《有机化学》课件-第十章 羧酸及其衍生物

有机化学第十章羧酸及其衍生物羧酸的结构和命名学习目标：了解羧酸的结构特点和分类，掌握羧酸及其命名方法自然界中的有机酸蚁酸(甲酸)HCOOH柠檬酸HO—C—COOHCH2—COOHCH2—COOH未成熟的梅子、李子、杏子等水果中,含有草酸、安息香酸等成分草酸（乙二酸）COOHCOOH安息香酸（苯甲酸）COOH羧酸一、羧酸的结构由一个羰基和一个羟基组成的一价基团叫羧基，羧酸分子结构的特征是含有羧基，羧基的构造式为—C—OH，也可简写为—COOH。羧酸就是烃基和羧基相连接的化合物，常用通式R—C—OH（R代表烃基或氢原子）来表示，—COOH是羧酸的官能团。OO羧酸当通式中的：图10—1乙酸分子的比例模型乙酸分子的球棍模型一、羧酸的结构羧酸R＝H时为甲酸（H—COOH），R＝—CH3时为乙酸（CH3—COOH），饱和一元脂肪酸的通式：CnH2nO2乙酸分子的比例模型如图10—1所示。1、含有

这种官能团的化合物称为羧酸。随堂练一练羧酸2、下列物质中属于羧酸的是（

）A、CH3OHB、CH3COOHC、CH4

D、CH3CH2OH◆分类根据羧基所连接的烃基种类不同，可分为脂肪族羧酸（包括饱和和不饱和的脂肪羧酸）、脂环族羧酸和芳香族羧酸。根据分子中所含羧基数目不同，又分为一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸等。二元及二元以上的羧酸统称为多元酸。例如：二、羧酸的分类和命名羧酸CH2—CH2—COOH丙烯酸CH3COOH乙酸（饱和脂肪酸，一元羧酸）（不饱和脂肪酸，一元羧酸）HOOC—COOH乙二酸（饱和脂肪酸，二元羧酸）（脂环族羧酸，一元羧酸）环己基甲酸苯甲酸（芳香族羧酸，一元羧酸）—COOH—COOH—COOHHOOC—对苯二甲酸（芳香族羧酸，二元羧酸）二、羧酸的分类和命名羧酸◆命名系统命名法：一元羧酸的命名原则与醛相似，其命名原则如下：

选择含有羧基碳原子在内的最长碳链为主链，根据主链碳原子数目称为某酸；从含有羧基的一端开始编号，若有支链和取代基的将它们的位次、数目和名称写在某酸前面。主链碳原子的位次编号也可用希腊字母（α、β、γ、δ……）表示。与羧基直接相连的第一个碳原子为α位，其他碳原子依次编为β、γ、δ等。例如：二、羧酸的分类和命名羧酸CH3—CH—CH2—COOHCH33—甲基丁酸αβγ1234（β—甲基丁酸）CH3CH3—CH2—CH—CH—COOHCH32，3—二甲基戊酸αβγ1234（α，β—二甲基戊酸）δ5不饱和羧酸的命名是选择包括羧基和重键在内的最长碳链为主链，称为某烯酸或某炔酸，例如：CH3—CH2—C＝CH—COOHCH33—甲基—2—戊烯酸12345CH3—C≡C—CH—CH2—COOHCH33—甲基—4—己炔酸123456二、羧酸的分类和命名羧酸芳香族羧酸或脂环族羧酸命名时，若羧基连在芳环或脂环侧链上，则以脂肪酸为母体，芳环和脂环作为取代基命名。若羧基直接与芳环或脂环相连，则以芳烃和脂环烃的名称之后加“甲酸”二字为母体，其它基团为取代基。例如：—COOH—CH2—COOH—CH＝CH—COOH123环己基乙酸3—环己基丙烯酸环己基甲酸二、羧酸的分类和命名羧酸—COOH—CH2—COOH—CH＝CH—COOH123苯乙酸3—苯（基）丙烯酸邻甲基苯甲酸—CH3二元羧酸的命名是选取含有两个羧基的最长碳链为主链，根据主链碳原子的数目叫“某二酸”，芳香族和脂环族二元酸必须注明两个羧基的位次。COOHCOOHHOOC—CH—CH—COOHCH3Cl乙二酸2—甲基—3—氯丁二酸二、羧酸的分类和命名羧酸用系统命名法命名下列化合物：随堂练一练羧酸有机化学第十章羧酸及其衍生物羧酸的化学反应及其应用学习目标：掌握羧酸及的化学反应及其应用四、羧酸的化学反应及应用羧酸的构造式如下：脱羧反应α—

