有机化学——09羧酸和取代羧酸

1、第九章 羧酸和取代羧酸学习要点1.羧酸和取代羧酸的定义、结构、分类、命名和理化性质2.甲酸的结构特性及其与性质的关系3.重要的羧酸和取代羧酸在医药学上的应用 第九章 羧酸和取代羧酸烃分子中的氢原子被羧基（COOH）取代而形成的化合物称为羧酸，其通式为RCOOH（甲酸为HCOOH），羧基是羧酸的官能团羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或基团取代而形成的化合物称为取代羧酸 一、羧酸的结构 羧酸分子中都含有羧基官能团RCOHO酰 基羧基羧基中的碳原子是SP2杂化，三个键在一个平面上碳原子的一个P轨道与氧原子的P轨道形成键HRC贩贩HOOR136pm123pm二、羧酸的分类和命名 （一） 羧酸的分类

2、按羧基所连接的烃基种类脂肪羧酸脂环羧酸芳香羧酸 按烃基是否饱和饱和羧酸不饱和羧酸 按所含羧基的数目一元羧酸二元羧酸多元羧酸（二）羧酸的命名 羧酸的命名和醛相似，把“醛”改成“酸”字 选择分子中含羧基的最长碳链为主链，根据主链碳原子的数目称为某酸。编号从羧基碳开始，用阿拉伯数字标明取代基的位次，也可用希腊字母来表示，从与羧基相邻的碳原子开始，依次为、1.饱和脂肪酸的命名 2-甲基丁酸4-甲基-2-乙基戊酸-甲基丁酸 -甲基- -乙基戊酸CH3 CH2 CH COOH CH3 CH CH2 CH COOHCH3CH3CH2CH32.不饱和脂肪酸的命名 选择包含羧基和不饱和键在内的最长碳链作为主链，

3、称为某烯酸或某炔酸。把双键、叁键的位次写在名称的前面 2-丁烯酸 (巴豆酸)2-甲基-2-丁烯酸-甲基-丁烯酸-丁烯酸CH3 CH = CH COOH CH3 CH = C COOHCH3 3.二元脂肪羧酸的命名 选择分子中含两个羧基在内的最长碳链作为主链，称为某二酸 4.芳香羧酸和脂环羧酸的命名 把脂肪羧酸作为母体，将芳香烃基、脂环烃基视为取代基 丁二酸 乙二酸乙基丙二酸HOOC COOH HOOC CH2 CH2 COOH CH3 CH2 CH COOHCOOH另外，羧酸还常根据其天然来源或性质用俗名，如蚁酸HCOOH、醋酸CH3COOH、草酸HOOC-COOH、安息香酸 COOH 苯甲酸

4、 间甲基苯甲酸 3 苯基丙烯酸 -CH=CH COOHCH3COOHCOOH邻苯二甲酸 环戊基乙酸COOHCOOHCH2 COOH三、羧酸的物理性质 低级羧酸是具有强烈气味的液体，高级羧酸是无臭固体 羧酸的沸点高于质量相近的其它类型有机物双分子缔合CH3COOHOHOCCH3 低级羧酸溶于水，但高级羧酸不溶于水，能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂四、羧酸的化学性质 羧酸的化学性质主要表现在官能团羧基上。羧基在形式上由羰基和羟基组成，但由于它们通过p-共轭构成了一个整体，使羧酸在性质上有别于羰基化合物和醇类，而具有特殊性质 (Ar)ROHOOC C羧基上羟基的取代反应 RCO- -X X酰酰卤卤酰酰卤卤

5、RCOOCOROCOR 酸酸酐酐酸酸酐酐RCO- -OROR酯酯酯酯RCO- -NHNH2 2酰酰胺胺酰酰胺胺4.氧化与还原；脱羧反应（一）酸性 由于羧基中的p-共轭体系，使羟基氧原子上的电子云密度降低，导致氢氧键极性增强，易于解离出质子，表现酸性R C OH R C O + HOO=HRR+HH+ +HHR RR R 羧酸的羧酸的p pK Ka a一般都在一般都在3 35 5甲酸 苯甲酸 其他饱和一元羧酸 pKa 3.77 4.17 45一元羧酸的酸性比盐酸、硫酸等无机强酸的酸性弱，比碳酸和酚类的酸性强，可与NaOH、Na2CO3反应。 羧酸与其他有关化合物的酸性强弱顺序如下： H2SO4、

