有机化学 第十二章+羧酸

1第十二章羧酸及其衍生物(CarboxylicAcidsandCarboxylicAcidDerivatives)212.1羧酸一.羧酸的制备1.氧化反应(1)烯烃、炔烃的氧化断裂◆烯烃：用热的或酸性KMnO43一.羧酸的制备1.氧化反应(1)烯烃、炔烃的氧化断裂◆烯烃：用热的或酸性KMnO4◆炔烃：用碱性KMnO4(2)芳烃的氧化4一.羧酸的制备1.氧化反应(3)醇的氧化(4)醛的氧化(5)甲基酮的卤仿反应CHI35一.羧酸的制备2.水解反应RCH2Cl3

+

H2ORCH2COOHRCH2CN

+

H2ORCH2COOR'

+

H2O......6一.羧酸的制备3.Grignard试剂与CO2反应－OH，－NH2－CHO，RCO－与G加成－NO2

氧化G分解GRMgBr

+

O=C=ORCOOMgBrH3O+RCOOH7讨论

1.合成化合物：a,b,c,d，你将选择下列哪条路线？8二.分类和命名1.分类2.命名★

习惯命名不饱和酸脂肪酸芳香酸饱和烷基芳基92.命名★

习惯命名102.命名★

系统命名3-甲基-2-戊烯酸(β-甲基-α-戊烯酸)3-邻甲苯基丙酸(1)选主链：含–COOH与重键,Ar-取代基(2)编号：近–COOH端,指明–COOH位置与数目3-丁酮酸（3-氧代丁酸）CH3CCH2COOHOHCCH2COOHO（3-氧代丙酸）丙醛酸114-甲基-4-苯基-2-戊烯酸2.命名★

系统命名

(酒石酸)

2,3-二羟基丁二酸

(马来酸)

顺-丁烯二酸2-羟基-1,2,3-丙三羧酸

(柠檬酸)

3-羟基-3-羧基戊二羧CCH3CH3CH=CHCOOHHOOCCH-CHCOOHOHOHC=CHHHOOCCOOH12Question三.物理性质（P.P.）1.为什么羧酸的b.p.比相应醇、酮、醚的高？2.低分子羧酸溶于水，随着碳原子数增加，水溶性减小，但比相应的醇高？氢键、极性分子化合物分子量沸点/℃CH3COOHCH3CH2CH2OH606011897.2CH3CH2COOHCH3CH2CH2CH2OH747414111713三.物理性质（P.P.）2.b.p.：比分子量相近的醇高1.物态：低级脂肪酸（C1～C3）：液体中级脂肪酸（C4～C9）：液体高级脂肪酸（C9以上）：腊状固体芳香酸:结晶固体b.p.（酸）

b.p.（醇）

b.p.（烷烃或卤代烷）氢键、极性分子化合物分子量沸点/℃CH3COOHCH3CH2CH2OH606011897.2CH3CH2COOHCH3CH2CH2CH2OH747414111714三.物理性质（P.P.）3.熔点（meltingpoint）特点：锯齿形上升（m.p.(偶数)

m.p.(奇数)）4.溶解度（solubility）①羧酸比分子量相当的链状烃、醇、醛、酮更易溶于水②羧酸随分子量升高，溶解度发生变化。C1～C4

：混溶于水C5～C9

：溶解度下降C10以上：基本不溶于15结构四.化学性质（C.P.）16Question醇酚醚、醛酮和羧酸的结构的比较？C杂化形式O杂化形式醇苯酚醚醛酮羧酸sp3sp3sp2sp2sp3sp3sp2sp2sp2sp2?结构四.化学性质（C.P.）17结构四.化学性质（C.P.）18甲酸的X衍射实验结果结构四.化学性质（C.P.）19

+

-

亲核试剂甲酸的结构甲醛的结构不利于亲核加成酸性.结构四.化学性质（C.P.）20四.化学性质（C.P.）

-活泼H的反应酸性羰基的亲核加成－消除（羟基的取代）羰基的亲核加成，还原脱羧21(一)酸性甲酸的pKa=3.75，其他一元酸的pKa在4.7~5之间C10以下溶于水；＞C10在水溶液中呈胶体溶液22(一)酸性1.用途：分离提纯2.酸性顺序

>

RCOOH

>

H2CO3

>

>

H2O

>

ROH1-2

4-5

6.4(pka1)

9-10

15.7

16-19

OH无机酸23(一)酸性2.酸性顺序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。1.为什么RCOOH的酸性比ROH等的酸性大？Question结构上：RCOO-中负电荷越分散，RCOO-越稳定，RCOOH酸性越强。242.酸性顺序影响RCOOH酸性强弱的因素(1)诱导效应:－I越大，酸性越大ClCH2COOH

