章羧酸及其衍生物-(2)完整版

1、 CHCOOH CH3 (CH3)2CHCH2 阿司匹林阿司匹林 COOH OCOCH3 布洛芬布洛芬 RCOH O 酰基 羧基 第一节第一节 羧酸羧酸 R-COOH CCH3 CH3 CH=CHCOOH 4-甲基甲基-4-苯基苯基-2-戊烯酸戊烯酸 HCCH2COOH O 丙醛酸丙醛酸 （3-氧代丙酸或氧代丙酸或3-羰基丙酸）羰基丙酸） 一一.命名、物理性质命名、物理性质 HOOCCH-CHCOOH OH OH C=C HH HOOCCOOH 酒石酸酒石酸 马来酸马来酸 CH3CH2OCH2COOH -乙氧基醋酸乙氧基醋酸 1.命名命名 二聚体（氢键缔合）二聚体（氢键缔合） 二二. 羧酸的结

2、构与酸性羧酸的结构与酸性 CH3C O OHO HO CCH3 RC O OH sp2 RC O OH RC O O- C O O 两个碳氧两个碳氧键键长不同键键长不同 四电子三中心的四电子三中心的 分子轨道分子轨道 两个碳氧两个碳氧键键长等同。键键长等同。 CH3COOH bp.118oC CH3CH2CH2OH bp. 97oC 羧酸是极性化合物，羧酸是极性化合物， 沸点高于相应分子质量的醇。沸点高于相应分子质量的醇。 2.物理性质物理性质 (1)物态物态 (2) 沸点沸点 无机酸 RCOOH H2CO3 H2O ROH 1-2 4-5 6.4(pka1) 9-10 15.7 16-19

3、OH 羧酸酸性的强弱取决于电离后所形成的羧酸根负离子羧酸酸性的强弱取决于电离后所形成的羧酸根负离子(即即共轭共轭 碱碱)的相对稳定性的相对稳定性 。 HCOOH CH3COOH ClCH2COOH CH3CH2COOH C6H5COOH 3.77 4.74 2.86 4.88 4.20 RCOOH + H2ORCOO- + H3O+ 1吸电子诱导效应使酸性增强。吸电子诱导效应使酸性增强。 FCH2COOH ClCH2COOH BrCH2COOH ICH2COOH CH3COOH pKa值值 2.66 2.86 2.89 3.16 4.76 2供电子诱导效应使酸性减弱。供电子诱导效应使酸性减弱。

4、 CH3COOH CH3CH2COOH (CH3)3CCOOH pKa值值 4.74 4.87 5.05 3吸电子基增多酸性增强。吸电子基增多酸性增强。 ClCH2COOH Cl2CHCOOH Cl3CCOOH pKa值值 2.86 1.29 0.65 三三. 诱导效应、共轭效应对酸性的影响诱导效应、共轭效应对酸性的影响 1. 诱导效应的影响诱导效应的影响 GCH2COO- GCH2COO- GCH2COO- CH3CH2CHCOOH CH3CHCH2COOH CH2CH2CH2COOH CH3CH2CH2COOH ClClCl 2.82 4.41 4.70 4.82 4吸电子取代基的位置距羧

5、基越远，酸性越小。吸电子取代基的位置距羧基越远，酸性越小。 2. 共轭效应的影响共轭效应的影响 当能与基团共轭时当能与基团共轭时,则酸性增强，则酸性增强， CH3COOH Ph-COOH pKa值值 4.74 4.20 3取代基位置对苯甲酸酸性的影响取代基位置对苯甲酸酸性的影响 COOH COOH NO2 COOH NO2 COOH NO2 2.21 3.49 3.42 COOH OH COOH OH COOH OH 2.98 4.08 4.57 pka 4.20 a取代基占据邻位，间位，使苯甲酸的酸性增强。取代基占据邻位，间位，使苯甲酸的酸性增强。 取代基占据间位使其酸性增强。取代基占据间位

