有机化学第十章羧酸及其衍生物课件.ppt

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1、第九章第九章 羧羧 酸及其酸及其衍生物衍生物Carboxylic Acids2023/1/12Acetic acidButanoic acid一、一、自然界中的羧酸自然界中的羧酸2023/1/12防心脑血管疾病方法：肝脏中的胆固醇会转变成胆酸胆酸，到达小肠能帮助消化脂肪，然后胆酸会被小肠吸收回肝脏再转变成胆固醇。由于膳食纤维在小肠中能形成胶状物质将胆酸包围，胆酸便不能通过小肠壁被吸收回肝脏，而是通过消化道被排出体外。于是，当肠内食物再进行消化需要胆酸时，肝脏只能靠吸收血中的胆固醇来补充消耗的胆酸，从而降低了血中的胆固醇，令冠心病和中风的发病率也随之降低。2023/1/12主要用于化学工业中主要

2、用于化学工业中,做乳化剂做乳化剂,润滑剂润滑剂顺式十八烯-9-酸;十八烯酸 花生油中所含的油酸具有特殊作用！油酸可降低血液总胆固醇和有害胆固醇，却不会降低有益胆固醇。营养学界把油酸称为“安全脂肪酸”，油酸的含量，是评定食用油品质的重要标志。2023/1/12亚亚油酸具有独特的油酸具有独特的结结合合、解离氧的能力，能解离氧的能力，能够协够协助氧的助氧的传输传输，提高，提高人体耐缺氧和抗疲人体耐缺氧和抗疲劳劳能力。能力。另外，另外，亚亚油酸油酸还还可以用于化可以用于化妆妆品，作品，作为营为营养性助养性助剂剂，加速皮肤，加速皮肤细细胞胞的更新，去除皮肤表面的黑色素的更新，去除皮肤表面的黑色素颗颗粒，

3、美白皮肤。粒，美白皮肤。还还具有保湿、抗具有保湿、抗过过敏、敏、调调理作用。在肥皂配方中加入理作用。在肥皂配方中加入亚亚油酸可防浴后昆虫叮咬，增油酸可防浴后昆虫叮咬，增白乳液中，白乳液中，亚亚油酸能油酸能够够有效抑制酪氨酸有效抑制酪氨酸酶酶的活性，减少黑色素形成。的活性，减少黑色素形成。2023/1/12二二、羧酸的分类羧酸的分类 与结构 按烃基分类按烃基分类按羧基数目分类按羧基数目分类 一元酸、二元酸、多元酸一元酸、二元酸、多元酸2023/1/12羧酸的结构羧酸的结构形形式式上上看看，羧羧基基由由羰羰基基和和羟羟基基组组成成。羟羟基基氧氧原原子子的的未未共共用用电电子子对对所所占占据据的的p

4、轨轨道道和和羰羰基基的的键键形形成成p-共共轭轭。羟羟基基氧氧上上电电子子云云密密度度有有所所降降低低，羰羰基基碳碳上上电电子子云云密密度度有有所所升升高高。因因此此，羧羧酸酸中中羰羰基基对对亲亲核核试试剂剂的的活活性性降降低低，不不利利于于HCN等亲核试剂反应。等亲核试剂反应。2023/1/12羧酸的结构羧酸的结构羧酸根的共振结构羧酸根的共振结构2023/1/12系统命名系统命名（规则与醛相同）将相应的烃名改为某酸某酸，羧基始终编为1号;主链含烯键(须标明不饱和键的位置)某烯酸；C10 某碳烯酸(见下页)羧基直接连接在环上的:烃名羧酸烃名羧酸 脂肪酸 芳烃名甲酸烃名甲酸 芳香酸俗名俗名(羧酸

5、经常使用俗名)根据其来源命名，如：蚁酸、醋酸、草酸、软脂酸、硬脂酸。三、羧酸的命名(Nomenclature)2023/1/12（安息香酸安息香酸）（巴豆酸巴豆酸）是指萘环是指萘环的的位，非位，非乙酸的乙酸的碳碳CH2COOH2023/1/12二元酸则二元酸则是是主链包括两个羧基主链包括两个羧基的酸的酸，叫某二酸。芳香羧酸，叫某二酸。芳香羧酸常把芳香环看作取代基：常把芳香环看作取代基：丁二酸丁二酸(琥珀酸琥珀酸)2023/1/12四、四、物理性质物理性质状状态态:十十个个碳碳原原子子以以下下的的饱饱和和一一元元羧羧酸酸为为液液体体，有有酸酸味味；高高级级脂脂肪肪酸酸为为蜡蜡状状固固体体；脂脂肪

