医学有机化学-第八章羧酸及其衍生物.ppt

第八章第八章 羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物 （Carboxylic acid and carboxylic acid derivatives）分子中含有分子中含有羧基（羧基（COOH）的有机物称为的有机物称为羧酸羧酸。羧酸分子中羧基上的羟基被取代后的产物称为羧酸分子中羧基上的羟基被取代后的产物称为羧羧酸衍生物。酸衍生物。第一节第一节 羧羧 酸酸 一、羧酸的结构、分类和命名一、羧酸的结构、分类和命名(一一)羧酸结构羧酸结构p-p-共轭共轭（二）分类（二）分类除甲酸外，羧酸是由烃基和羧基两部分构成。除甲酸外，羧酸是由烃基和羧基两部分构成。1 1、根据烃基、根据烃基R的不同分为的不同分为脂肪酸脂肪酸芳香酸芳香酸2 2、根据烃基是否饱和分为、根据烃基是否饱和分为 饱和酸饱和酸 不饱和酸不饱和酸 3 3、根据羧基的数目分为、根据羧基的数目分为一元酸一元酸多元酸多元酸（三）命名（三）命名羧酸的名称常用俗名，一些俗名常由其来源而得，如：羧酸的名称常用俗名，一些俗名常由其来源而得，如：蚁酸（甲酸）、醋酸（乙酸）。许多羧酸的俗名在实蚁酸（甲酸）、醋酸（乙酸）。许多羧酸的俗名在实际生活和工作中用的很普遍。际生活和工作中用的很普遍。软脂酸（十六酸）软脂酸（十六酸）硬脂酸（十八酸）硬脂酸（十八酸）安息香酸（苯甲酸）安息香酸（苯甲酸）草酸（乙二酸）草酸（乙二酸）琥珀酸（丁二酸）琥珀酸（丁二酸）肉桂酸（肉桂酸（3-3-苯基丙烯酸）苯基丙烯酸）羧酸的系统命名与醛基本相同。羧酸的系统命名与醛基本相同。3甲基丁酸甲基丁酸(甲基丁酸甲基丁酸)-甲基戊酸甲基戊酸1.饱和脂肪酸的命名饱和脂肪酸的命名选择含有羧基的最长碳链为主链，从羧基开始编号选择含有羧基的最长碳链为主链，从羧基开始编号3甲基戊酸甲基戊酸顺丁烯二酸顺丁烯二酸反反-丁烯二酸丁烯二酸4-乙基乙基-6-氯氯-4-己烯酸己烯酸2.不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸选择含有羧基和双键的最长碳链选择含有羧基和双键的最长碳链,从羧基从羧基开始编号，并注明双键的位置开始编号，并注明双键的位置2-2-苯基丙酸苯基丙酸 环戊基甲酸环戊基甲酸 -环己基丁酸环己基丁酸3.含有脂环和芳环的羧酸含有脂环和芳环的羧酸把脂环和芳环作为取代基把脂环和芳环作为取代基4.二元羧酸二元羧酸选择含两个羧基的最长碳链为主链，称为选择含两个羧基的最长碳链为主链，称为“某二酸某二酸”2-甲基戊二酸甲基戊二酸正丙基丙二酸正丙基丙二酸1.1.格氏试剂法格氏试剂法2.2.水解法水解法二、羧酸的制备二、羧酸的制备羧酸的官能团是羧酸的官能团是，由，由 C=O C=O和和 O-H O-H 直直接相连而成。接相连而成。断断O-H键键酸的酸的 离解作用离解作用羰基羰基生成生成 羧酸衍生物羧酸衍生物还原为亚甲基还原为亚甲基断断C-C键键 脱羧，失去脱羧，失去CO2氢氢卤代卤代羧酸的化学性质羧酸的化学性质四、羧酸的化学性质四、羧酸的化学性质断断C-O键键(一一)羧酸的酸性与成盐羧酸的酸性与成盐 1 1、酸性、酸性当羧基离解为负离子后，当羧基离解为负离子后，X射线衍射证明，甲酸根负射线衍射证明，甲酸根负离子的两个离子的两个CO键键长都是键键长都是127pm。