有机化学 第9章- 羧酸及其衍生物

第10章羧酸及其衍生物羧酸（RCOOH）：可以看作是烃分子中的氢原子被羧基取代后生成的化合物，官能团：羧基（-COOH）羧酸衍生物：羧基中的羟基被其它原子团取代。练习第1节羧酸羧酸的分类羧酸的命名羧酸的结构羧酸的物理性质羧酸的化学性质酸性；影响酸性的因素；羟基的取代脱羧基反应还原α-H的取代脂肪酸的β氧化二元羧酸的热反应重要羧酸一.分类一元羧酸二元羧酸脂肪族羧酸饱和羧酸CH2COOHHOOC-COOH乙酸（醋酸）乙二酸（草酸）不饱合羧酸CH2=CH-COOHHOOCCH=CHCOOH丙烯酸丁烯二酸脂环族羧酸环已基甲酸1，2-环戊基二甲酸芳香族羧酸苯甲酸邻苯二甲酸二.命名:俗名

系统命名普通命名HCOOH甲酸蚁酸CH3COOH乙酸醋酸CH3(CH2)16COOH十八酸硬脂酸HOOCCOOH乙二酸草酸HOOC(CH2)2COOH丁二酸琥珀酸二.命名：系统命名法

己酸

3-甲基-2-戊烯酸或β-甲基-α-戊烯酸反(E)3-甲基-2-戊烯酸2(α)-甲基丁酸54321CH3—CH2CH2CH2CH2COOH

2-羟基丙酸（乳酸）乙二酸(草酸)（2）-丁烯二酸2-甲基-3-乙基丁二酸1,2-环戊基二甲酸苯甲酸两个碳氧键不等长，部分离域。1.36Å1.23Å醇中C-O单键键长为1.43Å醛中羰基键长1.20Å羧酸的官能团为羧基：羰基和烃基；羰基碳sp2杂化，平面结构，键角约120°。羰基碳有π键；-OH氧与π键形成p-π共轭体系。羰基和羟基相互影响表现特性：三.羧酸的结构四.羧酸的物理性质低级脂肪酸易溶于水，碳数增加，溶解度减小。低级脂肪酸：液体，可溶于水，有刺鼻气味。中级脂肪酸：液体，部分溶于水，具难闻气味。高级脂肪酸：蜡状固体，无味，水中溶解度不大。芳香酸是结晶体，在水中溶解度不大。所有二元酸都是结晶化合物，低级的溶于水，随分子量增加，在水中的溶解度减少。沸点比相当式量的醇、醛高：羧酸分子间以氢键缔合成二聚体（低级羧酸即使在气态也是以二缔合体的形式存在），比醇分子间氢键更稳定。五.化学性质：

失去典型羰基性质，不利亲核加成；-OH氧电子云向羰基移动，有利于氢的离解，故羧酸的酸性强于醇。

两个碳氧键不等长，部分离域。两个碳氧键等长，完全离域。1.酸性1.36Å1.23Å1.27Å羧酸根比较稳定。多数的羧酸是弱酸，pKa约为4-5酸性强无机酸>羧酸>碳酸>酚pKa

4~56.3510RCOOH+NaHCO3→ＣＯ２↑+H2O酚+NaHCO3→不反应区别羧酸与酚类低级和中级羧酸的钾盐、钠盐及铵盐溶于水，故一些含羧基的的药物制成羧酸盐以增加其在水中的溶解度，便于做成水剂或注射剂使用。影响羧酸酸性的因素

电子效应:诱导效应和共轭效应空间效应氢键与羧基直接或间接直连的原子团对酸性的影响:吸电子效应(-I和-C)使酸性增大给电子效应(+I和+C)使酸性减少电子效应对酸性影响脂肪酸:与羧基相连的烷基具有供电诱导效应（+I），使羧基上的氢较难离解，酸性较甲酸弱。>>pKa3.84.84.9电子效应对酸性影响>>pKa2.864.414.70>>>pKa0.6931.362.864.76电子效应对酸性影响二元羧酸比一元酸酸性强

二元羧酸的pKa1<pKa2电子效应对酸性影响练习2.羟基被取代:羧酸衍生物酰氧键断裂(1)氢氧键断裂(2)一般以方式（1）进行,只有叔醇按（2）进行。羧酸（除甲酸外）能与无机酸的酰卤（PCl3,PCl5,SOCl2)作用，羧基中的羟基被卤原子取代，生成酰卤。用SOCl2制备酰卤，副产物都是气体，便于处理及提纯。酰卤的生成酸酐的生成除甲酸外，一元羧酸与脱水剂共热时，两分子羧酸分子间脱去一分子水，生成酸酐。