Cl2CHCOOH

Cl3CCOOH2.86

1.26

0.64CH3CH2CHCOOH

CH3CHCH2COOH

CH2CH2CH2COOH

CH3CH2CH2COOHClClCl

2.82

4.41

4.70

4.82HOOCCOOHHOOCCH2COOHpka1

pka2

1.27

4.27

4.21

5.64

252.酸性顺序影响RCOOH酸性强弱的因素(2)共轭效应－C越大，酸性越大（使－COO-负电荷分散）pKa3.424.474.20C6H5的＋C＞－I当羧基能与基团共轭时,则酸性变化。OCH3COOHO2NCOOHCOOHHCOOH

(3.77)

COOH(4.20)262.酸性顺序影响RCOOH酸性强弱的因素(2)共轭效应比较取代芳香酸的酸性COOHCOOHNO2COOHNO2COOHNO22.21

3.49

3.42COOHOHCOOHOHCOOHOH2.98

4.08

4.57

pka

4.2027硝基苯甲酸影响RCOOH酸性强弱的因素2.酸性顺序类型苯环电子云酸性硝基的间位(m-)硝基的对位(p-)硝基的邻位(o-)小中大相对较高相对较低相对较低邻位硝基的空间位阻使苯环与-COOH的＋C减弱;邻位分子内氢键使羧酸的酸性增强;邻位硝基的I效应虽然较小，但比间、对位大;间、对位的I效应很微弱，对位主要是C效应。28●

邻位取代基的空间位阻使苯环与-COOH的共轭减弱;

●羟基的间位电子云密度较低。●羟基的对位电子云密度较高。羟基苯甲酸●邻位分子内氢键使羧酸的酸性增强。影响RCOOH酸性强弱的因素2.酸性顺序酸性强弱顺序为：邻>间>对29(一)酸性2.酸性顺序规律◆芳香酸取代基具有吸电子共轭效应，酸性：邻>对>

间具有给电子共轭效应，酸性：邻>间

>

对

◆羧酸30硝基苯酚的酸性？类型距羟基距离诱导效应共轭效应氢键酸性间位(m-)中等(-I)中无(-C)无对位(p-)最远(-I)小(-C)分子间邻位(o-)最近(-I)大(-C)分子内小大中通常酸性氢原子参与形成氢键时，其酸性减弱对比2.酸性顺序31

(二)羧基中羟基被取代的反应

32

(二)羧基中羟基被取代的反应

1.酰卤比较：醇类的卤代33

(二)羧基中羟基被取代的反应

2.酯化反应(esterification)(★)

(1)可逆反应(reversiblereaction)起始(mol)

11反应(mol)

2/32/32/3

平衡(mol)

1/31/32/3●提高可逆反应产率的方法产物不断分出

加过量酸或醇34

2.酯化反应(esterification)(★)

(1)可逆反应(reversiblereaction)●提高可逆反应产率的方法加入带水剂(苯，甲苯，二甲苯等)苯水苯苯水恒沸物沸点：69℃含91%苯，9%水油水分离器普通蒸馏35

(二)羧基中羟基被取代的反应

2.酯化反应(esterification)(★)

(2)催化剂(catalyst)

催化剂对平衡时间的影响

编号反应温度（℃）催化剂达平衡的时间1室温（25℃）无16年2150℃无几天3室温（25℃）有几小时36

(二)羧基中羟基被取代的反应

2.酯化反应(esterification)(★)

(2)催化剂(catalyst)传统催化剂（H2SO4）

绿色催化剂（固体超强酸、分子筛类、离子交换树脂）

严重腐蚀设备

有副反应

生成许多无机盐废物

不腐蚀设备

简化工艺，副反应少

催化剂无毒、无污染、易于再生绿色化学37

(二)羧基中羟基被取代的反应

2.酯化反应(esterification)(★)

问题：酯中OR’中氧的来自于酸还是醇？

？？(3)反应历程（mechanism）（★＋▲）38

(二)羧基中羟基被取代的反应

2.酯化反应(esterification)(★)

(3)反应历程（mechanism）（★＋▲）酸催化39

2.酯化反应(esterification)(★)

(3)反应历程（mechanism）（★＋▲）1.酸催化的作用？Question羰基氧质子化，活化羰基而利于亲核进攻；羟基的质子化使其成为更好的离去基团。40

2.酯化反应(esterification)(★)

