羧酸及其衍生物 (6).ppt
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1、关于羧酸及其衍生物(6)1现在学习的是第1页,共66页2 羧羧酸酸可可看看成成是是烃烃分分子子中中的的氢氢原原子子被被羧羧基基(-COOH)取取代代而而生生成成的的化合物。其通式为化合物。其通式为RCOOH。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,它在自然界普遍存在羧酸是许多有机物氧化的最后产物,它在自然界普遍存在(以酯以酯的形式的形式),在工业、农业、医药和人们的日常生活中有着广泛的应,在工业、农业、医药和人们的日常生活中有着广泛的应用。用。羧酸化合物的简介羧酸化合物的简介现在学习的是第2页,共66页3一、一、羧酸的结构羧酸的结构、分类、命名分类、命名1、结构
2、、结构第一节第一节 羧酸羧酸羧基中羟基氧上的孤电子对与羰基的羧基中羟基氧上的孤电子对与羰基的C=O双键发生了双键发生了p-共轭,共轭,使羧基中使羧基中 电子电子的活动范围增大,从而产生特殊性质。的活动范围增大,从而产生特殊性质。现在学习的是第3页,共66页4由于形成了一个富电子的大由于形成了一个富电子的大 体系,羧基中电子密度趋于平均化,导体系,羧基中电子密度趋于平均化,导致氢原子的电离活性增加。因此其性质显著区别于醛致氢原子的电离活性增加。因此其性质显著区别于醛(酮酮)和醇。和醇。2、分类、分类1o按烃基的种类可分为:按烃基的种类可分为:a.脂肪族羧酸:饱和羧酸、不饱和羧酸脂肪族羧酸:饱和羧
3、酸、不饱和羧酸b.脂环族羧酸脂环族羧酸c.芳香酸芳香酸2o按羧基数目可分为:一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸按羧基数目可分为:一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸。现在学习的是第4页,共66页5a.含羧基的最长碳链。含羧基的最长碳链。b.编号,从羧基编号,从羧基C原子开始编号。原子开始编号。c.如如有有不不饱饱和和键键角角要要标标明明烯烯(或或炔炔)键键的的位位次次。并并主主链链包包括括双双键键和和叁键。叁键。d.脂脂环环族族羧羧酸酸。简简单单的的在在脂脂环环烃烃后后加加羧羧酸酸二二字字,复复杂杂的的环环可可作作为为取取代代基。基。3、命名、命名2o系统命名法系统命名法1o俗名俗名现在学习的是第5页,共6
4、6页6e.芳香酸可作脂肪酸的芳基取代物命名。芳香酸可作脂肪酸的芳基取代物命名。f.多多元元羧羧酸酸:选选择择含含两两个个羧羧基基的的碳碳链链为为主主链链,按按C原原子子数数目目称称为某二酸。为某二酸。现在学习的是第6页,共66页7现在学习的是第7页,共66页8二、羧酸的物理性质二、羧酸的物理性质b.p:羧酸羧酸M相同的相同的醇醇。m.p:随随M呈锯齿形上升。呈锯齿形上升。偶数碳原子偶数碳原子羧酸的羧酸的m.p相邻两个同系相邻两个同系物的物的m.p。物态:物态:C1C3有刺激性酸味的液体,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有酸腐臭味的油状液体(丁酸为脚臭味丁酸为脚臭
5、味),难溶于水。,难溶于水。C9腊状固体,无气味。腊状固体,无气味。羧酸是极性分子,能与水形成氢键,故低级一元酸可与水互溶,羧酸是极性分子,能与水形成氢键,故低级一元酸可与水互溶,但随但随M,在水中的溶解度,在水中的溶解度,正戊酸在水中的溶解度只有,正戊酸在水中的溶解度只有3.7%,C10的羧酸不溶于水。的羧酸不溶于水。现在学习的是第8页,共66页9三、羧酸的化学性质羧酸的化学性质现在学习的是第9页,共66页10羧酸的酸性比水、醇强,甚至比碳酸的酸性还要强。羧酸的酸性比水、醇强,甚至比碳酸的酸性还要强。羧酸离解后生成的羧酸离解后生成的RCOO-负离子,由于共轭效应的存在,负离子,由于共轭效应的