C—H键断裂，α—氢原子被取代R—HHOCCOH①②③④C—OO—H键断裂呈酸性，可以与强碱成盐键断裂，羟基被取代羧酸◆酸性【演示实验】用滴管吸取少量乙酸，滴在蓝色石蕊试纸上，观察试纸颜色的变化。实验结果表明，蓝色石蕊试纸立即变红。说明乙酸具有明显的酸性，这是因为乙酸在水溶液中能电离出氢离子。CH3—COOH+H2OCH3—COO-+H+四、羧酸的化学反应及应用羧酸为使用方便，羧酸的酸性强弱，目前均采用电离常数Ka的负对数Pka来表示，Pka愈小酸性愈强。一般饱和一元羧酸的Pka约在4．76~5之间。四、羧酸的化学反应及应用羧酸【演示实验10—2】在两支预先配好塞子及导管的试管中，分别各加入10%乙酸溶液15mL，再向其中一支试管中加入1g碳酸钠，向另一支试管中加入2g碳酸氢钠，塞好塞子，并将导气管插入盛有4～8mL澄清石灰水的试管中。加热反应试管，当有连续的气泡出现后，可看到石灰水逐渐变浑浊，出现白色CaCO3沉淀。实验表明羧酸不仅能与氢氧化钠溶液反应成盐，也能和碳酸钠、碳酸氢钠反应成盐，并放出二氧化碳。四、羧酸的化学反应及应用羧酸RCOOH+NaOHRCOONa+H2ORCOOH+Na2CO32RCOONa+CO2+H2ORCOOH+NaHCO3RCOONa+CO2+H2O羧酸的钠盐具有盐的一般性质，易溶于水，不能挥发，加入无机强酸又可使盐转变为羧酸游离出来。RCOONa+HClRCOOH+NaCl由此可见，羧酸具有弱酸性，如乙酸的Pka为4．76，但比碳酸（PKa＝6．37）强，也比酚类（PKa≈10）强四、羧酸的化学反应及应用羧酸HCOOH＞CH3COOH＞CH3CH2COOHPka3．774．764．88四、羧酸的化学反应及应用羧酸在饱和一元羧酸中，以甲酸的酸性最强◆

羧酸衍生物的生成（羟基的取代反应）在不同条件下，羧基中的羟基可以分别被卤原子（—Cl、—Br、I）、酰氧基（R—C—O—）、烷氧基（—OR）氨基（—NH2）取代，分别生成酰卤、酸酐、酯和酰胺等羧酸衍生物。O羧酸四、羧酸的化学反应及应用◆酰卤的生成亚硫酰氯与羧酸反应，生成的副产物都是气体，容易提纯，产率高，所以它是制备酰氯常用的试剂。酰氯3R—C—OH+PCl3+H3PO3

O3R—C—ClOR—C—OH+SOCl2+SO2

↑+HClOR—C—ClO亚硫酰氯酰氯P2O5羧酸四、羧酸的化学反应及应用◆

酸酐的生成酸酐R—C—OH+

+H2

OOHO—C—R′OP2O5△R—C—

OO—C—R′O◆

酯的生成R—C—OH+HOR′

+HClOR—C—OR′

OH+酯◆

酰胺的生成R—C—OH+NH3+H2OR—C—ONH4OR—C—NH2OO△酰胺羧酸铵盐羧酸四、羧酸的化学反应及应用羧酸“双刃剑”农药◆

脱羧反应羧酸在加热条件下脱去羧基，放出CO2

的反应叫脱羧反应。除甲酸外，饱和一元羧酸一般不发生脱羧反应，但其盐或羧酸中的α-碳原子上连有吸电子基时，受热后可以脱羧。羧酸四、羧酸的化学反应及应用COOHCOOH150℃CO2+HCOOH甲酸乙二酸COOHCOOHCH2CH3COOH+CO2△乙酸丙二酸有些二元羧酸加热时容易发生脱羧。例如：羧酸四、羧酸的化学反应及应用◆

羧酸的脱羧◆

α-氢原子的卤代反应羧基和羰基一样，能使α—H活化，但羧基的致活作用比羰基小得多，α—氢卤代要在光、碘、硫、红磷等催化剂存在下进行。此反应可控制在生成一卤、二卤或多卤代羧酸。例如：工业上利用此反应，制取一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸。CH3COOH+Cl2

CH2COOHCH—COOHCl—C—COOH光或PCl2Cl2光或P光或PClClClClCl一氯乙酸二氯乙酸三氯乙酸羧酸四、羧酸的化学反应及应用

α-卤代酸中的卤原子，可发生取代反应，转变为—CN、—NH2、—OH等，由此得到各种α-取代酸，也可以发生消除反应而得到α、β、不饱和酸，所以在合成上很重要，如乙酸是制备农药乐果、生长剌激素2，4—D和4—碘苯氧基醋酸（增产灵）的原料。羧酸四、羧酸的化学反应及应用有机化学第十章羧酸及其衍生物羧酸衍生物的命名学习目标：掌握羧酸其衍生物的命名方法一、羧酸衍生物的命名羧酸衍生物主要是指羧基中的羟基被其他原子或基团取代后所生成的化合物，重要的羧酸衍生物有酰卤、酸酐、酯和酰胺等。羧酸分子中除去羧基中的羟基，剩下的部分叫酰基。羧酸衍生物则是酰基和其它基团组成。酰基的命名是按照原羧酸的名称叫“某酰基”，如：

