九讲羧酸及其衍生物

1、1.1 命名 1.1.1 系统命名法： 选择含羧基的碳链作为主链，编号从羧基开始。 一元羧酸： HCOOH CH3COOH 甲酸 乙酸 3-甲基-2-丁烯酸 3-（对-氯苯基）丁酸 苯甲 酸 CH3CCHCOOH CH3 CH3CHCH2COOH Cl COOH 第2页/共42页第1页/共50页 二元羧酸： HOOCCOOH 乙二酸 丁烯二酸 对苯 二甲酸 CHCOOH CHCOOH COOH COOH 第3页/共42页第2页/共50页 1.1.2 一些化合物的俗名： 蚁酸（甲酸），醋酸（乙酸），草酸（乙二酸） 硬脂酸（CH3(CH2)16COOH）， 软脂酸（CH3(CH2)14COOH），

2、 甘氨酸（H2NCH2COOH） 肉桂酸 柠檬酸 乳 酸 CH2COOH C CH2COOH HOCOOH CH=CHCOOH CH3CHCOOH OH 第4页/共42页第3页/共50页 1.2羧酸的来源与制法 羧酸广泛存在于自然界中，与人类的关系极为密切。如食用醋就是68%的醋酸； 柠檬中含有柠檬酸，松香中含有松香酸，单宁中含有没食子酸，胆汁中存在有胆甾酸， 实际上大多数羧酸是以酯的形式存在于自然界中，如苯甲酸（安息香酸）就以酯的形式 存在于安息香中；油脂是高级脂肪酸的酯；草酸则以盐的形式存在于许多植物细胞中。 羧酸的制备方法较多，常用的有氧化法、水解法和由有机金属化合物制备等。 第5页/共

3、42页第4页/共50页 1.2.1由烃、醇、醛氧化 常用的氧化剂有K2Cr2O7+H2SO4, KMnO4, HNO3, CrO3 等。 芳烃支链的氧化常用于芳香族羧酸的合成： CH3 CH2CH2CH3 KMnO4 / OH- 回流 COOH COOH CH3 NO2 K2Cr2O7 / H2SO4 COOH NO2 86% 第6页/共42页第5页/共50页 通常采用醇作原料氧化制备羧酸，由醛出发制备羧酸只适 用于那些容易得到的醛。如： CH3CH2CH2OH Na2Cr2O7/H2SO4 CH3CH2COOH 65% CH3(CH2)3 CHCH2OH CH3CH2 1.KMnO4/OH-

4、CH3(CH2)3 CHCOOH CH3CH2 74% n-C6H13CHO KMnO4/H2SO4 n-C6H13COOH 75% O CHO O COOH 75% CrO3/H2O 室温 2. H+ 第7页/共42页第6页/共50页 1.2.2由腈、酯等羧酸衍生物水解 腈在酸性或碱性条件下回流水解，生成羧酸。伯卤代烷通 过亲核取代反应，容易制得腈，因为用叔卤代烷制腈容易发生消 去反应，因此腈水解制备羧酸一般从伯代卤烷出发。 例如： R CH2CN H2SO4, H2O 或 O H-, H2O RCH2COOH C6H5CH2Cl NaCN, DMSO C6H5CH2CN H3O+ C6H5

5、CH2COOH (CH3)2CHCH2CH2Cl NaCN PTC (CH3)2CHCH2CH2CN OH-/H2O (CH3)2CHCH2CH2COOH CH3COOC2H5 H3O+ CH3COOHC2H5OH + 第8页/共42页第7页/共50页 1.2.3 羧化法 1.3 化学性质 1.3.1 酸性 RCOOH ArOH H2O ROH RCCH NH3 RH RCOOH + NaHCO3 RCOONa + CO2 + H2O RCOONa + HCl RCOOH + NaCl RMgXCO2RCOMgX O H2O RCOH O + C O OH 第9页/共42页第8页/共50页 影

