第八章羧酸和取代羧酸详解

第八章羧酸和取代羧酸详解演示文稿第一页，共七十页。优选第八章羧酸和取代羧酸第二页，共七十页。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、、、(末端)

等。

2,3-二甲基戊酸或,-二甲基戊酸

2-甲基-3-戊烯酸2,4-戊二烯酸

3-羧基-3-羟基戊二酸（柠檬酸）第三页，共七十页。

(2-)环已基乙酸1,2-环已基二甲酸苯甲酸邻苯二甲酸(1,2-苯基二甲酸)3-苯基丙烯酸-萘乙酸（肉桂酸）

第四页，共七十页。2,4-环戊二烯基甲酸反-1，3-环戊基二甲酸RRE-（2-）丁烯二酸第五页，共七十页。CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3CO2H158111420二十四烯酸D5,8,11,14二十碳四烯酸5,8,11,14-(花生四烯酸)>10C的不饱和酸在碳数后加“碳”字

碳看书P500（1）第六页，共七十页。二、羧酸的结构

羧基不是羰基和羟基的简单加合p-π共轭体系

sp2

第七页，共七十页。键长部分平均化；羰基碳的正电性——降低，亲核加成变难；羟基H的酸性——增加；

a-H的活性——

降低；羟基较难被取代；p-π共轭的结果:第八页，共七十页。三、物理性质

易形成双分子氢键缔合体，与分子量相近的其它类型有机物相比，羧酸具有特别高的沸点。第九页，共七十页。四、羧酸的化学性质

-活泼H的反应酸性羰基的亲核加成，然后再消除（外观表现为羟基的取代）羰基的亲核加成；还原脱羧第十页，共七十页。

(一)酸性

羧酸一般都属于弱酸，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。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。高级脂肪酸钠是肥皂的主要成分，高级脂肪酸铵是雪花膏的主要成分。第十一页，共七十页。羧酸酸性的强弱取决于电离后所形成的羧酸根负离子(即共轭碱)的相对稳定性。常见酸酸性比较：第十二页，共七十页。

羧酸的酸性强弱受整个分子结构的影响

Z为吸电子基，酸性增强Y为斥电子基，酸性减弱H－COOHCH3－COOHCH3CH2－COOHpKa3.774.764.88H－COOHC6H5－COOHCH3－COOHpKa3.774.174.76第十三页，共七十页。如丙二酸的一个羧基负离子对另一个羧基酸性的影响：既有诱导效应，也有场效应。二种影响都使质子不易离去从而使第二电离度大大减弱。场效应的大小与距离平方成反比，距离越近，作用越大。诱导效应场效应不同电负性取代基的影响，除了沿着碳链传递(诱导效应)外，还可通过场效应传递。场效应是某些取代基的静电作用,通过空间对反应中心产生影响。-OHCH2COO=COδ+第十四页，共七十页。δ-δ+场效应与诱导效应的影响方向也有不一致的情况，如：

H—OCl C=O

H—OH C=O6.25pKa：6.04Cl的-I效应使酸性增强,

Cl的场效应使酸性减弱第十五页，共七十页。芳香酸：间位只考虑诱导效应，对位同时考虑共轭效应和诱导效应，邻位取代比较特殊。CO2HO2NCO2HNO2CO2HNO2CO2HCO2HHOCO2HOHCO2HOHpKa:2.213.423.494.202.984.084.57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、间位取代苯甲酸，也大于苯甲酸。？

P486:14-1;14-2;P501:3;4;5第十六页，共七十页。

(二)羧酸的还原

一般情况下，羧酸不容易被还原。只有一些特殊的还原剂如氢化铝锂(LiA1H4)、乙硼烷(B2H6)才能被还原成相应的醇。

第十七页，共七十页。NaBH4LiAlH4催化加氢B2H6烯炔烯炔醛酮醛酮醛酮醛酮酰卤羧酸羧酸衍生物腈、肟羧酸衍生物腈、肟羧酸羧酸衍生物(酰卤除外)卤代烃(亚)硝基化合物卤代烃(亚)硝基化合物卤代烃第十八页，共七十页。(三)羧基中羟基被取代的反应羧基中的羟基可被卤原子(－X)、烃氧基(－OR)、酰氧基(－OCOR)和氨基(－NH2)等取代，产生酰卤、酯、酸酐和酰胺等羧酸衍生物。反应历程为亲核加成－消除。1．酰卤(acylhalideoracidhalide)的生成PCl3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。第十九页，共七十页。

2．酸酐(acidanhydride)的生成

脱水剂：乙酰氯、乙酸酐、五氧化二磷等

混合酸酐的制备:单酐SN2甲酸在脱水剂作用下生成CO?P490:14-3;14-4第二十页，共七十页。某些二元酸，只需加热即可生成五元环或六元环的酸酐。?P491:14-5第二十一页，共七十页。

