有机化学羧酸及取代羧酸ppt课件.ppt

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1、有机药化教研室编制,第9章 羧酸及取代羧酸,第一节 羧酸,1、分类与命名 2、物理性质 3、化学性质 4、羧酸的制备 5、二元羧酸 6、典型化合物,内容提要,羧基（carboxylic group）：羧酸（carboxylic acid）： （甲酸中的 为H）。,乙酸的球棒模型,药物中的羧酸类化合物,羧 基 (carboxyl),（一）羧酸的分类,一、羧酸的分类和命名,第一节 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,1. 按羧基所连烃基分类,2. 按羧基数目分类,3. 按羧基所连的烃基的饱和与否分类为 饱和酸 和 不饱和酸,（二）羧酸的命名,俗 名 法,根据

2、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-丁烯酸,邻羟基苯甲酸,呋喃甲酸,苯丙酸,3-苯基丙酸,富马酸,水杨酸,糠酸,丁二酸,琥珀酸,顺丁烯二酸,马来酸,3-羟基-3-羧基戊二酸,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； 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 a

3、cid,3-溴环己烷羧酸3-Bromocyclohexanecarboxylic 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置。,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

4、状液体部分溶于水高级脂肪酸( C10)蜡状固体不溶于水；多元酸和芳香酸常温下为固体大多数羧酸在固态和液态时以二聚体形式存在，b.p.比相应的醇高。,羧酸的二缔合体,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。奇偶效应,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,羧基是由羰基和羟基相连而成复合官能团。羧基的碳原子为sp2杂化，三个sp2杂化轨道分别与羰基

5、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。,乙酸的电子云模型,乙酸的球棒模型,羧酸官能团的结构分析,苯甲酸的电子云模型,-共轭,1. 羟基对羰基产生的+C效应降低了羰基碳原子的亲核性,2. 羰基对羟基的C效应降低氧原子上电子云密度， 增强了O-H 键的极性，,3.羟基对羰基+C效应削弱了羧基的I效应，使-H的活性 下降。,羧基分子中的p-共轭 对各结构部位的影响,亲核加成活性：羧基酮基醛

6、基,OH的酸性: 羧基酚羟基醇羟基,H的活性：羧基酮基醛基,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,羧酸根负离子的离域性与稳定性,（一）羧酸的酸性（OH键的离解）,羧基负离子比RCH2O-稳定,乙酸: Ka= 1.7510-5 , pKa =4.76甲酸: Ka= 2.110-4 , pKa =3.75其他一元羧酸的Ka在1.11.810-5之间, pKa在4.75之间,羧酸的酸性强弱用解离常数Ka或pKa表示。Ka愈大（或pKa愈小），其酸性就越强：,由于ph的吸电子效应,芳香酸的酸性一般较相应的的脂肪酸要强,CH3COOH phCO

7、OH pKa 4.76 4.19,（1） 饱和脂肪酸：碳原子数越多（支化度愈高），酸性越小。（2） 芳香酸的酸性较同碳原子的脂肪酸要强。 （3） 同碳数的二元酸比一元酸强。,KaHCl、H2SO -7 苦味酸 0.17H3PO4 0-0.3羧酸 3-5H2CO3 6.37 酚 10-11RSH 12环戊二烯 15 H2O 15.7ROH 16-19 HCCH 25RH 50,不同类型化合物酸性的相对次序,鉴别,分离,羧酸盐的性质,羧酸盐是离子化合物2. 羧酸碱金属盐的水溶度 羧酸,应用：分离、提纯、鉴别 提高药物的水溶性,羧酸衍生物,酰 卤,酸 酐,酯,酰 胺,羧 酸,（二）羟基的取代反应羧酸

8、衍生物的生成,Z=X、OR、OCOR、NH2(R)；Z= H、C,1. 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可提高酯的产率),酯化反应机理的讨论的问题： a. 反应可逆性 b. H+ 在反应中起什么的作用？ c. 酯中OR中O的来自于酸还是醇？,酯化反应脱水的方式：,()型酯化,()型酯化,酰氧键断裂脱水,烷氧键断裂脱水,(1) 型酯化(酰氧键的断裂酸去羟基醇去氢),注意：逆反应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,限速步骤,通过酰基上的亲核加成

9、,型酯化的证据(a) 同位素标记法,(无H218O生成),(无H2S生成),(b) 动力学证据,酯化反应相对速率,(2) 型酯化 (烷氧键的断裂醇去羟基酸去氢)通过烷基碳正离子中间体,H+先与醇羟基氧结合 羧基中羟基氧作为亲核试剂，OR上的氧原子来自于酸,型酯化的证据(a) 同位素标记法,(有H218O生成),(有H2S生成),结论： 伯醇、仲醇经机理 ()酯化叔醇经机理()酯化 (关键 ：R+ 稳定，较易生成),3. 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,低沸点的酰氯用PC13；高沸点的酰氯则用PC15；SOCl2法合成时副产物都是气体，因此对上述

10、两种情况都可采用。,+,SO2HCl H3PO3POCl3+HCl ,2. 酸酐的生成,酸 酐,4. 酰胺的生成,注意：合成上一般通过活泼的羧酸衍生物（酰氯或酸酐）来制备酰胺,1. 通过脂肪羧酸钠盐脱羧,产率一般较低,(三) 羧酸的脱羧反应,2. -碳上连有吸电子基团较易脱羧,3.-位有不饱和基团时易发生脱羧,b-酮酸或 b, g-烯酸的脱羧,注意比较产物与原料的双键的位置,二元羧酸热解规律,柏郎克 规则,2-3C二元酸脱羧-生成少一个碳原子的一元酸,4-5C二元羧酸脱水-生成环状酸酐,6-7C二元羧酸脱水和脱羧-生成少一个碳原子的环酮,8C及以上的二元羧酸分子间脱水-形成高分子的酸酐,二元羧