6、响分子酸碱强度的因素 （一）结构因素 电子效应 （1）共轭效应 共轭效应是轨道离域或电子离域所产生的一种电子效应。 RCOOH pKa = 45 ROH pKa = 1619 在羧酸根离子中两个氧原子是等同的： 这种共轭效应的存在使羧酸根离子得以稳定。 （共振效应） 稳定化酸与不稳定化碱的共振效应使酸的碱度降低，稳定 化碱与不稳定化酸的共振效应使酸度增强。 C O O C O O- C O- O 第10页/共42页第9页/共50页 （2）诱导效应 诱导效应 (I)：由于原子或基团电负性的影响，引起分子 中电子云沿键传递的效应称为诱导效应。 和基团或原子的电负性及相对距离有关。 I: F OR

7、NRI: F OR NR2 2 CR CR3 3 F Cl Br I F Cl Br I +I: NR +I: NR- - O O- - HCH2COOH ClCH2COOH CH3CH2COOH Ka 1.75x10Ka 1.75x10-5 -5 1.4x10 1.4x10-3 -3 1.3x10 1.3x10-5 -5 CH3CH2CHClCOOH CH3CHClCH2COOHClCH2CH2CH2COOH CH3CH2CH2COOH pKa 2.82 4.41 4.70 pKa 2.82 4.41 4.70 4.824.82 pKa 4.76 1.68pKa 4.76 1.68 COOH

8、CHH 2 COOHCHNO 22 第11页/共42页第10页/共50页 吸电子基的吸电能力： pK1 1.3 2.0 3.0 pK2 4.27 6.3 4.4 两羧基离得越近，相互影响（场效应）越大，K1 , K2差别越 大。 氢键 PKa 2.98 4.58 HXCONHCOORCOOHSOCN O CNO 22 | 2 H HOOC H COOH C=C H HOOCH COOH C=C COOHHOOC OH COOH O H O OH 第12页/共42页第11页/共50页 （二）外部条件 1 溶剂 不同溶剂中，酸碱强度主要取决于溶剂的介电常数及溶剂对离子 的溶剂化能力的大小。 2 温

9、度 酸性 30 (RCO)2O RCOOR RCONH2 RCONR2 第29页/共42页第28页/共50页 水解： RCOCl RCOOH + HCl (RCO)2O + H2O 2 RCOOH (加热) RCOOR RCOOH + ROH （催化） RCONH2 RCOOH + NH3 （催化、回流） 醇解： RCOCl RCOOR + HCl (RCO)2O + ROH RCOOR + RCOOH RCOOR” RCOOR + R”OH (酯交换反应) 第30页/共42页第29页/共50页 氨解： RCOCl RCONH2 + HCl (RCO)2O + NH3 RCONH2 + RCO

10、ONH4 RCOOR” RCONH2 + R”OH 2.2.2 与Grignard 试剂的反应 酸酐与Grignard 试剂的反应在低温下也可得到酮。 RCOOR+ RMgClRCOR (1) RMgCl (2) H2O R C R R OH + RMgCl RCORRCOCl(fast) CH3COCCH3 O O COOH OH COOH OCCH3 O + 第31页/共42页第30页/共50页 2.2.3 还原 催化氢化或用LiAlH4作还原剂，酰卤、酸酐、酯可被还原成醇，酰胺 则被还原成胺。 2.2.4 酯的缩合反应 Claisen缩合: 2CH3COOC2H5 CH3COCH2COO

11、C2H5 C C2 2H H5 5ONaONa CH3COC2H5 O + C 2H5OCH2C OC2H5 O CH2=C OC2H5 O + C 2H5OH CH3 C O OC2H5 + CH2COC2H5 O CH3 C O OC2H5 CH2COC2H5 O CH3CCH2COC2H5 OO + C2H5OH 第32页/共42页第31页/共50页 在一个分子内发生的Claisen缩合成为Dieckmann缩合: CH 2CH2COOC2H5 CH 2CH2COOC2H5 Na Toluene CH 2CH2 CH 2CH CO COOC 2H5 Knoevenagel 缩合： C6H

