羧酸第十一章羧酸衍生物.ppt
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1、第十章第十章第十章第十章 羧酸羧酸羧酸羧酸第十一章第十一章第十一章第十一章 羧酸羧酸羧酸羧酸衍生物衍生物衍生物衍生物exit第十章第十章 羧酸羧酸第十一章第十一章 羧酸衍生物羧酸衍生物本两章提纲本两章提纲本两章提纲本两章提纲第一节第一节 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 羧酸的结构和酸性羧酸的结构和酸性第四节第四节 羧酸的制备羧酸的制备第五节第五节 羧酸的反应羧酸的反应第六节第六节 卤代酸的合成和反应卤代酸的合成和反应第七节第七节 羟基酸的合成和反应羟基酸的合成和反应第十章第十章 羧酸羧酸提纲提纲第一节第一节 羧酸的分类和命名羧酸的分类和命
2、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,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。可根据它的来源命名。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)-HO
3、OCCH=CHCOOH 顺丁烯二酸顺丁烯二酸 马来酸马来酸(E)-HOOCCH=CHCOOH 反丁烯二酸反丁烯二酸 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。第二节第二节 羧酸的物理性质羧酸的物理性质低级脂肪酸是液体,可溶于水,具有刺鼻的气味。低级脂肪酸是液体,可溶于水,具有刺鼻的气味。中级脂肪酸也是液体,部分地溶于水,具有难闻的气味。中级脂肪酸也是液体,部分地溶于水,具有难闻的气味。高级脂肪酸是蜡状固体。无味,在水中溶解度不大。高级脂肪酸是蜡状固体。无味,在水中溶解度不大。液态脂肪酸以二聚体形式存在。所以液态脂肪酸以二聚体形式存在。所以羧酸羧酸的沸点比相对分子质
4、量相当的烷烃高。的沸点比相对分子质量相当的烷烃高。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。两个碳氧键两个碳氧键不等长,部不等长,部分离域。分离域。两个碳氧两个碳氧键等长,键等长,完全离域。完全离域。第三节第三节 羧酸的结构和酸性羧酸的结构和酸性1.361.231.27醇中醇中C-O单键键长为单键键长为1.43一一 羧酸和羧酸根的结构比较羧酸和羧酸根的结构比较2 多数的羧酸是弱酸,多数的羧酸是弱酸,pKa约为约为4-5 (大部分的羧酸是以未解离的分子形式存在)(大部分的羧酸是以未解离的分子形式存在)1 羧酸根比较稳定,所以羧酸的氢能解离羧酸根比较稳定,所以羧酸的氢能解离 而表现出
5、酸性。而表现出酸性。(1)电子效应的影响:)电子效应的影响:吸电子取代基使酸性增大,给电子取代基使酸性减少吸电子取代基使酸性增大,给电子取代基使酸性减少.HCOOH C6H5-COOH CH3COOH pka 3.37 4.20 4.733 取代基对羧酸酸性的影响取代基对羧酸酸性的影响(3)分子内的氢键也能)分子内的氢键也能使羧酸的酸性增强。使羧酸的酸性增强。(2)空间效应:)空间效应:利于利于H+离解的空间结构酸离解的空间结构酸性强,不利于性强,不利于H+离解的空间离解的空间结构酸性弱结构酸性弱.4 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
6、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 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。)实实 例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
7、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 4.20一一 氧化法氧化法第四节第四节 羧酸的制备羧酸的制备RC NO2/V2O5500oCH2O二二 羧酸衍生物的水解反应(参见十三章)羧酸衍生物的水解反应(参见十三章)醇、醛、芳烃、炔、烯、酮(卤仿反应)的氧化醇、醛、芳烃、炔、烯、酮(卤仿反应)的氧化(1)1oRX、2oRX较好,较好,3oRX需在加压条件下反应需在加压条件下反应 (否则易消除)否则易消除)(2)ArI、ArBr易制成格氏试剂、易制成格氏试剂、ArCl较难
8、。较难。(3)产物比产物比RX多一个碳原子。多一个碳原子。三三 有机金属化合物的反应有机金属化合物的反应1 格氏试剂和格氏试剂和CO2的反应的反应RX RMgX RCOOMgX RCOOHCO2H2OMg 无水醚无水醚讨讨 论论一一 羧酸的结构和反应羧酸的结构和反应二二 羧基中氢的反应羧基中氢的反应 三三 羧酸羧酸-H的反应的反应 (赫尔赫尔-乌尔哈乌尔哈-泽林斯基反应泽林斯基反应)四四 羧羰基的反应羧羰基的反应 五五 脱羧反应脱羧反应第五节第五节 羧酸的反应羧酸的反应一一 羧酸的结构和反应羧酸的结构和反应-活泼活泼H的反应的反应酸性酸性羰基的亲核加成,然羰基的亲核加成,然后再消除(表现为羟后
9、再消除(表现为羟基的取代)。基的取代)。羰基的亲核羰基的亲核加成,还原。加成,还原。二二 羧基中氢的反应羧基中氢的反应1 酸碱反应酸碱反应 强无机酸强无机酸 羧酸羧酸 碳酸碳酸 酚酚pKa 45 6.35 10RCOOH +NaHCO3 RCOO-Na+CO2 +H2O 羧酸可以和碳酸氢钠反应羧酸可以和碳酸氢钠反应ArONa +CO2 +H2O ArOH +NaHCO3 酚不能和碳酸氢钠反应酚不能和碳酸氢钠反应*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
