ch羧酸取代羧酸

1、1会计学ch羧酸取代羧酸羧酸取代羧酸2按烃基的种类 饱和羧酸 脂肪羧酸 不饱和羧酸羧酸 脂环羧酸 芳香羧酸按羧基的数目 一元酸，二元酸，多元酸第一节 羧酸的分类和命名 p4803C15H31COOH 软脂酸 C17H35COOH 硬脂酸 许多羧酸最初来自天然产物，因此常采用 俗名来命名。HCOOH CH3COOH C6H5COOH HOOCCOOH (Z)-HOOCCH=CHCOOH 顺-丁烯二酸 马来酸(E)-HOOCCH=CHCOOH 反-丁烯二酸 富马酸蚁酸 醋酸 安息香酸 草酸一 命名4羧酸的系统命名法与醛相似。 羧酸习惯上常用希腊字母标位，与羧基直接相连的碳原子为，其余依次为、 (末

2、端) 等。CH3CH2CHCHCOOHCH3CH3CH2CHCHCHCOOHCH3CHCHCHCOOHCH3HOOCCH2CCOOHOHCH2COOH2,3-二甲基戊酸 或 , -二甲基戊酸2-甲基-3-戊烯酸3-羧基-3-羟基戊二酸（柠檬酸）2,4-戊二烯酸5CH2COOHCHCHCOOH3-苯基丙烯酸（肉桂酸） COOHCOOHCH2COOHCOOHCOOHCOOH脂环族和芳香族羧酸命名：把脂环和芳环看作取代基，以脂肪族羧酸作为母体进行命名。(2-)环己基乙酸1,2-环己基二甲酸 苯甲酸邻苯二甲酸 (1,2-苯基二甲酸)-萘乙酸6CH3(CH2)4 CH=CHCH2CH=CHCH2CH=C

3、HCH2CH=CH(CH2)3CO2H158111420二十 四烯酸5,8,11,14-(花生四烯酸)D5,8,11,14二十碳四烯酸10C的不饱和酸在碳数后加“碳”字碳7 1. 分子中有两个部位可形成H-键，常以二聚体存在 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 CROO HC ROOH二 物理性质 p4818-活泼H的反应酸性羰基的亲核加成，然后再消除（表现为羟基的取代）羰基的亲核加成，还原R C C O HOH脱羧化学性质9第二节 酸性 p483 羧酸一般都属于弱

4、酸，比碳酸和苯酚的酸性强。羧酸能分解碳酸氢钠，放出二氧化碳，而酚不能。利用此性质可以区别羧酸与酚类。酸性强弱：无机酸 羧酸 H2CO3 酚 H2O 醇 RCOOH + NaHCO3RCOONa+CO2H2O+分子量大的羧酸难溶于水，但其钾盐或钠盐则易溶于水。医药上常将含羧基而难溶于水的药物制成易溶于水的盐，如将青霉素G制成钾盐或钠盐供注射用。10取代基对羧酸酸性的影响电子效应对酸性的影响共轭效应场效应p484吸电子取代基使酸性增大，给电子取代基使酸性减少X= OH OCH3 CH3 H Cl NO2 pKa 4.57 4.47 4.38 4.20 3.97 3.42COOHXHCOOHClCO

5、OHpKa=6.04pKa=6.25HCOOH H3CCOHOCH2COHOClpKa3.774.742.86Cl2CHCOOH Cl3CCOOH1.26 0.64Cl的-I效应使酸性增强, Cl的场效应使酸性减弱 11取代基具有给电子共轭效应时，酸性强弱顺序为： 邻 间 对取代基具有吸电子共轭效应时，酸性强弱顺序为： 邻 对 间芳香羧酸的情况分析OHOOH空间效应（利于H+离解的空间结构酸性强，不利于H+离解的空间结构酸性弱）分子内的氢键也能使羧酸的酸性增强。邻位效应：当取代基处于邻位时，无论这个取代基是吸电子基还是供电子基(NH2除外)，都将使酸性增强，即邻位取代苯甲酸的酸性大于对位、间位

