羧酸及其衍生物精选课件.ppt
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1、关于羧酸及其衍生物课件第一页,本课件共有62页 教学要求教学要求:1.1.掌握羧酸的结构、化学性质及制法。掌握羧酸的结构、化学性质及制法。2.2.进一步掌握诱导效应和共轭效应。进一步掌握诱导效应和共轭效应。3.3.了解二元酸及取代酸的特性。了解二元酸及取代酸的特性。4.4.掌握酰卤和酸酐性质及制法,并了解它们是重要的掌握酰卤和酸酐性质及制法,并了解它们是重要的 酰基化试剂。酰基化试剂。5.5.掌握酯的性质及制法。掌握酯的性质及制法。6.6.掌握羧酸衍生物的相互转化关系。掌握羧酸衍生物的相互转化关系。第二页,本课件共有62页 教学内容教学内容:1.1.酸的结构、分类及命名酸的结构、分类及命名 2
2、.2.一元羧酸的物理性质一元羧酸的物理性质 3.3.一元羧酸的化学性质一元羧酸的化学性质(1)(1)酸性。酸性。(2)(2)羧基中羟基的取代反应。羧基中羟基的取代反应。(3)(3)脱羧反应。脱羧反应。(4)(4)-H-H卤代。卤代。4.4.诱导效应和共轭效应诱导效应和共轭效应 第三页,本课件共有62页5.5.羧酸衍生物的分类及命名羧酸衍生物的分类及命名6.6.酰卤的制法和性质酰卤的制法和性质7.7.酸酐的制法和性质酸酐的制法和性质8.8.羧酸酯制法和性质:水解、醇解、氨解、还原与格羧酸酯制法和性质:水解、醇解、氨解、还原与格 氏试剂反应,酯缩合反应。氏试剂反应,酯缩合反应。第四页,本课件共有6
3、2页第十五章第十五章 羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物定义:含有羧基的化合物。定义:含有羧基的化合物。通式通式:(H)RCOOH(一元一元羧酸羧酸)官能团:官能团:COOH15-1 羧酸羧酸一一.羧酸的结构、分类和命名羧酸的结构、分类和命名1.羧基的结构羧基的结构:=ORC OH 第五页,本课件共有62页事实:独立的事实:独立的 C=O;COH中的中的 CO.0.122nm 0.143nm COOH中的中的C=O;CO.0.1245nm 0.131nm 解释解释:=ORC OH sp 未经杂化未经杂化 sp羰基羰基C采取采取sp杂化。杂化。形成形成p-共轭体系。共轭体系。第六页,本课件共有62页2
4、.分类分类据烃基的性质据烃基的性质脂肪羧酸脂肪羧酸芳香羧酸芳香羧酸饱和羧酸饱和羧酸不饱和羧酸不饱和羧酸据分子中含羧基的数目据分子中含羧基的数目一元羧酸一元羧酸二元羧酸二元羧酸多元羧酸多元羧酸3.命名命名(1)俗名:常据来源来命名俗名:常据来源来命名.第七页,本课件共有62页CH2COOH CH2 2COOHCOOH COOHHOCHCOOH HOCHCOOH CH2COOH HOCCOOH CH2 2COOH 草酸草酸琥珀酸琥珀酸酒石酸酒石酸柠檬酸柠檬酸COOH 安息香酸安息香酸HCOOH CH3COOH CH3CH2CH2COOH蚁酸蚁酸醋酸醋酸酪酸酪酸第八页,本课件共有62页(2)系统命名
5、法系统命名法选择含羧基的最长碳链为主链,编号从羧基碳开始,根据选择含羧基的最长碳链为主链,编号从羧基碳开始,根据主链上碳原子数目称为某酸。主链上碳原子数目称为某酸。芳香羧酸的命名,是把芳香环看作取代基。芳香羧酸的命名,是把芳香环看作取代基。CH3CHCHCH2COOH CH3 3 CH3 3NO2COOH OH 3,4-二甲基戊酸二甲基戊酸2-硝基硝基-4-羟基苯甲酸羟基苯甲酸COOHCOOH邻苯二甲酸邻苯二甲酸第九页,本课件共有62页烯酸的命名烯酸的命名不饱和羧酸的主链应包括双键及羧基,而称为不饱和羧酸的主链应包括双键及羧基,而称为“某烯酸某烯酸”,并在某烯名称前以阿拉伯数字标明双键位次,并
