医用化学organic-第十四章羧酸及其衍生物课件

第十四章羧酸及其衍生物羧酸是一类具有酸性的有机化合物，羧基(－COOH)羧酸的官能团。一元羧酸的结构通式为RCOOH。第一节羧酸一、羧酸的分类和命名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、、……等。丁酸2,3-二甲基戊酸,-二甲基戊酸CH3CH2CH2COOH3-羧基-3-羟基戊二酸2-甲基-3-戊烯酸2,4-戊二烯酸

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。环已基乙酸

1,2-环已基二甲酸许多羧酸最初来自天然产物，因此常根据它们的来源命名。HCOOHCH3COOHC6H5COOHHOOC－COOH蚁酸醋酸安息香酸草酸苯甲酸邻苯二甲酸-萘乙酸3-苯基丙烯酸二、羧酸的物理性质三、羧酸的结构羧基中的碳原子是sp2杂化状态，它的3个杂化轨道分别与两个氧原子和一个碳原子(在甲酸中为氢原子)形成三个σ键，余下一个p轨道与羰基氧原子的p轨道形成π键(CO)。羧基中羟基氧上有一对孤对电子，它与羰基中的π键形成p-π共轭体系羧基负离子结构示意图羧基中p-π共示意图电子云分布的平均化，对羧基化学性质有两个方面的突出影响。降低了羧基中羰基碳原子的正电性，不利于发生亲核反应，羧基中羰基发生亲核加成反应活性远不如醛酮羰基。例如，羧羰基不能与HCN、NaHSO3起加成反应。羧基中羟基上氧原子的电子移向羰基，羰基起吸电子的共轭电子效应，羟基中O－H键极性增加。羧羟基与醇羟基不同，具有明显酸性。四、羧酸的化学性质

(一)酸性

羧酸一般都属于弱酸，其Ka在10-4～10-5之间，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。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，酸性减弱在饱和一元酸中，甲酸、乙酸、丙酸酸性依次减弱，这是因为羧基所连的取代基的斥电子诱导效应依次增大之故。H－COOHCH3－COOHCH3CH2－COOHpKa3.774.764.88在苯甲酸中，苯环是吸电子基，按理说其酸性应比甲酸的酸性强。但由于苯环的大π键与羧基形成共轭体系，其电子云分散的方向是苯环电子云移向羧基，因此其酸性反而比甲酸弱，但比其他饱和一元羧酸的酸性强。H－COOHC6H5－COOHCH3－COOHpKa3.774.174.76二元羧羧的酸性比一元羧酸的酸性强，是由于羧基具有很强的吸电子能力。随着两个羧基间距离的增长，两个羧基的相互影响减小，酸性随之减弱。乙二酸的两个羧基直接相连，相互影响最大，所以酸性特别强(pKa1=1.27)，甚至比无机酸中的磷酸(pKa1=2.12)还强。丙二酸、丁二酸的酸性则随两个羧基距离的增大而相继减弱。二元羧酸分子中的第一个羧基电离后，羧基负离子具有＋I效应，影响第二个羧基的离解。同时已电离的第一个羧基负离子对第二个羧基上电离出来的氢离子有吸引作用，使氢离子不容易脱离酸分子，所以二元羧酸的pKa2总是大于pKa1

(二)羧酸的还原由于羧基中的羰基和羟基形成共轭体系，在一般情况下，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)或在300～400oC和20～30MPa压力，有铜、锌、亚铬酸镍等催化剂存在下，羧酸才能被还原成相应的醇。

氢化铝锂只还原羧基，对双键没有影响。而乙硼烷既还原羧基，又还原双键。氢气在催化剂Ni、Pt等存在下，只还原双键，对羧基没有影响(三)羧基中的羟基的取代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。1．酰卤的生成

羧酸与PCl3、PCl5、SOCl2等化学试剂反应生成酰卤，即羧基中的羟基被卤原子取代。

2．酸酐的生成一元羧酸与脱水剂P2O5等共热，两个羧酸分子间脱水生成酸酐，即羧基中的羟基被酰氧基取代。具有五元环或六元环的环状酸酐(环酐)，可由二元羧酸(两个羧基相隔2个或3个碳原子)受热，分子内失水形成，可不加脱水剂。