12、5CHO + CH2(COOC2H5) C6H5CH=C(COOC2H5)2 六氢吡啶 第33页/共42页第32页/共50页 2.2.5 Reformatsky反应 BrCH2COOC2H5+ ZnBrZnCH2COOC2H5 BrZnCH2COOC2H5+C6H5CCH3 O H2O C6H5 C CH3 OZnBr CH2COOC2H5 C6H5 C CH3 OH CH2COOC2H5 Zn Br OH + 第34页/共42页第33页/共50页 2.3 油脂 高级脂肪酸甘油酯的通称。室温下呈液态油；室温下呈固态脂。 CH2OCOR1 CHOCOR2 CHOCOR3 +NaOH CH2OH

13、CHOH CH2OH + R1COONa R2COONa R3COONa 水解后的脂肪酸一般是含十个碳以上的双数碳原子的羧酸。饱 和酸最多的是C12C18酸。动物脂肪中含有大量软脂酸和硬脂酸，硬 脂酸在动物脂肪中含量较多（1030%），软脂酸分布最广，几乎所 有油脂中均有。 第35页/共42页第34页/共50页 2.4 制备 可由羧酸或其它羧酸衍生物制备（见羧酸衍生物性质部分）。 SOCl2 RCOOH + PCl3 RCOCl PCl5 COOH COOH 230 O O O RCOCl + RCOO-RCOCR O O 第36页/共42页第35页/共50页 2.5 羧酸衍生物的亲核取代反应

14、历程 2.5.1 一般历程 R C O L +Nu RC O L Nu RCNu O + L 1）L一般有-I效应和+C效应。-I效应有利于Nu的加成，+C效应不利 于加成。 2）L-越稳定越容易离去。 以上因素决定反应速度为： RCOCl (RCO)2O RCOOR RCONH2 RCONR2 第37页/共42页第36页/共50页 2.5.2 酯的水解 碱性水解： RCOR O OH- RC O- OH OR RCOH O RO-ROHRCOO-+ fast fast slow slow v=kRCOOROH- 酸性水解： RCOR O RC OH OH2+ OR + H+ RCOR OH+

15、 RC OH OH O+RH -ROH RCOH OH+ RCOOHH+ H2O + 第38页/共42页第37页/共50页 2.6 乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯在合成中的应用 RX可以是卤代烃、酰卤、-卤代酮、卤代酸酯等。但不可是乙 烯式、芳卤式卤代烃和三级卤代烃。还可在同一个碳上导入第二 个R基团。 CH3COCH2COOC2H5NaOC2H5CH3CCHCOOC2H5 O _ CH3CCHCOOC2H5 O- RX CH3COCHCOOC2H5 R KOH CH3COCH2R CH3COCHCOOK R HCl 浓碱 RCH2COO-RCH2COOH H+ + 第39页/共42页第38页/共50

16、页 CH3CCH2COOC2H5 O (1) EtONa (1) EtONa (1) EtONa (1) EtONa RX CH3CCH2COOC2H5 O CH3CCH2COOC2H5 O CH3CCH2COOC2H5 O (2)RCOX (2) XCH2COR CH3CCHCOOC2H5 O R 酮式分解 酮式分解 酮式分解 酮式分解 CH3CCH2R O CH3CCHCOOC2H5 O COR CH3CCHCOOC2H5 O CH2COR CH3CCHCOOC2H5 O CH2CO2Et CH3CCH2CR OO CH3CCH2CH2CR O O CH3CCH2CH2COOH O (2)

