羧酸及其衍生物精选PPT.ppt
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1、关于羧酸及其衍生物第1页,讲稿共90张,创作于星期二羧酸羧酸-可看成是烃分子中的氢原子被可看成是烃分子中的氢原子被 羧基羧基(-COOH,Carboxyl Group)取代而生成的化合物。其通式为取代而生成的化合物。其通式为R-COOH(饱和羧酸饱和羧酸CnH2n+1COOH)。羧酸的官能团是羧基。羧酸的官能团是羧基。羧酸是许多有机物氧化的最后产物,它在自然界(大多以酯的羧酸是许多有机物氧化的最后产物,它在自然界(大多以酯的形式)普遍存在,在工业、农业、医药和人们的日常生活中有着广形式)普遍存在,在工业、农业、医药和人们的日常生活中有着广泛的应用。泛的应用。(一一)羧酸羧酸第2页,讲稿共90张
2、,创作于星期二8.1羧酸的结构、分类和命名 8.1.1羧酸的结构羧酸的结构(一)羧酸羧基酰基(R烃基:可以为烷基、芳基或H)结构形式上结构形式上-是羰基和羟基的组合是羰基和羟基的组合结构结构(电子效应电子效应)上上-不是羰基和羟基的简单加合不是羰基和羟基的简单加合性质上性质上-羰基活性下降羰基活性下降,羟基酸性增强羟基酸性增强第3页,讲稿共90张,创作于星期二8.1.2羧酸的分类羧酸的分类:第4页,讲稿共90张,创作于星期二8.1.3羧酸的命名羧酸的命名 蚁酸HCOOH醋酸CH3COOH软脂酸CH3(CH2)14COOH硬脂酸CH3(CH2)16COOH草酸HOOCCOOH巴豆酸CH3CH=C
3、HCOOH肉桂酸PhCH=CHCOOH马来酸:顺-丁烯二酸富马酸:反-丁烯二酸胡萝卜酸HOOCCH2COOH俗名俗名第5页,讲稿共90张,创作于星期二系统命名法系统命名法 1 1、总法则、总法则 选择含有羧基的最长的碳链作为主链,编号时从靠近羧基一端选择含有羧基的最长的碳链作为主链,编号时从靠近羧基一端开始编号;开始编号;2-羟基丁酸羟基丁酸 2-氨基丙酸氨基丙酸 3,4-二甲基戊酸二甲基戊酸 2 2、含有碳、含有碳-碳不饱和键的羧酸为烯酸,超过碳不饱和键的羧酸为烯酸,超过10个碳的称为碳烯个碳的称为碳烯酸,编号仍然从靠近羧基一端开始编号。酸,编号仍然从靠近羧基一端开始编号。反反-3,4-二甲
4、基二甲基-3-己烯酸己烯酸 9-十八碳烯酸十八碳烯酸 第6页,讲稿共90张,创作于星期二3、含有苯环或取代苯环的羧酸,芳基作为取代基来命名,编号仍然从靠近羧基一端开始编号 4-氯苯甲酸 1-萘乙酸 3-(4-氯苯基)丁酸或3-对氯苯基丁酸第7页,讲稿共90张,创作于星期二2、烷基苯的氧化具有-H的烷基苯在强的氧化剂中氧化,可被氧化为苯甲酸8.2羧酸的制备羧酸的制备8.2.1氧化法一、烃的氧化1、烯烃的氧化第8页,讲稿共90张,创作于星期二二、伯醇和醛的氧化三、甲基酮的氧化(卤仿反应)四、环酮的氧化第9页,讲稿共90张,创作于星期二3、该法可以制备二元的羧酸。例1)以乙醇为原料合成丁二酸8.2.
