有机化学第11章.pptx
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1、与醛相似,但经常根据来源使用俗名。与醛相似,但经常根据来源使用俗名。1 1)羧酸的命名)羧酸的命名11.1 11.1 羧酸的命名和结构羧酸的命名和结构第1页/共159页第2页/共159页取代基也可以用希腊字母、-等依次标明位次 第3页/共159页 两个碳氧键键长不同 3 3)羧酸的结构)羧酸的结构O上的孤对电子与羰基电子有一定程度的共轭第4页/共159页11.2 11.2 羧酸的物理性质羧酸的物理性质 原因原因:水溶解度:大于分子量相近的醇、醛、酮;(C4H9OH:8%;C2H5COOH:)随R,水溶解度,C10以上羧酸不溶于水。第5页/共159页沸点:高于分子量相近的醇第6页/共159页11
2、.3 11.3 羧酸的化学性质羧酸的化学性质 第7页/共159页(一一)羧酸的酸性羧酸的酸性 1)1)羧酸的结构与羧酸酸性羧酸的结构与羧酸酸性羧酸的结构羧酸的结构第8页/共159页使RCOO-H键减弱,氢原子酸性增加酸性增加,羧酸具有酸性;RCOO-中负电荷均匀均匀均匀均匀地分布在两个氧原子上,稳定性,羧酸酸性。p-p-共轭的结果:共轭的结果:羧酸根第9页/共159页 四电子三中心的四电子三中心的 分子轨道分子轨道两个两个碳氧碳氧键键长等同键键长等同。2 2)羧酸根的结构)羧酸根的结构X射线衍射证实,在甲酸钠分子中,两个碳氧双键均为0.127nm。第10页/共159页由羧酸的结构所决定,其最显
3、著的特性是在水溶液中能解离成羧根负离子和质子,即表现出酸性。酸性。酸性。酸性。一些化合物的pKa值:第11页/共159页3)3)成成 盐盐 羧酸具有明显的酸性,甚至能与NaHCO3等成盐:说明什么问题?说明什么问题?RCOOHRCOOH的酸性大于的酸性大于H H2 2COCO3 3。第12页/共159页pKa数据亦说明,酸性:RCOOHH2CO3ArOH 与无机酸相比,与无机酸相比,RCOOHRCOOH仍为弱酸:仍为弱酸:酸性:酸性:HClRCOOH第13页/共159页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。4)第14页/共159页A A 脂肪酸脂
4、肪酸 -H被R取代得越多,羧酸的酸性越弱。原因:第15页/共159页 若-H被吸电子基(如Cl)取代后,羧酸的酸性增强。原因:第16页/共159页 吸电子基距COOH越远,对RCOOH的酸性影响越小原因:原因:诱导效应诱导效应随着碳链增长迅速减弱。随着碳链增长迅速减弱。?第17页/共159页B.B.芳香酸芳香酸 (综合考虑诱导和共轭效应)(综合考虑诱导和共轭效应)酸性:C6H5COOHCH3COOH芳环上有吸电子基时,ArCOOH酸性增加。例如:-NO2、-CN,-I、-C,方向一致第18页/共159页芳环上有斥电子基时,ArCOOH酸性减弱。比较下列化合物的酸性大小:-I+COH,NH3,O
5、CH3第19页/共159页小小 结结+I+I效应使效应使RCOOHRCOOH酸性减弱,酸性减弱,-I-I使其增强。使其增强。-I-I效应强弱次序:效应强弱次序:NO2CNCOOHFClBrCOOROROHC6H5H+I+I效应强弱次序:效应强弱次序:OCOO(CH3)3CCH3CH2CH3H 第20页/共159页(二二)-H)-H 卤代卤代所以,羧酸H的卤代反应需要少量红磷催化:赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应第21页/共159页 -卤代酸中的卤素可通过亲核取代反应,被NH2、OH、CN等取代,生成氨基酸、羟基酸、氰基酸等。有机合成中的应用第22页/共159页(三三)脱羧反应脱羧反应 羧酸(盐)在一
