羧酸衍生物及取代酸

关于羧酸衍生物及取代酸I、羧酸羧酸的结构羧酸中羰基对亲核试剂的活性降低，不能与HCN、H2N-OH等进行加成。第2页,共89页，2024年2月25日，星期天12.1羧酸的分类和命名分类：①按烃基不同：②按－COOH数目：第3页,共89页，2024年2月25日，星期天与醛相似，但经常根据来源使用俗名。例：羧酸的命名第4页,共89页，2024年2月25日，星期天系统命名法(1)选择含有羧基的最长碳链为主链(母体);(2)碳链编号时,从羧基的碳原子开始;(3)酸前要冠以官能团位置的数字(编号最小);(4)其它同烷烃的命名规则654321

俗名系统名第5页,共89页，2024年2月25日，星期天例如：俗称：

,-二甲基丁酸(,-二甲基酪酸)系统名称:2,3-二甲基丁酸丙烯酸（败脂酸）2-丁烯酸（巴豆酸）第6页,共89页，2024年2月25日，星期天

选择分子中含有两个羧基的碳原子在内的最长碳链作主链,称为某二酸.

脂肪族二元羧酸的命名乙二酸（草酸）丙二酸（胡萝卜酸）(顺丁烯二酸）(反丁烯二酸）第7页,共89页，2024年2月25日，星期天

芳香族羧酸的命名1.羧基与苯环支链相连——脂肪酸作为母体2.羧基直接与苯环相连——苯甲酸作为母体苯甲酸（安息香酸）对甲苯甲酸苯乙酸（苯醋酸）3-苯丙烯酸（

-苯丙烯酸，肉桂酸）-萘乙酸第8页,共89页，2024年2月25日，星期天

多元芳香族羧酸的命名

用“羧酸”或“甲酸”作字尾，其它作为取代基对苯二羧酸（对苯二甲酸，1,4-苯二甲酸）环己烷羧酸（环己烷甲酸）-萘羧酸

-萘甲酸;1-萘甲酸第9页,共89页，2024年2月25日，星期天羧酸的物理性质物态：C1－C3刺激臭味液体；

C4－C9腐败气味油状液体；

C10以上羧酸为固体。水溶解度：大于分子量相近的醇、醛、酮；

(C4H9OH：8%；C2H5COOH：∞)

随R↑，水溶解度↓，C10以上羧酸不溶于水。

原因：第10页,共89页，2024年2月25日，星期天沸点：高于分子量相近的醇！熔点：偶数碳羧酸的m.p高于相邻两奇数碳羧酸的m.p。同理：二元酸也是偶数碳羧酸之m.p高；不饱和酸：E式m.p＞Z式m.p；原因：第11页,共89页，2024年2月25日，星期天第12页,共89页，2024年2月25日，星期天化学性质1、羧酸的酸性

羧酸结构与羧酸酸性p-π共轭的结果：①

使RCOO-H健减弱，氢原子酸性增加，羧酸具有酸性；②RCOO-中负电荷均匀地分布在两个氧原子上，稳定性↑，羧酸酸性↑↑。第13页,共89页，2024年2月25日，星期天可用下列方法表示羧酸负离子的结构：共振论的表示方法：X射线衍射证实，在甲酸钠分子中，两个碳氧双键均为0.127nm。第14页,共89页，2024年2月25日，星期天由羧酸的结构所决定，其最显著的特性是在水溶液中能解离成羧根负离子和质子，即表现出酸性。一些化合物的pKa值：多数的羧酸是弱酸，pKa约为4-5（大部分的羧酸是以未解离的分子形式存在）第15页,共89页，2024年2月25日，星期天成盐

羧酸具有明显的酸性，甚至能与NaHCO3等成盐：

说明RCOOH的酸性大于H2CO3。pKa数据亦说明，酸性：RCOOH＞H2CO3＞ArOH与无机酸相比，RCOOH仍为弱酸：∴酸性：HCl＞RCOOH

第16页,共89页，2024年2月25日，星期天

羧酸盐具有盐类的一般性质，是离子型化合物，可溶于水。因此，利用羧酸的酸性，可分离提纯有机物。例：第17页,共89页，2024年2月25日，星期天影响酸性的因素

任何使酸根负离子稳定的因素都将增加其酸性，羧酸根负离子愈稳定，愈容易生成，酸性就愈强。A.脂肪酸①α-H被－R取代得越多，羧酸的酸性越弱。例如：Why?第18页,共89页，2024年2月25日，星期天原因：第19页,共89页，2024年2月25日，星期天②若α-H被吸电子基（如－Cl）取代后，羧酸的酸性增强。例如：原因：第20页,共89页，2024年2月25日，星期天③吸电子基距－COOH越远，对RCOOH的酸性影响越小。例如：原因：诱导效应随着碳链增长迅速减弱。第21页,共89页，2024年2月25日，星期天小结：

