羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应

第十一章羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应

有机化学学习要求：1、掌握：羧酸的结构、命名，羧酸的酸性，羧酸衍生物的形成，羧酸的还原及卤代反应，羟基酸、卤代酸的反应；2、熟悉：羧酸的制备方法，二元酸受热变化规律；3、了解：一些重要羧酸的俗名，羧酸的物理性质，波谱特征

。羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第1页!

通式:RCOOHorArCOOH

共同的功能团：COOH(Carboxylgroup)

阿司匹林(解热镇痛)CH3CH-COOH(CH3)2CHCH2—布洛芬(抗炎镇痛)OCOCH3COOHCH3COOKCH2–C–NH—ONOSCH3青霉素G钾(抗菌剂)羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第2页!一、分类和命名：

1、分类：根据分子中羧基的数目：

一元酸mon-二元酸di-多元酸pl-

根据R的性质：

酰基(acyl)羧基(carboxyl)不饱和酸脂肪酸芳香酸饱和烷基芳基羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第3页!2、命名a)俗名：HCOOHCH3COOH甲酸

—

蚁酸

乙酸

—

醋酸

酒石酸

乳酸

苹果酸

柠檬酸CH2COOHCH2COOHCHCOOHHO羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第4页!反-2-丁烯酸邻羟基苯甲酸呋喃甲酸苯丙酸3-苯基丙酸巴豆酸水杨酸b-羰基丁酸a-氨基丁二酸w-溴十一碳酸乙酰乙酸羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第5页!波谱性质：

IR：特征吸收：νC=O：缔合1725-1700cm-1不饱和芳香1680-1700cm-1νO-H：缔合二聚体2500-3300—>3550cm-1游离辅助：νC-O：～1250cm-1羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第6页!羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第7页!OH氧上带孤对电子，与C=O的π键共轭P-π共轭=>C=O键增长：120—>123pm

C—O键缩短：143—>136pm使得羧基碳原子上的正电性削弱—>亲核加成比醛酮难O—H键极化加大，键变弱，H+易离去—>酸性α—H受C=O吸电子的影响，仍有酸性，但比醛酮弱

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如何分离苯酚、苯甲醇和苯甲酸？思考题：油COOHCH2OHOHNaOHCOONaONaCH2OHCO2COONaOH油水水羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第9页!应用：利用羧酸的酸性分离和纯化化合物23200×10－55530×10－5136×10－51.75×10－5Ka羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第10页!

1）、生成酰卤的反应：酰(基)氯酰(基)溴比较:醇类的卤代

羧酸羟基的卤代与醇类的卤代有相似性羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第11页!

分子内二酸的脱水:正常反应:形成环状酸酐加热反应即发生羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第12页!

两种可能的酯化反应机理(i)通过酰基上的亲核取代

H+先与羧基羰基氧结合（增强了羧基的亲电性）OR'上的氧原子来自于醇提示：逆过程为酯的酸性水解机理羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第13页!碳正离子中间体证据：酸与烯烃反应可生成酯机理(ii)的关键——碳正离子羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第14页!羟基酸的酯化——形成内酯和交酯a-羟基酸b-羟基酸g-羟基酸d-羟基酸交酯g-内酯d-内酯a,b－不饱和酸羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第15页!3、羧酸的还原反应用LiAlH4还原羧酸至醇羧基较难被还原强还原剂可还原至伯醇提示：1o醇其它能还原羧基的试剂例：-NO2未受影响羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第16页!

补充内容：能被LiAlH4还原的化合物及其产物类型提示：大多数的基团能被LiAlH4还原羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第17页!

α-卤代酸在合成很有用：X→NH2,CN,OH等。→多功能基化合物。(ii)

制备a-卤代酯（制备Reformatsky试剂的原料）Reformatsky试剂酯难直接卤代(i)制备a-氨基酸或a-羟基酸亲核取代羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第18页!

b-羰基酸和b,g-烯基酸的脱羧机理羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第19页!

b-羰基酸的脱羧在合成中的应用例：合成难点:位置选择性不好反应较难操作用b-羰基酯进行反应酯基的作用:活化、定位双活化位羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第20页!1、氧化法：四、羧酸的制备：用什么氧化剂？氧化剂的选择性？羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第21页!a-羟基酸a-氨基酸羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第22页!4、羰基的缩合反应1）柏琴反应ArCHO+(RCH2CO)2OArCH=CCOOH+RCH2COOHRCH2COOKRRAr（反式构型C=CCOOHH）2）克脑文格尔反应ArCHO+CH3（

COOC2H5)2ArCH=C（COOC2H5)2吡啶/哌啶加热1）OH-/H2O2）H+/△ArCH=CHCOOH羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第23页!五、取代羧酸一）卤代酸ClR—CH—COOH1.α-卤代酸SN2反应Nu-邻基参与效应：RCHCOOH+H2O（稀OH-）ClRCHCOOH+H2OOH-LC—CGL..C—CGNu-C—CGNuC—CGNu构型保持重排产物羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第24页!α-卤代酸的制备羧酸的α-H卤化

-卤代酸的制备α,不饱和羧酸与卤化氢共轭加成制备

γ、δ-卤代酸的制备汉斯狄克反应(Hunsdieckerreaction）

Br2CCl4CH3OOC（CH2）3CHBrCH3OOC（CH2）4COOHAgNO3KOHCH3OOC（CH2）4COOAg羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第25页!C、或–羟基酸的脱水：