6、HClRCOOHH2CO3OHH2OROHRCOOH + NaOHRCOONa + H2ORCOOH + Na2CO3RCOONa + CO2+ H2O 试将下列各组化合物按酸性由强到弱顺序排列1.CH3COOH H2O CH3CH2OH NH3 C6H5OH H2CO32.CH3COOH HCOOH (CH3)2CHCOOH课堂互动（二）羧基上羟基的取代反应 羧酸分子中羧基上的羟基被卤素、酰氧基、烷氧基和氨基取代，生成相应的酰卤、酸酐、酯和酰胺等羧酸衍生物。羧酸分子中去掉羟基剩余的部分称为酰基（ ） =R C OOHCORROCL(Ar)（Ar）酰 基1.酰卤的生成 酰卤具有高度反应活性，广

7、泛应用于药物合成中三氯化磷酰氯亚磷酸五氯化磷酰氯三氯氧磷亚硫酰氯酰氯RCOH + PCl3R C Cl + H3PO3=OO=OOR C OH + PCl5 R C Cl + POCl3 + HCl=OOR C OH + SOCl2 R C Cl + SO2 + HCl 注：4、5个碳原子的二元酸加热，分子内脱水，形成稳定的五元环或六元环的环状酸酐（环酐） 丁二酸丁二酸酐CH2 C OH=CH2 C OHOOCH2 CCH2 COOO3002.酸酐的生成 R C OH + HO C R R C O C R + H2OP2O5=OOOO邻苯二甲酸邻苯二甲酸酐=CCOOOOCCOHOHOH2O+

8、2303.酯的生成 在少量酸（(如浓硫酸）的催化作用下，羧酸可与醇反应生成酯，该反应被称为酯化反应羧酸 醇 酯=OR C OH + R OH R C O R + H2O=O浓 H2SO4酯化反应是可逆反应，生成的酯在同样条件下可与水作用生成羧酸和醇，称为酯的水解反应羧酸与醇的酯化反应，在大多数情况下，是羧酸的羟基与醇羟基上的氢形成水CH3-COH + H O18-C2H5 CH3-CO18-C2H5+ HO-HOOCH3-COH + H O18-C2H5 CH3-CO18-C2H5+ HO-HO OO O4.酰胺的生成 羧酸铵 酰胺 R C OH + NH3 R C ONH4 R C NH2

9、+ H2OOOO= 酰胺是一类很重要的化合物，很多药物的分子结构中都含有酰胺结构。加热可进一步反应生成腈=R C NH2 R C NOH2O+（三）-H原子的卤代反应 CH3CH2COOH CH3CHCOOH CH3CCOOHBr2Br2 ,PPBrBrBr受羧基吸电子效应的影响，羧酸分子中-H原子具有一定的活性（四）还原反应 氢化铝锂还原羧酸时，产率高，分子中的C=C不饱和键不受影响，只还原羧基，生成不饱和醇 RCH2CH=CHCOOH RCH2CH=CHCH2OHLiAlH4H（五）脱羧反应 R COONa + NaOH R H + Na2CO3强热CaOCH3COONa + Na OH

10、CH4 + Na2CO3强热CaO此反应常用于实验室制取甲烷。二元羧酸比饱和一元羧酸更易脱羧HOOC-COOH HCOOH CO2五、羧酸的制备 1.氧化法 伯醇或醛氧化可生成相应的羧酸；侧链含有-H原子的芳烃，氧化产物均为苯甲酸RCH2OH RCHO RCOOH OO CH3OCOOH2.水解法 RCN + 2H2ORCOOH + NH4RCOO + NH3 + H2OHOH六、重要的羧酸1.甲酸（HCOOH）俗名蚁酸，最初是从蚂蚁体内发现的。是具有刺激性气味的无色液体，易溶于水，有强的腐蚀性甲酸的分子结构特殊，它的羧基与氢原子直接相连，分子中既有羧基的结构，又有醛基的结构。能生成铜镜（与费