负电荷完全均等地分布在负电荷完全均等地分布在OCO链上，即两个链上，即两个CO键键长完全平均化。键键长完全平均化。常见的一元羧酸常见的一元羧酸 pKa 为为35，因此它们是弱酸，因此它们是弱酸，但比但比碳酸碳酸（pKa为为6.5）酸性强酸性强。利用这一性质可用溶解度实验将不溶于水的利用这一性质可用溶解度实验将不溶于水的羧酸、酚类和醇类区别开来：羧酸、酚类和醇类区别开来：例例1 下列化合物的酸性由强到弱的顺序是下列化合物的酸性由强到弱的顺序是A 乙酸乙酸 碳酸碳酸 乙醇乙醇 苯酚苯酚 B乙酸乙酸 苯酚苯酚 碳酸碳酸 乙醇乙醇C碳酸碳酸 乙酸乙酸 苯酚苯酚 乙醇乙醇 D乙酸乙酸 碳酸碳酸 苯酚苯酚 乙醇乙醇溶解溶解（）（）影响羧酸酸性的因素：影响羧酸酸性的因素：(1)电子效应电子效应就电子效应来讲，凡能使羧基电子云密度降低的吸电子就电子效应来讲，凡能使羧基电子云密度降低的吸电子基团，将使羧酸酸性增强，如硝基、卤素碳碳双键和三基团，将使羧酸酸性增强，如硝基、卤素碳碳双键和三键等；反之斥电子基团，使酸性减弱如烷基。键等；反之斥电子基团，使酸性减弱如烷基。稳定性稳定性取代基对酸性强弱的影响不但与取代基的性质有关，取代基对酸性强弱的影响不但与取代基的性质有关，还与其数目以及和羧基的相对位置有关。以吸电子基还与其数目以及和羧基的相对位置有关。以吸电子基团卤素为例说明酸性强弱顺序如下：团卤素为例说明酸性强弱顺序如下：FCH2COOHClCH2COOHBrCH2COOHICH2COOHpKa2.672.872.903.16同位置取代，吸电子基的电负性愈强，羧酸的酸性愈强。同位置取代，吸电子基的电负性愈强，羧酸的酸性愈强。CH3COOHClCH2COOHCl2CHCOOHCl3CCOOHpKa4.762.871.360.63不同位置同基团取代，吸电子基离羧基愈近，羧酸的酸性强。不同位置同基团取代，吸电子基离羧基愈近，羧酸的酸性强。羧酸分子中烃基氢原子被斥电子基取代后，由于斥电子羧酸分子中烃基氢原子被斥电子基取代后，由于斥电子基的基的+I效应，使羧酸根负电荷增加，因此负离子稳定性效应，使羧酸根负电荷增加，因此负离子稳定性降低，所以羧酸酸性随烃基碳原子数和斥电子基个数增降低，所以羧酸酸性随烃基碳原子数和斥电子基个数增加而酸性减弱。例如：加而酸性减弱。例如：4.87 5.05Pka 3.77 4.76 4.86二元羧酸二元羧酸二元羧酸的酸性大于相应一元羧酸二元羧酸的酸性大于相应一元羧酸,两个羧基之间的距两个羧基之间的距离越大其酸性越弱。离越大其酸性越弱。二元羧酸的酸性与两个羧基的相对距离和在空间的位置二元羧酸的酸性与两个羧基的相对距离和在空间的位置有关。如：有关。如：草酸丙二酸丁二酸草酸丙二酸丁二酸苯甲酸的酸性比甲酸弱，比其他脂肪族一元强。苯甲酸的酸性比甲酸弱，比其他脂肪族一元强。原因原因：由于苯环大：由于苯环大 键与羧基形成共轭体系，电子云稍向羧基偏键与羧基形成共轭体系，电子云稍向羧基偏移，不利于移，不利于H解离，酸性较甲酸弱。解离，酸性较甲酸弱。2.羧酸的成盐反应羧酸的成盐反应羧酸能与羧酸能与Na2CO3、NaHCO3和和NaOH等物质反应生成等物质反应生成易溶于水的盐。易溶于水的盐。NaHCO3H2O例如：例如：羧酸的钠、钾和铵盐一般都溶于水，在制药工羧酸的钠、钾和铵盐一般都溶于水，在制药工业中常利用此性质，将不溶于水的药物变成水溶性的业中常利用此性质，将不溶于水的药物变成水溶性的盐，以便配制水剂或注射液。