6、取代苯甲酸，也大于苯甲酸。12具体分析： 邻 位（诱导、共轭、场、氢键效 应、空间效应均要考虑。） 对 位（诱导很小、共轭为主。） 间 位（诱导为主、共轭很小。） OHOOHOHCOOHOHCOOHpka : 2.98 4.08 4.57O2NCOOHCOOHCOOHCOOHNO2NO2pKa2.213.423.494.2013第三节 羧酸的化学性质一、与碱的反应及羧酸盐 p486RCOOH + NaHCO3 RCOO-Na+ + CO2 + H2OArONa + CO2 + H2O ArOH + NaHCO3 酚不能和碳酸氢钠反应羧酸盐有无机盐的性质，羧酸根负离子具有亲核性，可与卤代烃反应生

7、成羧酸酯。C2H5CH2Cl+ CH3COONaCH3COOHC2H5CH2OOCCH3亲水基团疏水基团14二、羰基的反应 p488羧酸中的羰基没有醛、酮中的活泼。羰基受亲核试剂进攻发生加成-消去反应产物：碳氧键断裂，羟基被其他基团取代羧基中羟基被取代的反应PCl3PCl5 POCl3 + HClSOCl2SO2 + HClH3PO3回回流流COHORCORO CP2O5CORNH2H NH2H ORCOROR+ H2OH+COROH +ORRCOCl +RCOCl +RCOCl +回回流流回回流流15+ HORH+ H2OCOOHRCOORR反应慢，H 催化(常用的催化剂有盐酸 、硫酸、苯磺

8、酸) ；可逆，难进行完全。+使反应进行到底：反应物之一过量除去产物之一（常是H2O）使平衡向左移动。例如除水，乙酸乙酯、乙酸、水可形成三元恒沸物 bp 70.4。1 成酯例：OO83%OOHCH3+CH2HCH2CH3HHOCH2H+ (TsOH)苯苯, ref. (-H2O)16 在药物合成中常利用酯化反应将药物转变为前药(prodrug)，以改变药物的生物利用度、稳定性等。 赛他洛尔（cetarnolol）为-肾上腺能阻断剂，可治疗 青光眼和降低眼压，由于极性强和脂溶性差，难于透过角膜。丁酰赛他洛尔的脂溶性增高，制成的滴眼剂透过角膜的能力增加了4-6倍，进入眼球后，经酶水解再生成赛他洛尔而

9、起效。ONNNSONOHHONNNSONOCOC3H7H赛他洛尔丁酰赛他洛尔17如何脱水：a. R C OHO+ H O R+ H2OR C ORO+ HO RR C OOHb.+ H2OR C ORO两种可能说明醋酸与乙醇的反应是按a式进行的实验事实1. 同同位位素素标标记记: :H3C C OHO+ H18O EtH3C C18OEtO+ H2O2. 旋旋光光标标记记: : CH3C OHO+H O CCH3(CH2)5CH3H* *C O CCH3(CH2)5CH3HCH3O+ H2O* *18RYOORYNuRNuO+YNuOHRYHNu-YHRNuOHRNuO-H+H酯化反应的机理

10、p488*1 加成消除机制RYORYOHOHRYNuHHNuHOHRYNu-H历程：191oROH，2oROH酯化时按加成消除机制进行。 酸和醇的体积(空间因素)对酯化反应速率影响很大。与CH3OH反应CH3COOH CH3CH2COOH (CH3)2CHCOOH (CH3)3CCOOH相对速率 1 0.84 0.33 0.037酯化反应的活性顺序为：醇： CH3OHRCH2OHR2CHOH羧酸： HCOOHCH3COOHRCH2COOH R2CHCOOHR3CCOOH20 3oROH按此反应机制进行酯化。 由于R3C+易与碱性较强的水结合，不易与羧酸结合，故逆向反应比正向反应易进行。所以3o

11、ROH的酯化反应产率很低。(CH3)3C-OHH+(CH3)3COH2+-H2O(CH3)3C+O=C-ROH属于SN1机制OR-C-OC(CH3)3+OHR-C-OC(CH3)3-H+按SN1机制进行反应，是烷氧键断裂该反应机制也从同位素方法中得到了证明。OCH3C-OH+ (CH3)3COHOCH3C-OC(CH3)3+ H2O181821仅有少量空阻大的羧酸按此反应机理进行。CH3CH3CH3C-OHOCH3CH3CH3C-OH2O+CH3CH3CH3C-OCH3OCH3CH3CH3C-OCH3O+HCH3CH3CH3CO+CH3CH3CH3CO+H2SO4(浓)-H+属于SN1机制。7