6、使其酸性增强。 b 对位上是第一类定位基时，酸性减弱；对位上是第一类定位基时，酸性减弱； 是第二类定位基时，酸性增强是第二类定位基时，酸性增强 四四. 羧酸的反应羧酸的反应 1. 羟基氢的反应羟基氢的反应 RCOOH + NaOHRCOONa + H2O RCOOH + NaHCO3RCOONa + CO2 + H2O 可用于分离提纯；可用于分离提纯； 当当R较大时，称这种盐为较大时，称这种盐为“肥皂肥皂”。 2.羧羟基的取代反应羧羟基的取代反应 酰氧键断裂，羟基被取代。酰氧键断裂，羟基被取代。 R C O ORR C O NH2R C O XR C O O C R O 酯酰胺酰卤酸酐 RCC

7、 O O H H H 羟基被取代的反应 的反应 脱羧反应 H 断裂呈酸性 1）酯化）酯化 RCOOH + ROHRCOOR + H2O H a 酯化反应是可逆反应酯化反应是可逆反应 b 酯化反应的活性次序：酯化反应的活性次序： 酸相同时酸相同时 CH3OH RCH2OH R2CHOH R3COH 醇相同时醇相同时 HCOOH CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH R3CCOOH d酯化反应历程酯化反应历程 1、2醇为酰氧断裂历程，醇为酰氧断裂历程，3醇（叔醇）为烷氧断裂历程。醇（叔醇）为烷氧断裂历程。 验证：验证： RCO H O HO R H H2O RCO O R+ + 18

8、 18 c 成酯方式成酯方式 RCO H O HO R H H2O RCO O R+ + RCO H O HO R H H2O RCO O R+ + 酰氧断裂 烷氧断裂 2) 形成酰卤形成酰卤 亚硫酰氯亚硫酰氯(二氯亚砜二氯亚砜) SOCl2，PCl3、PCl5 COOH + SOCl2 COCl + SO2 + HCl 3 CH3CH2CH2COH + PCl3 O 3 CH3CH2CH2CCl + H3PO3 O CH3(CH2)6CCl O + POCl3 + HCl CH3(CH2)6COH O + PCl5 3) 形成酸酐形成酸酐 羧酸失水。加热、脱水剂：醋酸酐或羧酸失水。加热、脱水

9、剂：醋酸酐或P2O5等。等。 RC O OH RC O OH P2O5 RC O RC O O + H2O 4) 形成酰胺形成酰胺 3. 羧基被还原羧基被还原 LiAlH4是还原羧酸为醇的最好试剂是还原羧酸为醇的最好试剂 COOHCOOH H2 Pt CH2OH 1) LiAiH4 2) H2O RCOOH + NH3RCOONH4 -H2O RCNH2 O PhCOOH + PhNH2 -H2O 180190oC PhCONHPh (84%) RCOOH LiAlH4(醚)H2O RCH2OH 4. -H的卤代反应的卤代反应 5. 羧酸的脱羧反应羧酸的脱羧反应 -H活性：羧酸小于醛酮。活性：

10、羧酸小于醛酮。 PCl3、PBr3 或红磷或红磷(P)等催化。等催化。 RCCH2COOH O RCCH3 O + CO2 RC O CH2 CO O H RCCH2 OH RCCH3 O -CO2 形成分子内氢键形成分子内氢键 CH3CH2CH2COOH + Br2 催化量 PBr3 CH3CH2COOH Br2 / P CH3CH2CHCOOH Br CH3CHCOOH Br 在结构上，两个吸电子基连在同一个碳上的化合物，热力学在结构上，两个吸电子基连在同一个碳上的化合物，热力学 上是不稳定的，加热易脱羧。上是不稳定的，加热易脱羧。 HOOCCH2COOHCH3COOH + CO2 通常通

11、常 -碳上连有吸电子基的羧酸，加热容易脱羧。碳上连有吸电子基的羧酸，加热容易脱羧。 CH3C O C O OH -CO2 CH3C O H CHCl3 + CO2Cl3CC O OH CH2COOHG a -CO2 CH2HG （吸） COOH NO2 NO2 NO2 NO2NO2 NO2 芳香酸的脱羧：芳香酸的脱羧： 羧酸盐的脱羧反应羧酸盐的脱羧反应 将将RCOOH转变为转变为RX Hunsdiecker反应，即重金属羧酸盐反应，即重金属羧酸盐(如如Ag+)和卤素和卤素(如如Br2)反应反应 RCOOAg + Br2RBr + CO2 + AgBr 直链羧酸的无水碱金属盐与碱石灰热熔脱羧生成