5、2 腈化物水解法腈化物水解法1、定义:指卤代烃首先和氰化钠反应生成有机腈化物,再进一步水解生成羧酸。2、注释:a、卤代烃最好为1卤代烃;b、烯丙位和苄基位的卤代烃最好采用该法;第10页,讲稿共90张,创作于星期二8.2.4格氏试剂法8.2.3酯水解例2)以乙醇为原料合成丙二酸第11页,讲稿共90张,创作于星期二注:有羰基时要保护有羰基时要保护 CH3COCH2CH2Br OH OHH+CH3CCH2CH2Br O OMg,Et2OO O CH3CC H2CH2MgBr 1.CO22.H2O,H+CH3COCH2CH2C OOH第12页,讲稿共90张,创作于星期二1物态物态:C1C3 有刺激性酸
6、味的液体,溶于水。有刺激性酸味的液体,溶于水。C4C9 有酸腐臭味的油状液体(丁酸有脚臭味)。有酸腐臭味的油状液体(丁酸有脚臭味)。C9 腊状固体,无气味。腊状固体,无气味。2熔点熔点:有一定规律,随着分子中碳原子数目的增加呈锯齿状的变化有一定规律,随着分子中碳原子数目的增加呈锯齿状的变化 乙酸熔点乙酸熔点16.6,当室温低于此温度时,立即凝成冰状结晶,故纯乙酸,当室温低于此温度时,立即凝成冰状结晶,故纯乙酸 又称为冰醋酸。又称为冰醋酸。3沸点沸点:比相应的醇的沸点高。原因:比相应的醇的沸点高。原因:通过氢键形成二聚体。通过氢键形成二聚体。4.水溶性水溶性:低级脂肪酸溶于水低级脂肪酸溶于水;随
7、碳链增长随碳链增长,水中溶解性下降水中溶解性下降,长链长链(C9 )脂肪酸难溶于水。脂肪酸难溶于水。二聚体二聚体 与水形成氢键与水形成氢键8.3饱和一元羧酸的物理性质饱和一元羧酸的物理性质 第13页,讲稿共90张,创作于星期二8.4羧酸的化学性质羧酸的化学性质第14页,讲稿共90张,创作于星期二羧酸化学性质一览表羧酸化学性质一览表1.酰卤的生成酰卤的生成2.酸酐的生成酸酐的生成酸性与成盐酸性与成盐羧酸衍生物的生成羧酸衍生物的生成第15页,讲稿共90张,创作于星期二 3.酯的生成酯的生成 4.酰胺的生成酰胺的生成还还 原原 反反 应应脱脱 羧羧 反反 应应-H 卤代反应卤代反应第16页,讲稿共9
8、0张,创作于星期二一、一、羧酸的酸性羧酸的酸性负电荷分散在两个电负性较强的氧上,负电荷分散在两个电负性较强的氧上,使体系能量降低。使体系能量降低。第17页,讲稿共90张,创作于星期二羧酸的酸性比水、醇强羧酸的酸性比水、醇强;羧酸的酸性小于无机酸羧酸的酸性小于无机酸,但比碳酸的酸性要强。,但比碳酸的酸性要强。大于碳酸(大于碳酸(H2CO3 Ka1=6.38)。)。此性质可用于醇、酚、酸的鉴别和分离此性质可用于醇、酚、酸的鉴别和分离,不溶于水的羧酸既溶于,不溶于水的羧酸既溶于NaOH也溶于也溶于NaHCO3,不溶于水的酚能溶于,不溶于水的酚能溶于NaOH不溶于不溶于NaHCO3,不溶于,不溶于水的
9、醇既不溶于水的醇既不溶于NaOH也不溶于也不溶于NaHCO3。羧酸能与碱作用成盐,也可分解碳酸盐羧酸能与碱作用成盐,也可分解碳酸盐一、一、羧酸的酸性羧酸的酸性第18页,讲稿共90张,创作于星期二羧酸结构对酸性的影响羧酸结构对酸性的影响1.电子效应对酸性的影响电子效应对酸性的影响诱导效应诱导效应因原子的电负性不同因原子的电负性不同,通过静电的诱导传递而产生通过静电的诱导传递而产生 的极化效应的极化效应,其特征随距离的增长而迅速减弱其特征随距离的增长而迅速减弱.吸电子诱导效应吸电子诱导效应使酸性增强使酸性增强 F-CH2COOHCl-CH2COOH Br-CH2COOH I-CH2COOHHCOO