6、存在,氧原子上的负电荷则均匀地分散在两个原子上,因而稳定容易生氧原子上的负电荷则均匀地分散在两个原子上,因而稳定容易生成。成。1 1、酸性、酸性现在学习的是第10页,共66页11 1吸电子诱导效应使酸性增强。吸电子诱导效应使酸性增强。2供电子诱导效应使酸性减弱。供电子诱导效应使酸性减弱。3吸电子基团增多酸性增强。吸电子基团增多酸性增强。1、诱导效应、诱导效应影响羧酸酸性强度的因素影响羧酸酸性强度的因素现在学习的是第11页,共66页122、共轭效应、共轭效应4吸电子基团的位置距羧基越远,酸性越小。吸电子基团的位置距羧基越远,酸性越小。共轭效应具有传递性共轭效应具有传递性吸电子共轭效应:吸电子共轭
7、效应:-NO2,-CN,-COOH,-CHO,-COR供电子共轭效应:供电子共轭效应:-NH2,-NR2,-NHCOR,-OH,-OR,-OCOR现在学习的是第12页,共66页13(1)酯化反应酯化反应1o酯化反应是可逆反应,一般只有酯化反应是可逆反应,一般只有2/3的转化率。的转化率。提高酯化率的方法:提高酯化率的方法:a增加反应物的浓度增加反应物的浓度(一般是加过量的醇一般是加过量的醇)。b移走低沸点的酯或水。移走低沸点的酯或水。2o酯化反应的活性次序:酯化反应的活性次序:酸相同时酸相同时CH3OHRCH2OHR2CHOHR3COH醇相同时醇相同时HCOOHCH3COOHRCH2COOHR
8、2CHCOOHR3CCOOH2、羧基上的羟基、羧基上的羟基(OH)的取代反应的取代反应羧基上的羧基上的OH可被一系列原子或原子团取代生成羧酸的衍生物。可被一系列原子或原子团取代生成羧酸的衍生物。现在学习的是第13页,共66页14成酯方式成酯方式酯化时,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应条件有关。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:经同位素标记醇的办法证实:A.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。B.叔醇叔醇与羧酸的
9、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。现在学习的是第14页,共66页15亚磷酸不易挥发,故该法适用于制备低沸点酰氯。亚磷酸不易挥发,故该法适用于制备低沸点酰氯。磷酰氯沸点较低磷酰氯沸点较低(105.3),故适用于制备高沸点酰氯。,故适用于制备高沸点酰氯。该法的副产物均为气体,有利于分离,且产率较高。该法的副产物均为气体,有利于分离,且产率较高。(2)酰卤的生成酰卤的生成羧酸与羧酸与PX3、PX5、SOCl2作用则生成酰卤。作用则生成酰卤。现在学习的是第15页,共66页16 因因乙乙酐酐能能较较迅迅速速的的与与水水反反应应,且且价价格格便便宜宜,生生成成的的乙乙酸酸又又易易
10、除除去去,因此,常用乙酐作为制备酸酐的脱水剂。因此,常用乙酐作为制备酸酐的脱水剂。1,4和和1,5二二元元酸酸不不需需要要任任何何脱脱水水剂剂,加加热热就就能能脱脱水水生生成成环环状状(五五元或六元)酸酐。元或六元)酸酐。(3)酸酐的生成酸酐的生成羧酸在脱水剂作用下加热,脱水生成酸酐。羧酸在脱水剂作用下加热,脱水生成酸酐。现在学习的是第16页,共66页17 二元酸的二铵盐受热则发生分子内脱水兼脱氨,生成五元或六二元酸的二铵盐受热则发生分子内脱水兼脱氨,生成五元或六元环状酰亚胺。元环状酰亚胺。(4)酰胺的生成酰胺的生成 在羧酸中通入氨气,可得到羧酸铵盐,铵盐热解失水而生成在羧酸中通入氨气,可得到
11、羧酸铵盐,铵盐热解失水而生成酰胺。酰胺。羧酸可以与羧酸可以与RNH2、R2NH反应直接生成酰胺。反应直接生成酰胺。现在学习的是第17页,共66页183、脱羧反应、脱羧反应羧酸在一定条件下受热可发生脱羧反应羧酸在一定条件下受热可发生脱羧反应。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存在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。下加热则可发生脱羧反应。一元羧酸的一元羧酸的碳原子上连有碳原子上连有-NO2、-CN、-CO-、-Cl等强吸电子基团时,等强吸电子基团时,则易发生脱羧。则易发生脱羧。羧酸蒸汽在钍、锰或镁的氧化物催化下,发生气相双分子脱羧生成
