羧酸和取代羧酸课件.ppt

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1、羧酸和取代羧酸第1页，此课件共61页哦学习要点学习要点1 1、羧酸和取代羧酸的定义、结构、分类、命名和理化、羧酸和取代羧酸的定义、结构、分类、命名和理化性质性质2 2、重要的羧酸和取代羧酸在医药学上的应用、重要的羧酸和取代羧酸在医药学上的应用 3 3、熟悉酮酸的基本结构、命名和主要化学性质、熟悉酮酸的基本结构、命名和主要化学性质第九章 羧酸和取代羧酸第2页，此课件共61页哦生活中的有机酸生活中的有机酸CH3COOH 醋酸醋酸 乳酸乳酸 水杨酸水杨酸第3页，此课件共61页哦芬必得芬必得（抗炎、镇痛药）（抗炎、镇痛药）阿司匹林（解热镇痛药）阿司匹林（解热镇痛药）有机酸在医学上的应用有机酸在医学上的

2、应用第4页，此课件共61页哦第一节 羧 酸 羧酸的结构 羧酸分子中都含有羧基官能团羧基中的碳原子是SP2杂化，三个键在一个平面上碳原子的一个P轨道与氧原子的P轨道形成键136pm123pm第5页，此课件共61页哦一、羧酸的分类和命名（一）羧酸的分类 按羧基所连接的烃基种类脂肪羧酸脂环羧酸芳香羧酸 按烃基是否饱和饱和羧酸不饱和羧酸 按所含羧基的数目一元羧酸二元羧酸多元羧酸第6页，此课件共61页哦第7页，此课件共61页哦（二）羧酸的命名 羧酸的命名和醛相似，把“醛”改成“酸”字 选择分子中含羧基的最长碳链为主链，根据主链碳原子的数目称为某酸。编号从羧基碳开始，用阿拉伯数字标明取代基的位次，也可用希

3、腊字母来表示，从与羧基相邻的碳原子开始，依次为、1.饱和脂肪酸的命名第8页，此课件共61页哦2.不饱和脂肪酸的命名 选择包含羧基和不饱和键在内的最长碳链作为主链，称为某烯酸或某炔酸。把双键、叁键的位次写在名称的前面 第9页，此课件共61页哦 3.二元脂肪羧酸的命名 选择分子中含两个羧基在内的最长碳链作为主链，称为某二酸 4.芳香羧酸和脂环羧酸的命名 把脂肪羧酸作为母体，将芳香烃基、脂环烃基视为取代基 第10页，此课件共61页哦另外，羧酸还常根据其天然来源或性质用俗名，如：蚁酸HCOOH、醋酸CH3COOH、草酸HOOC-COOH等。第11页，此课件共61页哦二、羧酸的性质 低级羧酸是具有强烈气

4、味的液体，高级羧酸是无臭固体 羧酸的沸点高于质量相近的其它类型有机物双分子缔合 低级羧酸溶于水，但高级羧酸不溶于水，能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂1、物理性质第12页，此课件共61页哦2、化学性质 羧酸的化学性质主要表现在官能团羧基上。羧基在形式上由羰基和羟基组成，但由于它们通过p-共轭构成了一个整体，使羧酸在性质上有别于羰基化合物和醇类，而具有特殊性质。3.3.-H-H 的反应的反应1.酸 性4.氧化与还原2 2.羧基上羟基的取代反应 第13页，此课件共61页哦（一）酸性 由于羧基中的p-共轭体系，使羟基氧原子上的电子云密度降低，导致氢氧键极性增强，易于解离出质子，表现酸性 羧酸的羧酸的p pK

5、 Ka a一般都在一般都在3 35 5甲酸 苯甲酸 其他饱和一元羧酸 pKa 3.77 4.17 45第14页，此课件共61页哦一元羧酸的酸性比盐酸、硫酸等无机强酸的酸性弱，比碳酸和酚类的酸性强，可与NaOH、Na2CO3反应。羧酸与其他有关化合物的酸性强弱顺序如下：第15页，此课件共61页哦 试将下列各组化合物按酸性由强到弱顺序排列1.CH3COOH H2O CH3CH2OH NH3 C6H5OH H2CO32.CH3COOH HCOOH (CH3)2CHCOOH课堂互动第16页，此课件共61页哦（二）羧基上羟基的取代反应 羧酸分子中羧基上的羟基被卤素、酰氧基、烷氧基和氨基取代，生成相应的酰