17、 (2)XCH2COOEt 甲基酮 - 二酮 - 二酮 - 酮酸 第40页/共42页第39页/共50页 NaOC2H5 RX KOH H+ + RCH2COOH CH2(COOC2H5)2 CH(COOC2H5)2 RCH(COOC2H5)2 RCH(COOK)2 CH2(COOC2H5)2 (1) 2EtONa (2) Br(CH2)3BrCO2C2H5 CO2C2H5 (1) OH - -,(2)H 3O + COOH 环 烷 取 代 酸 (3) , - -CO2 第41页/共42页第40页/共50页 COOH COOH (1) OH- -,(2)H3O+ (3) , - -CO2 1,2

18、 - -环戊烷二羧酸 CH2(CO2Et)2 CH(CO2Et)2 CH(CO2Et)2 C C (CO2Et)2 (CO2Et)2 (1) 2EtONa (2) Br(CH2)3Br (1) EtONa (2) I2 2CH2(COOC2H5)2 (1) 2EtONa (2) X(CH2)nX CH(CO2C2H5)2 CH(CO2C2H5)2 (CH2)n (1) OH- -,(2)H3O+ (3) , - -CO2 CH2COOH CH2COOH (CH2)n 直链二元羧酸 第42页/共42页第41页/共50页 1.1.2 一些化合物的俗名： 蚁酸（甲酸），醋酸（乙酸），草酸（乙二酸）

19、硬脂酸（CH3(CH2)16COOH）， 软脂酸（CH3(CH2)14COOH）， 甘氨酸（H2NCH2COOH） 肉桂酸 柠檬酸 乳 酸 CH2COOH C CH2COOH HOCOOH CH=CHCOOH CH3CHCOOH OH 第4页/共42页第42页/共50页 1.2.1由烃、醇、醛氧化 常用的氧化剂有K2Cr2O7+H2SO4, KMnO4, HNO3, CrO3 等。 芳烃支链的氧化常用于芳香族羧酸的合成： CH3 CH2CH2CH3 KMnO4 / OH- 回流 COOH COOH CH3 NO2 K2Cr2O7 / H2SO4 COOH NO2 86% 第6页/共42页第43

20、页/共50页 1.2.2由腈、酯等羧酸衍生物水解 腈在酸性或碱性条件下回流水解，生成羧酸。伯卤代烷通 过亲核取代反应，容易制得腈，因为用叔卤代烷制腈容易发生消 去反应，因此腈水解制备羧酸一般从伯代卤烷出发。 例如： R CH2CN H2SO4, H2O 或 O H-, H2O RCH2COOH C6H5CH2Cl NaCN, DMSO C6H5CH2CN H3O+ C6H5CH2COOH (CH3)2CHCH2CH2Cl NaCN PTC (CH3)2CHCH2CH2CN OH-/H2O (CH3)2CHCH2CH2COOH CH3COOC2H5 H3O+ CH3COOHC2H5OH + 第8

21、页/共42页第44页/共50页 1.2.2由腈、酯等羧酸衍生物水解 腈在酸性或碱性条件下回流水解，生成羧酸。伯卤代烷通 过亲核取代反应，容易制得腈，因为用叔卤代烷制腈容易发生消 去反应，因此腈水解制备羧酸一般从伯代卤烷出发。 例如： R CH2CN H2SO4, H2O 或 O H-, H2O RCH2COOH C6H5CH2Cl NaCN, DMSO C6H5CH2CN H3O+ C6H5CH2COOH (CH3)2CHCH2CH2Cl NaCN PTC (CH3)2CHCH2CH2CN OH-/H2O (CH3)2CHCH2CH2COOH CH3COOC2H5 H3O+ CH3COOHC2H5OH + 第8页/共42页第45页/共50页 2 羧酸衍生物 羧酸分子中的羟基被C, H外的其它原子或原子团取代的产物。常 见的羧酸衍生物有酰卤、酸酐、酯、酰胺等。腈水解后生成羧酸，因 此有时也被认为是羧酸衍生物。 RC- O 酰基 2.1 命名 酰卤和酰胺：根据酰基命名。 CH3COCl CH2=CHCOCl PhCO