12、对称酮。羧酸蒸汽在钍、锰或镁的氧化物催化下,发生气相双分子脱羧生成对称酮。现在学习的是第18页,共66页19脂肪族羧酸的脂肪族羧酸的-氢原子也可被卤原子取代,但其反应氢原子也可被卤原子取代,但其反应活性活性要比醛、酮低要比醛、酮低的多,通常要在的多,通常要在少量红磷、硫等催化剂少量红磷、硫等催化剂存在下方可存在下方可进行。进行。-卤代酸很活泼,可以进行亲核取代反应和消除反应。如:卤代酸很活泼,可以进行亲核取代反应和消除反应。如:控制条件,反应可停留在一取代阶段。控制条件,反应可停留在一取代阶段。4、-H的卤代反应的卤代反应现在学习的是第19页,共66页20羧酸不易被还原。但在强还原剂羧酸不易被
13、还原。但在强还原剂LiAlH4作用下,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,可用于不饱和酸的存在,可用于不饱和酸的还原。的还原。羧酸在高温、高压下也可以催化加氢还原成醇。常用的催化剂羧酸在高温、高压下也可以催化加氢还原成醇。常用的催化剂为:为:Cu、Zn或亚铬酸镍。或亚铬酸镍。5、羧酸的还原、羧酸的还原现在学习的是第20页,共66页21四、羧酸的来源和制备四、羧酸的来源和制备来源:来源:羧酸广泛存在于自然界中,常见的羧酸几乎都有俗名。羧酸广泛存在于自然界中,常见的羧酸几乎都有俗名。
14、自然界的羧酸大都以酯的形式存在于油、脂、蜡中。油、脂、蜡自然界的羧酸大都以酯的形式存在于油、脂、蜡中。油、脂、蜡水解后可以得到多种羧酸的混合物。水解后可以得到多种羧酸的混合物。1、氧化法、氧化法(1)烃的氧化烃的氧化现在学习的是第21页,共66页22(2)伯醇或醛的氧化伯醇或醛的氧化制备同碳数的羧酸制备同碳数的羧酸(3)甲基酮氧化甲基酮氧化制备减少一个碳原子的羧酸制备减少一个碳原子的羧酸现在学习的是第22页,共66页232、Grignard试剂与试剂与CO2作用作用制备增加一个碳原子的羧酸制备增加一个碳原子的羧酸1o、2o、3oRX都可使用都可使用,但乙烯式卤代烃难反应。但乙烯式卤代烃难反应。
15、3、水解法、水解法(1)腈的水解腈的水解制备增加一个碳原子的羧酸制备增加一个碳原子的羧酸此法仅适用于此法仅适用于1oRX(2o、3oRX与与NaCN作用易发生消除反应)作用易发生消除反应)。现在学习的是第23页,共66页24(3)通过乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯合成各种羧酸。通过乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯合成各种羧酸。(2)羧酸衍生物的水解羧酸衍生物的水解通过油脂和羧酸衍生物的水解得羧酸,及副产物甘油和醇。通过油脂和羧酸衍生物的水解得羧酸,及副产物甘油和醇。现在学习的是第24页,共66页25五、二元羧酸五、二元羧酸1、物理性质、物理性质(1)物态物态二元羧酸都是固态晶体,熔点比相近分子量的一元羧
16、二元羧酸都是固态晶体,熔点比相近分子量的一元羧酸高得多。酸高得多。(2)溶解度溶解度比相应的一元酸大,易溶于乙醇,难溶于其它有比相应的一元酸大,易溶于乙醇,难溶于其它有机溶剂。机溶剂。现在学习的是第25页,共66页262、二元羧酸的化学性质、二元羧酸的化学性质(1)具有羧酸的通性具有羧酸的通性对酸性而言对酸性而言pKa1pKa2(2)二元羧酸受热反应的规律二元羧酸受热反应的规律Blanck规则规则(布朗克布朗克):在可能形成环状化合物的条件下,在可能形成环状化合物的条件下,总是比较容易形成五元或六元环状化合物。总是比较容易形成五元或六元环状化合物。A.乙二酸、丙二酸受热脱羧生成一元酸乙二酸、丙
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