11、林试剂）能生成银镜（与托伦试剂）羧基醛基区别甲酸与其他羧酸用化学方法鉴别下列各组化合物1甲酸和丙酸2苯甲酸、苄醇和苯酚课堂活动2.乙酸（CH3COOH） 乙酸又称醋酸，是食醋的主要成分，乙酸是无色有刺激性气味的液体，易溶于水，熔点16.6。室温低于16.6时，乙酸能凝结成冰状的固体，所以常把无水乙酸称为冰醋酸3.苯甲酸（C6H5COOH）苯甲酸俗称安息香酸,存在于安息香树胶中而得名。苯甲酸是白色晶体，用作食品和药物的防腐剂 4.乙二酸（HOOC-COOH） 乙二酸俗名草酸，多以盐的形式存在于许多草本植物中草酸能把高价铁盐还原成易溶于水的低价铁盐，因而可用草酸来洗涤铁锈或蓝墨水的污渍。也常用草酸

12、作漂白剂，用以漂白麦草、硬脂酸等 5.丁二酸(HOOC-CH2CH2-COOH) 丁二酸俗名琥珀酸，最早是由蒸馏琥珀制得。琥珀是含约8琥珀酸的透明红褐色松脂化石草酸是饱和脂肪二元羧酸中酸性最强的一个。它除了具有一般羧酸的性质外，还具有还原性，易被氧化第二节 取代羧酸 一、羟 基 酸（一）羟基酸的分类和命名羟基酸分子中具有两种官能团：羧基和羟基 分类 醇酸 酚酸-羟基丙酸羟基丁二酸乳酸苹果酸（2-羟基丙酸）CH3CHCOOHOHCHCOOHCH2COOHHO（1）以羧酸为母体，羟基作为取代基（2）碳链编号时,从羧基的碳原子开始，用阿拉伯数字或希腊字母、 等标明羟基的位次（3）酚酸是以芳香酸为母体

13、，标明羟基在芳环上的位次（4）也常用俗名命名 命名（二）羟基酸的性质 一般是晶体或粘稠状液体。易溶于水，溶解度比相应的醇或羧酸大，大多数醇酸具有旋光性 羟基酸的熔点比相应的羧酸高 酚酸都为晶体，大多微溶于水1.酸性 由于羟基有吸电子诱导效应，一般醇酸的酸性比相应的羧酸强 HOCH2COOH3.83CH3COOH4.76pKaCH2CH2COOHCH3CHCOOHpKaOHOHCH3CH2COOH3.874.514.88pKaOHCOOHCOOHOHCOOHHOCOOH3.004.124.174.54酚酸的酸性受羟基的吸电子诱导效应、羟基与芳环的供电子共轭效应和邻位效应的影响，其酸性随羟基与羧基

14、的相对位置不同而异2.氧化反应 醇酸分子中的羟基受羧基影响，比醇分子中的羟基更容易被氧化 CHCH3COOHOHCCH3OCOOHAgTollens试剂CCH3OCH2COOH稀HNO3CHCH3CH2COOHOH3.分解反应 -醇酸与稀硫酸共热时，分解生成甲酸和少一个碳的醛或酮RCCOOHOHO稀H2SO4RCRHCOOHR,RCHCOOHOH稀H2SO4RCHOHCOOH酚羟基在邻位或对位的酚酸，加热至熔点以上时，易分解脱羧，生成相应的酚COOHOHOHCO2 2002204.脱水反应 （1）-醇酸受热时分子间脱水生成交酯 羟基丙酸丙交酯CHCCH3OCCHOHHOHOOHCH3OOOCH