+I效应使RCOOH酸性减弱，-I效应使RCOOH酸性增强。

-I效应强弱次序：

NH3＋＞NO2＞CN＞COOH＞F＞Cl＞Br＞COOR＞OR＞OH＞C6H5＞H

+I效应强弱次序：

O－＞COO－＞(CH3)3C＞CH3CH2＞CH3＞H第22页,共89页，2024年2月25日，星期天B.芳香酸①酸性：C6H5COOH＞CH3COOH②芳环上有吸电子基时，ArCOOH酸性增加。例如：③芳环上有斥电子基时，ArCOOH酸性减弱。例如：(负电荷分散程度：C6H5COO－＞p-CH3-C6H4-COO－＞p-CH3O-C6H4-COO－)第23页,共89页，2024年2月25日，星期天实例诱导吸电子作用大、共轭给电子作用大、氢键效应吸电子作用大。邻位间位对位诱导吸电子作用中、共轭给电子作用小。诱导吸电子作用小、共轭给电子作用大。pka2.98pka4.08pka4.57苯甲酸的pka4.20第24页,共89页，2024年2月25日，星期天C.二元酸①酸性：pKa1＜pKa2；pKa1＜一元酸的pKa；原因：两个－COOH，且－COOH有较强的－I效应。②第25页,共89页，2024年2月25日，星期天一些羧酸的pKa值第26页,共89页，2024年2月25日，星期天2、羧基中羟基的取代反应(1)酸酐的生成某些二元酸只需加热便可生成五元中六元环的酸酐：第27页,共89页，2024年2月25日，星期天高级酸酐可通过乙酸酐与高级酸的交换反应得到：混合酸酐可利用下列反应得到：第28页,共89页，2024年2月25日，星期天(2)酰氯的生成例：第29页,共89页，2024年2月25日，星期天

（1）定义：羧酸与醇在酸的催化作用下失去一分子水而生成酯的反应称为酯化反应。CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O投料1：1产率67% 1：1097%

酯化反应是一个可逆的反应，为了使正反应有利，通常采用的手段是：①使原料之一过量。②不断移走产物（例如除水，乙酸乙酯、乙酸、水可形成三元恒沸物bp70.4℃）H+（3）酯的生成

（常用的催化剂有盐酸、硫酸、苯磺酸等），第30页,共89页，2024年2月25日，星期天伯醇和仲醇按下列机理进行：这个机理可以概括为：酰氧断裂。即：（2）酯化反应的机制*1加成--消除机制双分子反应一步活化能较高质子转移加成消除四面体正离子-H2O-H+按加成--消除机制进行反应，是酰氧键断裂第31页,共89页，2024年2月25日，星期天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即：第32页,共89页，2024年2月25日，星期天(4)酰胺的生成

例：第33页,共89页，2024年2月25日，星期天

反应是可逆的，加热、脱水有利于正反应，为了使正反应顺利进行，常采用苯、甲苯带水的方式除去反应体系中产生的水。

P2O5RCN+H2O第34页,共89页，2024年2月25日，星期天反应机制（与酯化反应的加成--消除机制类似）

-H2O-H2ORCN

互变异构亲核加成质子转移第35页,共89页，2024年2月25日，星期天3.羧酸的还原第36页,共89页，2024年2月25日，星期天(4)脱羧反应

①一元酸脱羧：一元羧酸加热下难以脱羧!但若－COOH的α－C上有吸电子基时，脱羧反应容易发生，有合成意义：

第37页,共89页，2024年2月25日，星期天第38页,共89页，2024年2月25日，星期天4、烃基上的反应

（1）α-卤代作用所以，羧酸α－H的卤代反应需要少量红磷催化：注意：一定是羧酸在红磷催化下生成α-卤代酸!(Why?)第39页,共89页，2024年2月25日，星期天羧酸α-卤代机理

红磷的作用是使羧酸与卤素反应→酰卤→α-卤代酰卤→α-卤代酸。第40页,共89页，2024年2月25日，星期天α－C上的卤素原子可通过亲核取代反应，被－NH2、－OH、－CN等取代，生成α－氨基酸、α－羟基酸、α－氰基酸等。例：

第41页,共89页，2024年2月25日，星期天（2）芳香环上的取代反应第42页,共89页，2024年2月25日，星期天5、二元羧酸的受热反应丙二酸的脱羧反应是所有在羧基的β位有羰基基团的化合物，如烷基丙二酸、β-酮酸等共有的反应第43页,共89页，2024年2月25日，星期天第44页,共89页，2024年2月25日，星期天小结第45页,共89页，2024年2月25日，星期天II、羧酸的衍生物第46页,共89页，2024年2月25日，星期天

羧酸衍生物的含义和命名羧酸衍生物系指酰卤、酸酐、酯、酰胺，它们经简单水解后都得到羧酸。

取代酸(如氨基酸、羟基酸、卤代酸等)通常不属于羧酸衍生物。第47页,共89页，2024年2月25日，星期天酰卤的命名:在命名时可作为酰基的卤化物，在酰基后加卤素的名称即可。酰胺的命名命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可；第48页,共89页，2024年2月25日，星期天