12、烯烃直链羧酸的无水碱金属盐与碱石灰热熔脱羧生成烯烃 CH3CH2COONa + NaOH(CaO)CH3CH2CH3 + CH4 + 17% 热熔 20% 烯及混合物 CH3COONa + NaOH(CaO)CH4 + NaCO3 99% 热熔 6. 二元羧酸的热分解反应二元羧酸的热分解反应 CH2COOH CH2COOH O O O + H2O CH2 CH2COOH CH2COOH O O O + H2O 脱水 HOOCCOOHHCOOH + CO2 HOOCCH2COOHCH3COOH + CO2 脱羧 (-CO2) Blanc规则：规则：在可能形成环状化合物的条件下，总是比较容易在可能

13、形成环状化合物的条件下，总是比较容易 (布朗克布朗克) 形成五元或六元环状化合物形成五元或六元环状化合物(即五、六元环容易形即五、六元环容易形 成成)。 CH2CH2COOH CH2CH2COOH CH2 CH2CH2COOH CH2CH2COOH O+ H2O + CO2 脱羧 脱水 O+ H2O + CO2 五五. 羟基羧酸和卤代羧酸羟基羧酸和卤代羧酸 1. 羟基羧酸羟基羧酸 CH3CH2CCH3 O HCN CH3CH2CCN OH CH3 H+ H2O CH3CH2CCOOH OH CH3 CH3CHCOOH Br NaOH H2O CH3CHCOOH OH H+ 2RCH2CHORC

14、H2CHCHCHO O RH Ag2O RCH2CHCHCOOH O RH OH- HOCH2CH2Cl NaCN HOCH2CH2CN NaOH H2O HOCH2CH2COOH Reformatsky反应反应 RCHO + ClCH2COOC2H5 1) Zn 2) H+ RCHCH2COOC2H5 OH 1)OH- 2) H+ RCHCH2COOH OH 羟基酸的反应羟基酸的反应 H3C CH OH C OOH HO C O CH OH CH3 + O O O O H3C CH3 -羟基酸羟基酸 受热发生分子间失水生成交酯。受热发生分子间失水生成交酯。 CH3CHCH2COOH OH C

15、H3CH=CHCOOH H+ HOCH2CH2CH2COOH O O H+ - - - 羟基与羧基间的距离大于四个碳原子时，羟基与羧基间的距离大于四个碳原子时， 受热则生成长链的高分子聚酯受热则生成长链的高分子聚酯 nHO(CH2)8COOH Sb2O3 n-1 nHO(CH2)8C O O(CH2)8C O OH + H2O 六六. 羧酸的制备羧酸的制备 1. 氧化反应氧化反应 1）1o醇、醛和芳烃的氧化醇、醛和芳烃的氧化 2）烯烃、炔烃的氧化断裂）烯烃、炔烃的氧化断裂 3）甲基酮的卤仿反应）甲基酮的卤仿反应 2. Grignard试剂与试剂与CO2反应反应 RMgBr + O=C=ORCO

16、 OMgBr H3O+ RCOOH 3. 水解反应水解反应 RCH2Cl3 + H2O RCH2COOH RCH2CN + H2O RCH2COOR + H2O . 此法用于制备比原料多一个碳的羧酸。乙烯式卤代烃难反应。此法用于制备比原料多一个碳的羧酸。乙烯式卤代烃难反应。 卤代烃（伯卤代烃）和卤代烃（伯卤代烃）和NaCN制氰再水解得羧酸制氰再水解得羧酸 1. 合合成化合物：成化合物：a, b, c, d，你将选择下列哪条路线，你将选择下列哪条路线？ 2. 试试由乙醇制备由乙醇制备2-甲基丁酸甲基丁酸 (a) CH2COOH (b)C CH3 CH3 CH3 COOH (c) HOCH2CH2