15、3CH3 OOH2O2（2）-醇酸受热时分子内脱水生成，-不饱和羧酸 RCHCHCOOHOHHRCHCHCOOHH2O（3）、-醇酸分子内脱水生成五元环或六元环的内酯 -丁内酯-羟基丁酸钠 H2O CH2CCH2CH2OHOHONaOHHOCH2CH2CH2COONaOO （4）羟基与羧基相隔4个以上碳原子的醇酸加热，多发生分子间的脱水，生成链状聚酯 聚酯在临床上也有应用（三）重要的羟基酸及其衍生物 1.乳酸 -羟基丙酸（存在于酸牛乳而得名） 无色粘稠液体，溶于水，乙醇和乙醚中，不溶于氯仿 乳酸具有消毒防腐作用 乳酸钙用作补钙剂；乳酸钠用酸中毒的解毒剂2.苹果酸 羟基丁二酸（因来自苹果而得名

16、） 天然的苹果酸为无色针状结晶，溶于水和乙醇 苹果酸多用于制药、糖果和饮料等 苹果酸钠可作为低食盐患者的食盐代用品自然界存在的酒石酸为透明晶体，易溶于水酒石酸可作食品的酸味剂3.酒石酸 2，3-二羟基丁二酸（葡萄酿酒时析出的结晶） 柠檬酸为晶体，易溶于水和乙醇，酸味强 4.柠檬酸又名枸橼酸3-羧基-3-羟基戊二酸（来自柠檬而得名）水杨酸为无色针状晶体，熔点159，在79时升华，易溶于热水、乙醇、乙醚和氯仿5.水杨酸又名柳酸 邻羟基苯甲酸（存在于柳树和水杨树皮中） 水杨酸用途 消毒剂、防腐剂。 衍生物用作药物。乙酰水杨酸（制备？）退热、解痛抗结核对氨基水杨酸水杨酸与乙酸酐反应制得。二、羰 基 酸

17、 （一）羰基酸的分类和命名 羰基酸分子中具有两种官能团：羧基和羰基。酮酸可分为、 酮酸 分类 醛酸 酮酸（酮酸可分为、 酮酸）OHCCOOHCH3C COOHO羰基酸的命名与醇酸相似，也是以羧酸为母体，羰基的位次用阿拉伯数字或希腊字母表示 丙酮酸3-甲基-5-己酮酸CH3CCH2CHCH2COOHCH3OCH3CCOOHO乙醛酸HCCOOHO 命名（二）酮酸的化学性质 酮酸兼有酮基和羧基，具有酮和羧酸的通性。由于两个官能团的相互影响及相对位置的不同 ，-酮酸和 -酮酸又有一些特殊的性质 1.酸性 由于羰基的吸电子诱导效应比羟基强，酮酸的酸性比相应的醇酸强。更强于相应的羧酸2.-酮酸的性质 （1

18、）分解反应：-酮酸与稀硫酸或浓硫酸共热，分别发生脱羧和脱羰反应，生成相应的醛或羧酸 CH3CCOOHOCO2H2SO4CH3CHO稀=丙酸CH3CHCOOHOHCH2CH2COOHOHCH3CH2COOH3.874.514.88-羟基丙酸 -羟基丙酸（2）氧化反应：能与弱氧化剂反应 R CCOOHORCOOTollensAgCO2试剂=3.-酮酸的性质 （1）酮式分解：微热就发生脱羧反应，生成酮微热CO2CH3CCH2COOHO=CH3CCH3O=（2）酸式分解：-酮酸与浓碱共热时，-碳原子和-碳原子间的键断裂，生成两分子羧酸盐 RC CH2COOHONaOH2RCOONaCH3COONa（浓）=（三）重要的羰基酸 1.丙酮酸（CH3COCOOH） 丙酮酸是最简单的-酮酸，为无色液体，有刺激性气味，沸点165（分解），易溶于水 丙酮酸是重要的生物活性中间体2.-丁酮酸 （CH3COCH2COOH） -丁酮酸又称乙酰乙酸，为无色黏稠液体 -丁酮酸是人体内脂肪代谢的中间产物，在酶的作用下能与-羟基丁酸相互转变 3. -丁酮二酸 （HOOCCOCH2COOH）-丁酮二酸又称草酰乙酸，为晶体，能溶于水，与三氯化铁溶液反应显红色。在体内酶的作用下，-丁酮二酸可脱羧生成丙酮酸。它是生物体内糖、脂肪和蛋白质代谢的中间产物 医学上把-丁酮酸