ch羧酸取代羧酸.pptx
1羧酸是一类具有酸性的有机化合物，羧基是羧酸的官能团。通式:RCOOH羧酸分子中烃基上的氢被其他原子或基团取代后的化合物，称为取代羧酸。RCHCOOHRCCOOHXOHONH2RCHCOOHRCHCOOH第1页/共63页2按烃基的种类按烃基的种类饱和羧酸饱和羧酸脂肪羧酸脂肪羧酸不饱和羧酸不饱和羧酸羧酸羧酸脂环羧酸脂环羧酸芳香羧酸芳香羧酸按羧基的数目按羧基的数目一元酸，二元酸，多元酸一元酸，二元酸，多元酸第一节羧酸的分类和命名p480第2页/共63页3C15H31COOH软脂酸C17H35COOH硬脂酸许多羧酸最初来自天然产物，因此常采用俗名来命名。HCOOHCH3COOHC6H5COOHHOOCCOOH(Z)-HOOCCH=CHCOOH顺-丁烯二酸马来酸(E)-HOOCCH=CHCOOH反-丁烯二酸富马酸蚁酸醋酸安息香酸草酸一命名第3页/共63页4羧酸的系统命名法与醛相似。羧酸习惯上常用希腊字母标位，与羧基直接相连的碳原子为，其余依次为、(末端)等。2,3-二甲基戊酸或,-二甲基戊酸2-甲基-3-戊烯酸3-羧基-3-羟基戊二酸（柠檬酸）2,4-戊二烯酸第4页/共63页53-苯基丙烯酸（肉桂酸）脂环族和芳香族羧酸命名：把脂环和芳环看作取代基，以脂肪族羧酸作为母体进行命名。(2-)环己基乙酸1,2-环己基二甲酸苯甲酸邻苯二甲酸(1,2-苯基二甲酸)-萘乙酸第5页/共63页6CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3CO2H158111420二十四烯酸5,8,11,14-(花生四烯酸)D5,8,11,14二十碳四烯酸10C的不饱和酸在碳数后加“碳”字碳第6页/共63页71.分子中有两个部位可形成分子中有两个部位可形成H-键，常以二聚体存在键，常以二聚体存在1）很高（比M相近的醇高）例：M甲酸=M乙醇，100.778.52）与水形成H-键=易溶于水C1C4的酸与水混溶，R增大，水溶性二物理性质p481第7页/共63页8-活泼H的反应酸性羰基的亲核加成，然后再消除（表现为羟基的取代）羰基的亲核加成，还原脱羧化学性质第8页/共63页9第二节酸性p483羧酸一般都属于弱酸，比碳酸和苯酚的酸性强。羧酸能分解碳酸氢钠，放出二氧化碳，而酚不能。利用此性质可以区别羧酸与酚类。酸性强弱：无机酸羧酸H2CO3酚H2O醇分子量大的羧酸难溶于水，但其钾盐或钠盐则易溶于水。医药上常将含羧基而难溶于水的药物制成易溶于水的盐，如将青霉素G制成钾盐或钠盐供注射用。第9页/共63页10取代基对羧酸酸性的影响电子效应对酸性的影响共轭效应场效应p484吸电子取代基使酸性增大，给电子取代基使酸性减少X=OHOCH3CH3HClNO2pKaCl2CHCOOHCl3CCOOH1.260.64Cl的-I效应使酸性增强,Cl的场效应使酸性减弱第10页/共63页11取代基具有给电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：邻间对取代基具有吸电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：邻对间芳香羧酸的情况分析空间效应（利于H+离解的空间结构酸性强，不利于H+离解的空间结构酸性弱）分子内的氢键也能使羧酸的酸性增强。邻位效应：当取代基处于邻位时，无论这个取代基是吸电子基还是供电子基(NH2除外)，都将使酸性增强，即邻位取代苯甲酸的酸性大于对位、间位取代苯甲酸，也大于苯甲酸。第11页/共63页12具体分析：邻位（诱导、共轭、场、氢键效应、空间效应均要考虑。）对位（诱导很小、共轭为主。）间位（诱导为主、共轭很小。）pka:第12页/共63页13第三节羧酸的化学性质一、与碱的反应及羧酸盐p486RCOOH+NaHCO3RCOO-Na+CO2+H2OArONa+CO2+H2OArOH+NaHCO3酚不能和碳酸氢钠反应羧酸盐有无机盐的性质，羧酸根负离子具有亲核性，可与卤代烃反应生成羧酸酯。