分子内的羧基与羟基发生脱水生成环状结构的内酯（-丁内酯或-戊内酯）CH2—C—OHCH2—O—HOH2CH2CCH2—C=OCH2—O–H2O–H2OCH2CH2C=OCH2–O—HH2COHCH2CH2CH2—OH2CC=O-丁内酯-戊内酯羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第26页!2）脱羧反应：OHR—CH—COOH稀H2SO4

R—CHO+HCOOHOHR—CH—COOHOHR—CH—COOHKMnO4H

R—COOH+CO2+H2O-羟基酸R—C—R‘+CO2+H2OOOHR—C—COOHR'KMnO4HOHRCHCH2COOHHOKMnO4RCCH2COOHOR—CCH3O

-羟基酸羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第27页!机理：Br羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第28页!一、比较下列各组化合物的酸性强弱：（1）

醋酸，丙二酸，草酸，苯酚和甲酸（2）C6H5OH，CH3COOH，F3CCOOH，ClCH2COOH，C2H5OH二、用化学方法区别下列化合物：（１）乙醇，乙醛，乙酸

（２）甲酸，乙酸，丙二酸练习题羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第29页!b)

系统命名法IUPAC命名法：

选取含取代基的最长碳链——主链从靠近羧基的一端开始编号取代基、重键的位置用阿拉伯数字（或希腊字母）标出

3-甲基-2-丁烯酸3-硝基苯甲酸（或间-）

β-甲基戊酸（3-甲基戊酸）羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第30页!二、羧酸的物理性质：

1）、b.p很高（比M相近的醇高）例：M甲酸=M乙醇，b.p100.7℃78.5℃2）、与水形成H-键=>易溶于水C1—C4的酸与水混溶，R增大，水溶性↓1、分子中有两个部位可形成H-键，常以二聚体存在。

羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第31页!羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第32页!H有酸性羰基不饱和,可加成、还原OH可被取代羰基a-H，有弱酸性，可取代羧基可脱去CO2羧酸的结构及化学性质分析羧酸的化学性质羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第33页!1、酸性：

酸性大小：

大多无机酸>羧酸>H2CO3>苯酚>ROHpKa（甲酸3.75）4.75-56.379.9816-19

溶于Na2CO3不溶羧酸根负离子的共振式与稳定性有两个完全等价的共振式羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第34页!电子效应对酸性的影响：

诱导效应：X—CH2COOH-I使酸性增强X=FClBrICHONO2N(CH3)3pKa2.662.862.903.183.531.681.83+I使酸性减弱

HCOOH

CH3COOH

(CH3)2CHCOOH

pKa3.754.764.86

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2、羧基中羟基被取代的反应：

共同的反应历程：R—C—OHO+PCl5回流PCl3SOCl2R—C—Cl

+POCl3

+HClSO2H3PO3(200C分解）+HClHO—C—'P2O5R——R'H

—NH2R—C—NH2OHOR'R—C—OR'

+

H2OOH+OCORCOOOCOCO——O羧酸衍生物酰卤酸酐酯酰胺羧酸羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第36页!2）、生成酸酐的反应：酸酐强除水剂可能机理:羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第37页!3）、酯化：

酯化反应特点：反应需要H+催化，无催化剂时反应很慢。反应可逆（加大反应物用量或除去水使酯的产率提高）

酯化反应机理的讨论

机理须说明的问题：

a.反应可逆性b.H+在反应中起什么的作用？先作用在哪？c.酯中OR‘中氧的来自于酸还是醇？

羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第38页!(ii)通过烷基碳正离子中间体

H+先与醇羟基氧结合羧基羰基氧作为亲核试剂，OR'上的氧原子来自于酸羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第39页!研究两种酯化反应机理的实验室方法：(i)

同位素标记法。如：用RO18H确定烷氧基中氧的来源(ii)旋光性醇酯化法。总结：

伯醇、仲醇酯化经机理(i)。

叔醇酯化经机理(ii)

（关键：R+稳定，较易生成）有旋光，机理(i)无旋光，机理(ii)羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第40页!提示：合成上一般通过羧酸衍生物制备酰胺（第12章）4）、生成酰胺的反应：羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第41页!合成上应用——制备伯醇合成上由羧酸制备伯醇，宜先酯化再还原直接还原羧酸：LiAlH4用量多，反应开始剧烈，后较慢，先酯化再还原：反应较易进行，产率较好，反应条件相对比较温和，LiAlH4用量较少羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第42页!4、α-H的反应a-卤代羧酸羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第43页!5、脱羧反应

通过羧酸钠盐脱羧

b-羰基酸或b,g-烯基酸的脱羧注意比较产物与原料的双键的位置提示：羧基的位有不饱和基团时易发生脱羧!!产率一般较低b-羰基酸b,g-烯基酸羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第44页!羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第45页!6、二元酸的热解反应COOHCOOHCOOHCOOHH2CCH3COOH+HCOOHCO2+CO2羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第46页!2、腈类化合物的水解（酸性水解和碱性水解）例：丁二酸丙二酸羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第47页!亲核加成机理制备比RX多一碳的羧酸3、Grignard试剂+CO2羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第48页!【课堂练习】用指定原料合成下列化合物１、HOCH2CH2ClHOCH2CH2COOH2、BrCOOHMgBrMg、干醚①CO2②H/H2O+NaCNH/H2O+HOCH2CH2CN羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第49页!备注：1、能发生邻基效应的基团通常为具共用电子对的基团、含碳碳双键等的不饱和基团、具∏键的芳基等。3.γ-,δ-,ε-卤代酸内酯碱2.-卤代酸消除反应碱羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应共55页，您现在浏览的是第50页!二）羟基酸（1）脱水反应：A、-羟基酸的脱水：两分子间的交叉脱水成交酯CH3–CH–O—