6、肪二二元元羧羧酸酸和和芳芳香香酸酸为为结结晶晶形形固体。固体。溶溶解解性性:低低级级脂脂肪肪酸酸易易溶溶于于水水，随随着着碳碳原原子子数数增增加加水水溶溶性性逐渐降低。逐渐降低。沸沸点点:羧羧酸酸熔熔沸沸点点比比分分子子量量相相近近的的其其他他化化合合物物高高许许多多，因因为：为：分子间可以形成两个氢键。分子间可以形成两个氢键。2023/1/12五、五、化学性质化学性质 羧酸的反应概貌羧酸的反应概貌酸性酸性-H反应反应羰基羰基羟基取代羟基取代2023/1/12 1 酸性酸性(Acidity)1.1 酸性酸性 羧酸羧酸可看作水分子中的氢被酰基取代：可看作水分子中的氢被酰基取代：由由于于羰羰基基的

7、的键键与与羟羟基基氧氧上上未未共共用用电电子子对对形形成成p共共轭轭。羟羟基基氧氧上上电电子子云云密密度度有有所所降降低低，羟羟基基中中的的氢氢氧氧键键就就比比水水分分子子中中氢氢氧氧键键要要弱弱，氢氢更更容容易易离离解解。表表现现出出酸酸的的通通性性，其其酸酸性比碳酸还强，但与无机酸比还是弱酸。性比碳酸还强，但与无机酸比还是弱酸。2023/1/12羧羧酸酸的的钠钠盐盐、钾钾盐盐均均溶溶于于水水，故故可可用用此此法法分分离离提提纯纯羧酸。羧酸。思考题思考题:怎样分离苯甲酸和苯酚怎样分离苯甲酸和苯酚以酸的身份参与的反应：以酸的身份参与的反应：2023/1/12二元羧酸二元羧酸也可分两步电离，但第

8、二步电离要也可分两步电离，但第二步电离要困难得多，可形成酸性盐和中性盐。困难得多，可形成酸性盐和中性盐。例：例：草酸 草酸氢钠 草酸钠2023/1/12影响酸性的因素影响酸性的因素：使羧酸根负离子趋向更稳定的因素，使酸性增加使羧酸根负离子趋向更稳定的因素，使酸性增加（1）诱导效应诱导效应：卤原子使酸根负离子的负电荷分：卤原子使酸根负离子的负电荷分散，有利于酸的离解，酸性增强。散，有利于酸的离解，酸性增强。A 相同卤原子中，卤原子数越多，酸性越强相同卤原子中，卤原子数越多，酸性越强B 相同卤原子中，卤原子离羧基越近，酸性越强相同卤原子中，卤原子离羧基越近，酸性越强C 不同卤原子中，电负性大酸性强

9、，不同卤原子中，电负性大酸性强，FClBrI（2）共轭共轭 效应效应：供电子基团酸性减弱；吸电子基：供电子基团酸性减弱；吸电子基团酸性增强团酸性增强1.2 酸性比较酸性比较2023/1/12甲酸的酸性比其他羧酸要强的多，烃基的给电子效甲酸的酸性比其他羧酸要强的多，烃基的给电子效应，羟基上氧电子云密度有所增大，氢更难离解。应，羟基上氧电子云密度有所增大，氢更难离解。比较比较 HCOOH 和和 RCOOH 的酸性的酸性比较下列两组化合物的酸性比较下列两组化合物的酸性AB2023/1/12课堂练习课堂练习 比较下列三组化合物的酸性比较下列三组化合物的酸性2023/1/12二元酸的酸性二元酸的酸性：当

10、两个羧基相距较近时，一个羧基由于另一个羧基的存在而电离度加大，酸性增强。二元酸第一步电离的酸性大于第二步电离2023/1/122.羧基中羟基的羧基中羟基的取代取代反应反应 羧基中的羟基可被酸根羧基中的羟基可被酸根(RCOO-)、卤素、烷氧基、卤素、烷氧基(-OR)或氨基或氨基(-NH2)取代取代（1）酸酐的生成酸酐的生成 脱水剂脱水剂P2O5存在下加热，分子间脱去一分子水存在下加热，分子间脱去一分子水2023/1/12（2）酰卤的生成酰卤的生成 常用的是酰氯，由羧酸和常用的是酰氯，由羧酸和SOCl2(亚硫亚硫酰氯酰氯)、PCl5或或PCl3制得：制得：2023/1/12（3）酯的生成酯的生成