叫乙酰基酰基化合物结构分解羧酸的衍生物◆酰卤酰基和卤原子相连的化合物叫酰卤

。其命名是在酰基的名称后面加上卤原子的名称，称为“某酰卤”。例如：CH3

—C—BrO

—C—BrO苯甲酰溴CH

—C—ClOCH3—CH32—甲基丙酰氯乙酰溴羧酸的衍生物一、羧酸衍生物的命名◆酰胺酰基和氨基（—NH2）相连的化合物叫酰胺

其命名是在酰基的名称后面加上“胺”字，称为“某酰胺”例如：CH3—CH2—C—NH2OO—C—NH2丙酰胺苯甲酰胺羧酸的衍生物一、羧酸衍生物的命名一、羧酸衍生物的命名酸酐酸酐是由酰基和酰氧基相连的化合物，它是由羧酸脱水得到的其命名是在相应的羧酸名称后加上“酐”字。例如：O—C—CH3OCH3—C—OO—C—CH2—CH3OCH3—C—OO—C—OO—C—乙酸酐（或简称乙酐）乙丙酸酐（或简称乙丙酐）苯甲酸酐（或简称苯酐）羧酸的衍生物◆

酯酰基和烷氧基相连的化合物叫酯

。酯是由羧酸和醇（酚）脱水的产物。其命名是按照相应的羧酸和醇或酚的名称，称为“某酸某酯”例如：H—C—OC2H5OCH—C—C—OCH3OCH3CH3—C—O—O苯甲酸乙酯—C—OC2H5乙酸苯酯α-甲基丙烯酸甲酯甲酸乙酯O羧酸的衍生物一、羧酸衍生物的命名根据本节课内容命名下列化合物命名为习题命名为12有机化学第十章羧酸及其衍生物羧酸衍生物的化学反应及应用学习目标：掌握羧酸重要衍生物的化学反应及其应用酰卤、酸酐、酯和酰胺分子中都含有酰基，因而它们的性质很相似，但由于与酰基所连接的基团（或原子）不同，表现在性质上也各有特殊性，它们的反应活性也不一样，反应活性大小顺序为：酰卤＞酸酐＞

酯＞

酰胺酰基化合物结构分解三、羧酸衍生物的化学反应及应用羧酸的衍生物◆

水解反应酰氯、酸酐、酯、酰胺都可以与水反应，生成相应的羧酸。R—C—ClO+HOH室温R—C—OO—C—R′O+HOH煮沸NaOH2R—C—OHOR—C—OH+HClO（反应迅速）反应活性递减R—C—O—R′O+HOHH+△或OH-，R—C—OH+R′OHOHClNaOHR—C—NH2O+HOH长时间回流R—C—OH+NH4ClOR—C—ONa+NH3O三、羧酸衍生物的化学反应及应用羧酸的衍生物其中酰氯最易水解，如乙酰氯在潮湿的空气中即可分解，放出氯化氢气体立刻形成白色雾滴。酯的水解需加热，并用碱作催化剂，酯的碱性水解又叫皂化反应。三、羧酸衍生物的化学反应及应用羧酸的衍生物酰氯、酸酐和酯都能与醇或酚反应，生成酯。CH3—C—O+NaCl+H2OCH3—C—Cl+OH—O—NaOHO—乙酸苯酯O—C—R+H—O—R

〞OR—C—O+OR—C—OR〞R—C—OHO反应活性递减O—R′+H—O—R

〞R—C—O+R′OHOR—C—OR〞三、羧酸衍生物的化学反应及应用羧酸的衍生物◆

醇解反应酯与醇作用在盐酸或醇钠催化下，可生成另一种酯，该反应称为脂交换反应，酯交换反应是可逆的，它可用于从廉价易得的低级醇制取高级醇。例如：从白蜡（C25H51COOC26H53）与丙醇反应制取C26H53OH。C25H51COOC26H53+C3H7OHH2SO4C25H51COOC3H7+C26H53OH三、羧酸衍生物的化学反应及应用羧酸的衍生物◆

氨解反应酰卤、酸酐和酯与氨作用生成相应的酰胺，酰胺的氨解比较困难，这是制备酰胺的重要方法。+HClCH3—C—Cl+OCH3—C—ONH2O—C—R+H—NH2OR—C—OOR—C—NH2R—C—+OHO反应活性递减O—R′+H—NH2R—C—O+R′—OHOR—C—NH2H—NH2三、羧酸衍生物的化学反应及应用羧酸的衍生物羧酸衍生物的水解、醇解、和氨解反应相当于在水、醇、氨分子中引入酰基。凡向其他分子中引入酰基的试剂都叫酰基化反应。提供酰基的试剂叫酰基化试剂。由于酰卤、酸酐