羧酸和取代羧酸亲核加成消除反应

1、有机化学,学习要求,1、掌握：羧酸的结构、命名，羧酸的酸性，羧酸衍生物的形成，羧酸的还原及卤代反应，羟基酸、卤代酸的反应； 2、熟悉：羧酸的制备方法，二元酸受热变化规律； 3、了解：一些重要羧酸的俗名，羧酸的物理性质，波谱特征,通式 : RCOOH or ArCOOH 共同的功能团：COOH (Carboxyl group,阿司匹林 (解热镇痛,布洛芬(抗炎镇痛,青霉素G钾(抗菌剂,一、分类和命名,1、分类,根据分子中羧基的数目,一元酸 mon- 二元酸 di- 多元酸 pl,根据R的性质,酰 基 (acyl,羧 基 (carboxyl,2、命名,a) 俗名： HCOOH CH3COOH 甲酸

2、 蚁酸 乙酸 醋酸 酒石酸 乳酸 苹果酸 柠檬酸,b) 系统命名法 IUPAC命名法,选取含取代基的最长碳链主链 从靠近羧基的一端开始编号 取代基、重键的位置用阿拉伯数字（或希腊字母）标出 3-甲基-2-丁烯酸 3-硝基苯甲酸（或间-） -甲基戊酸（3-甲基戊酸,反-2-丁烯酸,邻羟基苯甲酸,呋喃甲酸,苯丙酸,3-苯基丙酸,巴豆酸,水杨酸,b-羰基丁酸,a-氨基丁二酸,w-溴十一碳酸,乙酰乙酸,二、羧酸的物理性质,1）、b.p很高（比M相近的醇高） 例： M甲酸 = M乙醇， b.p 100.7 78.5 2）、与水形成H-键=易溶于水 C1C4 的酸与水混溶，R增大，水溶性,1、分子中有两个

3、部位可形成H-键，常以二聚体存在,波谱性质,IR：特征吸收： C=O： 缔合 1725-1700cm-1 不饱和芳香 1680-1700 cm-1 O-H：缔合二聚体 2500-3300 3550 cm-1游离 辅助： C-O： 1250cm-1,H有酸性,羰基不饱和, 可加成、还原,羧酸的结构及化学性质分析,羧酸的化学性质,OH氧上带孤对电子，与C=O的键共轭 P-共轭= C=O键增长：120123 pm CO键缩短：143136 pm 使得羧基碳原子上的正电性削弱 亲核加成比醛酮难 OH键极化加大，键变弱，H+易离去酸性 H受C=O吸电子的影响，仍有酸性，但比醛酮弱,1、酸性,酸性大小：

4、大多无机酸 羧酸 H2CO3 苯酚 ROH pKa（甲酸3.75） 4.75-5 6.37 9.98 16-19 溶于Na2CO3 不溶,羧酸根负离子的共振式与稳定性,如何分离苯酚、苯甲醇和苯甲酸,思考题,电子效应对酸性的影响,诱导效应：XCH2COOH -I使酸性增强 X= F Cl Br I CHO NO2 N(CH3)3 pKa 2.66 2.86 2.90 3.18 3.53 1.68 1.83 +I使酸性减弱 HCOOH CH3COOH (CH3)2CHCOOH pKa 3.75 4.76 4.86,应用：利用羧酸的酸性分离和纯化化合物,2、羧基中羟基被取代的反应,共同的反应历程,R

5、,C,O,H,O,P,C,l,5,回,流,P,C,l,3,S,O,C,l,2,R,C,C,l,P,O,C,l,3,H,C,l,S,O,2,H,3,P,O,3,2,0,0,C,分,解,H,C,l,H,O,C,P,2,O,5,R,R,H,N,H,2,R,C,N,H,2,O,H,O,R,R,C,O,R,H,2,O,O,H,O,C,O,R,C,O,O,O,C,O,O,羧酸衍生物,酰卤,酸酐,酯,酰胺,羧酸,1）、生成酰卤的反应,酰(基)氯,酰(基)溴,比较: 醇类的卤代,羧酸羟基的卤代与醇类的卤代有相似性,2）、生成酸酐的反应,酸酐,强除水剂,可能机理,分子内二酸的脱水,正常反应: 形成环状酸酐,加热