11、强酸催化下，羧酸与醇分子间脱去一分子强酸催化下，羧酸与醇分子间脱去一分子水成酯，反应可逆。同位素标记得知，水是由羧酸的水成酯，反应可逆。同位素标记得知，水是由羧酸的OH和醇的和醇的H形成的形成的 (特点特点:可逆反应、需要酸催化可逆反应、需要酸催化)平衡反应，提高产率方法：平衡反应，提高产率方法：1.便宜的酸或醇过量；便宜的酸或醇过量；2.油水分离器，苯和水为共沸混合物，蒸去水。油水分离器，苯和水为共沸混合物，蒸去水。2023/1/12酯化反应的机理酯化反应的机理2023/1/12（4）酰胺的生成酰胺的生成 羧酸与氨反应生成羧酸的铵盐，铵盐加羧酸与氨反应生成羧酸的铵盐，铵盐加热失去一分子水成酰

12、胺，若继续加热，可进一步失水成腈，热失去一分子水成酰胺，若继续加热，可进一步失水成腈，腈水解又得到羧酸，为逆反应：腈水解又得到羧酸，为逆反应：酰胺酰胺腈腈逆反应：逆反应：2023/1/12芳香羧酸、二元羧酸也能进行以上各种取代反应。二元羧酸在进行取代反应时，可以是一个羧基中的羟基被取代，如生成单酰氯、单酯等，也可以两个羧基中的羟基都被取代生成二酰氯、二酯等乙二酸单酯 乙二酸二酯2023/1/123.还原还原 羧基中的羧基中的C是最高氧化态，强还原剂才是最高氧化态，强还原剂才能将其还原为能将其还原为醇醇4.烃基上的反应烃基上的反应（1）-卤代作用卤代作用 脂肪羧酸中的脂肪羧酸中的-H和醛酮一样和

13、醛酮一样比较活泼，在比较活泼，在光照光照或或红红 磷磷的催化下，可以被卤素的催化下，可以被卤素取代。如取代。如2023/1/12-氢被氯取代后，由于氯原子的吸电子效应，使得氢被氯取代后，由于氯原子的吸电子效应，使得O-H间间电子云密度降低，酸性更强。故电子云密度降低，酸性更强。故-卤代酸中卤原子数越多，卤代酸中卤原子数越多，酸性越强。酸性越强。除草剂除草剂2023/1/12（2）芳香环的取代反应芳香环的取代反应：羧基是间位定位基，取代基进入间位：羧基是间位定位基，取代基进入间位：5.二元羧酸的受热脱水二元羧酸的受热脱水 （1）乙二酸和丙二酸受热，乙二酸和丙二酸受热，脱羧脱羧 CO2 2023/

14、1/12所有所有位有羰基的羧酸加热，都会脱羧位有羰基的羧酸加热，都会脱羧-位为吸电子基团的羧酸，同样易脱羧：位为吸电子基团的羧酸，同样易脱羧：CCl3COOH Cl3CH+CO2 脱羧的原因是键的结合力因电子云密度下降而减弱。如烷基丙二酸烷基丙二酸 -酮酸酮酸 2023/1/12（2）丁二酸丁二酸和和戊二酸戊二酸受热，受热，分子内脱水分子内脱水丁二酸酐丁二酸酐戊二酸酐戊二酸酐2023/1/12（3）己二酸己二酸，庚二酸庚二酸在在Ba(OH)2存在下加热，存在下加热，脱水且脱羧脱水且脱羧（4）辛酸或以上的酸加热，得不到分子内失水产物，只能分子间脱水成酸酐在有可能形成环状化合物的条件下，总是比较容

15、易形成五元环或六元环。2023/1/12 重要代表物 癸-2-烯-9-酮酸蜂王分泌的吸引雄蜂的性信息激素前列腺素E2 前列腺素F1a2023/1/121 甲酸（甲酸（HCOOH）强酸性（pKa=3.7），还原性，与费林试剂作用生成铜镜，与托伦试剂作用生成银镜。有杀菌力,可作消毒或防腐剂无色有刺激臭的液体，沸点无色有刺激臭的液体，沸点100.7，溶于水，能刺激皮肤起泡。从结构上可看做羟基甲醛，所以有一些醛的性质。被氧化后生成碳酸并分解。2023/1/122 乙酸（乙酸（CH3COOH）醋酸、冰醋酸；乙醛在乙酸锰的催化下，被氧气氧化生成乙酸；无色有刺激性臭的液体；易溶于水及其它许多有机物，常用作氧