6、在某烯名称前以阿拉伯数字标明双键位次;有两个或有两个或三个双键的烯酸称为三个双键的烯酸称为“二烯酸二烯酸”或或“三烯酸三烯酸”,并分别,并分别在前面标明各双键的位次;在前面标明各双键的位次;CH3CHC=CHCH=CHCOOH OH C2 2H5 55-乙基乙基-6-羟基羟基-2,4-庚二烯酸庚二烯酸第十页,本课件共有62页二元酸:选择含两个羧基的最长碳链为主链,叫某二元酸:选择含两个羧基的最长碳链为主链,叫某 二酸。二酸。CH2COOH CH2 2COOHCOOH COOHHOCHCOOH HOCHCOOH乙二酸乙二酸丁二酸丁二酸2,3-二羟基丁二酸二羟基丁二酸(草酸草酸)(琥珀酸琥珀酸)(
7、酒石酸酒石酸)第十一页,本课件共有62页例例 HCOOH CH3CH2OH CH3CHO M 46 46 44 b.p 100.5 78.3 20.8 原因:发生双分子缔合原因:发生双分子缔合(即两即两 个分子间通过两个氢个分子间通过两个氢 键连接键连接)。=HO CR O O RC OH二二.羧酸的物理性质羧酸的物理性质1.物态:物态:C1 C3,具有强烈酸味和刺激性的液体。具有强烈酸味和刺激性的液体。C4 C9,具有腐败恶臭的油状液体。具有腐败恶臭的油状液体。C10 ,挥发性很低、没有气味的石蜡状固体。挥发性很低、没有气味的石蜡状固体。2.沸点:比分子量相近的其他有机物高。沸点:比分子量相
8、近的其他有机物高。第十二页,本课件共有62页4.水溶性水溶性:(1)C1 C4与水互溶。与水互溶。(2)C ,水溶性水溶性;C10 不溶于水。不溶于水。(3)二元酸比一元酸易溶。二元酸比一元酸易溶。3.熔点:随熔点:随C 呈锯齿状上升。即含偶数呈锯齿状上升。即含偶数C原子羧酸的原子羧酸的 熔点比和它相邻的两个奇数熔点比和它相邻的两个奇数C原子羧酸的原子羧酸的 熔点高。熔点高。(COOH起主导作用起主导作用)(R起主导作用起主导作用)(形成氢键数目多形成氢键数目多)R-C=O-HH-OO-HHHH-OHO第十三页,本课件共有62页 O CROH3.a-H的取代1.酸性2.羟基被取代-X(Cl)酰
9、卤酰卤-OCOR 酸酐酸酐-OR 酯酯(-NH2)酰胺酰胺脱羧反应氧化还原4.三三羧酸的化学性质羧酸的化学性质酰基酰基第十四页,本课件共有62页由于由于p 效应:效应:(1)羟基中氧原子的电子云密度降低,羟基中的共用电子对就)羟基中氧原子的电子云密度降低,羟基中的共用电子对就更偏向氧原子,从而使氢原子容易成为氢离子而解离出来,故更偏向氧原子,从而使氢原子容易成为氢离子而解离出来,故羧酸表现明显的酸性。羧酸表现明显的酸性。(2)RCOO-中负电荷均匀地分布在两个氧原子上,稳定性中负电荷均匀地分布在两个氧原子上,稳定性,羧酸酸性,羧酸酸性。(3)羧基碳原子的电子云密度增高,使其正电性降低,)羧基碳
10、原子的电子云密度增高,使其正电性降低,故羧基不易与亲核试剂发生加成反应。故羧基不易与亲核试剂发生加成反应。第十五页,本课件共有62页2.影响酸性强度的因素影响酸性强度的因素电子效应、电子效应、场效应、场效应、氢键、氢键、空间效应空间效应 (1)诱导效应的影响诱导效应的影响 吸电子诱导效应吸电子诱导效应(I效应效应)使酸性使酸性,其相对强度:,其相对强度:同族元素同族元素从上到下原子序数依次从上到下原子序数依次,电负性依,电负性依。故:故:如:如:第十七页,本课件共有62页 同周期元素同周期元素从左到右电负性依次从左到右电负性依次。如:如:与碳原子相连的基团不饱和性与碳原子相连的基团不饱和性,吸
