第九讲羧酸及其衍生物含氮化合物

1、羧酸及其衍生物1 羧酸羧酸n羧酸：分子中含有羧基的化合物。n羧基：COOH 1.1 命名命名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。n 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CH3CCHCOOHCH3CH3CHCH2COOHClCOOHn二元羧酸： HOOCCOOH 乙二酸 丁烯二酸 对苯二甲酸CHCOOHCHCOOHCOOHCOOHn1.1.2 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）， 甘氨酸（

2、H2NCH2COOH） 肉桂酸 柠檬酸 乳酸CH2COOHCCH2COOHHOCOOHCH=CHCOOHCH3CHCOOHOH1.2羧酸的来源与制法羧酸的来源与制法 n 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。n 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。n1.2.1由烃、醇、醛氧化 常用的氧化剂有K2Cr2O7

3、+H2SO4, KMnO4, HNO3, CrO3 等。 芳烃支链的氧化常用于芳香族羧酸的合成：CH3CH2CH2CH3KMnO4 / OH-回流COOHCOOHCH3C(CH3)3K2Cr2O7 / H2SO4COOHC(CH3)3n 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/H2SO4CH3CH2COOH65%CH3(CH2)3CHCH2OHCH3CH21.KMnO4/OH-CH3(CH2)3CHCOOHCH3CH274%n-C6H13CHOKMnO4/H2SO4n-C6H13COOH75%OCHOOCOOH75%

4、CrO3/H2O室温2. H+n1.2.2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 CH2CNH2SO4, H2O或 O H-, H2ORCH2COOHC6H5CH2ClNaCN, DMSOC6H5CH2CNH3O+C6H5CH2COOH(CH3)2CHCH2CH2ClNaCNPTC(CH3)2CHCH2CH2CNOH-/H2O(CH3)2CHCH2CH2COOHCH3COOC2H5H3O+CH3COOHC2H5OH+n1.2.3 羧化法n1.3

5、化学性质 1.3.1 酸性： RCOOH ArOH H2O ROH RCCH NH3 RH RCOOH + NaHCO3 RCOONa + CO2 + H2O RCOONa + HCl RCOOH + NaClRMgXCO2RCOMgXOH2ORCOHO+CCOOHH影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

6、的共振效应使酸度增强。 COOCOO-CO-O（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 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 CH3CH2CH2COOH CH3CH2CHClCOOH CH3CHCl

7、CH2COOHClCH2CH2CH2COOH pKa 4.82 2.82 4.41 4.70pKa 4.82 2.82 4.41 4.70 pKa 4.76 1.68pKa 4.76 1.68COOHCHH2COOHCHNO22 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 4.58HXCONHCOORCOOHSOCNOCNO22|2HHOOCHCOOHC=CHHOOCHCOOHC=CCOOHHOOCOHCOOHOHOOH（二）外部条件 1 溶剂 不同溶剂中，酸碱

8、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 温度 酸性 30 (RCO)2O RCOOR RCONH2 RCONR2R COL+NuRCOLNuRCNuO+L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 + RCOOHRCOOR” RCOOR + R”OH (酯交换反应)酰胺不能发生醇解反应（1）水解、醇解、氨解氨解：RCOCl RCONH2 + HC

9、l(RCO)2O + NH3 RCONH2 + RCOONH4RCOOR” RCONH2 + R”OHCH3COCCH3O OCOOHOHCOOHOCCH3O+缓释Aspirin例：阿司匹林的制备：酯的水解反应历程碱性水解：RCOROOH-RCO-OHORRCOHORO-ROHRCOO-+fastfastslowslowv=kRCOOROH-酸性水解：RCORORCOHOH2+OR+ H+RCOROH+RCOHOHO+RH-ROHRCOHOH+RCOOHH+H2O+（2） 与Grignard 试剂的反应+ RMgClRCORRCOCl(fast)RCOOR+ RMgClRCOR(1) RMgC

10、l(2) H2OR CRROH酸酐与Grignard 试剂的反应在低温下也可得到酮。酰胺与Grignard 试剂作用时，氮上的氢可使Grignard 试剂分解。该反应不适合用于制备酮，但可制备醇。2.2.2 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。2.2.3 酯缩合反应 Claisen缩合:2CH3COOC2H5 CH3COCH2COOC2H5C C2 2H H5 5ONaONaCH3COC2H5O+ C2H5OCH2C OC2H5OCH2=C OC2H5O+ C2H5OHCH3COOC2H5+ CH2COC2H5OCH3COOC2H5CH2COC2

11、H5OCH3CCH2COC2H5OO+C2H5OH 在一个分子内发生的Claisen缩合成为Dieckmann缩合:CH2CH2COOC2H5CH2CH2COOC2H5NaTolueneCH2CH2CH2CHCOCOOC2H5例：(A)(B)(C)(D)NCOCH2COOC2H5C2H5OOCH2COCNCOCH2COOHHOOCH2COCNCOCH3H3COCNNN2.2.5 Reformatsky反应BrCH2COOC2H5+ZnBrZnCH2COOC2H5BrZnCH2COOC2H5+C6H5CCH3OH2OC6H5CCH3OZnBrCH2COOC2H5C6H5CCH3OHCH2COOC

12、2H5ZnBrOH+2.2.4 Knoevenagel 缩合：C6H5CHO + CH2(COOC2H5)2 C6H5CH=C(COOC2H5)2六氢吡啶2.3 油脂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。CH2OCOR1CHOCOR2CHOCOR3+NaOHCH2OHCHOHCH2OH+R1COONaR2COONaR3COONa 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。2.4 羧酸衍生物的制备羧酸衍生物的制备可由羧酸或其

13、它羧酸衍生物制备（见羧酸衍生物性质部分）。 SOCl2 RCOOH + PCl3 RCOCl PCl5COOHCOOH230OOORCOCl + RCOO-RCOCRO O2.5 乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯在合成中的应用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。CH3COCH2COOC2H5NaOC2H5CH3CCHCOOC2H5O_CH3CCHCOOC2H5O-RXCH3COCHCOOC2H5RKOHCH3COCH2RCH3COCHCOOKRHCl浓碱RCH2COO-RCH2COO

14、HH+CH3CCH2COOC2H5O(1) EtONa(1) EtONa(1) EtONa(1) EtONaRXCH3CCH2COOC2H5OCH3CCH2COOC2H5OCH3CCH2COOC2H5O(2)RCOX(2) XCH2CORCH3CCHCOOC2H5OR酮式分解酮式分解酮式分解酮式分解CH3CCH2ROCH3CCHCOOC2H5OCORCH3CCHCOOC2H5OCH2CORCH3CCHCOOC2H5OCH2CO2EtCH3CCH2CROOCH3CCH2CH2CROOCH3CCH2CH2COOHO(2)(2)XCH2COOEt甲基酮- 二酮- 二酮- 酮酸NaOC2H5RXKOHH+RCH2COOHCH2(COOC2H5)2CH(COOC2H5)2RCH(COOC2H5)2RCH(COOK)2CH2(COOC2H5)2(1) 2EtONa(2) Br(CH2)3BrCO2C2H5CO2C2H5(1) OH- -,(2)H3O+COOH环 烷 取 代 酸(3) , - -CO2COOHCOOH(1) OH- -,(2)H3O+(3)