亲水基团疏水基团第13页/共63页14二、羰基的反应p488羧酸中的羰基没有醛、酮中的活泼。羰基受亲核试剂进攻发生加成-消去反应产物：碳氧键断裂，羟基被其他基团取代羧基中羟基被取代的反应第14页/共63页15反应慢，H催化(常用的催化剂有盐酸、硫酸、苯磺酸)；可逆，难进行完全。+使反应进行到底：反应物之一过量除去产物之一（常是H2O）使平衡向左移动。例如除水，乙酸乙酯、乙酸、水可形成三元恒沸物bp70.4。1成酯例：第15页/共63页16在药物合成中常利用酯化反应将药物转变为前药(prodrug)，以改变药物的生物利用度、稳定性等。赛他洛尔（cetarnolol）为-肾上腺能阻断剂，可治疗青光眼和降低眼压，由于极性强和脂溶性差，难于透过角膜。丁酰赛他洛尔的脂溶性增高，制成的滴眼剂透过角膜的能力增加了4-6倍，进入眼球后，经酶水解再生成赛他洛尔而起效。第16页/共63页17如何脱水：说明醋酸与乙醇的反应是按a式进行的实验事实第17页/共63页18酯化反应的机理p488*1加成消除机制历程：第18页/共63页191oROH，2oROH酯化时按加成消除机制进行。酸和醇的体积(空间因素)对酯化反应速率影响很大。酯化反应的活性顺序为：醇：CH3OHRCH2OHR2CHOH羧酸：HCOOHCH3COOHRCH2COOHR2CHCOOHR3CCOOH第19页/共63页203oROH按此反应机制进行酯化。由于R3C+易与碱性较强的水结合，不易与羧酸结合，故逆向反应比正向反应易进行。所以3oROH的酯化反应产率很低。*2碳正离子机碳正离子机制制(CH3)3C-OHH+(CH3)3COH2+-H2O属于SN1机制-H+按SN1机制进行反应，是烷氧键断裂该反应机制也从同位素方法中得到了证明。+(CH3)3COH+H2O1818第20页/共63页21仅有少量空阻大的羧酸按此反应机理进行。*3酰基正离子机酰基正离子机制制(了解）了解）H2SO4(浓)-H+属于SN1机制。78%第21页/共63页222成酰卤p489历程：PCl3适于制备低.酰氯;PCl5适于制备高.酰氯;用SOCl2制备酰氯，产物除酰氯外，都是气体，容易提纯，但所制酰氯与SOCl2的.不应相近。第22页/共63页233成酰胺反应是可逆的,加热/脱水有利于正反应,为使正反应顺利进行,常采用苯、甲苯带水的方式除去产生的水。室温-H2OP2O5RCN+H2O应用实例：尼龙66的合成nHO2C(CH2)4COOH+nH2N(CH2)6NH2270oC1MPa+nH2O第23页/共63页24反应机制（自学）-H2O-H2ORCN互变异构亲核加成质子转移羧酸失水生成酸酐。条件：加热、脱水剂。脱水剂主要有乙酰氯、乙酸酐、五氧化二磷等4成酸酐第24页/共63页25混合酸酐的制备:SN2某些二元酸，只需加热即可生成五元环或六元环的酸酐。第25页/共63页265还原反应p490羧酸能用LiAlH4和B2H6还原还原还原还原还原还原还原还原还原不还原不还原不还原不还原COOH催化氢化LiAlH4NaBH4B2H6第26页/共63页27三、脱羧反应p4911羧酸的脱羧反应羧酸分子中羧基脱去二氧化碳的反应称为脱羧反应。一般脂肪酸难以脱羧，当两个吸电子基团在同一碳上，易加热脱羧。Y=R-C O-,H O C O-,-C N,-N O2,-A rC H2C O O HYY-C H3+C O2加热()-C上有强吸电子基的羧酸不稳定，易脱羧：第27页/共63页28互变异构*环环状状过过渡渡态态机机理理(了解了解)-CO22生物脱羧（自学）3羧酸盐的脱羧反应（p492）脂肪酸不易脱羧，成盐后可以进行脱羧。（1）汉斯蒂克（Hunsdiecker）反应纯的干燥的羧酸银盐在四氯化碳中与溴一起加热，可以放出二氧化碳生成溴代烃。