6、卤、酸酐、酯和酰胺等羧酸衍生物。羧酸分子中去掉羟基剩余的部分称为酰基（）（Ar）酰 基第17页，此课件共61页哦1.酰卤的生成 酰卤具有高度反应活性，广泛应用于药物合成中第18页，此课件共61页哦注：4、5个碳原子的二元酸加热，分子内脱水，形成稳定的五元环或六元环的环状酸酐（环酐）2.酸酐的生成 第19页，此课件共61页哦3.酯的生成 在少量酸（(如浓硫酸）的催化作用下，羧酸可与醇反应生成酯，该反应被称为酯化反应第20页，此课件共61页哦酯化反应是可逆反应，生成的酯在同样条件下可与水作用生成羧酸和醇，称为酯的水解反应羧酸与醇的酯化反应，在大多数情况下，是羧酸的羟基与醇羟基上的氢形成水4.酰胺的

7、生成 第21页，此课件共61页哦酰胺是一类很重要的化合物，很多药物的分子结构中都含有酰胺结构。加热可进一步反应生成腈（三）还原反应 氢化铝锂还原羧酸时，产率高，分子中的C=C不饱和键不受影响，只还原羧基，生成不饱和醇 第22页，此课件共61页哦（五）脱羧反应 此反应常用于实验室制取甲烷。二元羧酸比饱和一元羧酸更易脱羧（四）-H原子的卤代反应 受羧基吸电子效应的影响，羧酸分子中-H原子具有一定的活性第23页，此课件共61页哦三、重要的羧酸1.甲酸（HCOOH）俗名蚁酸，最初是从蚂蚁体内发现的。是具有刺激性气味的无色液体，易溶于水，有强的腐蚀性甲酸的分子结构特殊，它的羧基与氢原子直接相连，分子中既

8、有羧基的结构，又有醛基的结构。能生成铜镜（与费林试剂）能生成银镜（与托伦试剂）羧基醛基区别甲酸与其他羧酸第24页，此课件共61页哦2.乙酸（CH3COOH）乙酸又称醋酸，是食醋的主要成分，乙酸是无色有刺激性气味的液体，易溶于水，熔点16.6。室温低于16.6时，乙酸能凝结成冰状的固体，所以常把无水乙酸称为冰醋酸3.苯甲酸（C6H5COOH）苯甲酸俗称安息香酸,存在于安息香树胶中而得名。苯甲酸是白色晶体，用作食品和药物的防腐剂 4.乙二酸（HOOC-COOH）乙二酸俗名草酸，多以盐的形式存在于许多草本植物中第25页，此课件共61页哦草酸能把高价铁盐还原成易溶于水的低价铁盐，因而可用草酸来洗涤铁锈

9、或蓝墨水的污渍。也常用草酸作漂白剂，用以漂白麦草、硬脂酸等 5.丁二酸(HOOC-CH2CH2-COOH)丁二酸俗名琥珀酸，最早是由蒸馏琥珀制得。琥珀是含约8琥珀酸的透明红褐色松脂化石草酸是饱和脂肪二元羧酸中酸性最强的一个。它除了具有一般羧酸的性质外，还具有还原性，易被氧化第26页，此课件共61页哦第二节 取代羧酸一、羟基酸的分类和命名羟基酸分子中具有两种官能团：羧基和羟基 醇酸 酚酸1、分类第27页，此课件共61页哦（1）以羧酸为母体，羟基作为取代基（2）碳链编号时,从羧基的碳原子开始，用阿拉伯数字或希腊字母、等标明羟基的位次（3）酚酸是以芳香酸为母体，标明羟基在芳环上的位次（4）也常用俗名