10、碱性和亲核性 羧酸盐能与活泼卤代烷反应(见下页)羧酸盐能与活泼卤代烷反应(见下页)2 羧酸盐的若干性质羧酸盐的若干性质三三 羧酸羧酸-H的反应的反应 赫尔赫尔-乌尔哈乌尔哈-泽林斯基反应泽林斯基反应 在三氯化磷或三溴化磷等催化剂的作在三氯化磷或三溴化磷等催化剂的作用下,卤素取代羧酸用下,卤素取代羧酸-H的反应称为的反应称为 赫尔赫尔-乌尔哈乌尔哈-泽林斯基反应。泽林斯基反应。RCH2COOH +Br2PBr3-HBr RCHCOOHBr定义定义1.酯化反应酯化反应 (1)定义:羧酸与醇在酸的催化作用下失去)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。一分子水而生成酯的
11、反应称为酯化反应。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,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:通常采用的手段是: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、水可形成三元恒沸物酸、水可形成三元恒沸物 bp 70.4)H+四四 羧羧 羰羰 基基 的的 反反 应应(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),(2)酯化反应的机制)酯化反应的机制*1 加成加
12、成-消除机制消除机制双分子反应一双分子反应一步活化能较高步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1OROH,2OROH酯化时按加成酯化时按加成-消除机制进行,消除机制进行,且反应速率为:且反应速率为:CH3OHRCH2OHR2CHOH HCOOHCH3COOHRCH2COOHR2CHCOOHR3CCOOH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。酯化酯化反应机制的证明反应机制的证明2.羧酸与有机金
13、属化合物的反应羧酸与有机金属化合物的反应与格氏试剂的反应与格氏试剂的反应RCOOMgX +RH3.羧酸的还原羧酸的还原羧酸能用羧酸能用LiAlH4 还原还原RCOOHRCH2OHLiAlH4H2O五五 脱羧反应脱羧反应羧酸在适当条件下,一般都能发生脱羧反应羧酸在适当条件下,一般都能发生脱羧反应RCOOHRCOOXRCOOMRCOO-CO2RRR-R能提供能提供X 的试剂的试剂X2RX1 特殊条件下的脱羧反应特殊条件下的脱羧反应它们的反应过程可归结为:它们的反应过程可归结为:脱羧反应脱羧反应 一般的脱羧反应不用特殊的一般的脱羧反应不用特殊的催化剂,而是在以下催化剂,而是在以下的条件下进行的。的条
14、件下进行的。(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反应一般式反应一般式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。失羧反应极易进行。失羧反应极易进行。加热加热 碱碱实实 例例*1 HOOCCH2COOH CH3COOH +CO2*2 O2NCH2COOH O2NCH3 +CO2*3 NCCH2COOH NCCH3 +CO2*4 CH2=CH-CH2COOH CH2=CHCH3 +CO2*5 RCH=CH-CH2COOH RCH2CH=CH2 +CO
15、22 二元羧酸受热后的反应二元羧酸受热后的反应失水要加失水剂失水要加失水剂Ag2O、P2O5、乙酰氯、乙酸酐、三氯氧磷等、乙酰氯、乙酸酐、三氯氧磷等失羧要加碱:失羧要加碱:Ba(OH)2、Ca(OH)2等等失羰失羰 (-CO)失羧失羧 (-CO2)乙二酸、丙二酸(失羧)乙二酸、丙二酸(失羧)160丁二酸、戊二酸(失水)丁二酸、戊二酸(失水)300已二酸、庚二酸(失羧、失水)已二酸、庚二酸(失羧、失水)300辛二酸以上为分子间失水辛二酸以上为分子间失水柏柏朗朗克克规规则则甲酸、甲酸、-羟基羟基酸、酸、-羰基酸羰基酸受热均发生受热均发生失失羰反应。羰反应。第一节第一节 羧酸衍生物的命名和物性羧酸衍
16、生物的命名和物性第二节第二节 羧酸衍生物的结构和反应性能羧酸衍生物的结构和反应性能第三节第三节 羧酸及其衍生物的制备羧酸及其衍生物的制备第四节第四节 羧酸衍生物的其它反应羧酸衍生物的其它反应第五节第五节 与酯缩合、酯的烷基化、酰基化相类与酯缩合、酯的烷基化、酰基化相类 似的反应似的反应第六节第六节 -二羰基化合物的特性及应用二羰基化合物的特性及应用第十一章第十一章 羧酸衍生物提纲羧酸衍生物提纲1 酰卤的命名酰卤的命名:在命名时可作为酰基的卤化物,在酰基后加卤素的名称即可。在命名时可作为酰基的卤化物,在酰基后加卤素的名称即可。普通命名法:普通命名法:-溴丁酰溴溴丁酰溴 对氯甲酰苯甲酸对氯甲酰苯甲
17、酸IUPAC 命名法:命名法:2-溴丁酰溴溴丁酰溴 4-氯甲酰苯甲酸氯甲酰苯甲酸一一 羧酸衍生物的命名羧酸衍生物的命名第一节第一节 羧酸衍生物的命名和物性羧酸衍生物的命名和物性2 酸酐的命名酸酐的命名单酐:在羧酸的名称后加酐字;单酐:在羧酸的名称后加酐字;混酐:将简单的酸放前面,复杂的酸放后面再加酐字;混酐:将简单的酸放前面,复杂的酸放后面再加酐字;环酐:在二元酸的名称后加酐字。环酐:在二元酸的名称后加酐字。普通命名法:普通命名法:醋酸酐醋酸酐 乙丙酸酐乙丙酸酐 丁二酸酐丁二酸酐IUPAC 命名法:命名法:乙酸酐乙酸酐 乙丙酸酐乙丙酸酐 丁二酸酐丁二酸酐3 酯的命名酯的命名酯可看作将羧酸的羧基
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