12、8%222 成酰卤 p489PCl3PCl5 POCl3 + HClSOCl2SO2 + HClH3PO3回回流流COROH+COClR+历程： CO+ SOCl2OSOCl+ HCl+ SO2CROHCORClRO-HClPCl3适于制备低b.p.酰氯; PCl5适于制备高b.p.酰氯; 用SOCl2制备酰氯，产物除酰氯外，都是气体，容易提纯，但所制酰氯与SOCl2的b.p.不应相近。233 成酰胺CH3CH2CH2COOH + NH3CH3CH2CH2COO- +NH425oC反应是可逆的,加热/脱水有利于正反应,为使正反应顺利进行,常采用苯、甲苯带水的方式除去产生的水。R-C-O-NH4

13、+OORC-NH2室温-H2OORC-OH + NH3P2O5RCN + H2O185oCCH3CH2CH2CONH2+ H2O应用实例：尼龙66的合成nHO2C(CH2)4COOH + nH2N(CH2)6NH2270oC 1MPa+ nH2OnC(CH2)4CNH(CH2)6NHOO24反应机制（自学）R-C-O-NH4+OORC-OH + NH3R-C-OHO-NH3+R-C-OH2O-NH2+-H2OORC-NH2R-C=N-HOH-H2ORCN 互变异构亲核加成质子转移 羧酸失水生成酸酐。条件：加热、脱水剂。脱水剂主要有乙酰氯、乙酸酐、五氧化二磷等 4 成酸酐OROHOROOR+ H

14、2OP2O5225混合酸酐的制备:RCOCl + NaOOCRRCOOCORSN2OOOOROOROOHOROH2+2某些二元酸，只需加热即可生成五元环或六元环的酸酐。COOHCOOHCCOOOCOOHCOOHCCOOO265 还原反应 p490C6H5COOHLiAlH4C6H5CH2OHCH2CHCH2COOHLiAlH4CH2CHCH2CH2OHCH2CHCH2COOHB2H6CH2CHCH2COOHH2, PtCH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2COOH羧酸能用LiAlH4和B2H6还原还原还原还原还原还原还原还原还原不还原不还原不还原不还原CCCOOH 催化氢化LiAlH4

15、NaBH4 B2H6CO27三、脱羧反应 p4911 羧酸的脱羧反应羧酸分子中羧基脱去二氧化碳的反应称为脱羧反应。一般脂肪酸难以脱羧，当两个吸电子基团在同一碳上，易加热脱羧。Y = R - C O - , H O C O - , - C N , - N O2, - A rC H2C O O HYY - C H3+C O2加热()-C上有强吸电子基的羧酸不稳定，易脱羧：HOOC CH2COOHC CH2COOHCl3C COOHCH3OC CH3CH3OCH3COOH + CO2+ CO2CHCl3 + CO228ORCCH3互变异构*环 状 过 渡 态 机 理 (了解)OHOCH2CCOROR

16、CCH2COHOCH2RCOH-CO22 生物脱羧（自学）3 羧酸盐的脱羧反应 （p492）脂肪酸不易脱羧，成盐后可以进行脱羧。 （1） 汉斯蒂克（ Hunsdiecker ）反应纯的干燥的羧酸银盐在四氯化碳中与溴一起加热，可以放出二氧化碳生成溴代烃。29+ CO2+ AgBrCH3CH2CH2CO2HAg2OBr2无水CH3CH2CH2CO2AgCCl4DCH3CH2CH2Br(一级溴代烷较好)例OCH3OHCH3OOCH3OHCH3OCOOHBrAg2OBr2RCOOAg Br2+AgBrRCOOBrRCOOBr.+.R CO2 +.Br+.RBr CO2+自由基机理(了解)30COOHC