10、命名 2 2、命名、命名第28页，此课件共61页哦二、羟基酸的性质 醇酸醇酸一般是晶体或粘稠状液体。易溶于水，溶解度比相应的醇或羧酸大，大多数醇酸具有旋光性 羟基酸的熔点比相应的羧酸高 酚酸都为晶体，大多微溶于水1.酸性 由于羟基有吸电子诱导效应，一般醇酸的酸性比相应的羧酸强 第29页，此课件共61页哦酚酸的酸性受羟基的吸电子诱导效应、羟基与芳环的供电子共轭效应和邻位效应的影响，其酸性随羟基与羧基的相对位置不同而异第30页，此课件共61页哦2.氧化反应 醇酸分子中的羟基受羧基影响，比醇分子中的羟基更容易被氧化 3.分解反应-醇酸与稀硫酸共热时，分解生成甲酸和少一个碳的醛或酮第31页，此课件共6

11、1页哦酚羟基在邻位或对位的酚酸，加热至熔点以上时，易分解脱羧，生成相应的酚第32页，此课件共61页哦4.脱水反应（1）-醇酸受热时分子间脱水生成交酯（2）-醇酸受热时分子内脱水生成，-不饱和羧酸第33页，此课件共61页哦（3）、-醇酸分子内脱水生成五元环或六元环的内酯 （4）羟基与羧基相隔4个以上碳原子的醇酸加热，多发生分子间的脱水，生成链状聚酯 聚酯在临床上也有应用第34页，此课件共61页哦（三）重要的羟基酸及其衍生物 1.乳酸 -羟基丙酸（存在于酸牛乳而得名）无色粘稠液体，溶于水，乙醇和乙醚中，不溶于氯仿 乳酸具有消毒防腐作用 乳酸钙用作补钙剂；乳酸钠用酸中毒的解毒剂2.苹果酸 羟基丁二酸

12、（因来自苹果而得名）天然的苹果酸为无色针状结晶，溶于水和乙醇 苹果酸多用于制药、糖果和饮料等 苹果酸钠可作为低食盐患者的食盐代用品第35页，此课件共61页哦自然界存在的酒石酸为透明晶体，易溶于水酒石酸可作食品的酸味剂3.酒石酸 2，3-二羟基丁二酸（葡萄酿酒时析出的结晶）柠檬酸为晶体，易溶于水和乙醇，酸味强 4.柠檬酸又名枸橼酸3-羧基-3-羟基戊二酸（来自柠檬而得名）水杨酸为无色针状晶体，熔点159，在79时升华，易溶于热水、乙醇、乙醚和氯仿5.水杨酸又名柳酸 邻羟基苯甲酸（存在于柳树和水杨树皮中）第36页，此课件共61页哦 水杨酸用途 消毒剂、防腐剂。衍生物用作药物。乙酰水杨酸（制备？）退

13、热、解痛抗结核对氨基水杨酸水杨酸与乙酸酐反应制得。第37页，此课件共61页哦二、羰基酸 一、酮酸的命名 分子中既含有酮基又含有羧基的化合物称为酮酸。酮酸可分为、酮酸。其中、酮酸较为重要。羰基酸的命名与醇酸相似，也是以羧酸为母体，羰基的位次用阿拉伯数字或希腊字母表示 第38页，此课件共61页哦二、酮酸的性质 酮酸兼有酮基和羧基，具有酮和羧酸的通性。由于两个官能团的相互影响及相对位置的不同，-酮酸和-酮酸又有一些特殊的性质 1.酸性 由于羰基的吸电子诱导效应比羟基强，酮酸的酸性比相应的醇酸强。更强于相应的羧酸第39页，此课件共61页哦2.分解反应 -酮酸与稀硫酸或浓硫酸共热，分别发生脱羧和脱羰反应

14、，生成相应的醛或羧酸 第40页，此课件共61页哦3.脱羧反应（2）酮式分解：微热就发生脱羧反应，生成酮（1）酸式分解：-酮酸与浓碱共热时，-碳原子和-碳原子间的键断裂，生成两分子羧酸盐 第41页，此课件共61页哦丙酮酸丙酮酸 是动植物体内糖、脂肪和蛋白质代谢的中间产物，在酶的催是动植物体内糖、脂肪和蛋白质代谢的中间产物，在酶的催化作用下能转变成氨基酸或柠檬酸等，是一个重要的生物活性中化作用下能转变成氨基酸或柠檬酸等，是一个重要的生物活性中间体。间体。CH3-C-COOHO 丁酮酸丁酮酸:是生物体内脂肪代谢的中间产物。丁酮酸丁酮酸 、羟基丁酸、丙酮羟基丁酸、丙酮 酮体酮体羟基丁酸羟基丁酸三、重要