11、电子能力,吸电子能力。如:如:第十八页,本课件共有62页 诱导效应的特点:诱导效应的特点:A.具有加和性具有加和性 B.诱导效应强度与距离成反比,距离诱导效应强度与距离成反比,距离,诱导效应强度,诱导效应强度。第十九页,本课件共有62页-H被被R取代得越多,羧酸的酸性越弱取代得越多,羧酸的酸性越弱。例如:。例如:供电子诱导效应供电子诱导效应(+I效应效应)使酸性使酸性。第二十页,本课件共有62页 (2)邻位效应的影响邻位效应的影响 取代苯甲酸的酸性不仅与取代基的种类有关,而且与取代取代苯甲酸的酸性不仅与取代基的种类有关,而且与取代基在苯环上的位置有关。如:基在苯环上的位置有关。如:pKa 3.
12、42 3.49 4.20 显然,当芳环上连有显然,当芳环上连有+I、+C基团时,将使酸性基团时,将使酸性。芳香酸的酸性:一般环上带有吸电子基团,酸性增强;芳香酸的酸性:一般环上带有吸电子基团,酸性增强;带有供电子基团,酸性减弱。带有供电子基团,酸性减弱。第二十一页,本课件共有62页值得注意的是值得注意的是:当取代基处于:当取代基处于邻位邻位时,无论这个取代时,无论这个取代基是吸基是吸电子基还是供电子基电子基还是供电子基(NH2除外除外),都将是酸性,都将是酸性,即邻位取,即邻位取代苯甲酸的酸性对位、间位取代苯甲酸,也苯甲酸。代苯甲酸的酸性对位、间位取代苯甲酸,也苯甲酸。产生这种现象的原因较为复
13、杂,诸如立体效应、氢键产生这种现象的原因较为复杂,诸如立体效应、氢键等。总称为等。总称为邻位效应邻位效应。pKa 2.21 4.20 3.91第二十二页,本课件共有62页 应用:用于分离、鉴别。应用:用于分离、鉴别。不溶于水的羧酸,既溶于不溶于水的羧酸,既溶于NaOH,又溶于,又溶于NaHCO3;不溶于水的酚,溶于不溶于水的酚,溶于NaOH,但不溶于,但不溶于NaHCO3;不溶于水的醇,既不溶于不溶于水的醇,既不溶于NaOH,也不溶于,也不溶于NaHCO3。第二十三页,本课件共有62页 正戊酸正戊酸 正戊醇正戊醇 正戊醛正戊醛 3-戊酮戊酮NaHCO3溶解溶解溶解溶解()H2SO4(浓)()(
14、)()()NaHSO3白色白色结晶结晶()(分离后加分离后加HCl)(分离后加分离后加H2O)(分分离离后后加加酸酸)第二十四页,本课件共有62页2.羧基中羟基的取代反应羧基中羟基的取代反应 酰基酰基 酰卤酰卤 酸酐酸酐酯酯 酰胺酰胺=RCO B=RCO OHB=X、OCR(酸根酸根)、OR(烷氧基烷氧基)、NH2(氨基氨基)O第二十五页,本课件共有62页(1)成酰卤反应成酰卤反应 除除HCOOH外,羧酸可与外,羧酸可与PCl3、PCl5、SOCl2作用,作用,羧酸中的羟基被氯原子取代生成酰氯。羧酸中的羟基被氯原子取代生成酰氯。低沸点酰卤制备低沸点酰卤制备低沸点酰卤制备低沸点酰卤制备高沸点酰卤
15、制备高沸点酰卤制备高沸点酰卤制备高沸点酰卤制备低、高沸点的低、高沸点的低、高沸点的低、高沸点的酰氯制备酰氯制备酰氯制备酰氯制备R-C-OH+PCl3=O R-C-Cl+H3PO3 =O R-C-OH+PCl5=O R-C-Cl+POCl3+HCl=O R-C-OH+SOCl2 =O R-C-Cl+SO2 +HCl=O 第二十六页,本课件共有62页(2)酸酐的生成酸酐的生成 除除HCOOH外,羧酸与脱水剂外,羧酸与脱水剂P2O5或或(CH3CO)2O共共热,两分子羧酸则发生分子间脱水生成酸酐。热,两分子羧酸则发生分子间脱水生成酸酐。很多很多二元酸二元酸可以可以直接加热直接加热,分子内失,分子内失