17、H3+Pb(OAc)4LiClClCH3ClCH3*（2）科西（Kochi）反应自由基机理（可制备1、2、3RCl；制备仲、叔氯代烃较好）+ CO2RCO2HR-ClPb(OAc)4LiCl（3）Kolbe电解法羧酸盐电解制备高级烷烃自由基机理2 CH3(CH2)12COOHCH3(CH2)24CH3电解31四、-卤代反应 p493羧酸分子中-碳上的氢，受到邻位羧基的影响变得活泼，能被卤素取代，这种情况和醛酮-氢一样。但羧酸-氢的卤代需三卤化磷或红磷等的催化。CH3COOH + Cl2PClCH2COOHClCH2COOH + Cl2PCl2CHCOOHCl2CHCOOH + Cl2PCl3C

18、COOH一一氯氯乙乙酸酸二二氯氯乙乙酸酸三三氯氯乙乙酸酸32催化剂的作用是将羧酸转化为酰卤，酰卤的-H具有较高的活性而易于转变为烯醇式，从而使卤化反应发生。所以用10%30%的乙酰氯或乙酸酐同样可以起催化作用。 反应机理RCH2COOHPBr3RCH2CBrORCH-CBrBr+OH+ Br -HBrRCH-CBrBrORCHCOOH + RCH2CBrBrORCH2COOH控制卤素用量可得一元或多元卤代酸。碘代酸由-氯（或溴）代酸与KI反应来制备。互变异构这步反应不会逆转RCH=CBrOHBr-Br33当反应中红磷或三卤化磷用量发生改变将会得到不同产物，见 问题147.R-CH-COOHBr

19、R-CH-COOHR-CH-COOHR-CH-COOHR-CH(COOH)2NaOHH2OH+NH3 NaHCO3 NaCNOHNH2CNH3O+-卤代酸很活泼，常用来制备-羟基酸和-氨基酸、丙二酸等。34五、二元羧酸的酸性和热分解反应 p4941 酸性二元酸具有两个羧基，故有Ka1和Ka2两个解离常数，羧基是吸电子基， Ka1比较大（见表14-3） 。2 热分解反应二元羧酸受热时，随着两个羧基间距离不同而发生不同的反应。两个羧基直接相连或只间隔一个碳原子，受热发生脱羧反应，生成一元羧酸。HOOCCOOHHCOOH + CO2COOHCOOHCOOH + CO2例0、1 脱羧成羧酸35两个羧基

20、间隔2个或3个碳原子，受热发生脱水反应，生成环酐。COOHCOOHCH2CH2COCOCH2CH2O丁丁二二酸酸丁丁二二酸酸酐酐COOHCOOHCH2CHCH2CH3COCOCH2CHCH2CH3O2-甲基戊二酸2-甲基戊二酸酐 例 2、3 脱水成酸酐36COOHCH2CH2CH2CH2CO + H2O + CO2CH2CH2COOHCH2CH2两个羧基间隔4个或5个碳原子，受热发生脱水脱羧反应，生成环酮。HOOCCOOH+ CO2 + H2OO例两个羧基间隔5个以上碳原子，在高温时发生脱水反应，生成高分子链状酸酐。4、5 脱水又脱羧37Blanc (布朗克)规则：在可能形成环状化合物的条件下

21、,总是比较容易形成五元或六元环状化合物(即五、六元环容易形成)。0、1 脱羧成羧酸 2、3 脱水成酸酐 4、5 脱水又脱羧 6个以上成聚酐HOOC(CH2)nCOOHCOOHCH2COOHHOOCCH2CH2CHCOOHCOOHOOOO先脱羧，再成酸酐381、烯、炔烃的氧化：KMnO4, O3 ，适用于对称烯炔和末端烯炔2、醇、醛的氧化：KMnO4, CrO3, Ag2O(用于醛)，制备同碳数的羧酸3、卤仿反应：X2 / OH，制备减少一个碳原子的羧酸4、烷基苯氧化：制备苯甲酸及其部分衍生物（-H） 5、羧酸衍生物水解：酰卤、酸酐、酯、酰胺第四节 羧酸的制备方法 (自学) p495397. 格