15、的酮酸三、重要的酮酸 第42页，此课件共61页哦第三节第三节 氨基酸氨基酸 分子中既含有氨基又含有羧基的化合物称为氨基酸。-氨基酸是组成蛋白质的基本单位 。结构如：一、氨基酸的分类和命名一、氨基酸的分类和命名1、分类、分类根据分子中氨基和羧基的相对位置不同，可分为-氨基酸、-氨基酸、-氨基酸-氨基酸 -氨基酸 -氨基酸第43页，此课件共61页哦2.2.命名命名 -氨基酸往往因其来源和特性而有俗名。氨基酸的系统命名原则氨基酸往往因其来源和特性而有俗名。氨基酸的系统命名原则与羟基酸相似，以与羟基酸相似，以羧酸为母体羧酸为母体，氨基为取代基来命名，氨基为取代基来命名。氨基酸又可根据R基团的结构分为脂

16、肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸根据分子中所含氨基和羧基的相对数目不同而分为中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸天然产氨基酸普遍使用习惯命名或俗名，按其来源或性质命名。如天冬氨酸源于天门冬植物的幼苗，甘氨酸因具有甜味而得名。作为合成蛋白质的原料的20种氨基酸，象元素符号一样，都有国际通用的符号，中文用简称表示。第44页，此课件共61页哦人体对必需氨基酸的需要量 氨基酸氨基酸婴幼儿婴幼儿（4646个月）个月）儿童儿童（10121012岁）岁）成人成人赖氨酸赖氨酸994412色氨酸色氨酸2143苯丙氨酸苯丙氨酸1412216甲硫甲硫(蛋蛋)氨酸氨酸492210苏氨酸苏氨酸68288亮氨酸亮氨酸1

17、354216异亮氨酸异亮氨酸832812缬氨酸缬氨酸92254 需要量（每日需要量（每日mg/kg体重）体重）第45页，此课件共61页哦二、氨基酸的性质二、氨基酸的性质（一）羧基反应-氨基酸与Ba（OH）2共热，即脱去羧基生成伯胺 脱羧反应也可因某些细菌的脱羧酶作用而发生。例如蛋白质腐败时鸟氨酸转变为腐胺（1，4-丁二胺）。脑内存在的重要神经递质氨基丁酸是由谷氨酸中-羧基脱羧后转变而成。第46页，此课件共61页哦（二）氨基反应与亚硝酸反应 氨基酸中的氨基与亚硝酸作用时，氨基被羟基置换，同时放出氮气。反应可定量完成 利用这个反应，由反应所得氮气的体积，可计算出氨基酸和蛋白质分子中氨基的含量，这一

18、方法称为范斯莱克（Van Slyke）氨基测定法 第47页，此课件共61页哦（三）氨基酸的特性 1、两性电离和等电点氨基酸既能与酸，又能与碱反应成盐，分子内碱性基团和酸性基团相互作用也形成盐，这种盐称为内盐 在水溶液中的偶极离子,既可以给出H+，使氨基酸带负电荷，以阴离子存在又可以接受H+，使氨基酸带正电荷，以阳离子存在第48页，此课件共61页哦OH-H+H+OH-NH3 R-CH-COO+NH3 R-CH-COOH+-NH2 R-CH-COO偶极离子两性离子 阳离子 阴离子 在三种离子共同存在的平衡体系中，以哪一种离子为主，取决于氨基酸的结构和溶液的pH等电点：通过调节溶液的pH 值，使氨基

19、酸的酸性与碱性电离程度相同，此时氨基酸主要以两性离子的形式存在，氨基酸呈电中性。这种使氨基酸处于电中性状态的溶液的pH 值称为该氨基酸的等电点，用pI表示第49页，此课件共61页哦OH-H+H+OH-NH3 R-CH-COO+NH3 R-CH-COOH+偶极离子 阳离子 阴离子 pH pI向负极移动原点向正极移动-NH2 R-CH-COO结论：当pH=pI时，氨基酸主要以偶极离子存在 当pHpI时，氨基酸主要以阴离子存在 当pHpI时，氨基酸主要以阳离子存在第50页，此课件共61页哦2、成肽反应 两分子氨基酸受热时，可由一分子的-氨基与另一分子的-羧基脱水缩合形成二肽 肽：氨基酸之间通过酰胺键

