暨南大学有机无机化学第十一章-羧酸及其衍生物课件.ppt
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1、第十一章 羧酸及其衍生物任课教师:曾向潮任课教师:曾向潮 (生科院化学系)(生科院化学系)第十一章 羧酸及其衍生物(一)羧酸的分类和命名(一)羧酸的分类和命名(二)羧酸的制法(二)羧酸的制法(三)羧酸的物理性质(三)羧酸的物理性质(四)羧酸的化学性质(四)羧酸的化学性质(五)羧酸衍生物(五)羧酸衍生物本章重点:羧酸的制备:伯醇和醛的氧化、甲基酮氧化(卤仿反应),腈水解,格氏反应;羧酸的酸性,羧酸的酸性与结构的关系,羧酸衍生物的生成,二元羧酸加热时的反应;羧酸衍生物的结构和命名羧酸衍生物的性质:水解、醇解、氨解。反应速度。第一节第一节 羧酸的分类和命名羧酸的分类和命名一一、分类分类按烃基不同:按
2、COOH数目:二、命名二、命名 与醛相似,但经常根据来源使用俗名。例:二、命名二、命名 与醛相似,但经常根据来源使用俗名。例:二、命名二、命名 与醛相似,但经常根据来源使用俗名。例:第二节第二节 羧酸的制法羧酸的制法(1)氧化法)氧化法(甲)伯醇或醛氧化(甲)伯醇或醛氧化(乙)甲基酮氧化(乙)甲基酮氧化(2)腈水解)腈水解(3)Grignard试剂与试剂与CO2作用作用一、氧化法一、氧化法(甲)伯醇或醛氧化(甲)伯醇或醛氧化(乙)甲基酮氧化(乙)甲基酮氧化利用卤仿反应可以得到少一个碳的羧酸:二、腈水解二、腈水解由腈水解是合成羧酸的重要方法之一。三、三、Grignard试剂与试剂与CO2作用作用
3、三、三、Grignard试剂与试剂与CO2作用作用四、酚酸合成四、酚酸合成工业上,加热加压下,苯酚钠与二氧化碳作用生成邻羟基苯甲酸:苯酚钾与二氧化碳作用,几乎定量得到对羟基苯甲酸:以上的反应称为Kolbe-Schmitt反应。四、酚酸合成四、酚酸合成工业上,加热加压下,苯酚钠与二氧化碳作用生成邻羟基苯甲酸:苯酚钾与二氧化碳作用,几乎定量得到对羟基苯甲酸:以上的反应称为Kolbe-Schmitt反应。第三节第三节 羧酸的物理性质羧酸的物理性质物态:C1C3刺激臭味液体;C4C9腐败气味油状液体;C10以上羧酸为固体。水溶解度:大于分子量相近的醇、醛、酮;(C4H9OH:8%;C2H5COOH:)
4、随R,水溶解度,C10以上羧酸不溶于水。原因:沸点:沸点:高于分子量相近的醇!熔点:熔点:偶数碳羧酸的m.p高于相邻两奇数碳羧酸的m.p。(熔点图)同理:二元酸也是偶数碳羧酸之m.p高;不饱和酸:E式m.pZ式m.p;原因:第四节第四节 羧酸的化学性质羧酸的化学性质(1)羧酸的酸性)羧酸的酸性(甲)羧酸结构与羧酸酸性(甲)羧酸结构与羧酸酸性(乙)成盐(乙)成盐(丙)影响酸性的因素(丙)影响酸性的因素(2)羧酸衍生物的生成)羧酸衍生物的生成(甲)酰氯的生成(甲)酰氯的生成(乙)酸酐的生成(乙)酸酐的生成(丙)酯的生成和酯化反应机理(丙)酯的生成和酯化反应机理(丁)酰胺的生成(丁)酰胺的生成(3)
5、羧基被还原)羧基被还原(4)脱羧反应)脱羧反应(5)-氢原子的反应氢原子的反应(6)一些重要的羧酸一些重要的羧酸第四节第四节 羧酸的化学性质羧酸的化学性质(1)羧酸的酸性)羧酸的酸性(甲)羧酸结构与羧酸酸性(甲)羧酸结构与羧酸酸性(乙)成盐(乙)成盐(丙)影响酸性的因素(丙)影响酸性的因素(2)羧酸衍生物的生成)羧酸衍生物的生成(甲)酰氯的生成(甲)酰氯的生成(乙)酸酐的生成(乙)酸酐的生成(丙)酯的生成和酯化反应机理(丙)酯的生成和酯化反应机理(丁)酰胺的生成(丁)酰胺的生成(3)羧基被还原)羧基被还原(4)脱羧反应)脱羧反应(5)-氢原子的反应氢原子的反应(6)一些重要的羧酸一些重要的羧酸