第28页/共63页29例自由基机理(了解)第29页/共63页30（2）科西（Kochi）反应自由基机理（可制备1、2、3RCl；制备仲、叔氯代烃较好）（3）Kolbe电解法羧酸盐电解制备高级烷烃自由基机理第30页/共63页31四、-卤代反应p493羧酸分子中-碳上的氢，受到邻位羧基的影响变得活泼，能被卤素取代，这种情况和醛酮-氢一样。但羧酸-氢的卤代需三卤化磷或红磷等的催化。第31页/共63页32催化剂的作用是将羧酸转化为酰卤，酰卤的-H具有较高的活性而易于转变为烯醇式，从而使卤化反应发生。所以用10%30%的乙酰氯或乙酸酐同样可以起催化作用。反应机理RCH2COOHPBr3+Br-HBrRCH2COOH控制卤素用量可得一元或多元卤代酸。碘代酸由-氯（或溴）代酸与KI反应来制备。互变异构这步反应不会逆转第32页/共63页33当反应中红磷或三卤化磷用量发生改变将会得到不同产物，见问题147.R-CH-COOHBrR-CH-COOHR-CH-COOHR-CH-COOHR-CH(COOH)2NaOHH2OH+NH3NaHCO3NaCNOHNH2CNH3O+-卤代酸很活泼，常用来制备-羟基酸和-氨基酸、丙二酸等。第33页/共63页34五、二元羧酸的酸性和热分解反应p4941酸性二元酸具有两个羧基，故有Ka1和Ka2两个解离常数，羧基是吸电子基，Ka1比较大（见表14-3）。2热分解反应二元羧酸受热时，随着两个羧基间距离不同而发生不同的反应。两两个个羧羧基基直直接接相相连连或或只只间间隔隔一一个个碳碳原原子子，受受热热发发生生脱羧反应，生成脱羧反应，生成一元羧酸一元羧酸。例0、1脱羧成羧酸第34页/共63页35两个羧基间隔2个或3个碳原子，受热发生脱水反应，生成环酐。2-甲基戊二酸2-甲基戊二酸酐例2、3脱水成酸酐第35页/共63页36两个羧基间隔4个或5个碳原子，受热发生脱水脱羧反应，生成环酮。例两个羧基间隔5个以上碳原子，在高温时发生脱水反应，生成高分子链状酸酐。4、5脱水又脱羧第36页/共63页37Blanc(布朗克)规则：在可能形成环状化合物的条件下,总是比较容易形成五元或六元环状化合物(即五、六元环容易形成)。0、1脱羧成羧酸2、3脱水成酸酐4、5脱水又脱羧6个以上成聚酐HOOC(CH2)nCOOH先脱羧，再成酸酐第37页/共63页381、烯、炔烃的氧化：KMnO4,O3，适用于对称烯炔和末端烯炔2、醇、醛的氧化：KMnO4,CrO3,Ag2O(用于醛)，制备同碳数的羧酸3、卤仿反应：X2/OH，制备减少一个碳原子的羧酸4、烷基苯氧化：制备苯甲酸及其部分衍生物（-H）5、羧酸衍生物水解：酰卤、酸酐、酯、酰胺第四节羧酸的制备方法(自学)p495第38页/共63页397.格氏试剂与CO2反应后水解，制备增加一个碳原子的羧酸；1、2、3RX都可使用8、酚酸合成Kolbe-Schmidt反应9、丙二酸酯法等（酸酸衍生物中讲解）6.腈的水解由卤代烃制备比原料多一个碳的羧酸；此法仅适用于1RX（2、3RX与NaCN作用易发生消除反应）第39页/共63页40取代羧酸羧酸分子中烃基上的氢被其他原子或基团取代所得的衍生物叫做取代羧酸。C O O HC HN H2RCOC O O HRC O O HC HO HRC O O HC HXR取代羧酸类别补充第40页/共63页41补充取代羧酸为双官能团化合物，兼有取代基和羧基的性质，且由于二者相互位置的不同，又具有一些特性。一、卤代酸卤代酸的酸性强于羧酸,通过卤代酸可制备其它取代羧酸。第41页/共63页42-卤代酸碱性水解：浓碱作用下，构型翻转。SN2在Ag2O存在下，用稀碱作用，构型保持。补充邻基参与第42页/共63页43内酯-或-卤代酸在碱作用下生成内酯-卤代酸在碱的作用下生成,-不饱和羧酸补充反应过程中经历两次SN2，构型保持(复习邻基参与，注意立体化学问题)第43页/共63页44第五节羟基酸p499羟基酸包括醇酸和酚酸。