3．酯的生成羧酸可与醇生成酯和水，该反应称为酯化反应。酯化反应通式为：羧酸和醇的酯化反应，一般是由羧酸中的羟基与醇羟基中的氢结合生成水。换角度说，是羧酸中羟基被醇中烃氧基取代。用含有同位素18O的乙醇与醋酸进行酯化反应，实验发现生成的酯分子中有18O存在。

4．酰胺的生成羧酸与氨反应得到羧酸铵，再将羧酸铵加热，脱去一分子水生成酰胺，即羧基中的羟基被氨基取代。(四)

-氢的卤代反应

羧酸分子中-碳上的氢，受到邻位羰基的影响变得活泼，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。

卤代酸的酸性强于羧酸，这是由于卤原子的－I效应所致。卤代酸的酸性还与以下因素有关：1．卤原子的电负性越强，酸性越强。

ClCH2COOH＞BrCH2COOH＞ICH2COOH＞CH3COOHpKa2.812.873.134.762．卤原子取代基的数目越多，酸性越强。Cl3CCOOH＞Cl2CHCOOH＞ClCH2CCOHpKa0.081.292.813．卤原子与羧基距离越近，酸性越强。-氯丁酸＞-氯丁酸＞-氯丁酸pKa2.844.064.52

(五)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。其反应通式为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，如－NO2、－X、－CN，脱羧反应比较容易进行。例如：(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。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

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。

二三脱羧成羧酸四五脱水成酸酐六七脱水又脱羧八个以上暂不谈五、重要的羧酸(一)甲酸H－COOH(二)乙酸CH3COOH(三)过氧乙酸CH3COOOH(四)

乙二酸HOOC－COOH(八)

花生四烯酸花生四烯酸化学学名为5,8,11,14-二十碳四烯酸，结构简式为：CH3(CH2)4CH＝CHCH2CH＝CHCH2CH＝CHCH2CH＝CH(CH2)3COOH

第二节

羧酸衍生物羧酸衍生物通常是指羧酸分子中羧基中的羟基被其他基团取代后的产物。其结构通式为R－COL，主要有：

羧酸衍生物结构上共同点是分子中都含有酰基

酰基是羧酸分子中去掉羧基中的羟基所剩余的基团。命名时把相应的羧酸名称中的“酸”字改为“酰基”即可。例如：

其他含氧酸也可有相应的酰基，例如：C6H5－SO2OHC6H5－SO2－

苯磺酸

苯磺酰基一、羧酸衍生物的命名酰卤命名：根据其所含的酰基和卤原子的名称，称为“某酰卤”。例如：

酸酐的命名：根据生成酸酐的羧酸的名称，称为“某酸酐”或“某某酸酐”。酸字可省略。例如：

酯的命名：可根据生成酯的原料羧酸和醇的名称而叫“某酸某(醇)酯”，其中醇字省略。例如：

由二元羧酸生成的酯有两种：只有一个羧基被酯化的称酸性酯；两个羧基都被酯化的称中性酯。多元酸的几个羧基可以和几分子相同的醇成酯，也可以和不同的醇成酯，在命名时要加以体现。例如：

二、物理性质三、化学性质羧酸衍生物与亲核试剂水、醇、氨(或胺)的反应，依次称为羧酸衍生物的水解、醇解、氨解。反应通式为：

反应是亲核试剂HNu中负电性部分Nu进攻羧酸衍生物羰基碳原子，最终导致羧酸衍生物中的L被亲核试剂负电性部分Nu所取代。该反应是一个加成一消除反应，其历程可简单表示为：

羧酸衍生物发生亲核取代反应活性次序为：酰卤＞酸酐＞酯＞酰胺。

(一)水解(二)醇解(三)氨解叔胺因氮原子上无氢，不能用于氨解羧酸衍生物。

不论酰卤和酸酐，水解时都产生羧酸，醇解时都产生酯，氨解时都产生酰胺。因此可以把酰卤、酸酐的水解、醇解、氨解看成是水、醇、氨(胺)分子中的一个氢(醇必须是羟基上的氢，胺必须是氮上的氢)被酰基取代。实际上是在水、醇、氨(胺)分子中引入一个酰基，所以这类反应又称为酰化反应或酰基转移反应。在