第十一章 羧酸及羧酸化合物精选PPT.ppt
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1、第十一章 羧酸及羧酸化合物第1页,此课件共83页哦 主要内容主要内容第一节第一节羧酸的分类和命名羧酸的分类和命名第二节第二节羧酸的物理性质羧酸的物理性质第三节第三节羧酸的结构羧酸的结构第四节第四节羧酸的化学性质羧酸的化学性质第五节第五节羧酸的制备羧酸的制备第六节第六节取代羧酸取代羧酸第2页,此课件共83页哦第一节第一节羧酸的分类和命名羧酸的分类和命名1.分类分类 脂肪族羧酸脂肪族羧酸 芳香族羧酸芳香族羧酸(1)烃基种类)烃基种类第3页,此课件共83页哦第一节第一节羧酸的分类和命名羧酸的分类和命名一元酸一元酸系统命名系统命名普通命名普通命名HCOOH甲酸甲酸蚁酸蚁酸CH3COOH乙酸乙酸醋酸醋酸
2、CH3CH2COOH丙酸丙酸初油酸初油酸CH3CH2CH2COOH丁酸丁酸酪酸酪酸CH3(CH2)16COOH十八酸十八酸硬脂酸硬脂酸只含有一个羧基的羧酸称为一元酸。最常见的酸,可根据只含有一个羧基的羧酸称为一元酸。最常见的酸,可根据它的来源命名。它的来源命名。(2)羧基的数目羧基的数目第4页,此课件共83页哦二元酸二元酸系统命名系统命名普通命名普通命名HOOCCOOH乙二酸乙二酸草酸草酸HOOCCH2COOH丙二酸丙二酸缩苹果酸缩苹果酸HOOC(CH2)2COOH丁二酸丁二酸琥珀酸琥珀酸(Z)-HOOCCH=CHCOOH顺丁烯二酸顺丁烯二酸马来酸马来酸(E)-HOOCCH=CHCOOH反丁烯
3、二酸反丁烯二酸富马酸富马酸含有二个羧基的羧酸称为二元酸。含有二个羧基的羧酸称为二元酸。第5页,此课件共83页哦第一节第一节羧酸的分类和命名羧酸的分类和命名(3)取代基取代基卤代酸:卤代酸:BrCH2COOH CH3CHClCOOH氨基酸:氨基酸:H2NCH2COOH羟基酸:羟基酸:CH3CH(OH)CH2COOH羰基酸:羰基酸:第6页,此课件共83页哦2.命名命名系统命名原则:系统命名原则:选择主链选择主链给主链编号给主链编号书写母体化合物名称,羧基总在第书写母体化合物名称,羧基总在第1位,不必标出。位,不必标出。标明取代基情况标明取代基情况主链含烯键称主链含烯键称“某烯酸某烯酸”;C10,称
4、,称“某某(碳碳)烯酸烯酸”脂环酸:脂肪烃脂环酸:脂肪烃+羧酸羧酸(加合命名法加合命名法)第7页,此课件共83页哦第8页,此课件共83页哦第9页,此课件共83页哦第二节第二节羧酸的物理性质羧酸的物理性质v物态:低级脂肪酸,物态:低级脂肪酸,C1C3是液体,具有刺鼻的是液体,具有刺鼻的酸味;中级脂肪酸,酸味;中级脂肪酸,C4C10为油状液体,具有为油状液体,具有难闻的气味;高级脂肪酸是蜡状固体,挥发性难闻的气味;高级脂肪酸是蜡状固体,挥发性低,无气味。低,无气味。v沸点:羧酸的沸点比分子量相近的醇高。沸点:羧酸的沸点比分子量相近的醇高。所有的二元酸都是结晶化合物。所有的二元酸都是结晶化合物。第1