3．酯(ester)的生成——酯化反应

为提高产率，可采用：A.增加其中一种便宜原料的用量。B.不断除去反应生成的水C.或者及时将生成的低沸点酯蒸出。第二十二页，共七十页。酯化反应机理:两种断键方式：第二十三页，共七十页。酸和醇的体积(空间因素)对酯化反应的速率有很大影响。所以酯化反应的活性顺序为：

醇：CH3-OH>RCH2-OH>R2CH-OH

酸：HCO2H>RCH2CO2H>R2CHCO2H>R3CCO2H

上述机理为酸催化的酰氧断裂的双分子机理。羧酸与伯/仲醇酯化时多属于这一机理。第二十四页，共七十页。①

3oROH按此反应机制进行酯化。②

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3oROH的酯化反应产率很低。*2.烷氧断裂---碳正离子机制属于SN1机制该反应机制也从同位素方法中得到了证明。(CH3)3C-OHH+(CH3)3COH2+-H2O-H+按SN1机制进行反应，是烷氧键断裂+(CH3)3COH+H2O第二十五页，共七十页。是SN2反应。只适用于1oRX和活泼RX。

常用的是钠盐。(有时也用Ag盐，优点：速率快。缺点：太贵。)体系中双键不受影响。

RCOO-+R’XRCOOR’+X-SN2此外，还可采用羧酸盐与卤代烷反应合成酯(SN2)

第二十六页，共七十页。

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起效。第二十七页，共七十页。4．酰胺(amide)的生成羧酸与NH3或RNH2、R2NH作用，生成铵盐，然后加热脱水生成酰胺或N-取代酰胺。第二十八页，共七十页。腈的生成未取代酰胺第二十九页，共七十页。

(四)

-氢的卤代反应羧酸分子中-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。该反应称为Hell-Volhard-Zelinsky反应三卤化磷或红磷是催化量，否则-OH继续被溴取代（P494:14-7)第三十页，共七十页。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。-卤代酸很活泼，常用来制备-羟基酸和-氨基酸、丙二酸等。R-CH-COOHBrR-CH-COOHR-CH-COOHR-CH-COOHR-CH(COOH)2NaOHH2OH+NH3①

NaHCO3②

NaCNOHNH2CNH3O+第三十一页，共七十页。

(五)脱羧反应——缩短碳链

羧酸分子中羧基脱去二氧化碳的反应称为脱羧反应。

一般一元羧酸很难直接脱羧。当羧酸分子中-碳原子上连有吸电子取代基时脱羧反应比较容易进行。第三十二页，共七十页。丙二酸型化合物的脱羧

原因：基团Y的吸电子作用；另外，环状过渡态机制。第三十三页，共七十页。汉斯蒂克（Hunsdiecker）反应Ag2O用HgO替代——Cristol反应自由基机理(相当于-COOH被卤素Br取代）脂肪酸和芳香酸都可通过这个途径脱羧第三十四页，共七十页。科西（Kochi）反应——自由基机理（制备仲、叔氯代烃较好）脂环酸收率好。有几何异构的环烷酸生成顺反异构第三十五页，共七十页。Kolbe电解法——羧酸盐电解制备高级烷烃自由基机理?P492:14-6第三十六页，共七十页。(六)二元羧酸受热时的特殊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。1．两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。

二三脱羧成羧酸第三十七页，共七十页。2．两个羧基间隔2个或3个碳原子，受热发生脱水反应，生成环酐。

2-甲基戊二酸2-甲基戊二酸酐

四五脱水成酸酐第三十八页，共七十页。3．两个羧基间隔4个或5个碳原子，受热发生脱水脱羧反应，生成环酮。

己二酸

环戊酮

庚二酸

环己酮

六七脱水又脱羧4．两个羧基间隔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。

第三十九页，共七十页。Blanc(布朗克)规则：

在可能形成环状化合物的条件下，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)。思考题二三脱羧成羧酸；四五脱水成酸酐；六七脱水又脱羧第四十页，共七十页。羧酸可与RMgX、RLi反应，结果不一。(七)其它反应羧酸镁盐不溶于有机试剂，且成盐后羧羰基活性降低，故不再和格氏试剂进一步反应。羧酸锂盐的解离性不是很高，但溶解性却很好，且易于接受亲核试剂进攻。第四十一页，共七十页。羧基一般不被氧化，但甲酸、草酸具有还原性；甲酸甚至可被Tollens试剂、Fehling试剂氧化，草酸能被KMnO4氧化。-碳原子上取代基少的，空间位阻小的羧酸易于发生加成反应。常用溶剂乙醚、苯、四氢呋喃等。第四十二页，共七十页。一、卤代酸第二节取代羧酸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。第四十三页，共七十页。卤代酸的酸性强于羧酸通过卤代酸可制备其它取代羧酸第四十四页，共七十页。-卤代酸碱性水解：浓碱作用下，构型翻转。SN2第四十五页，共七十页。在Ag2O存在下，用稀碱作用，构型保持。反应过程中经历两次SN2，构型保持复习邻基参与，注意立体化学问题邻基参与第四十六页，共七十页。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,