2-羟基丙酸(乳酸)羟基丁二酸(苹果酸)2,3-二羟基丁二酸(酒石酸)3-羧基-3-羟基戊二酸(柠檬酸)邻羟基苯甲酸(水杨酸)3,4,5-三羟基苯甲酸(没食子酸)第44页/共63页45一、来源与制备很多羟基酸存在于自然界，其合成方法如下：1)从羟基腈水解-羟基酸-羟基酸第45页/共63页462）从卤代酸水解3）雷福尔马茨基(Reformatsky)反应是制备-羟基酸酯和-羟基酸的重要方法之一增加碳第46页/共63页47有机锌试剂只与醛酮的羰基反应，不能用镁代替锌，因有机镁试剂太活泼，与酯也发生反应。4）通过羟醛缩合反应制备-羟基酸具有-H的酯在二异丙醇锂（LDA）作用下与醛酮反应制备-羟基酸酯第47页/共63页485）内酯水解环酮通过过氧酸氧化处理得内酯,水解后制得羟基酸Baeyer-Villiger反应6）-羟基酸的合成将二元酸单酯的酯基还原成醇HOOC(CH2)nCOOC2H5HOOC(CH2)nCH2OHNa+C2H5OHH2O第48页/共63页49补充酸性由于羟基的吸电子诱导效应，醇酸的酸性比相应的羧酸强。邻位的酸性比苯甲酸强；间位的增强甚微；对位的酸性比苯甲酸还弱。二化学性质第49页/共63页50邻位:可以形成分子内氢键，使得邻羟基苯甲酸负离子稳定，这样解离后的质子不易再和羧基负离子结合，而使酸性增强。间位：通过诱导效应(没有共轭效应)起作用，使羧基负离子稳定，酸性增强，但因隔了3个碳原子，影响减弱，酸性增强甚小。补充第50页/共63页51对位：同时存在诱导效应（-I）和共轭效应（+C），其+C效应起主导作用，羟基对羧基显示供电子效应,使酸性减小。2脱水反应-羟基酸受热时，分子间交叉脱水，形成交酯。丙交酯补充第51页/共63页52-羟基酸受热时，分子内脱水生成,-不饱和酸。-羟基酸分子中的羟基和羧基在常温下即可脱水生成五元环的-内酯。-丁内酯第52页/共63页53-内酯是稳定的中性化合物，遇热的碱溶液能水解成-羟基酸盐。Note:-羟基酸也能脱水成六元环的-内酯，但比-内酯较难生成。-甲基-戊内酯-甲基-己内酯第53页/共63页54羟基处于羧基的邻位或对位的酚酸，加热易引起脱羧反应。3脱羧反应第54页/共63页554氧化反应重要的羟基酸(一)乳酸(二)酒石酸酒石酸学名2,3-二羟基丁二酸。(三)柠檬酸柠檬酸又名枸橼酸，学名3-羧基-3-羟基戊二酸。工业上乳酸由糖经乳酸杆菌发酵制得。乳酸葡萄糖补充第55页/共63页56阿司匹林具有解热、镇痛、抗血栓形成及抗风湿的作用，刺激性较水杨酸小，是内服退热镇痛药。又叫柳酸，学名邻羟基苯甲酸。乙酰水杨酸(acetylsalicylicacid)俗名为阿司匹林(Aspirin)，水杨酸与乙酐在磷酸存在下共热而生成乙酰水杨酸。(四)水杨酸补充第56页/共63页57可供药用的其他水杨酸衍生物有：冬青油.可止痛,亦用作牙膏、糖果等的香精.水杨酸苯酯(Salol).肠道和尿道消毒剂对-氨基水杨酸钠(PAS-Na).用于治疗各种结核病。补充第57页/共63页58补充第六节羰基酸一、羰基酸的命名羰基在分子碳链端的是醛酸;在分子中间的是酮酸。一元酮酸命名时称为“某酮酸”，二元酮酸一般称为“酮某二酸”。-丁酮酸丙醛酸HOOCCOCH2CH2COOH-酮戊二酸-酮丁二酸（草酰乙酸）第58页/共63页59补充-酮酸由酯缩合反应制备酰氰制备-酮酸酮酸的化学性质有羧酸的性质也有酮基的性质，如与氢氰酸。还有两种官能团相互影响引起的脱羧和分解反应。酮酸的脱羧反应与稀硫酸共热,生成少一个碳原子的醛(或酮)和CO2第59页/共63页60补充-酮酸比-酮酸更容易发生脱羧。通常将-酮酸的受热脱羧反应称为酮式分解。第60页/共63页61酮酸的分解反应-酮酸与浓碱共热时，在-碳原子和-碳原子之间发生断裂，生成两分子羧酸盐。-酮酸与浓碱共热分解反应称为酸式分解。补充氨基化反应人体内酮酸与氨基酸的相互转化第61页/共63页62补充重要的酮酸(一)丙酮酸(二)酮体-丁酮酸、-羟基丁酸和丙酮三者在医学上统称为酮体(ketonebodies)。血中酮体正常值：350mg/L；酮血症：3000mg/L.(三)草酰乙酸(四)-酮戊二酸HOOCCOCH2CH2COOH第62页/共63页63感谢您的观看！第63页/共63页