分子内脱水成环状酸酐酸与醇脱水生成酯的反应叫做酯化。羧酸与醇的酯化反应是可逆的（逆过程为水解），而且反应速率很慢，需用硫酸作催化剂。历程：亲核加成-消除酯化反应酯化反应不同的羧酸和醇进行酯化反应的活性活性顺序：酯化反应一般情况下，羧酸与伯醇或仲醇的酯化反应，羧酸发生酰氧键断裂；羧酸与叔醇的酯化则是醇发生了烷氧键断裂．证明：同位素跟踪实验酰胺的生成在羧酸中通入氨气或加入碳酸铵，可以得到羧酸的铵盐。将固体的羧酸铵加热，分子内失去一分子水生成酰胺。脱羧反应：羧酸分子中羧基脱去ＣＯ２的反应．条件:一元羧酸除甲酸外，加热和碱性；A为强吸电子基(COOH，CN，C=O，NO2，CX3，C6H5)时，加热即可脱羧；生物体：脱羧酶。A-CH2-COOHACH3+CO2加热碱3.脱羧反应4.二元羧酸的受热反应二元酸对热不稳定，在加热或与脱水剂共热的条件下，随两个羧基间距不同而发生脱羧反应或脱水反应，这是二元羧酸的特性。两个羧基或其间隔一个碳原子：脱羧；生成一元羧酸两个羧基间隔２或３个碳原子：脱水成环酐二元羧酸的受热反应间隔４或５个碳原子：脱水脱羧成环酮间隔５个以上碳原子：高温脱水成高分子链状酸酐二元羧酸的受热反应CH2=CH-CH2-COOHCH2=CH-CH2-CH2OHLiAlH45.羧酸的还原CH3CH2CH2CH2OHCH2=CH-CH2-COOHB2H6不易；特殊还原剂：氢化铝锂LiAlH4乙硼烷B2H6LiAlH4:把羧基还原成羟基，不还原双键；在实验室中可用此反应制备结构特殊的伯醇。B2H6:羧基还原成羟基，还原双键硼氢化钠：不能使羧基还原。催化氢化：还原双键，不还原羧基。6.α-H的卤代作用羧基能活化α-H，其致活作用比羰基小得多。α-H卤代反应较慢，需红磷、硫或碘等作催化剂或光照。乙酸中的三个氢都可以被卤代，生成多卤代乙酸。α卤代酸：亲核取代；合成中间体6.α-H的卤代作用脂酸的活化

——脂酰CoA

的生成（胞液）脂酰CoA合成酶

ATPAMPPPi

*脂酰CoA合成酶(acyl-CoA

synthetase)存在于内质网及线粒体外膜上

+

CoA-SH7.脂肪酸的β氧化

脱氢加水再脱氢硫解脂酰CoA

L(+)-β羟脂酰CoAβ酮脂酰CoA脂酰CoA+乙酰CoA

脂酰CoA

脱氢酶反⊿2-烯酰CoAL(+)-β羟脂酰CoA脱氢酶NAD+NADH+H+⊿2--烯脂酰CoA

水化酶H2OFADFADH2β酮脂酰CoA

硫解酶CoA-SH脂肪酸的β氧化

第2节羧酸衍生物

羧酸衍生物：羧基中的羟基被其它原子团取代；均含有酰基

。羧酸衍生物分类命名物性结构和化学性质亲核取代反应水解醇解氨解酰化剂与格氏试剂反应Claisen酯缩合反应还原反应酰胺的特性：酸碱性，Hoffman重排，亚硝酸反应碳酸衍生物：碳酰氯；尿素；巴比妥类药物1、酰卤：“某酰卤”乙酰氯丙烯酰氯草酰氯苯甲酰溴命名2、酸酐：“某（酸）酐”或“某某（酸）酐”。乙（酸）酐乙丙（酸）酐邻苯二甲（酸）酐3、酯：“某酸某酯”乙酸甲酯乙二酸氢乙酯（酸性酯）苯甲酸苄酯（苯甲酸苯甲酯）乙二酸甲乙酯（中性酯）乙酸乙烯酯乙酰胺N-苯基乙酰胺（乙酰苯胺）连在N上的基团用“N”标出。苯甲酰胺4、酰胺：“某酰胺”N,N–二甲基甲酰胺N-甲基-N-乙基苯甲酰胺若同一个氮原子上连有两个酰基时，则称为“酰亚胺”。丁二酰亚胺邻苯二甲酰亚胺物理性质1、低级酯具有香味2、水溶性：高级酰卤和酸酐不溶于水低级酰卤和酸酐遇水分解3、沸点（bp)：