例如常用的抗生素青霉盐，以便配制水剂或注射液。例如常用的抗生素青霉素素G就是制成其钠盐或钾盐。就是制成其钠盐或钾盐。青霉素的分子式青霉素的分子式（二）羧酸衍生物的生成（二）羧酸衍生物的生成羧基上的羟基被其他原子或基团取代后产生的化合物羧基上的羟基被其他原子或基团取代后产生的化合物称为羧酸衍生物。称为羧酸衍生物。酰卤酰卤酸酐酸酐酯酯酰胺酰胺1.酰卤的生成酰卤的生成 羧酸与羧酸与PX3、PX5（X=Cl、Br）SOCl2反反应生成酰卤。应生成酰卤。应用：药物合成应用：药物合成2.酸酐的生成酸酐的生成 羧酸在脱水剂（羧酸在脱水剂（P2O5）作用下）作用下 或加热，或加热，羧基间失水生成酸酐。羧基间失水生成酸酐。180具有具有五元环或六元环五元环或六元环的酸酐，可由二元酸加热分子内的酸酐，可由二元酸加热分子内失水而得。失水而得。羧酸与伯醇和绝大多数仲醇反应生成酯时，羧酸与伯醇和绝大多数仲醇反应生成酯时，醇脱氢，羧醇脱氢，羧酸脱羟基。酸脱羟基。羧酸与叔醇反应生成酯时，羧酸与叔醇反应生成酯时，醇脱羟基，羧酸脱氢醇脱羟基，羧酸脱氢。3 3、酯的生成、酯的生成影响酯化反应速率的因素影响酯化反应速率的因素羧酸结构的影响：羧酸结构的影响：醇的结构的影响：醇的结构的影响：4.4.酰胺的生成酰胺的生成酰胺酰胺酰卤、酸酐和酯进行氨解，都可以得到酰胺。酰胺酰卤、酸酐和酯进行氨解，都可以得到酰胺。酰胺分子中含有酰胺键分子中含有酰胺键 （CONHCONH），也叫作肽键。），也叫作肽键。（三）（三）脱羧反应脱羧反应 羧酸或其盐脱去羧基羧酸或其盐脱去羧基(失去失去COCO2 2)的反应，称为脱羧反的反应，称为脱羧反应。饱和一元羧酸在加热下较难脱羧，但低级羧酸的金属应。饱和一元羧酸在加热下较难脱羧，但低级羧酸的金属盐在碱存在下加热则可发生脱羧反应。如：盐在碱存在下加热则可发生脱羧反应。如：当当-碳原子上连有碳原子上连有NONO2 2、CNCN、COCO、ClCl等强等强吸电子基时则容易脱羧。如：吸电子基时则容易脱羧。如：某些芳香族羧酸不但可以脱羧，且比饱和一元酸容易。某些芳香族羧酸不但可以脱羧，且比饱和一元酸容易。如：如：脂肪族羧酸的脂肪族羧酸的-氢原子也可被卤原子取代，但其反氢原子也可被卤原子取代，但其反应活性要比醛、酮低的多，通常要在少量红磷存在下方可应活性要比醛、酮低的多，通常要在少量红磷存在下方可进行。进行。（四）（四）-氢原子的反应氢原子的反应1.1.乙二酸、丙二酸乙二酸、丙二酸脱羧脱羧（五）二元羧酸的反应（五）二元羧酸的反应2、丁二酸、戊二酸脱羧生成、丁二酸、戊二酸脱羧生成酸酐酸酐；+H2OH2O3.己二酸、庚二酸则既脱羧又脱水生成己二酸、庚二酸则既脱羧又脱水生成环酮环酮。羧基上的羟基被其他原子或基团取代后产生的化合物羧基上的羟基被其他原子或基团取代后产生的化合物称为称为羧酸衍生物羧酸衍生物。