10、HCH3COOH pKa值 2.66 2.86 2.89 3.16 3.75 4.76给电子诱导效应给电子诱导效应使酸性减弱使酸性减弱 HCOOHCH3COOHCH3CH2COOH(CH3)3CCOOHpKa值 3.75 4.76 4.87 5.05第19页,讲稿共90张,创作于星期二吸电子基增多酸性增强吸电子基增多酸性增强 ClCH2COOH Cl2CHCOOH Cl3CCOOHpKa值 2.86 1.29 0.65取代基的位置距羧基越远,酸性越小取代基的位置距羧基越远,酸性越小 pKa值 2.86 4.41 4.70 4.82 第20页,讲稿共90张,创作于星期二 2取代基位置对苯甲酸酸性
11、的影响取代基位置对苯甲酸酸性的影响 取代苯甲酸的酸性与取代基的位置、共轭效应与诱导效应的同时存在等影响有关,取代苯甲酸的酸性与取代基的位置、共轭效应与诱导效应的同时存在等影响有关,还有场效应的影响,情况比较复杂。还有场效应的影响,情况比较复杂。可大致归纳如下:可大致归纳如下:a.邻位邻位-大多数取代基使苯甲酸的酸性增强(位阻作用大多数取代基使苯甲酸的酸性增强(位阻作用,电子效应和氢键影响的电子效应和氢键影响的总总和和),至今尚无满意的解释至今尚无满意的解释.b.对位和间位对位和间位-拉电子取代基团使酸性增强拉电子取代基团使酸性增强,给电子基团使酸性减弱给电子基团使酸性减弱pKa 2.98 4.
12、57pKa 3.64 3.55pKa 4.09 4.47pKa 4.20 c.对位对位-是第一类定位基时,酸性减弱;是第二类定位基时,酸性增强是第一类定位基时,酸性减弱;是第二类定位基时,酸性增强 第21页,讲稿共90张,创作于星期二 二、二、羧基上的羟基羧基上的羟基(-OH)的取代反应的取代反应酯(被烷氧基取代)酯(被烷氧基取代)酰卤(被卤素取代)酰卤(被卤素取代)酰胺(被氨基取代)酰胺(被氨基取代)RCOOHRCOO R RCOXRCOORCONH2COR 酸酐(被酰氧基取代)酸酐(被酰氧基取代)第22页,讲稿共90张,创作于星期二1酰卤的生成酰卤的生成羧酸与PX3、PX5、SOCl2作用
13、则生成酰卤。三种方法中,方法3的产物纯、易分离,因而产率高。是一种合成酰卤的好方法。m-NO2C6H4COOH+SOCl2 m-NO2C6H4COCl+SO2 +HCl 制低沸点酰氯制高沸点酰氯第23页,讲稿共90张,创作于星期二2酸酐的生成酸酐的生成-在脱水剂(常用脱水剂 P2O5 或(CH3CO)2O)作用下加热,脱水生成酸酐。(混酐)第24页,讲稿共90张,创作于星期二3酯化反应酯化反应 酯化反应是可逆反应,酯化反应是可逆反应,Kc4,一般只有,一般只有2/3的转化率。的转化率。提高酯化率方法提高酯化率方法:增加反应物的浓度(如过量的醇)增加反应物的浓度(如过量的醇);移走低沸点的酯或水
14、移走低沸点的酯或水 成酯方式成酯方式 同位素标记同位素标记:H2O中无18O,说明反应为酰氧断裂伯醇和仲醇伯醇和仲醇 叔醇叔醇H2O中有18O,说明反应为烷氧断裂第25页,讲稿共90张,创作于星期二反应机理:反应机理:酸催化的目的是增加羧酸分子中羰基碳原子的亲电性酸催化的目的是增加羧酸分子中羰基碳原子的亲电性 1、2醇为酰氧断裂历程,醇为酰氧断裂历程,3醇(叔醇)为烷氧断裂历程。醇(叔醇)为烷氧断裂历程。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:羧酸分子中烃基增大,空间位阻羧酸分子中烃基增大,空间位阻,不利于,不利于ROH的进攻,酯化速率的进攻,酯化速率。故对