16、化反应的溶剂。沸点117.9C,熔点16.6C。在16C以下能结成似冰状的固体,因此得名“冰醋酸”。乙酸也是有机合成的重要原料2023/1/123 苯甲酸（C6H5COOH）安息香酸,无色结晶,微溶于水,能升华 用作药物和食品中的防腐剂4 乙二酸（HOOC-COOH）草酸，无色晶体，含两个结晶水；是饱和二元羧酸中酸性最强的。具有一般羧酸的性质，还有还原性，能还原高锰酸钾。是工业上的漂白剂。5 丁二酸（HOOCCH2CH2COOH）琥珀酸，在医药上有抗痉挛、怯淡及利尿的作用。2023/1/126 邻苯二甲酸及对苯二甲酸 均为白色晶体。邻苯二甲酸加热易失水,得酸酐邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸

17、常被做成二丁酯或二辛酯，该酯是聚氯乙烯和人造革的增塑剂。对苯二甲酸能在300时升华，是制造涤纶的主要原料。对二甲苯氧化制得。涤纶的俗称“的确良”，由对苯二甲酸与乙二醇缩合而成的聚酯类合成纤维。2023/1/127 丁烯二酸（HOOCCH=CHCOOH）有顺反两种几何异构体顺式（马来酸）反式顺丁烯二酸俗称马来酸或失水苹果酸，为无色结晶，用于合成树脂，并可用途油和脂肪的防腐剂。反丁烯二酸俗称富马酸或延胡索酸。为无色结晶，在200时升华。反丁烯二酸广泛存在于自燃界。顺式的容易分子内失水生成酸酐2023/1/12羧酸衍生物Carboxylic Acid Derivatives 2023/1/12202

18、3/1/12一一 命名命名 1酰氯和酰胺酰氯和酰胺都是以它们所含的酰基命名：都是以它们所含的酰基命名：2023/1/122酸酐是根据其来源命名：酸酐是根据其来源命名：3 3、酯的命名和酸酐相似，按照形成它的酸和醇，叫某酸某酯：、酯的命名和酸酐相似，按照形成它的酸和醇，叫某酸某酯：2023/1/12二二 物理性质物理性质味味道道 酰酰氯氯和和酸酸酐酐都都对对粘粘膜膜有有刺刺激激性性，酯酯有有香味香味。沸沸点点 酰酰氯氯、酸酸酐酐和和酯酯由由于于不不能能形形成成氢氢键键，熔熔沸沸点点与与分分子子量量相相近近的的羧羧酸酸低低，酰酰胺胺分分子子间间可形成氢键，沸点相当高，一般为固体。可形成氢键，沸点相

19、当高，一般为固体。溶溶解解性性 酰酰氯氯和和酸酸酐酐遇遇水水分分解解；酯酯难难溶溶于于水水，酰胺易溶于水。酰胺易溶于水。2023/1/12三三 化学性质化学性质1 1 水解水解 酰氯酰氯和和酸酐酸酐容易水解，容易水解，酯酯和和酰氨酰氨水解需水解需酸碱酸碱做催化剂，做催化剂，还需还需加热加热2023/1/12反应活性：酰氯反应活性：酰氯 酸酐酸酐 酯酯 酰胺酰胺酯在碱的作用下水解叫做酯在碱的作用下水解叫做皂化皂化酰胺酸、碱催化下的水解产物不同：2023/1/122 醇解醇解 酰氯、酸酐和酯能醇解，生成酰氯、酸酐和酯能醇解，生成酯酯酯的醇解也叫酯交换酯的醇解也叫酯交换，即醇分子中烷氧基取代酯中的烷

20、氧，即醇分子中烷氧基取代酯中的烷氧基，在生物体中也存在这类反应，基，在生物体中也存在这类反应，反应可逆。反应可逆。如：乙酰辅如：乙酰辅酶酶A与胆碱形成乙酰胆碱的反应与胆碱形成乙酰胆碱的反应：2023/1/123 氨解氨解 酰氯、酸酐和酯能氨解，生成酰胺酰氯、酸酐和酯能氨解，生成酰胺 其中的其中的氨也可为取代氨，伯胺氨也可为取代氨，伯胺(RNH2)、仲胺、仲胺 2023/1/12反应机理反应机理 亲核取代反应历程亲核取代反应历程(双分子历程双分子历程)A=OH，X，OR，RCOO，NH2；Nu=X，OR，OH，RCOO，NH2A-与亲核试剂所带的正离子结合2023/1/124 克莱森克莱森(Cl