酰卤酰卤酸酐酸酐酯酯酰胺酰胺第二节第二节 羧酸衍生物羧酸衍生物一、结构一、结构酰基：酰基：相应酸相应酸 酰加基字酰加基字 乙酰基乙酰基(acetyl group)苯甲酰基苯甲酰基(benzoyl group)1、酰卤和酰胺：按酰基命名、酰卤和酰胺：按酰基命名(acetyl chloride)(benzyl bromide)(benzyl aniline)二、命名二、命名(phthalimide)(N-methyl acetamide)(N-ethyl-N-methyl acetamide)2、酸酐：按其水解产物命名、酸酐：按其水解产物命名 乙酸酐乙酸酐(acetic anhydride)乙丙酸酐乙丙酸酐(acetic propanoic anhydride)邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐(phthalic anhydride)苯甲酸酐苯甲酸酐(benzoic anhydride)3、酯：按水解生成的酸和醇命名，先酸后醇。、酯：按水解生成的酸和醇命名，先酸后醇。乙酸乙酯乙酸乙酯(ethyl acetate)乙二酸氢乙酯（酸性酯）乙二酸氢乙酯（酸性酯）(ethyl hydrogen ethanedioate)苯甲酸乙酯苯甲酸乙酯(ethyl benzoate)3-甲基甲基-4-丁内酯丁内酯(3-methyl-4-butanolide)多元醇羧酸酯多元醇羧酸酯乙二醇二乙酸酯乙二醇二乙酸酯甘油三乙酸酯甘油三乙酸酯三、三、羧酸衍生物的化学性质羧酸衍生物的化学性质(一一)、酰基的亲核取代反应、酰基的亲核取代反应(加成加成-消去消去)反反应应1 1、水解反应水解反应所有羧酸衍生物都能发生水解生成相应的所有羧酸衍生物都能发生水解生成相应的羧酸羧酸。加热加热用途：用途：酰卤与醇很快反应生成酯，利用这个反应酰卤与醇很快反应生成酯，利用这个反应来制备某些醇或酚不能与羧酸直接生成的酯。来制备某些醇或酚不能与羧酸直接生成的酯。2 2、醇解反应、醇解反应 羧酸衍生物与醇反应生成酯，称为羧酸衍生物与醇反应生成酯，称为羧酸衍生物羧酸衍生物的醇解（的醇解（alcoholysis）。）。该反应应用范围较为广泛，该反应应用范围较为广泛，酸酐可以与绝大多数酸酐可以与绝大多数的醇或酚反应，生成酯和羧酸的醇或酚反应，生成酯和羧酸 酯在酸存在下发生醇解反应，生成新的酯和醇，酯在酸存在下发生醇解反应，生成新的酯和醇，所以酯的醇解所以酯的醇解又称酯交换反应。有机合成中常用来从又称酯交换反应。有机合成中常用来从低级醇制备高级醇。低级醇制备高级醇。3、氨解反应、氨解反应 酰卤、酸酐、酯和酰胺与氨作用生成酰胺的反应酰卤、酸酐、酯和酰胺与氨作用生成酰胺的反应称为氨解反应（称为氨解反应（ammonolysis）。）。羧酸衍生物的水解、醇解和氨（胺）解反应的活羧酸衍生物的水解、醇解和氨（胺）解反应的活性顺序：酰卤性顺序：酰卤 酸酐酸酐 酯酯 酰胺。酰胺。重要的羧酸重要的羧酸一、甲酸（蚁酸）一、甲酸（蚁酸）还原性（被强、弱氧化剂氧化）还原性（被强、弱氧化剂氧化）二、乙二酸（草酸）二、乙二酸（草酸）脱羧：脱羧：还原性：还原性：三、三、尿素尿素1.1.弱碱性弱碱性，脲的水溶液不能使石蕊试纸变色，只脲的水溶液不能使石蕊试纸变色，只能与强酸作用生成盐。能与强酸作用生成盐。2.2.水解水解 脲具有一般酰胺的性质，在酸、脲酶或碱催化下脲具有一般酰胺的性质，在酸、脲酶或碱催化下发生如下反应：发生如下反应：3 3.缩二脲的生成和缩二脲反应缩二脲的生成和缩二脲反应缩二脲反应缩二脲反应肽键肽键重点重点羧酸及其衍生物的命名羧酸及其衍生物的命名羧酸及其衍生物的化学性质羧酸及其衍生物的化学性质甲酸、乙二酸、尿素的特性甲酸、乙二酸、尿素的特性