17、CH2COOH(d) HOOCCH2CH2COOH RX RMgX Mg1) CO2 2) H3O+ RCOOH A 路线 RX CN- RCN H2O RCOOH B 路线 H+ A B A B A A 第一节第一节 羧酸羧酸 一一.羧酸的命名和物性羧酸的命名和物性 二二. 羧酸的结构与酸性羧酸的结构与酸性 三三. 诱导效应、共轭效应对酸性的影响诱导效应、共轭效应对酸性的影响 四四. 羧酸的反应羧酸的反应 1. 羟基氢的反应羟基氢的反应 2.羧羟基的取代反应羧羟基的取代反应 3. 羧基被还原羧基被还原 4. -H的卤代反应的卤代反应 5. 羧酸的脱羧反应羧酸的脱羧反应 五五. 羟基羧酸和卤代

18、羧酸羟基羧酸和卤代羧酸 六六. 羧酸的制备羧酸的制备 第十三章第十三章 羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物 一、羧酸衍生物的结构、命名和物理性质一、羧酸衍生物的结构、命名和物理性质 二、羧酸衍生物中主要反应基团性能的比较二、羧酸衍生物中主要反应基团性能的比较 1. 的活泼性的活泼性 2. 羰基氧的碱性羰基氧的碱性 3. 羰基的亲核取代反应活性羰基的亲核取代反应活性 三、羧酸衍生物的反应三、羧酸衍生物的反应 1. 亲核取代亲核取代 2. 羧酸衍生物的还原反应羧酸衍生物的还原反应 3. Reformatsky,S.(瑞福马斯基瑞福马斯基)反应反应 4. 酯缩合酯缩合 (Claisen酯缩合酯缩合)反应反

19、应 5. 酰胺的酸碱性与霍夫曼降解酰胺的酸碱性与霍夫曼降解 四、四、 碳酸衍生物碳酸衍生物 第二节第二节 羧酸衍生物羧酸衍生物 第二节第二节 羧酸衍生物羧酸衍生物 RC O X R C O OC O R R C O OR R C O NH2(R) RCN 酰卤 酸酐 酯 酰胺 腈 O HN HN O O C2H5 C6H5 H2NCOCH2CH2(C2H5)2 O HCl 盐酸普卤卡因盐酸普卤卡因 苯巴比妥苯巴比妥 聚酰胺聚酰胺 CONH 1.结构结构 L C O R (1) R (2) O C L RC O L 诱导效应：诱导效应：-I 共轭效应共轭效应 :+C L: C O OR NH2(

20、R) XOR 2.命名命名 酰卤和酰胺根据酰基称为某酰某酰卤和酰胺根据酰基称为某酰某 酸酐的命名是在相应羧酸的名称之后加一酸酐的命名是在相应羧酸的名称之后加一“酐酐”字字 酯的命名是根据形成它的酸和醇称为某酸某酯酯的命名是根据形成它的酸和醇称为某酸某酯 CH3C O O C O CH3CH3C O O C O CH2CH3 C C O O O 乙 酸 酐 乙 酸 丙 酸 酐 1,2 环 己 烯 二 甲 酸 酐 CH3C O Cl CH2CH C O Br C O N(CH3)2 N,N-二 二甲基苯甲酰胺丙烯酰溴乙酰氯 CH3C O O CH2CH=CH2CH3O O O H 乙酸烯丙酯甲酸甲

21、酯 3.物理性质物理性质 C O N H H C O . R NH H 1.状态状态 酰卤酰卤,酸酐酸酐: 低级液体低级液体,高级的为固体高级的为固体 脂肪醇脂肪醇: 液体液体 酰胺酰胺: 除了甲酰胺和除了甲酰胺和N取代酰胺外均为固体取代酰胺外均为固体 2.沸点沸点: 较相应的烷烃沸点高较相应的烷烃沸点高, 沸点比相应的羧酸低沸点比相应的羧酸低(酰胺酰胺) 强的氢键强的氢键 二二. 羧酸衍生物中主要反应基团性能的比较羧酸衍生物中主要反应基团性能的比较 RCC O L H H 的的活活性性 羰羰基基氧氧碱碱性性 H 羧羧羰羰基基的的亲亲核核取取代代反反应应活活性性 1. 的活泼性的活泼性 CH3