21、aisen)酯缩合酯缩合 酯中的酯中的氢比较活泼，氢比较活泼，在醇钠作用下，能与另一分子酯脱去一分子醇，生成在醇钠作用下，能与另一分子酯脱去一分子醇，生成酮酸酯酮酸酯 生物体内长链脂肪酸以及其他化合物的合成，就生物体内长链脂肪酸以及其他化合物的合成，就是通过酯缩合增长碳链是通过酯缩合增长碳链 乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯（酮酸酯）酮酸酯）2023/1/12 生物体内生物体内的酯缩合反应：（反应物为乙酰辅酶）的酯缩合反应：（反应物为乙酰辅酶）终点：脂肪酸终点：脂肪酸 起点：乙酰辅酶起点：乙酰辅酶2023/1/125 酰胺的酸碱性酰胺的酸碱性酰胺是中性的酰胺是中性的酰亚胺略带酸性酰亚胺略带酸性邻苯二甲

22、酰亚胺邻苯二甲酰亚胺 邻苯二甲酰亚胺钾邻苯二甲酰亚胺钾2023/1/12四四 自然界中的羧酸衍生物自然界中的羧酸衍生物 自然界中酰氯和酸酐很少，只有羧酸和磷酸形成的混合自然界中酰氯和酸酐很少，只有羧酸和磷酸形成的混合酸酐。酯和酰胺广泛存在酸酐。酯和酰胺广泛存在，如：梨小食心虫的性信息素梨小食心虫的性信息素2023/1/12水果中含有大量的低级酸和低级醇的酯。水果中含有大量的低级酸和低级醇的酯。动物脂肪中含有大量高级脂肪酸和丙三醇生成的酯。动物脂肪中含有大量高级脂肪酸和丙三醇生成的酯。动物蜡是高级脂肪酸与高级醇生成的酯。动物蜡是高级脂肪酸与高级醇生成的酯。2023/1/12碳酸衍生物carbon

23、ic acid derivatives2023/1/12CO2溶于水形成碳酸，但不稳定，一般碳原子上含溶于水形成碳酸，但不稳定，一般碳原子上含有两个有两个OH的基团都是不稳定的。碳酸的衍生物如：的基团都是不稳定的。碳酸的衍生物如：碳酸的二酰氯、二酯、二胺等都相当稳定，而且是碳酸的二酰氯、二酯、二胺等都相当稳定，而且是比较重要的有机合成的原料，其性质与羧酸的衍生比较重要的有机合成的原料，其性质与羧酸的衍生物性质极为相似。物性质极为相似。2023/1/121 光气光气剧毒，可水解，醇解，氨解剧毒，可水解，醇解，氨解氯甲酸酯 碳酸酯2023/1/122 尿素尿素尿尿素素可可看看作作碳碳酸酸的的衍衍生

24、生物物，碳碳酸酸的的二二酰酰胺胺。白白色色晶晶体体，易易溶溶于于水水和和乙乙醇醇。显显弱弱碱碱性性，与与硝硝酸酸、草草酸酸生生成成生生成成不不溶溶于于水水的的盐盐，常常用用此此法法分分离离尿尿素素。加加热热或或酸酸碱碱作作用用下下分分解为氨和解为氨和COCO2 22023/1/12尿素与亚硝酸作用放出氮气，用于定量测定尿素含量：尿素与亚硝酸作用放出氮气，用于定量测定尿素含量：缩二脲亦称二缩脲，在碱性溶液中与极释的硫酸铜溶液能产生紫缩二脲亦称二缩脲，在碱性溶液中与极释的硫酸铜溶液能产生紫红的颜色反应，叫做缩二脲反应。此外，凡分子中含有两个以上红的颜色反应，叫做缩二脲反应。此外，凡分子中含有两个以

25、上酰胺键的化合物，如多肽、蛋白质等都有这种颜色反应。酰胺键的化合物，如多肽、蛋白质等都有这种颜色反应。两个尿素分子加热到熔点（两个尿素分子加热到熔点（150160150160）以上，得：）以上，得：2023/1/123 胍（胍（guandineguandine）尿尿素素中中的的氧氧被被亚亚胺胺基基（NH）取取代代。胍胍是是极极强强的的碱碱，与与苛苛性性碱碱相相似似，以以吸吸收收空空气气中中的的CO2、H2O，胍胍水水解解则则生成尿素和氨。生成尿素和氨。NH3NH3胍胍可可制制成成硝硝酸酸胍胍和和硝硝基基胍胍，硝硝酸酸胍胍是是汽汽车车气气囊囊的的产产气气物物质。硝基胍是三其发射药的原料之一。质。硝基胍是三其发射药的原料之一。2023/1/12