6、羧酸的化学性质羧酸的化学性质一、羧酸的酸性一、羧酸的酸性(甲)羧酸结构与羧酸酸性(甲)羧酸结构与羧酸酸性羧酸的结构:p-共轭的结果:使RCOO-H健减弱,氢原子酸性增加,羧酸具有酸性;RCOO-中负电荷均匀地分布在两个氧原子上,稳定性,羧酸酸性。一、羧酸的酸性一、羧酸的酸性(甲)羧酸结构与羧酸酸性(甲)羧酸结构与羧酸酸性羧酸的结构:p-共轭的结果:使RCOO-H健减弱,氢原子酸性增加,羧酸具有酸性;RCOO-中负电荷均匀地分布在两个氧原子上,稳定性,羧酸酸性。可用下列方法表示羧酸负离子的结构:共振论的表示方法:X射线衍射证实,在甲酸钠分子中,两个碳氧双键均为0.127nm。羧酸的结构决定其性质
7、,其最显著的特性是在水溶液中能解离成羧酸根负离子和质子,即表现出酸性。一些化合物的pKa值:羧酸的结构决定其性质,其最显著的特性是在水溶液中能解离成羧酸根负离子和质子,即表现出酸性。一些化合物的pKa值:(乙)成盐(乙)成盐 羧酸具有明显的酸性,甚至能与NaHCO3等成盐:说明RCOOH的酸性大于H2CO3。pKa数据亦说明,酸性:酸性:RCOOH H2CO3 ArOH 但与无机酸相比,RCOOH仍为弱酸:酸性:酸性:HCl RCOOH羧酸盐具有盐类的一般性质,是离子型化合物,可溶于水。因此,利用羧酸的酸性,可分离提纯有机物。例:(丙)影响酸性的因素(丙)影响酸性的因素 任何使酸根负离子稳定的
8、因素都将增加其酸性,羧酸根负离子愈稳定,愈容易生成,酸性就愈强。(一些羧酸的pKa值)A.脂肪酸脂肪酸-H被R取代得越多,羧酸的酸性越弱。例如:Why?(丙)影响酸性的因素(丙)影响酸性的因素 任何使酸根负离子稳定的因素都将增加其酸性,羧酸根负离子愈稳定,愈容易生成,酸性就愈强。(一些羧酸的pKa值)A.脂肪酸脂肪酸-H被R取代得越多,羧酸的酸性越弱。例如:Why?原因:原因:若-H被吸电子基(如-Cl)取代后,羧酸的酸性增强。例如:原因:吸电子基距-COOH越远,对RCOOH的酸性影响越小。例如:原因:诱导效应随着碳链增长迅速减弱。小结:小结:+I效应使效应使RCOOH酸性减弱,酸性减弱,-
9、I效应使效应使RCOOH酸性增强。酸性增强。-I效应强弱次序:NH3NO2CNCOCOOHFClBrCOOROROHC6H5H+I效应强弱次序:OCOO(CH3)3CCH3CH2CH3HB.芳香酸芳香酸 酸性:C6H5COOHCH3COOH(表)芳环上有吸电子基时,ArCOOH酸性增加。例如:芳环上有斥电子基时,ArCOOH酸性减弱。例如:(负电荷分散程度:C6H5COOp-CH3-C6H4-COOp-CH3O-C6H4-COO)B.芳香酸芳香酸 酸性:C6H5COOHCH3COOH(表)芳环上有吸电子基时,ArCOOH酸性增加。例如:芳环上有斥电子基时,ArCOOH酸性减弱。例如:(负电荷分
10、散程度:C6H5COOp-CH3-C6H4-COOp-CH3O-C6H4-COO)B.芳香酸芳香酸 酸性:C6H5COOHCH3COOH(表)芳环上有吸电子基时,ArCOOH酸性增加。例如:芳环上有斥电子基时,ArCOOH酸性减弱。例如:(负电荷分散程度:C6H5COOp-CH3-C6H4-COOp-CH3O-C6H4-COO)芳香羧酸的情况分析芳香羧酸的情况分析取代基具有吸电子共轭效应时,酸性强弱顺序为:取代基具有吸电子共轭效应时,酸性强弱顺序为:邻邻 对对 间间取代基具有给电子共轭效应时,酸性强弱顺序为:取代基具有给电子共轭效应时,酸性强弱顺序为:邻邻 间间 对对具体分析:具体分析:邻邻
11、位(诱导、共轭、场、氢键效应、空间效应位(诱导、共轭、场、氢键效应、空间效应 均要考虑。)均要考虑。)对对 位(诱导很小、共轭为主。)位(诱导很小、共轭为主。)间间 位(诱导为主、共轭很小。)位(诱导为主、共轭很小。)实例:实例:诱导吸电子作用大、诱导吸电子作用大、共轭给电子作用大、共轭给电子作用大、氢键效应吸电子作用大。氢键效应吸电子作用大。邻邻 位位 间位间位 对位对位诱导吸电子作用中、诱导吸电子作用中、共轭给电子作用小共轭给电子作用小。诱导吸电子作用小、诱导吸电子作用小、共轭给电子作用大。共轭给电子作用大。pka 2.98 pka 4.08 pka 4.57苯甲酸的苯甲酸的pka 4.2