6、定条件下分解放出二氧化碳,称为脱羧脱羧或脱羧反应。第23页/共159页一元羧酸加热下难以脱羧!但-C C C C上有强吸电子基,或-C C C C为羰基等不饱和键时,脱羧容易发生。1)一元脂肪酸一元脂肪酸第24页/共159页 芳香酸比脂肪酸脱羧容易,尤其芳环上有强吸电子基的芳酸:2)芳香酸第25页/共159页(四四)羧基的还原羧基的还原 一般还原剂不能将COOH还原,如NaBH4可还原醛酮中的羰基而无法还原羧基。强还原剂LiAlHLiAlH4 4才可将羧酸还原为伯醇 强还原剂直接还原第26页/共159页也可先将羧酸转化为酯,再用Na+CNa+C2 2H H5 5OHOH还原间接还原第27页/共
7、159页选择性还原如用LiAlH4作还原剂,硝基将同时被还原。硼烷是一个非常有用的还原剂,反应条件温和,选择性好。可否用LiAlH4作还原剂?第28页/共159页(五五)羧酸衍生物的生成羧酸衍生物的生成 酰卤酰卤 酸酐酸酐 羧酸酯羧酸酯 酰胺酰胺 (acyl halide)(anhydride)(carboxylic acid ester)(amide)-羧酸中的羟基可以被一些亲核亲核亲核亲核的基团取代,生成羧酸衍生物。羧酸衍生物。第29页/共159页(甲甲)酰氯的生成酰氯的生成 第30页/共159页(乙乙)酸酐的生成酸酐的生成 第31页/共159页(丙丙)酰胺的生成酰胺的生成 第32页/共1
8、59页(丁丁)酯的生成和酯化反应机理酯的生成和酯化反应机理*酸催化剂:硫酸、磷酸、盐酸、苯磺酸、强酸性阳离子交换树脂。反应可逆机理机理第33页/共159页从反应式看,酯化反应中化学键断裂生成H2O的方式可以有两种:1 1)两种断裂方式两种断裂方式第34页/共159页所以,所以,在大多数情况下,在大多数情况下,反应按反应按酰氧键断裂酰氧键断裂酰氧键断裂酰氧键断裂的方式进行。的方式进行。n实验表明:在大多数情况下(主要指伯醇和仲醇),主要生成含同位素的酯RCOO18R,水分子中几乎不含有氧同位素。2)同位素标记证明第35页/共159页3 3)酰氧基断裂反应机理)酰氧基断裂反应机理n反应的结果似乎是
9、-OH被OR亲核取代,但实际的机理过程应为亲核加成亲核加成-消除消除。第36页/共159页4 4)反应速度)反应速度 由于空间位阻的原因,无论酸还是醇,烃基的结构越庞大,反应速度越慢,产率越低。降降低低降降低低第37页/共159页即:叔醇的酯化反应经证实是按照烷氧断裂的方式进行的5 5)烷氧断裂机理)烷氧断裂机理第38页/共159页11.4 11.4 羧酸的制法羧酸的制法(1)(1)氧化法氧化法 (2)(2)腈水解腈水解 及及 羧酸衍生物的水解羧酸衍生物的水解 (3)Grignard(3)Grignard试剂与试剂与COCO2 2作用作用第39页/共159页(甲甲)伯醇或醛氧化伯醇或醛氧化 (
10、1)(1)氧化法氧化法第40页/共159页 (乙乙)烃氧化烃氧化 第41页/共159页(2)(2)腈水解腈水解 合成羧酸的重要方法之一重要方法之一重要方法之一重要方法之一伯卤烷伯卤烷第42页/共159页第43页/共159页(3)(3)Grignard Grignard试剂与试剂与COCO2 2作用作用 格氏试剂与CO2(干冰)反应,酸化、水解后得到羧酸。反应机理是典型的亲核加成:亲核加成:亲核加成:亲核加成:第44页/共159页举例:第45页/共159页物理性质物理性质:羟基酸比相应的醇及羧酸的熔点都高,溶解度大。原因?羟基酸是分子中同时具有羟基酸是分子中同时具有羟基羟基和和羧基羧基的化合物。
11、的化合物。分类分类:根据羟基与羧基的相对位置不同,分为:-,-,-,-,羟基酸。氢键氢键。11.5.1 11.5.1 羟基酸羟基酸 第46页/共159页(1)(1)羟基酸的性质羟基酸的性质(甲甲)酸性酸性酸性:卤代酸羟基酸羧酸酸性:卤代酸羟基酸羧酸羟基的吸电子诱导效应,使羟基酸的酸性比相应的羧酸大。第47页/共159页比较酸性:比较酸性:水杨酸的酸性比苯甲酸的酸性大,是由于形成分子内氢键分子内氢键的缘故。水杨酸苯甲酸第48页/共159页邻羟基苯甲酸酸性特别强的原因是:分子内形成氢键,使羧酸负离子的稳定性增强。第49页/共159页(2)脱水不同结构的羟基酸受热脱水的产物有很大区别:-羟基酸羟基酸