22、氏试剂与CO2反应后水解，制备增加一个碳原子的羧酸；1、2、3RX都可使用 BrMgEt2OCO2H3O+COOH8、酚酸合成Kolbe-Schmidt反应9、丙二酸酯法等（酸酸衍生物中讲解）6. 腈的水解由卤代烃制备比原料多一个碳的羧酸；此法仅适用于1RX（2、3RX 与NaCN作用易发生消除反应）RXNaCNRCNH /H2ORCOOH醇40取代羧酸羧酸分子中烃基上的氢被其他原子或基团取代所得的衍生物叫做取代羧酸。C O O HC HN H2RCOC O O HRC O O HC HO HRC O O HC HXR取代羧酸类别ClCH2COOHCH3CHCOOHOHH2NCH2COOHCO

23、OHCOOHOHHCOCOOHCH3CO补充41补充取代羧酸为双官能团化合物，兼有取代基和羧基的性质，且由于二者相互位置的不同，又具有一些特性。一、卤代酸卤代酸的酸性强于羧酸,通过卤代酸可制备其它取代羧酸。R-CH-COOHBrNH3R-CH-COOHNH2R-CH-COOHOHR-CH-COOHCNR-CH-COOHCOOHOH-CN-H3O+42-卤代酸碱性水解：浓碱作用下，构型翻转。SN2在Ag2O存在下，用稀碱作用，构型保持。O-OHCH3BrAg+s-CH3CHBrCOOHAg2OOH-补充COO-CH3HHOBrCOO-CH3HHO-Br-邻基参与OOHCH3-AgBrOOHCH3

24、OHOH-O-OHCH3OHOHOHCH3OHH+s43内酯-或-卤代酸在碱作用下生成内酯 -卤代酸在碱的作用下生成, -不饱和羧酸RCHCHCOOHBrH.RCHCHCOOHOOCH2CH2CH2COOHBrNa2CO3CH2CH2CH2COOBr补充反应过程中经历两次SN2，构型保持(复习邻基参与，注意立体化学问题)44第五节 羟基酸 p499羟基酸包括醇酸和酚酸。2-羟基丙酸(乳酸) 羟基丁二酸(苹果酸) 2,3-二羟基丁二酸(酒石酸)3-羧基-3-羟基戊二酸(柠檬酸) 邻羟基苯甲酸(水杨酸) 3,4,5-三羟基苯甲酸(没食子酸) HOOCCHCHCOOHOHOHCH3CHCOOHOHH

25、OOCCH2CHCOOHOHOHOHCOOHHOHOOCCH2CH2COOHCOHCOOHOHCOOH45一、来源与制备很多羟基酸存在于自然界，其合成方法如下：1) 从羟基腈水解 CHCNOHH+RH(R)OCRH(R)CNOHCRH(R)COOH-羟基酸RCHHOXH+CH2RCHCH2OHXKCNRCHCH2OHCNRCHCH2OHCOOH-羟基酸462）从卤代酸水解 3） 雷福尔马茨基(Reformatsky) 反应是制备-羟基酸酯和-羟基酸的重要方法之一 增加碳BrCH2COOC2H5Zn醚CH2COOC2H5ZnBrRCHOCH3COOHCl2PCH2COOHClCH2COOHOHH

26、+H3O+RCHCH2COOC2H5OZnBrRCHCH2COOHOH47有机锌试剂只与醛酮的羰基反应，不能用镁代替锌，因有机镁试剂太活泼，与酯也发生反应。4）通过羟醛缩合反应制备 -羟基酸具有-H的酯在二异丙醇锂（LDA）作用下与醛酮反应制备-羟基酸酯 2 RCH2CHOOH-RCH2CHCHCHOHORAg2ORCH2CHCHCOOHHOR选择性氧化485）内酯水解环酮通过过氧酸氧化处理得内酯,水解后制得羟基酸O过氧酸OOOH-Baeyer-Villiger 反应OHCOO-H+OHCOOH6）-羟基酸的合成将二元酸单酯的酯基还原成醇 HOOC(CH2)nCOOC2H5HOOC(CH2)n

27、CH2OHNa + C2H5OHH2O49补充1酸性 由于羟基的吸电子诱导效应，醇酸的酸性比相应的羧酸强。邻位的酸性比苯甲酸强；间位的增强甚微；对位的酸性比苯甲酸还弱。二 化学性质50邻位:可以形成分子内氢键，使得邻羟基苯甲酸负离子稳定，这样解离后的质子不易再和羧基负离子结合，而使酸性增强。OCOHOH OCOOH H+.间位：通过诱导效应(没有共轭效应)起作用，使羧基负离子稳定，酸性增强，但因隔了3个碳原子，影响减弱，酸性增强甚小。补充51CHOOOH对位：同时存在诱导效应（-I）和共轭效应（+C），其+C效应起主导作用，羟基对羧基显示供电子效应,使酸性减小。 2 脱水反应 -羟基酸受热时，