6、反应即发生,3）、酯化,酯化反应特点： 反应需要 H+ 催化，无催化剂时反应很慢。 反应可逆（加大反应物用量或除去水使酯的产率提高,酯化反应机理的讨论 机理须说明的问题： a. 反应可逆性 b. H+ 在反应中起什么的作用？先作用在哪？ c. 酯中OR中氧的来自于酸还是醇,两种可能的酯化反应机理,i) 通过酰基上的亲核取代,H+先与羧基羰基氧结合（增强了羧基的亲电性） OR 上的氧原子来自于醇,提示：逆过程为酯的酸性水解机理,ii) 通过烷基碳正离子中间体,H+先与醇羟基氧结合 羧基羰基氧作为亲核试剂，OR上的氧原子来自于酸,碳正离子中间体证据：酸与烯烃反应可生成酯,机理 (ii)的关键 碳正

7、离子,研究两种酯化反应机理的实验室方法： (i) 同位素标记法。如：用RO18H确定烷氧基中氧的来源 (ii) 旋光性醇酯化法,总结： 伯醇、仲醇酯化经机理 (i)。 叔醇酯化经机理(ii) （关键 ：R+ 稳定，较易生成,有旋光，机理(i,无旋光，机理(ii,羟基酸的酯化形成内酯和交酯,a-羟基酸,b-羟基酸,g-羟基酸,d-羟基酸,交酯,g - 内酯,d - 内酯,a, b不饱和酸,提示：合成上一般通过羧酸衍生物制备酰胺（第12章,4）、生成酰胺的反应,3、羧酸的还原反应,用 LiAlH4 还原羧酸至醇,1o醇,其它能还原羧基的试剂,例,NO2未受影响,合成上应用 制备伯醇,合成上由羧酸制

8、备伯醇，宜先酯化再还原,补充内容：能被LiAlH4还原的化合物及其产物类型,提示：大多数的基团能被LiAlH4还原,4、-H的反应,a-卤代羧酸,卤代酸在合成很有用： XNH2,CN,OH等。多功能基化合物,ii) 制备a-卤代酯（制备Reformatsky试剂的原料,Reformatsky试剂,酯难直接卤代,i) 制备 a-氨基酸或 a-羟基酸,亲核取代,5、脱羧反应,通过羧酸钠盐脱羧,b-羰基酸或 b, g-烯基酸的脱羧,注意比较产物与原料的双键的位置,提示：羧基的位有不饱和基团时易发生脱羧,产率一般较低,b-羰基酸,b, g-烯基酸,b-羰基酸 和 b, g-烯基酸的脱羧机理,b-羰基酸

9、的脱羧在合成中的应用,例,合成难点: 位置选择性不好 反应较难操作,用b-羰基酯进行反应,酯基的作用: 活化、 定位,双活化位,6、二元酸的热解反应,CH3COOH,HCOOH,CO2,CO2,1、氧化法,四、羧酸的制备,用什么氧化剂？ 氧化剂的选择性,2、腈类化合物的水解（酸性水解和碱性水解,例,丁二酸,丙二酸,a-羟基酸,a-氨基酸,亲核加成机理,制备比 RX 多一碳的羧酸,3、Grignard试剂 + CO2,4、羰基的缩合反应,1）柏琴反应,2）克脑文格尔反应,课堂练习】用指定原料合成下列化合物,2,五、取代羧酸,一） 卤代酸,邻基参与效应,Nu,构型保持,重排产物,备注：1、能发生邻

10、基效应的基团通常为具共用电子对的 基团、含碳碳双键等的不饱和基团、具键的芳基等,卤代酸的制备,羧酸的-H卤化,-卤代酸的制备,不饱和羧酸与卤化氢共轭加成,制备,卤代酸的制备,汉斯狄克反应(Hunsdiecker reaction,二） 羟基酸,1）脱水反应,A、-羟基酸的脱水：两分子间的交叉脱水成交酯,B、羟基酸的脱水： 分子内脱水成，-不饱和酸,CH3CH=CHCOOH,化学特性,C、或羟基酸的脱水： 分子内的羧基与羟基发生脱水生成环状结构的内酯（ -丁内酯或-戊内酯,-丁内酯,戊内酯,注：内酯和酯一样水溶性较小，在碱液易开环生成相应水溶性的、-羟基酸盐。再用稀酸酸化，又自动环化成或-内酯，并从水中析出,内酯（不溶水,羟基酸盐（溶水,HO,H,喜树碱（内酯，不溶水） 喜树碱酸盐（溶水,应用,2）脱羧反应,羟基酸,-羟基酸,制备,氰醇的水解 Reformatsky：-卤代酸酯与醛或酮的混合物在惰性溶剂中与锌粉反应，产物水解后得到-醇酸酯,通式,机理,复习,掌握羧酸及取代羧酸的命名及化学性质 、知道羧酸的物理性质，熟悉其波谱性质,一、比较下列各组化合物的酸性强弱： （1）醋酸，丙二酸，草酸，苯酚和甲酸 （2） C6H5OH，CH3COOH，F3CCOOH，ClCH2CO