-不饱和羧酸第四十七页，共七十页。

羟基酸包括醇酸和酚酸。

2-羟基丙酸或-羟基丙酸羟基丁二酸2,3-二羟基丁二酸(乳酸)(苹果酸)(酒石酸)

3-羧基-3-羟基戊二酸邻羟基苯甲酸3,4,5-三羟基苯甲酸2-苯基-2-羟基乙酸(柠檬酸)(水杨酸)(没食子酸)(扁桃酸)二、羟基酸第四十八页，共七十页。1)从羟基腈水解

1.制备-羟基酸-羟基酸第四十九页，共七十页。2）从卤代酸水解3）雷福尔马茨基(Reformatsky)反应是制备β-羟基酸酯和β-羟基酸的重要方法之一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。增碳-卤代酸酯第五十页，共七十页。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5）内酯水解环酮通过过氧酸氧化处理得内酯，经水解后制得羟基酸选择性氧化Baeyer-Villiger反应第五十一页，共七十页。6）ω-羟基酸的合成：将二元酸单酯的酯基还原成醇

HOOC(CH2)nCOOC2H5HOOC(CH2)nCH2OHNa+C2H5OHH2O第五十二页，共七十页。2.性质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。分子内氢键第五十三页，共七十页。2）脱水反应-羟基酸受热时，分子间交叉脱水，形成交酯。

丙交酯-羟基酸受热时，分子内脱水生成,-不饱和酸。

第五十四页，共七十页。-羟基酸和-羟基酸分子内脱水生成五元环的-内酯或六元环的-内酯；-内酯较难生成。

-丁内酯当羟基与羧基相距四个碳原子以上时，加热可生成链状聚酯。第五十五页，共七十页。羟基处于羧基的邻位或对位的酚酸，加热易引起脱羧反应。-羟基酸（含-

H）可与Tollens试剂作用发生银镜反应3）分解脱羧反应第五十六页，共七十页。4）氧化反应第五十七页，共七十页。水杨酸又叫柳酸，学名邻羟基苯甲酸。乙酰水杨酸(acetylsalicylicacid)俗名为阿司匹林(Aspirin)，水杨酸与乙酐在磷酸、硫酸存在下共热而生成乙酰水杨酸。

阿司匹林具有解热、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。

第五十八页，共七十页。可供药用的其他水杨酸衍生物有：-CO2CH3OH-CO2C6H5OH-CO2NaOHH2N-

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。第五十九页，共七十页。第三节

氨基酸羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代后的产物，叫做氨基酸。

α-氨基酸是蛋白质的基本组成单位。蛋白质在酸、碱或酶的作用下，能逐步水解成比较简单的分子，最终产物是各种不同的α-氨基酸。第六十页，共七十页。§1α-氨基酸与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基，因而叫做α-氨基酸。除甘氨酸外，所有α-氨基酸中的α碳原子均是手性碳，故有D型与L型两种构型。天然氨基酸均为L-氨基酸。它们的结构通式如下：L-氨基酸第六十一页，共七十页。§1.1α-氨基酸的分类与命名在α-氨基酸分子中可以含多个氨基和多个羧基，而且氨基和羧基的数目不一定相等，根据其分子中所含氨基和羧基的数目可分为中性氨基酸、碱性氨基酸和酸性氨基酸。

中性氨基酸：分子中氨基数=羧基数（氨基的碱性和羧基的酸性不是完全相当，所以并非真正中性的物质）；

碱性氨基酸：分子中氨基数>羧基数(呈现碱性)；酸性氨基酸：分子中氨基数<羧基数(呈现酸性)。命名：氨基酸一般用俗名，见P355(表14.1)。系统命名法：将-NH2作为取代基，同羧酸的命名。第六十二页，共七十页。§1.2

氨基酸的化学性质氨基酸分子中既有碱性-NH2和酸性-COOH，与强酸或强碱都能作用生成盐，因此氨基酸为两性化合物。同时，在同一分子内，氨基和羧基也可作用生成盐，这种盐叫内盐。在氨基酸的水溶液中存在下列平衡：1、两性与等电点第六十三页，共七十页。

若