22、CCl O CH2CCl + H+ O- CH3COCH3 O CH2COCH3 + H+ O- CH3CN(CH3)2 O CH2CN(CH3)2 + H+ O- pka 16 25 30 2. 羰基氧的碱性羰基氧的碱性 酯酯或酰胺酸催化时，或酰胺酸催化时，H+加到羰基氧上还是加到烷氧基氧上加到羰基氧上还是加到烷氧基氧上 或氨基氮上或氨基氮上？ RCOR +OH RCOR O H+ H+ RCN(CH3)2 O RCN(CH3)2 +OH 电荷转移使羰基氧具有一定的碱性电荷转移使羰基氧具有一定的碱性, 易接受质子。易接受质子。质子化发生质子化发生 在羰基氧上在羰基氧上。 羰羰基与烷氧基基与烷

23、氧基不发生不发生p- 共轭，共轭， 质子化发生在哪个原子上质子化发生在哪个原子上？ H+ RCCH2CH2OR O RC O CH2CH2OR H + O R R CO R R sp2 sp3 碱 性 较 强 碱 性 较 弱 3. 羧羰基的亲核取代反应活性羧羰基的亲核取代反应活性 RC O Y + Nu-RC O- Nu YRC O Nu + Y- 影响反应活性的因素：影响反应活性的因素： 1) 与羰基相连与羰基相连的的基团基团(Y) 吸电子能力；吸电子能力； 2) 与羰基相连与羰基相连的的基团基团(Y) 空间体积；空间体积； 3) 与羰基相连与羰基相连的的基团基团(Y) 离去能力；离去能力；

24、 羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序：羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序： X- RO- H2N- RCOO- RC O X RC O OC O R RC O OR RC O NH2 三三. 羧酸衍生物的反应羧酸衍生物的反应 RCC O L H H 的的酸酸性性 还还原原 H 亲亲核核取取代代 亲核加成亲核加成消除消除 总结果：亲核取代。总结果：亲核取代。 RCL O + Nu:-RCL O- Nu RCNu O + L- 1) 水解水解 酸、碱催化。生成相应的羧酸。酸、碱催化。生成相应的羧酸。 CH3CCl O + H2O -20oC 1min. CH3COOH (CH3CO)2O + H2OCH3

25、COOH CH3COOC2H5 + H2O OH- CH3COOH + C2H5OH CH2CONH2 35% HCl 回流 CH2COOH + NH4Cl 1. 亲核取代亲核取代 酯水解反应，键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？酯水解反应，键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？ RCOR O RCOR O 大多数大多数2o和和 1o醇的羧酸酯的水解发生酰氧键断裂；醇的羧酸酯的水解发生酰氧键断裂； 3o醇的羧酸酯的水解发生烷氧键断裂。 醇的羧酸酯的水解发生烷氧键断裂。 2) 醇解醇解 形成酯形成酯 RCOCl (RCO)2O RCONH2 RCOOR RCOOR + HCl RCOOR + RCOOH

26、RCOOR + NH3 RCOOR + ROH ROH 醇解 O O O + 2 CH3OCH2CH2OH H2SO4 COOCH2CH2OCH3 COOCH2CH2OCH3 O OH H + + C CH H3 3C CO OC Cl l OCCH3 O H3COOCCOOCH3+2OHCH2CH2OH HOH2CH2COOCCOOCH2CH2OH+2CH2OH 3) 氨氨(胺胺)解解 形成酰胺形成酰胺 RCOCl (RCO)2O RCONH2 RCOOR RCONH2 + NH4Cl RCONH2 + RCOONH4 RCONH2 + ROH RCOOR + ROH NH3 RNH2 反反