28、分子间交叉脱水，形成交酯。丙交酯CH3CHOHOCOHOCH3CHOHOCHO.OOCH3CH3OH2O+补充52RCHCHCOOHOHH.RCHCHCOOH-羟基酸受热时，分子内脱水生成,-不饱和酸。-羟基酸分子中的羟基和羧基在常温下即可脱水生成五元环的-内酯。.CH2CH2CH2OCOOHH.OO-丁内酯53-内酯是稳定的中性化合物，遇热的碱溶液能水解成-羟基酸盐。 OONaOH/H2OCH2CHCH2COONaOHCH3Note: -羟基酸也能脱水成六元环的-内酯，但比-内酯较难生成。OOCH3H3C-甲基- -戊内酯OOH3CCH2CH3 -甲基- -己内酯 54羟基处于羧基的邻位或对

29、位的酚酸，加热易引起脱羧反应。 3 脱羧反应 COOHRCHOH稀KMnO4RCHOCO2+H2O+RCOOHOCOOHRCOH稀KMnO4CO2+H2O+RCORRCOOHOH200200220OHCO2+OHOHCOOHHOOHOHHOCO2+55 4 氧化反应 羟基酸羰基酸 O H 重要的羟基酸(一) 乳酸(二) 酒石酸酒石酸学名2,3-二羟基丁二酸。(三) 柠檬酸柠檬酸又名枸橼酸，学名3-羧基-3-羟基戊二酸。C6H12O6乳酸杆菌COOHCH3CHOH工业上乳酸由糖经乳酸杆菌发酵制得。乳酸葡萄糖补充56COOHOHOCOCH3CH3COOH+(CH3CO)2OH3PO4COOH阿司匹

30、林具有解热、镇痛、抗血栓形成及抗风湿的作用，刺激性较水杨酸小，是内服退热镇痛药。又叫柳酸，学名邻羟基苯甲酸。乙酰水杨酸(acetylsalicylic acid)俗名为阿司匹林(Aspirin)，水杨酸与乙酐在磷酸存在下共热而生成乙酰水杨酸。(四) 水杨酸补充57可供药用的其他水杨酸衍生物有：冬青油. 可止痛, 亦用作牙膏、糖果等的香精.水杨酸苯酯(Salol). 肠道和尿道消毒剂对-氨基水杨酸钠(PAS-Na). 用于治疗各种结核病。COOCH3OHH2NCOONaOHCOOC6H5OH补充58补充第六节 羰基酸一、羰基酸的命名羰基在分子碳链端的是醛酸;在分子中间的是酮酸。一元酮酸命名时称为

31、“某酮酸”，二元酮酸一般称为“酮某二酸”。CH3CH2CCOOHO-丁酮酸丙醛酸HCCH2COOHOHOOCCOCH2CH2COOH-酮戊二酸-酮丁二酸（草酰乙酸）HOOCCCH2COOHO59补充-酮酸 由酯缩合反应制备酰氰R-C-ClOR-C-CNOR-C-COOHONaCN水解制 备-酮酸酮酸的化学性质有羧酸的性质也有酮基的性质，如与氢氰酸。还有两种官能团相互影响引起的脱羧和分解反应。酮酸的脱羧反应与稀硫酸共热,生成少一个碳原子的醛(或酮)和CO260补充COOHRCOH2SO4稀HRCOCO2+CH2COOHRCOCH3RCOCO2+微微热热-酮酸比-酮酸更容易发生脱羧。通常将-酮酸的受热脱羧反应称为酮式分解。CH2RCOCOOH.酮酮式式分分解解61CH2RCOCH3COONa+COOHNaOH浓RCOONaH2O+酮酸的分解反应-酮酸与浓碱共热时，在-碳原子和-碳原子之间发生断裂，生成两分子羧酸盐。CH2RCOCOOH.酸酸式式分分解解酮酮式式分分解解-酮酸