(3)反应历程（mechanism）（★＋▲）2.羰基氧和羟基氧哪一个质子化更占优势？Question羰基氧的碱性相对更强，质子化后，其正电荷通过共振而离

域，但羟基的质子化不利，它没有上述稳定化作用;羰基质子化非常困难，其共轭酸具有很强的酸性(pKa~－6)。41(3)反应历程（mechanism）（★＋▲）(i)

通过酰基上的亲核取代(要求)42加成－消除亲核取代(3)反应历程（mechanism）（★＋▲）(i)

通过酰基上的亲核取代(要求)43(3)反应历程（mechanism）（★＋▲）(i)

通过酰基上的亲核取代(要求)OH44(ii)

通过烷基碳正离子中间体(不要求)(3)反应历程（mechanism）（★＋▲）

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453.酸酐

(1)羧酸失水(2)二元酸(3)酰卤与无水羧酸盐☆脱水剂：醋酸酐或P2O546

(二)羧基中羟基被取代的反应

4.酰胺尼龙6647(三)羧基被还原

LiAlH4NaBH4活性选择性试剂形状还原基团共同特点氢负离子作亲核试剂对羰基的加成机理探索中Al[OCH(CH3)2]3高中等低低中等高醛酮、酰卤中羰基X醛酮中羰基COOH、X、COOR、CN醛酮中羰基在水醇中反应遇水剧烈分解,在醚中稳定异丙醇中反应48(三)羧基被还原

LiAlH4是还原羧酸为醇的好试剂反应不能得到醛，醛比酸更易还原；常用无水乙醚、四氢呋喃作溶剂；除C=C、C≡C外，其余均能还原.干醚1o醇49(三)羧基被还原

用乙硼烷还原LiAlH4不还原孤立的C=CB2H6能还原孤立的C=C用LiAlH4还原和用乙硼烷还原的区别CH2=CH-CH2-COOHCH2=CH-CH2-CH2OHCH2=CH-CH2-COOHCH3CH2CH2CH2OHB2H6H2OH2OLiAlH450催化氢化(Catalytichydrogenation)的还原规律小结：还原试剂51负氢还原(Hydrideionreduction)小结：还原试剂52负氢还原(Hydrideionreduction)小结：还原试剂大多数不饱和基团能被LiAlH4还原53

(四)脱羧反应

-C上连强吸电子基，易脱羧

(减碳反应)

RCCH2COOHORCCH3O+

CO2产率一般较低CHCl3

+

CO2Cl3CCOOHRCH2COOHNaOH/CaORCH3

+

Na2CO354

(四)脱羧反应

-C上连强吸电子基，易脱羧

(减碳反应)

芳香酸脱羧较脂肪酸容易CHCl3

+

CO2Cl3CCOOHCOOHNO2NO2NO2NO2NO2NO255

(五)二元羧酸的热分解反应1.脱羧(C2-C3)2.脱水(C4-C5)HOOCCOOHHCOOH

+

CO2HOOCCH2COOHCH3COOH

+

CO2CH2COOHCH2COOHOOO+

H2OCH2CH2COOHCH2COOHOOO+

H2OBlanc规则:五、六元环容易形成56

(五)二元羧酸的热分解反应3.脱水、脱羧(C6–C7)4.C8以上二元酸分子间失水CH2CH2COOHCH2CH2COOHCH2CH2CH2COOHCH2CH2COOHO+

H2O

+

CO2O+

H2O

+

CO2HOOC(CH2)nCOOH(n

>

5)聚酐57

(六)-H的卤代反应

-H活性：羧酸小于醛酮

催化剂：红磷(P)等催化→PCl3、PBr358

(六)-H的卤代反应

RCH2COOH

+

Br2

RCHCOOH

RCHCOOHBrOHPBr31)

OH-2)

H+1.如何制备

-羟基酸？Question1.卤代酸水解2.羟基腈水解

-羟基腈→

-羟基酸59

(六)-H的卤代反应

2.如何制备β-羟基酸？Question2.羟基腈水解β-羟基腈→β-羟基酸3.羟醛缩合、氧化4.Reformatsky(瑞福马斯基)反应60

(六)-H的卤代反应

2.如何制备β-羟基酸？Question4.Reformatsky(瑞福马斯基)反应61

(六)-H的卤代反应

反应机理（不要求）：真正的反应是溴与酰溴的烯醇式反应，羧酸本身在这个反应中不起

卤代作用。交换反应62

12.2羟基酸一.羟基酸的制备1.羟基腈水解(2)β-羟基腈→β-羟基酸(1)