5、0页,此课件共83页哦第二节第二节羧酸的物理性质羧酸的物理性质v水溶性:羧酸可以与水分子形成氢键,因此,水溶性:羧酸可以与水分子形成氢键,因此,5个碳个碳原子以下的羧酸均能溶于水中;随着碳原子数原子以下的羧酸均能溶于水中;随着碳原子数的增多,溶解度逐渐减小,的增多,溶解度逐渐减小,C12以上羧酸不溶于水;以上羧酸不溶于水;芳香族羧酸在水中溶解度不大,一般均能溶于有机溶芳香族羧酸在水中溶解度不大,一般均能溶于有机溶剂。剂。第11页,此课件共83页哦两个碳氧键两个碳氧键不等长,部不等长,部分离域。分离域。两个碳氧键两个碳氧键等长,完全等长,完全离域。离域。第三节第三节羧酸的结构羧酸的结构1.361
6、.231.27醇中醇中C-O单键键长为单键键长为1.43羧酸和羧酸根的结构比较羧酸和羧酸根的结构比较第12页,此课件共83页哦羧酸中的羟基氧原子上的电子云向羰基移动,增强羧酸中的羟基氧原子上的电子云向羰基移动,增强O-H的极性,有利于氢的解离。的极性,有利于氢的解离。羧酸中的羰基不再具有典型羰基的性质,不羧酸中的羰基不再具有典型羰基的性质,不与羰与羰基试剂羟胺、苯肼等反应。基试剂羟胺、苯肼等反应。羧酸阴离子的稳定性有助于氢原子的解离。羧酸阴离子的稳定性有助于氢原子的解离。共轭效应对羧酸性质的影响共轭效应对羧酸性质的影响第13页,此课件共83页哦第四节第四节羧酸的化学性质羧酸的化学性质-活泼活泼
7、H的反应的反应酸性酸性羰基的亲核加成,然后羰基的亲核加成,然后再消除(表现为羟基的再消除(表现为羟基的取代)。取代)。羰基的亲核加羰基的亲核加成,还原。成,还原。第14页,此课件共83页哦(一)酸性与成盐反应(一)酸性与成盐反应第四节第四节羧酸的化学性质羧酸的化学性质1 1、酸性、酸性第15页,此课件共83页哦2 2、酸性比较、酸性比较羧酸酸性的强弱取决于电离后所形成的羧酸根羧酸酸性的强弱取决于电离后所形成的羧酸根负离子负离子(即共轭碱即共轭碱)的相对稳定性的相对稳定性。第16页,此课件共83页哦(1)电子效应的影响:)电子效应的影响:3、取代基对羧酸酸性的影响、取代基对羧酸酸性的影响_吸电基
8、使负离子稳定吸电基使负离子稳定供电基使负离子不稳定供电基使负离子不稳定第17页,此课件共83页哦吸电子基团吸电子基团供电子基团供电子基团i.脂肪酸的酸性:脂肪酸的酸性:第18页,此课件共83页哦第19页,此课件共83页哦第20页,此课件共83页哦pKa3.324.314.354.81第21页,此课件共83页哦二元酸的酸性:二元酸的酸性:HO2C-CO2HHO2C-CH2-CO2HHO2(CH2)2CO2HHO2C(CH2)4CO2HpKa11.272.854.214.43pKa24.275.705.645.41第22页,此课件共83页哦ii.芳香酸的酸性:芳香酸的酸性:pKa3.404.034
9、.204.354.47对位有取代基:对位有取代基:第23页,此课件共83页哦间位有取代基:间位有取代基:共轭作用影响很小,通常只考虑诱导效应。共轭作用影响很小,通常只考虑诱导效应。pKa3.463.824.094.204.28第24页,此课件共83页哦邻位有取代基:邻位有取代基:邻位异构体的酸性大于间位和对位邻位异构体的酸性大于间位和对位(-NH2除外除外)。pKa2.213.403.46第25页,此课件共83页哦(2)空间效应:)空间效应:利于利于H+离解的空间结构酸性强,不利于离解的空间结构酸性强,不利于H+离解的空离解的空间结构酸性弱。间结构酸性弱。第26页,此课件共83页哦(3)分子内
