧的来源 (ii) 旋光
9、性醇酯化法。,总 结: 伯醇、仲醇酯化经机理 (i) 叔醇酯化经机理(ii) (关键 :R+ 稳定,较易生成),有旋光,机理(i),无旋光,机理(ii),酰胺的生成,提示:合成上一般通过羧酸衍生物制备酰胺,与RMgX反应,与RLi反应,一个制备酮的方法,作为亲核试剂,作为碱(优先进行),不溶性盐,羰基不活泼,难进一步反应,溶解性较好,可进一步反应,羧酸与金属有机试剂的反应,用 LiAlH4 还原羧酸至醇,羧基较难被还原 强还原剂可还原至伯醇,提 示:,还原机理:经过中间体醛,醛,1o醇,羧酸的还原反应,合成上应用 制备伯醇,合成上由羧酸制备伯醇,宜先酯化再还原,直接还原羧酸:LiAlH4用量多
10、,反应开始剧烈,后较慢,,先酯化再还原:反应较易进行,产率较好,反应条件相对比较温和, LiAlH4用量较少,其它能还原羧基的试剂,例:,NO2未受影响,乙硼烷还原的反应机理,乙硼烷与羰基化合物的反应活性顺序,LiAlH4 不还原孤立的C=C;B2H6 能还原孤立的C=C。,通过羧酸钠盐脱羧,b-羰基酸或 b, g-烯基酸的脱羧,注意比较产物与原料的双键的位置,提示:羧基的 b-位有不饱和基团时易发生脱羧!,产率一般较低,b-羰基酸,b, g-烯基酸,羧酸的脱羧,b-羰基酸 和 b, g-烯基酸的脱羧机理,桥头碳难成平面型,实验证据:,b-羰基酸,六员环过渡态,b, g-烯基酸,b-羰基酸的脱
11、羧在合成中的应用,例:,合成难点: 位置选择性不好 反应较难操作,用 b-羰基酯进行反应,双活化位,酯基的作用: 活化、 定位,几种特殊条件下的脱羧反应,Koble reaction (柯贝尔反应) 羧酸盐在中性或弱酸性溶液中进 行电解偶联生成烷烃并放出CO2,电 解,(2) Cristol reaction (克利斯脱法),(3) Kochi reaction (柯齐法),(4) Hunsdiecker 反应 (汉斯狄克法),适用于制备伯溴代烷,反应机理(自由基机理),(5) Barton reaction (珀脱法),机 理:,a-卤代羧酸,羧酸 aH的反应, HellVolhardZel
12、insky Reaction (H-V-Z反应,赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应),a-卤代羧酸在合成上的应用,(i) 制备a-卤代酯 (制备Reformatsky试剂的原料),(ii) 制备 a-氨基酸或 a-羟基酸,Reformatsky试剂,酯难直接卤代,亲核取代,用什么氧化剂? 氧化剂的选择性?,羧酸制备方法,氧化法,亲核加成机理, 制备比 RX 多1个C 的羧酸,Grignard试剂 CO2,腈类化合物的水解(酸性水解和碱性水解),例:,丁二酸,丙二酸,a-羟基酸,Strecker反应,a-氨基酸,腈的酸催化水解机理:,腈的碱催化水解机理:,由羧酸衍生物水解 ( Hydrolysis of
13、 carboxylic acid derivatives ),二元羧酸,物理性质,物 态: 二元羧酸都是固态晶体,熔点比相近分子量的一元羧酸高得多 溶解度: 比相应的一元酸大,易溶于乙醇,难溶于其他有机溶剂,酸 性,羧酸分子中有两个羧基,因此就有两个可电离的氢,并可以生成两种盐即中性盐和酸性盐。二元羧酸的氢原子可以分两步离解 ( P299 ),一级电离强于同碳一元酸;二级电离弱于同碳一元酸,二元羧酸的热解反应(与多元醇脱OH比较联系记忆P218-219),(1) 乙二酸、丙二酸受热发生脱羧反应生成一元羧酸脱CO2,正常反应: 形成环状酸酐,(2)丁二酸、戊二酸受热发生脱水反应生成环状酸酐,加热
14、反应即发生,常用的脱水剂:AcCl、Ac2O、PCl5、POCl3、P2O5等,(4) 庚二酸以上的二元羧酸在高温时受热发生分子间脱水形成高分子 酸酐而不形成大于6元环的环酮,柏朗克定律(Blanc规则):不同二元羧酸受热分解时脱羧或脱水或既脱羧又脱水,当有成环可能时,一般生成热力学稳定性较高的5、6元环化合物。,(3) 己二酸、庚二酸受热发生脱水兼脱羧反应生成环酮,异常反应:形成环状酮,加热反应即发生,个别化合物(自学) P300303,82 取代羧酸,分类和命名,羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或基团取代而成的化合物 取代羧酸,根据取代基的种类可分为,卤代酸,羟基酸,羰基酸(氧代酸),氨
15、基酸,醇 酸,酚 酸,醛 酸,酮 酸,取代羧酸,取代酸的系统命名法是以羧酸为母体,卤素、羟基、氨基或氧原子等为作为取代基。取代基的位置可用阿拉伯数字或希腊字母表示。羰基酸也可用酮酸或醛酸为母体命名。一些从天然界得到的取代酸也常用俗名。,例:,3-溴苯甲酸 (对-溴苯甲酸),3-碘丙酸,(b-碘丙酸),4-氯丁酸,(g氯丁酸或 w氯丁酸 ),4-氨基苯甲酸对-氨基苯甲酸,氨基乙酸(甘氨酸),a-氨基-b-苯基丙酸(苯丙氨酸),取代酸的酸性,取代羧酸酸性的强弱与整个分子结构有关。任何能使羧酸负离子稳定性加强的因素,都使酸性增强;反之,任何能使羧酸负离子稳定性减弱的因素,都使酸性减弱。这些因素可概括
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