酸酐的命名单酐：在羧酸的名称后加酐字；混酐：将简单的酸放前面，复杂的酸放后面再加酐字；环酐：在二元酸的名称后加酐字。第49页,共89页，2024年2月25日，星期天酯的命名酯可看作将羧酸的羧基氢原子被烃基取代的产物。命名时把羧酸名称放在前面，烃基的名称放在后面，再加一个酯字。内酯命名时，用内酯二字代替酸字并标明羟基的位置。第50页,共89页，2024年2月25日，星期天羧酸衍生物的物理性质物态及水溶解性：酰氯、酸酐：分子间无氢键作用，挥发性强，有刺鼻气味的液体。沸点随着相对分子质量↑而↑。遇水水解。酯：酯不溶于水。低级酯是有酯香味的液体。高级脂肪酸的高级脂肪醇酯为固体，俗称“蜡”。酰胺：分子间氢键作用强，一般为固体，但DMF或DEF为液体，是常用的非质子性溶剂。低级酰胺可溶于水，随着分子量↑，水溶解度↓。沸点：酰卤、酸酐、酯的沸点低于羧酸；伯酰胺的沸点高于羧酸。第51页,共89页，2024年2月25日，星期天羧酸衍生物的化学性质

酰基上的亲核取代(1)水解

第52页,共89页，2024年2月25日，星期天酯的水解反应碱性水解（又称皂化反应）同位素跟踪结果表明：碱性水解时，发生酰氧键断裂。第53页,共89页，2024年2月25日，星期天例：乙酰对溴苯胺第54页,共89页，2024年2月25日，星期天

(2)醇解

第55页,共89页，2024年2月25日，星期天例：第56页,共89页，2024年2月25日，星期天(3)氨解

例：第57页,共89页，2024年2月25日，星期天N-未取代的酰胺与胺反应生成N-取代酰胺。例如：第58页,共89页，2024年2月25日，星期天

水解、醇解、氨解的结果是在HOH、HOR、HNH2等分子中引入酰基，因而酰氯、酸酐是常用的酰基化试剂。酯酰化能力较弱，酰胺的酰化能力最弱，一般不用作酰基化试剂。第59页,共89页，2024年2月25日，星期天酰基上的亲核取代反应机理该反应历程可用下式表示：

反应是分步完成的：先亲核加成，后消除，最终生成取代产物。第60页,共89页，2024年2月25日，星期天四面体中间体是负离子酯水解过程：慢快第61页,共89页，2024年2月25日，星期天酰基化试剂的相对活性

水解、醇解、氨解的实验事实证明，羧酸衍生物酰化活性大小的顺序为：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺。Why?

该反应是亲核加成-消除机理。

即酰氯的羰基碳最正。∴活性：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺

①第62页,共89页，2024年2月25日，星期天②

L－愈易离去，越有利于第二步反应（消除反应）酸性：HCl＞RCOOH＞ROH＞NH3pKa：～2.24～516～1934

离去能力：Cl－＞－OCOR＞－OR’＞－NH2∴活性：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺第63页,共89页，2024年2月25日，星期天4还原反应

(1)用氢化铝锂还原四氢铝锂的还原性很强，可以还原羧酸及羧酸衍生物。除酰胺和腈被还原成相应的胺外，酰卤、酸酐和酯均被还原成相应的伯醇。例如：第64页,共89页，2024年2月25日，星期天第65页,共89页，2024年2月25日，星期天第66页,共89页，2024年2月25日，星期天(2)用金属钠-醇还原酯与金属钠在醇溶液中加热回流，可被还原为相应的伯醇：第67页,共89页，2024年2月25日，星期天第68页,共89页，2024年2月25日，星期天(3)Rosenmund还原酰氯经催化氢化还原为伯醇：若采用Rosenmund还原，可使酰氯还原为醛：第69页,共89页，2024年2月25日，星期天其中的BaSO4、喹啉-硫都具有抑制作用，使反应停留在生成醛的阶段。Rosenmund还原是制备醛的一种好方法。例：第70页,共89页，2024年2月25日，星期天酰亚胺分子中氮原子上的氢具有微弱的酸性：第71页,共89页，2024年2月25日，星期天(2)酰胺脱水这是合成腈最常用的方法之一。例如：第72页,共89页，2024年2月25日，星期天(3)Hofmann降解反应第73页,共89页，2024年2月25日，星期天4、酯缩合反应克莱森酯缩合反应定义：具有-活泼氢的酯，在碱的作用下,两分子酯相互作用，生成β-羰基酯,同时失去一分子醇的反应。第74页,共89页，2024年2月25日，星期天反应机理第75页,共89页，2024年2月25日，星期天5、酰胺的酸碱性酰胺一般被认为是中性的。但有时酰胺可表现出弱碱性和弱酸性：第76页,共89页，2024年2月25日，星期天酰亚胺分子中氮原子上的氢具有微弱的酸性：第77页,共89页，2024年2月25日，星期天自然界的羧酸衍生物十二碳—7—烯—l—醇的醋酸酯是梨小食心虫的性外激素第78页,共89页，2024年