-羟基腈→

-羟基酸2.卤代酸水解633.羟醛缩合、氧化4.Reformatsky(瑞福马斯基)反应

一.羟基酸的制备醛或酮、

-卤代酸酯、锌，在惰性溶剂中反应。644.Reformatsky反应一.羟基酸的制备

2-甲基-3-苯基-3-羟基丙酸乙酯

1-羟基环己基乙酸乙酯65二.羟基酸的性质(自学)1.脱水反应(1)-羟基酸：交酯丙交酯(2)β-羟基酸：

，β-不饱和酸66二.羟基酸的性质1.脱水反应(1)-羟基酸：交酯(2)β-羟基酸：

，β-不饱和酸(3)γ,δ-羟基酸：五元或六元内酯(4)羟基和羧基相隔5个C以上：聚酯聚酯67二.羟基酸的性质2.分解反应①-

羟基酸与稀硫酸或酸性KMnO4共热时，分解成醛或酮6812.3羧酸的衍生物一.命名1.酰卤“×酸”→“×酰卤”丙烯酰溴苯甲酰氯4-氯甲酰苯甲酸HOOCCClO69一.命名2.酸酐“×(酸)酐”单酐：羧酸名称＋酐环酐：二(多)元酸名称＋酐混酐：简单酸－复杂酸＋酐乙丙酐乙酸酐丁二酸酐OOOOOOOOOCOCOO苯甲(酸)酐70一.命名3.酯“×酸×酯”内酯需标明羟基的位次

-甲基-γ-丁内酯(3-甲基-4-丁内酯)α

γ71一.命名3.酯“×酸×酯”●

1964年，Woodward

用55步合成了叶绿素。

●1965年合成VB12，用

11年时间完成全合成。

●

他一生人工合成了20

多种结构复杂的有机化合物，是当之无愧的有机合成大师。

●

20岁获博士学位，30

岁当教授，48岁(1965年)

获诺贝尔化学奖。

72一.命名3.酯“×酸×酯”

ErythromycinA(红霉素)A

VitaminC73一.命名4.酰胺“×酸”→

“×酰胺”N,N-二甲基甲酰胺(DMF)N,3-二甲基戊酰胺★氮原子上有取代基,在取代基名称前加“N”标出。N-甲基-N-乙基乙酰胺4-丁内酰胺

-内酰胺衍生物(青霉素－penicillin)CH3CH2CHCH2CNHCH3CH3OHCN-CH3OCH3CH3CN-C2H5OCH3NHOR-C-NHONOSCH3CH3COOHR=C6H5CH2-(penicillin

G)74二.物理性质（P.P.）(自学)低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体，高级的为固体；低级的酯具有芳香的气味，可作为香料；十四碳酸以下的甲酯和乙酯均为液体；酰胺除甲酰胺外，由于分子内形成氢键，均是固体；而当酰胺的氮上有取代基时为液体；羧酸衍生物可溶于有机溶剂；酰氯和酸酐不溶于水，低级的遇水分解；酯在水中溶解度很小；低级酰胺可溶于水。75三.结构碳-杂原子键具有某些双键性质pmpm

-H的活性羰基的活性离去基团76四.化学性质（C.P.）(一)亲核取代水解反应醇解反应胺解反应酰化试剂酰化反应77(一)亲核取代1.酰基上的亲核取代的一般机理亲核取代=亲核加成＋消除碱性条件酸性条件782.亲核取代(1)水解高低酸、碱催化生成相应的羧酸79★

反应历程酯化反应历程2.亲核取代(1)水解80★

反应历程Question

1.酯或酰胺酸催化时，H+加到羰基氧上还是加到烷氧基氧上或氨基氮上？电荷转移使羰基氧具有一定的碱性,易接受质子。质子化发生在羰基氧上RCOROH+H+RCN(CH3)2O(1)水解81★

反应历程Question2.羰基与烷氧基不发生p-

共轭，质子化发生在哪个原子上？H+RCCH2CH2OR'ORCOCH2CH2OR'H+(1)水解82★

反应历程Question3.酯水解，键断裂发生在酰氧键还是烷氧键？

3o醇的羧酸酯的水解发生烷氧键断裂。SN1机制

大多数2o和

1o醇的羧酸酯的水解发生酰氧键断裂；RCOR'ORCOR'ORCOC(CH3)3OH+RC

OOHC(CH3)3+RCO

+

C(CH3)OH++C(CH3)3+

H2OH2OC(CH3)3+-H+(CH3)3COH(1)水解83★

反应历程酸催化碱催化(1)水解84★

反应历程Question试写出化合物(A)和