酰卤、酸酐和酯<羧酸（相对分子质量相近）原因：分子间无氢键除甲酰胺以外，其余的酰胺均为固体,沸点一般较高

分子量：597387熔点/0C8228－20沸点/0C221204165化学性质亲核取代反应亲核试剂：水、醇和氨被还原该取代反应需要在碱或酸的催化作用下进行。碱性催化的反应机制为：取代反应催化剂1.亲核取代

机理:亲核加成-消除反应酸催化的反应机制为：影响反应活性的因素：（1）中间体稳定性程度（2）离去基团的活性（3）羰基的活性羰基C上的正电荷越多，越容易反应共轭和诱导冲突时，共轭>诱导（除卤素）活性：酰卤>酸酐>酯>

酰胺水解一产物是羧酸；另一产物：酰卤生成卤化氢，酸酐生成另一分子羧酸，酯得到醇，酰胺得到氨。酯的水解是酯化的逆反应醇解羧酸衍生物的醇解与水解相似，但产物为酯：酯的醇解，称酯交换反应在有机合成中，常用低级醇的酯通过酯交换反应来制备高级醇的酯生物体内也有酯交换反应:氨解与氨（或胺）发生氨解产物是酰胺；都可不加催化剂。酰胺的氨解反应是比较困难羧酸衍生物的水解、醇解和氨解可以看成H2O、ROH和NH3分子中的H被酰基取代的反应。引入酰基的反应称为酰化反应，羧酸衍生物称酰化剂酰卤和酸酐是常用的酰化剂酰化反应酰化活性：酰卤>酸酐>酯>

酰胺酰化反应酰化反应意义：增加药物的脂溶性，改善体内吸收，降低毒性，提高或延长药效。如：治疗因霉菌引起的皮肤病对胃肠道不利

解热，镇痛抗血栓生成及抗风湿作用（内服药）132两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成

-羰基酯。2.酯缩合反应（了解）451-3为可逆，４－５不可逆3.还原反应（了解）

LiAlH4可以还原各种羧酸衍生物4.酰胺的特性

（1）

、酸碱性酰亚胺由于亚氨基氮原子上的孤对电子受两个羰基的影响，使得亚氨基的氢原子较活泼，显示一定的酸性，能与碱生成盐。+NaOH酰胺存在p-共轭结果：为近中性化合物。2）、

Hoffman重排（机理了解）3）、与亚硝酸的反应生成羧酸并放出氮气。

碳酰氯(光气)碳酰胺(脲)硫代碳酰胺(硫脲)亚氨基脲(胍)

碳酸衍生物

1.碳酸酰胺

尿素脲，是一种高氮含量的氮肥。尿素是蛋白质在哺乳动物体内最后的代谢产物，它从尿液中排出体外，尿素也由此得名（Urea）。尿素是碳酸的二酰胺，即碳酸分子中两个羟基被氨基取代的化合物。能降低眼内压和颅内压，可治疗青光眼等疾病。1、弱碱性尿素具有弱碱性，与硝酸、草酸作用生成盐。↓白H2OH+OH-E+++3、与亚硝酸反应+HNO2N2

+

CO2

+

H2O生成碳酸，定量放出氮气，可用来测定尿素含量2、水解反应尿素在酸、碱、酶的作用下，可以发生水解，生成氨或二氧化碳。4、缩二脲反应将固体尿素加热到熔点以上（约160℃左右），则尿素分子间可脱去一分子NH3而生成缩二脲。160℃

+缩二脲与稀碱的硫酸铜溶液呈紫红色叫缩二脲反应。凡分子中含有两个或两个以上酰胺键(—CONH—)的化合物均可发生缩二脲反应。2.胍胍可以看成是尿素分子中的氧被亚氨基取代后的化合物，故又称为亚氨基脲。胍胍基脒基胍为无色结晶，易溶于水。碱性与KOH相当。胍容易水解。胍通常以盐的形式保存。许多胍的衍生物都有良好的药理作用，如链霉素、精氨酸等。3.丙二酰脲脲与酰化剂作用生成酰脲。脲与丙二酰氯或丙二酸酯作用生成丙二酰脲丙二酰氯丙二酰脲丙二酰脲分子中含有一个活泼亚甲基和两个二酰亚氨基。可发生酮式和烯醇式的互变异构。丙二酰脲又叫巴比妥酸，其衍生物具有镇定和催眠作用，总称巴比妥药。临床常见的有苯巴比妥、戊巴比妥和异戊巴比妥1.羧酸具有酸性的主要原因是羧基结构中存在（）。A．σ-π共轭效应B.空间效应C．p-π共轭效应C.吸电子诱导效应C2.不存在P－π共轭体系的是。（

）

A、苯酚 B、氯