15、同一种醇而言,。故对同一种醇而言,不同羧酸的反应不同羧酸的反应.活性顺序是:活性顺序是:醇的结构的影响:醇的结构的影响:第26页,讲稿共90张,创作于星期二4酰胺的生成酰胺的生成 羧酸与羧酸与NH3或或RNH2、R2NH作用,生成铵盐,然后加热脱水生成酰作用,生成铵盐,然后加热脱水生成酰胺或胺或N-取代酰胺。如:取代酰胺。如:二元酸的二铵盐受热则发生分子内脱水间脱氨,生成五元或六元环状酰亚胺。二元酸的二铵盐受热则发生分子内脱水间脱氨,生成五元或六元环状酰亚胺。第27页,讲稿共90张,创作于星期二三三、羧酸的还原羧酸的还原羧酸不易被还原。但在强还原剂羧酸不易被还原。但在强还原剂LiAlH4作用下
16、,羧基可被还原成羟基,作用下,羧基可被还原成羟基,生成相应的生成相应的1ROH该法不仅产率高,而且不影响该法不仅产率高,而且不影响C=C和和CC的存在,可用于不饱和酸的还原。的存在,可用于不饱和酸的还原。还原剂还原剂NaBH4不能用于羧酸的还原不能用于羧酸的还原,ROH羧酸在高温、高压下也可以催化加氢还原成醇。常用的催羧酸在高温、高压下也可以催化加氢还原成醇。常用的催化剂为:化剂为:Cu、Zn或亚铬酸镍。或亚铬酸镍。第28页,讲稿共90张,创作于星期二四、四、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,称为脱羧反应。的反应,称为脱羧反应。饱和一元羧酸
17、在加热下较难脱羧,但低级羧酸的金属盐在碱存在下加热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,则可发生则可发生脱羧反应。脱羧反应。实验室制甲烷H.Kolbe反应:加热脱羧:第29页,讲稿共90张,创作于星期二一元羧酸的一元羧酸的碳原子上连有强吸电子基团时,易发生脱羧。碳原子上连有强吸电子基团时,易发生脱羧。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。Hunsdiecker反应反应-羧酸的银盐在溴或氯存在下脱羧生成卤代烷的反应。羧酸的银盐在溴或氯存在下脱羧生成卤代烷的反应。第30页,讲稿共90张,创作于星期二五、五、-H的卤
18、代反应的卤代反应-Hell-Volhard-Zelinsky反应反应由于由于P共轭的存在,使得羧基碳的正电性减弱,不象醛、酮中共轭的存在,使得羧基碳的正电性减弱,不象醛、酮中的羰基那样活泼,的羰基那样活泼,羧酸的羧酸的-H可在少量红磷、硫等催化剂存在下被可在少量红磷、硫等催化剂存在下被溴或氯取代生成卤代酸。溴或氯取代生成卤代酸。第31页,讲稿共90张,创作于星期二控制条件,反应可停留在一取代阶段。-卤代酸很活泼,常用来制备-羟基酸和-氨基酸。机理:第32页,讲稿共90张,创作于星期二1、熔点:比分子量相近的一元羧酸要高2、溶解度:比一元羧酸要大;3、酸性酸性:比一元羧酸要高,一般情况下K1较大
19、,而K2较小。8.5二元羧酸二元羧酸12.5.1二元羧酸的物理性质一、二元羧酸的受热分解反应1、乙二酸和丙二酸加热后脱羧,失去二氧化碳,得到羧酸8.5.2二元羧酸的化学性质第33页,讲稿共90张,创作于星期二2、丁二酸和戊二酸加热,分子内脱去一分子水得到酸酐3、己二酸和庚二酸加热后,分子内脱去一分子二氧化碳和水,形成环状的酮。苯二甲酸第34页,讲稿共90张,创作于星期二 邻苯二甲酰亚胺可用于制备纯伯胺邻苯二甲酰亚胺可用于制备纯伯胺盖布瑞尔合成法盖布瑞尔合成法第35页,讲稿共90张,创作于星期二8.6羟基酸羟基酸1.分类:分类:醇酸和酚酸,前者羟基和羧基均连在脂肪链上,后者羟基和羧基连在芳环上。
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