27、 应应 活活 性性 递递 减减 过过量量 RCCl O RCOH O SOCl2 or PX3 or PX5 H2O RCOCR O O RCOOH or RCOONa RCNH2 O RCOR O RCN RCOR O ROHNH3 (R) 4) 羧酸衍生物的相互转化羧酸衍生物的相互转化 2. 羧酸衍生物的还原反应羧酸衍生物的还原反应 C15H31CCl O LiAlH4 H2O C15H31CH2OH O O O LiAlH4 H2O CH2OH CH2OH 1) LiAlH4 酰卤、酸酐和酯被还原成伯醇酰卤、酸酐和酯被还原成伯醇;酰胺和腈被还原成胺。酰胺和腈被还原成胺。 CH3CH=CH

28、CH2COOCH3 1) LiAlH4 2) H2O CH3CH=CHCH2CH2OH + CH3OH CN(CH3)2 O LiAlH4 H2O CH2N(CH3)2 CH2CN LiAlH4 H2O CH2CH2NH2 2) Na-ROH 酯酯 伯醇伯醇 CH3CHCHCH2CH2COOC2H5 Na C2H5OH CH3CHCHCH2CH2CH2OH 3. Reformatsky,S.(瑞福马斯基瑞福马斯基)反应反应 -羟基酸酯羟基酸酯 醛或酮、醛或酮、 -卤代酸酯、锌，在惰性溶剂中反应。卤代酸酯、锌，在惰性溶剂中反应。 O BrCH2COOC2H5+ Zn 苯 CH2COOC2H5Br

29、ZnO + H2O CH2COOC2H5 HO BrCH2COOC2H5 + ZnBrZnCH2COOC2H5 + -CH3CH2CH O CH3CH2CHCH2COOC2H5 OZnBr H2O CH3CH2CHCH2COOC2H5 OH CHO + BrCHCOOC2H5 CH3 + Zn 1) 苯 2) H2O CHCHCOOC2H5 OH CH3 2-甲基甲基-3-苯基苯基-3-羟基丙酸乙酯羟基丙酸乙酯 CH3CH2CCH3 + BrCH2COOC2H5 O 1) 苯 2) H2O LiAlH4 B CH3CCH3 O C + Zn A B C A CH3CH2CCH2COOC2H5

30、OH CH3 CH3CH2CCH2CH2OH OH CH3 O O CH3CH2 CH3 CH3 CH3 有有-H的酯在强碱的作用下的酯在强碱的作用下,与另一分子酯发生缩合反应，失去与另一分子酯发生缩合反应，失去 一分子醇，生成一分子醇，生成-羰基酯的反应叫做酯缩合反应，又称为克莱羰基酯的反应叫做酯缩合反应，又称为克莱 森（森（Claisen）缩合）缩合 。 两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成 -羰基酯羰基酯。 4. 酯缩合酯缩合 (Claisen酯缩合酯缩合)反应反应 1) 酯缩合酯缩合 2 RCH2COOR 1) C2H5ONa 2) H+ RCH2CCH

31、COOR R O C2H5O- RCHCOC2H5 O - RCH=COC2H5 + C2H5OH O- RCH2COC2H5 O RCH2COC2H5 O + RCHCOC2H5 O RCH2C CHCOOC2H5 O- OC2H5 R - RCH2CCHCOOC2H5 + C2H5O- O R RCH2C-CCOOC2H5 O R - RCH2C=CCOOC2H5 + C2H5OH O- R 2 CH3CH2CHCOOC2H5 CH3 1) (C6H5)3CNa 2) H+ CH3CH2CHCCCOOC2H5 O CH3 CH3 CH2CH3 2）交叉酯缩合）交叉酯缩合 3）分子内酯缩合（）分子内酯缩合（ Dieckmann缩合）缩合） 建立五、六元脂环系建立五、六元脂环系 两种不同的酯，其中一个不含两种不同的酯，其中一个不含 -H。 CH2COOEt CH2COOEt CH3CH2ONa COOEt O N COOCH3 + CH3CH2CH2COOEt NaH N COCHCOOEt CH2CH3 COOCH2CH3 COOCH2CH3 + C6H5CH2