10、的氢键也能使羧酸的酸性增强。)分子内的氢键也能使羧酸的酸性增强。丁烯二酸的酸性:顺丁烯二酸的丁烯二酸的酸性:顺丁烯二酸的pka1(1.92)较反较反丁烯二酸的丁烯二酸的pka1(3.03)小?而顺丁烯二酸的)小?而顺丁烯二酸的pka2(4.54)较反丁烯二酸的)较反丁烯二酸的pka2(6.59)大)大?顺丁烯二酸第一个氢电离后,与另一个羧基形成氢键,体系能量降低,促进一级电离,抑制二级电离。第27页,此课件共83页哦4、成盐反应成盐反应强无机酸强无机酸羧酸羧酸碳酸碳酸酚酚pKa456.3510第28页,此课件共83页哦羧酸的鉴别羧酸的鉴别羧酸的分离提纯羧酸的分离提纯增加药品溶解增加药品溶解第2
11、9页,此课件共83页哦*1.羧酸盐是固体。羧酸盐是固体。*2.羧酸盐的溶解度。羧酸盐的溶解度。钠、钾、銨钠、钾、銨盐可溶于水,重金属盐不溶于水。盐可溶于水,重金属盐不溶于水。*3.羧酸根具有碱性和亲核性羧酸根具有碱性和亲核性:羧酸盐能与活泼卤代烷反应。羧酸盐能与活泼卤代烷反应。羧酸盐的若干性质羧酸盐的若干性质第30页,此课件共83页哦酰基酰基酰氯酰氯酸酐酸酐 酯酯 酰胺酰胺 羧基中的羟基可以被其他基团取代,生成羧酸衍生物。羧基中的羟基可以被其他基团取代,生成羧酸衍生物。(二)(二)羧基中羟基的取代反应羧基中羟基的取代反应酰氧键断裂,羟基被取代。酰氧键断裂,羟基被取代。第31页,此课件共83页哦
12、1、形成酰卤形成酰卤亚硫酰氯亚硫酰氯(二氯亚砜二氯亚砜)SOCl2,PCl3,PCl5第32页,此课件共83页哦2、形成酸酐、形成酸酐羧酸失水。加热、脱水剂:醋酸酐或羧酸失水。加热、脱水剂:醋酸酐或P2O5等。等。第33页,此课件共83页哦3、酯化反应酯化反应CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O投料投料1:1产率产率67%1:1097%酯化反应是一个可逆的反应,为了使正反应有利,通常采酯化反应是一个可逆的反应,为了使正反应有利,通常采用的手段是:用的手段是:使原料之一过量。使原料之一过量。不断移走产物(例如除水,乙酸乙酯、乙不断移走产物(例如除水,乙酸乙酯、乙酸、水可形成三
13、元恒沸物酸、水可形成三元恒沸物bp70.4)H+(常用的催化剂有盐酸(常用的催化剂有盐酸、硫酸、苯磺酸等)、硫酸、苯磺酸等)定义:羧酸与醇在酸的催化作用下失去一分子水而定义:羧酸与醇在酸的催化作用下失去一分子水而生成酯的反应称为酯化反应。生成酯的反应称为酯化反应。第34页,此课件共83页哦酯化反应的机制酯化反应的机制*(1)加成加成-消除机制消除机制双分子反应一步双分子反应一步活化能较高活化能较高质子转移质子转移加成加成消除消除四面体正离子四面体正离子-H2O-H+按加成按加成-消除消除机制进行反应,机制进行反应,是酰氧键断裂是酰氧键断裂第35页,此课件共83页哦1OROH,2OROH酯化时按
14、加成酯化时按加成-消除机制进行,消除机制进行,且反应速率为:且反应速率为:CH3OHRCH2OHR2CHOHHCOOHCH3COOHRCH2COOHR2CHCOOHR3CCOOH第36页,此课件共83页哦该反应机制已为:该反应机制已为:同位素跟踪实验同位素跟踪实验羧酸与光活性醇的反应实验所证实。羧酸与光活性醇的反应实验所证实。酯化反应机制的证明酯化反应机制的证明第37页,此课件共83页哦3oROH按此反应机制进行酯化。按此反应机制进行酯化。由于由于R3C+易与碱性较强的水结合,不易与羧酸结合,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。所以故逆向反应比正向反应易进行。所以