12、0C.二元酸二元酸 酸性:酸性:pKa1 pKa2;pKa1 一元酸的一元酸的pKa;原因:两个COOH,且COOH有较强的I效应。二、羧酸衍生物的生成二、羧酸衍生物的生成(甲)酰氯的生成(甲)酰氯的生成例:羧酸与与羧酸与与SOCl2,PCl3,PCl5等反应:等反应:(乙)酸酐的生成(乙)酸酐的生成 某些二元酸只需加热便可生成五元中六元环的酸酐:(乙)酸酐的生成(乙)酸酐的生成 某些二元酸只需加热便可生成五元中六元环的酸酐:(乙)酸酐的生成(乙)酸酐的生成 某些二元酸只需加热便可生成五元中六元环的酸酐:高级酸酐可通过乙酸酐与高级酸的交换反应得到:混合酸酐可利用下列反应得到:(丙)酯化反应(丙
13、)酯化反应CH3COOH +C2H5OH CH3COOC2H5 +H2O投料投料 1 :1 产率产率 67%1 :10 97%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:使原料之一过量。不断移走产物(例如除水:乙酸乙酯、乙酸、水可形成三元恒沸物,bp70.4)H+(常用的催化剂有盐酸、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生成定义: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。酯的反应称为酯化反应。随着羧酸和醇的结构以及反应条件的不同,酯化反应的机理不同。伯醇和仲醇按加成消除、酰氧断裂机理进行:这个机理可以概括为:加成消除,酰氧断裂。即
14、:1ROH,2ROH酯化时按加成酯化时按加成-消除机制进行,且反应消除机制进行,且反应速率为:速率为:CH3OH RCH2OH R2CHOH HCOOH CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH R3CCOOH即空间位阻越小,反应速率越大。即空间位阻越小,反应速率越大。1ROH,2ROH酯化时按加成酯化时按加成-消除机制进行,且反应消除机制进行,且反应速率为:速率为:CH3OH RCH2OH R2CHOH HCOOH CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH R3CCOOH即空间位阻越小,反应速率越大。即空间位阻越小,反应速率越大。叔醇的酯化反应经实验证实是按照烷氧断裂的方
15、式进行的(与书上不同):即:即:叔醇的酯化反应经实验证实是按照烷氧断裂的方式进行的(与书上不同):即:即:该反应机制已经下列实验所证实:同位素跟踪实验;羧酸与光活性醇的反应实验。酯化酯化反应机制的证明反应机制的证明 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
16、证明:(CH3)3C-OHH+(CH3)3COH2+-H2O-H+按按SN1机制进机制进行反应,是烷行反应,是烷氧键断裂氧键断裂+(CH3)3COH+H2O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%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%(丁)酰胺的生成(丁)酰胺的生成 例:三、羧基被还原三、羧基被还原一般还原剂不能将-COOH还原,只有LiAlH
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