16、水水而形成而形成五五元元或或六元六元环状的环状的酸酐酸酐。+=H2O=OHCCOHCCO=邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐 OOOO第二十七页,本课件共有62页(3)酯的生成酯的生成 羧酸与醇在酸催化下作用,脱去一分子水生成酯的反应,羧酸与醇在酸催化下作用,脱去一分子水生成酯的反应,称为酯化反应。称为酯化反应。酯化反应是典型的可逆反应,为了提高酯的产率,可根酯化反应是典型的可逆反应,为了提高酯的产率,可根据平衡移动原理,或增加反应物浓度,或减少生成物浓度,据平衡移动原理,或增加反应物浓度,或减少生成物浓度,使平衡向右移动。使平衡向右移动。投料投料1:1产率产率67%1:1097%CH3COOH +C2
17、H5OH CH3COOC2H5 +H2OH+第二十八页,本课件共有62页脱水方式脱水方式 酯化时,羧酸和醇之间脱水可有两种不同的方式:酯化时,羧酸和醇之间脱水可有两种不同的方式:究竟按哪种方式脱水,与羧酸和醇的结构及反究竟按哪种方式脱水,与羧酸和醇的结构及反应条件有关。经同位素标记醇的办法证实:应条件有关。经同位素标记醇的办法证实:第二十九页,本课件共有62页 伯醇和仲醇伯醇和仲醇与羧酸的酯化是按与羧酸的酯化是按酰氧键断裂酰氧键断裂进行的。进行的。叔醇叔醇与羧酸的酯化是按与羧酸的酯化是按烷氧键断裂烷氧键断裂进行的。进行的。第三十页,本课件共有62页(4)酰胺的生成酰胺的生成 羧酸与羧酸与NH3
18、或或RNH2、R2NH作用,生成铵盐,然后加作用,生成铵盐,然后加热脱水生成酰胺或热脱水生成酰胺或N-取代酰胺。取代酰胺。如:如:+=C OHHNH-C=NH-N-苯基苯甲酰胺苯基苯甲酰胺 OO+H2O第三十一页,本课件共有62页四、四、还原反应还原反应 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,羧基可作用下,羧基可被还原成羟基,生成相应的被还原成羟基,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,可用于不饱的存在,可用于不饱和酸的还原。和酸的还原。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
19、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。第三十二页,本课件共有62页五、五、-氢原子的反应氢原子的反应 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。可进行。六、芳香环的取代反应六、芳香环的取代反应羧基属于间位定位基,所以芳香羧酸在进行苯环上的亲电取羧基属于间位定位基,所以芳香羧酸在进行苯环上的亲电取代反应时,取代基主要进入羧基的间位。代反应时,取代基主要进入羧基的间位。第三十三页,本课件共有62页BrFeB
20、r3+=C OHBr2C=OHOO+HBr七、七、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CO2)的反应,称为脱羧反应。的反应,称为脱羧反应。饱和一元羧酸在加热下较难脱羧,但低级羧酸的金属盐在碱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:存在下加热则可发生脱羧反应。如:第三十四页,本课件共有62页二元酸脱羧,很有规律:二元酸脱羧,很有规律:第三十五页,本课件共有62页小结小结含七个含七个C原子以上的二元羧酸,一般只发原子以上的二元羧酸,一般只发生分子间的脱水,生成链状酸酐。生分子间的脱水,生成链状酸酐。第三十六页,本课件共有62页
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