20、（肽键）相连的化合物 肽分子中的酰胺键 OHCN二 肽 H2NCCORH NCCOHORHH+H2NCCOHORHHNCCOHORHH氨基酸 氨基酸-H2O肽键称为肽键第51页，此课件共61页哦二肽分子中仍含有自由的氨基和羧基，因此可以继续与氨基酸脱水缩合成三肽、四肽、五肽。由较多的氨基酸按上述方式脱水缩合形成的肽称为多肽,多肽的链状结构称为多肽链 氨基末端羧基末端H3N+-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO.NH-CH-COO-R1R2R3R4Rn多肽链氨基酸残基肽键：-CO-NH-第52页，此课件共61页哦氨基酸残基：多肽链中每一个不完整的氨基酸 左边的游离-

21、氨基称为氨基末端（或N-端）右边的游离-羧基称为羧基末端（或C-端）许多种氨基酸按照不同的排列顺序，构成了自然界中种类繁多的多肽和蛋白质 肽的结构不仅与组成肽链的氨基酸种类和数目有关，还与肽链中各氨基酸残基的排列顺序有关第53页，此课件共61页哦（四）氨基酸的显色反应 -氨基酸与水合茚三酮溶液共热，生成蓝紫色的化合物，称为罗曼紫，并放出CO2。此反应可用于氨基酸的定性鉴定或定量分析 常用于层析实验中氨基酸的显色第54页，此课件共61页哦第四节 酮酸 一、酮酸的命名 分子中既含有酮基又含有羧基的化合物称为酮酸。酮酸可分为、酮酸。其中、酮酸较为重要。羰基酸的命名与醇酸相似，也是以羧酸为母体，羰基的

22、位次用阿拉伯数字或希腊字母表示 第55页，此课件共61页哦二、酮酸的性质 酮酸兼有酮基和羧基，具有酮和羧酸的通性。由于两个官能团的相互影响及相对位置的不同，-酮酸和-酮酸又有一些特殊的性质 1.酸性 由于羰基的吸电子诱导效应比羟基强，酮酸的酸性比相应的醇酸强。更强于相应的羧酸第56页，此课件共61页哦2.分解反应 -酮酸与稀硫酸或浓硫酸共热，分别发生脱羧和脱羰反应，生成相应的醛或羧酸 第57页，此课件共61页哦3.脱羧反应（2）酮式分解：微热就发生脱羧反应，生成酮（1）酸式分解：-酮酸与浓碱共热时，-碳原子和-碳原子间的键断裂，生成两分子羧酸盐 第58页，此课件共61页哦三、重要的酮酸 1.丙

23、酮酸（CH3COCOOH）丙酮酸是最简单的-酮酸，为无色液体，有刺激性气味，沸点165（分解），易溶于水 丙酮酸是重要的生物活性中间体2.-丁酮酸（CH3COCH2COOH）-丁酮酸又称乙酰乙酸，为无色黏稠液体 -丁酮酸是人体内脂肪代谢的中间产物，在酶的作用下能与-羟基丁酸相互转变 第59页，此课件共61页哦 3.-丁酮二酸（HOOCCOCH2COOH）-丁酮二酸又称草酰乙酸，为晶体，能溶于水，与三氯化铁溶液反应显红色。在体内酶的作用下，-丁酮二酸可脱羧生成丙酮酸。它是生物体内糖、脂肪和蛋白质代谢的中间产物 医学上把-丁酮酸、-羟基丁酸和丙酮总称为酮体。健康人血液中的酮体含量低于10mgL-1，而糖尿病患者糖代谢不正常，酮体大量存在于血液和尿液中第60页，此课件共61页哦1.羧酸和取代羧酸 烃分子中的氢原子被羧基（COOH）取代的化合物是羧酸。取代羧酸是羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或基团取代的化合物。如：羟基酸、酮酸2.羧酸的结构 羰基与羟基通过 p-共轭构成整体3.羧酸的命名 俗名；系统命名（似醛）；羟基酸和酮酸是以羧酸为母体，分子中的羟基和羰基作为取代基命名学习小结第61页，此课件共61页哦