11、酸的热解反应,正常反应: 形成环状酸酐,(2) 4-5 C的二元羧酸受热则脱水生成环状（5-6元）酸酐,加热反应即发生,常用的脱水剂：AcCl、Ac2O、PCl5、POCl3、P2O5等,(3) 6-7C的二元羧酸受热发生脱水并脱羧生成环酮（5-6元）,形成少一个碳的环酮,加热反应即发生,典型化合物(自学),完成下列反应,a-卤代羧酸,(四) 羧酸 aH的反应, HellVolhardZelinsky Reaction (H-V-Z反应，赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应),第二节 取代羧酸,一、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

12、代酸,羟基酸,羰基酸(氧代酸),氨基酸,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),二、取代酸的酸性,酸性强弱与分子结构有关。使羧酸负离子稳定性加强的因素可使酸性增强；反之，任何能使羧酸负离子稳定性减弱的因素则使酸性减弱。

13、这些因素包括诱导效应、共轭效应(即电性效应) 和立体效应。,吸电子取代基提高羧酸负离子稳定性,给电子取代基降低羧酸负离子稳定性,吸电子（I效应和C效应）取代基使酸性增强；给电子（I效应和+C效应）取代基使酸性减弱,共轭效应的影响,NO2 、CN 、CO2H 、CHO、 COR,共轭体系上的取代基若能降低共轭体系的电子密度,即C效应,共轭体系上的取代基若能提高共轭体系的电子密度即+C效应,NH2 、OH 、OR、 OCOR,芳香羧酸酸性与取代基的种类和位置有关,具有C效应取代基，酸性强弱顺序为：邻 对 间具有C效应取代基，酸性强弱顺序为： 邻 间 对,邻 位诱导、共轭、场、氢键效应、空间效应 对

14、 位诱导很小、共轭为主 间 位诱导为主、共轭很小,结论：(1) 电子效应的影响：吸电子取代基使酸性增强 给电子取代基使酸性减弱 (2) 分子内的氢键使羧酸的酸性增强,邻位效应：当取代基处于邻位可使酸性增强（氨基例外），如邻位取代苯甲酸的酸性比对、间位取代苯甲酸及苯甲酸强。,卤代酸的性质,(1) 酸 性 (可见取代酸的酸性),(2) a卤代酸的亲核取代反应a卤代酸是制备其它a取代酸的中间体,三、卤 代 酸,(4) g- 或 d-卤代酸与碱反应,生成g或 d内酯。,(3) b-卤代酸,有aH的 b卤代酸与碱反应，消除生成a , b不饱和酸,(5) 卤代酸与碱反应,生成 羟基酸,(6) 长链的 w卤

15、代酸与碱反应形成内酯,典型化合物(自学),大环内酯,羟基酸的性质,羟基酸一般是晶体或粘稠液体。由于羟基酸中的羟基和羧基均能与水形成氢键，因此羟基酸在水中的溶解度较相应的醇或酸都大。在乙醚中的溶解度则较小。羟基酸酸性比相应的羧酸强，羟基越靠近羧基，酸性越强羟基酸具有羟基和羧基的各种反应，由于两个官能团的相互影响，还具有一些特性。,四、羟 基 酸,1. 氧 化 反 应,羟基酸的羟基比醇羟基容易氧化，-醇酸甚至可被弱氧化剂如托伦试剂氧化为酮,而托伦试剂不能氧化醇。,(1) a羟基酸在酸存在下加热脱水形成交酯,2. 脱 水 反 应,(2) b羟基酸在酸存在下加热脱水形成a , b不饱和酸,(3) g、

16、-羟基酸在室温下即自动脱水形成 五元、六元环内酯,g丁内酯,(4) w羟基酸：(C 9)在极稀溶液中，可形成大环内酯,羟基与羧基相隔更远的羟基酸受热后，发生分子间脱水反应，生成链状结构的聚脂。,3. 脱 羧 反 应（了解）,a羟基酸的脱羧反应,邻位和对位酚酸受热时易发生脱羧反应,b羟基酸的脱羧反应,酚 酸,典型化合物(自学) P177,典型化合物(自学) P176178,五、羰 基 酸,(1) 根据羰基的结构，羰基酸可分为醛酸和酮酸。,分 类,(2) 按照羰基和羧基的相对位置，酮酸又可分为a酮酸和b酮酸。,羰基酸的化学性质,乙醛酸： 乙醛酸是最简单的醛酸，存在于未成熟的水果和动物组织中，是无色糖浆状液体。由于羧基的吸电子效应，乙醛酸中的羰基能与一分子水结合生成水合乙醛酸。乙醛酸有醛和羧酸的性质，能进行歧化反应。,氧化还原反应,(2) a酮酸： 由于羰基与羧基直接相连，使羰基与羧基碳原子间的电子云密度降低，此碳碳键容易断裂。a酮酸与稀H2SO4 共热，脱羧为醛而-酮酸在浓硫酸作用下，则脱羰为酸,丙酮酸在脱羧的同时可被弱氧化剂如两价铁与过氧化氢氧化，生成二氧化碳和乙酸。,（3） -酮酸性质：a.酮式分解 -酮酸比-酮酸更易脱羧原因：脱羧时经历六元环中间过渡态，见p179,b.酸式分解： -酮酸与浓碱共热，羰基碳与-碳之间的键断裂，生成两分子羧酸的盐,