15、3oROH的酯化的酯化反应产率很低。反应产率很低。*(2)碳正离子机制碳正离子机制属于属于SN1机制机制该反应机制也从该反应机制也从同位素方法中得同位素方法中得到了证明。到了证明。(CH3)3C-OHH+(CH3)3COH2+-H2O-H+按按SN1机制进行机制进行反应,是烷氧反应,是烷氧键断裂键断裂+(CH3)3COH+H2O第38页,此课件共83页哦仅有少量空阻大的羧酸按此反应机理进行。仅有少量空阻大的羧酸按此反应机理进行。*(3)酰基正离子机制)酰基正离子机制H2SO4(浓浓)-H+属于属于SN1机制。机制。78%第39页,此课件共83页哦(三)(三)羧酸的氧化还原反应羧酸的氧化还原反应
16、羧酸一般不易被氧化。羧酸一般不易被氧化。特殊地,甲酸、草酸易被氧化。特殊地,甲酸、草酸易被氧化。1.氧化反应氧化反应甲酸甲酸银镜反应,银镜反应,KMnO4褪色。褪色。草酸草酸KMnO4褪色。褪色。第40页,此课件共83页哦羧酸不易被还原。在强还原剂作用下可被还羧酸不易被还原。在强还原剂作用下可被还原,例如原,例如羧酸能用羧酸能用LiAlH4还原。还原。RCOOHRCH2OHLiAlH4H2O2.还原反应还原反应第41页,此课件共83页哦(四)(四)羧酸羧酸-H的反应的反应赫尔乌尔哈泽林斯基反应赫尔乌尔哈泽林斯基反应RCH2COOH+Br2PBr3-HBrRCHCOOHBr1、定义定义在三氯化磷
17、或三溴化磷等催化剂的作用下,卤素在三氯化磷或三溴化磷等催化剂的作用下,卤素取代羧酸取代羧酸-H的反应称为的反应称为赫尔赫尔-乌尔哈乌尔哈-泽林斯泽林斯基(基(Hell-Volhard-Zelinsky)反应。)反应。第42页,此课件共83页哦催化剂的作用是将羧酸转化为酰卤,酰催化剂的作用是将羧酸转化为酰卤,酰卤的卤的-H具有较高的活性而易于转变为烯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的乙酰氯或乙酸酐同样可以起催化作用。催化作用。控制卤素用量可得一元或控制卤素用量可得一元或多元卤代酸。多元卤代酸。碘代酸
18、由碘代酸由-氯(或溴)代酸与氯(或溴)代酸与KI反应来制备。反应来制备。2、反应机理反应机理RCH2COOHPBr3互变异构互变异构+Br-HBrRCH2COOH这步反应不会这步反应不会逆转逆转第43页,此课件共83页哦第44页,此课件共83页哦一般的脱羧反应不用特殊的催化剂,而是在以下的条件一般的脱羧反应不用特殊的催化剂,而是在以下的条件下进行的。下进行的。(1)加热)加热(2)碱性条件)碱性条件(3)加热和碱性条件共存)加热和碱性条件共存A-CH2-COOHACH3+CO2当当A为吸电子基团,如:为吸电子基团,如:A=COOH,CN,C=O,NO2,CX3,C6H5等时等时。失羧反应极易进
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