12、易两分子脱水形成六元环的交酯。丙交酯丙交酯第50页/共159页-羟基酸羟基酸易分子内脱水,形成,-不饱和酸。、羟基酸脱水形成内酯。第51页/共159页羟基与羧基相距更远的羟基酸受热,发生分子间脱水形成聚酯第52页/共159页(3)(3)脱羧脱羧(-羟基酸的分解)羟基酸的分解)-羟基酸与无机酸共热时分解产生少一个碳的醛,与稀高锰酸钾共热则氧化、分解生成少一个碳的酸。第53页/共159页11.5.2羟基酸的制法(1)-羟基酸的制法第54页/共159页(2)-羟基酸制法Reformatsky反应反应第55页/共159页讨讨 论:论:只能用卤(溴)代酸酯,产物为羟基酸(酯)。反应的机理过程与格氏试剂与
13、羰基的反应类似。脂肪族或芳香族醛酮均可进行反应。Reformasky反应与格氏反应类似,但用Zn不用Mg。因为BrZnCH2COOC2H5比BrMgCH2COOC2H5活性低,只与醛、酮反应,不与酯反应。第56页/共159页 完成反应式完成反应式第57页/共159页本部分重点:本部分重点:羧酸的制法:氧化,腈水 解,格氏反应;羧酸的酸性,脱羧反应;酯化反应的酰氧断裂机理 羟基酸的制法:Reformasky反应;羟基酸的酸性。第58页/共159页羧酸衍生物系指酰卤、酸酐、酯、酰胺等含有酰基的化合物,它们经简单水解后都得到羧酸羧酸羧酸羧酸11.6 11.6 羧酸衍生物的羧酸衍生物的命名命名和和结构
14、结构第59页/共159页1 1)命)命 名名 以所含的酰基来命名:第60页/共159页酸酐由羧酸脱水而来,以其来源的酸命名:第61页/共159页根据形成酯的醇和酸来命名:第62页/共159页乙二酸二乙酯 邻苯二甲酸单乙酯 二乙酸乙二醇酯-戊内酯 -甲基-己内酯 -己内酯 第63页/共159页以所含的酰基来命名:两个酰基连在同一氮原子上形成酰亚胺亚胺亚胺亚胺。第64页/共159页11.8 11.8 羧酸衍生物的化学性羧酸衍生物的化学性质质 11.8.1 酰基上的亲核取代亲核取代亲核取代亲核取代 11.8.2 水解、醇解、氨解反应11.8.3 与Grignard试剂的反应11.8.4 酯缩合反11
15、.8.5 还原反应第65页/共159页n第一步,生成一个四面体的中间产物,羰基碳由平面的sp2杂化变为四面体的sp3杂化状态:11.8.1 11.8.1 羧酸衍生物的羧酸衍生物的亲核取亲核取代代1)反应机理第66页/共159页第二步,羧酸衍生物羰基碳上连着一个容易离去的基团,可以以负离子(弱碱)的形式离去:第67页/共159页为会什么醛酮只能生成加成产物?第68页/共159页因为:醛酮上连接的H或R都是极强的碱,是不好的离去基团离去基团,一般情况下不可能离去,只能生成加成产物,水解后成醇。第69页/共159页 反应活性:酰氯酸酐酯酰胺反应活性:酰氯酸酐酯酰胺2 2)羧酸衍生物的亲核取代反应活性
16、)羧酸衍生物的亲核取代反应活性羰羰基基的的活活性性离离去去能能力力第70页/共159页11.8.211.8.2水解、醇解、氨解反应水解、醇解、氨解反应1)1)水解反应水解反应 反应通式酸第71页/共159页 水解速度水解速度例如第72页/共159页u酸酸催化下反应机理:催化下反应机理:羧酸衍生物羧酸衍生物水解反应机理水解反应机理*第73页/共159页u 碱碱碱碱催化下反应机理:催化下反应机理:第74页/共159页酯在酸的催化下水解是酯化反应的逆反应,故水解作用不完全。酯的水解酯的水解n 在强碱的作用下,生成的酸进一步与碱作用生成羧酸盐,使平衡向右移动,反应进行到底。所以酯的水解通常都在所以酯的
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