医学有机化学--第八章羧酸及其衍生物.ppt

分子中含有羧基（COOH）的有机物称为羧酸。 羧酸分子中羧基上的羟基被取代后的产物称为羧酸衍生物。,第一节 羧 酸,一、羧酸的结构、分类和命名,(一)羧酸结构,p-共轭,（二）分类,除甲酸外，羧酸是由烃基和羧基两部分构成。,1、根据烃基R的不同分为,脂肪酸 芳香酸,2、根据烃基是否饱和分为,饱和酸 不饱和酸,3、根据羧基的数目分为,一元酸 多元酸,（三）命名,羧酸的名称常用俗名，一些俗名常由其来源而得，如：蚁酸（甲酸）、醋酸（乙酸）。许多羧酸的俗名在实际生活和工作中用的很普遍。,软脂酸（十六酸） 硬脂酸（十八酸） 安息香酸（苯甲酸） 草酸（乙二酸） 琥珀酸（丁二酸） 肉桂酸（ 3-苯基丙烯酸）,羧酸的系统命名与醛基本相同。,3甲基丁酸,(甲基丁酸),-甲基戊酸,1.饱和脂肪酸的命名,选择含有羧基的最长碳链为主链，从羧基开始编号,3甲基戊酸,顺丁烯二酸,反-丁烯二酸,4-乙基-6-氯-4-己烯酸,2.不饱和脂肪酸选择含有羧基和双键的最长碳链,从羧基 开始编号，并注明双键的位置,2-苯基丙酸,环戊基甲酸,-环己基丁酸,3.含有脂环和芳环的羧酸把脂环和芳环作为取代基,4.二元羧酸选择含两个羧基的最长碳链为主链，称为“某二酸”,2-甲基戊二酸,正丙基丙二酸,1. 格氏试剂法,2.水解法,二、羧酸的制备,羧酸的官能团是,，由 C=O和 O-H 直,接相连而成。,断O-H键,酸的 离解作用,羰基,生成 羧酸衍生物,还原为亚甲基,断C-C键,脱羧，失去CO2,氢,卤代,羧酸的化学性质,四、羧酸的化学性质,断C-O键,(一) 羧酸的酸性与成盐,1、酸性,当羧基离解为负离子后，,X射线衍射证明，甲酸根负 离子的两个CO键键长都是 127pm。,负电荷完全均等地分布在 OCO链上，即两个CO 键键长完全平均化。,常见的一元羧酸 pKa 为35，因此它们是弱酸， 但比碳酸（pKa为6.5）酸性强。,利用这一性质可用溶解度实验将不溶于水的 羧酸、酚类和醇类区别开来：,例1 下列化合物的酸性由强到弱的顺序是,A 乙酸碳酸乙醇苯酚 B乙酸苯酚碳酸乙醇 C碳酸乙酸苯酚乙醇 D乙酸碳酸苯酚乙醇,溶解,溶解,（）,（）,影响羧酸酸性的因素：,(1)电子效应,就电子效应来讲，凡能使羧基电子云密度降低的吸电子基团，将使羧酸酸性增强，如硝基、卤素碳碳双键和三键等；反之斥电子基团，使酸性减弱如烷基。,稳定性,取代基对酸性强弱的影响不但与取代基的性质有关，还与其数目以及和羧基的相对位置有关。以吸电子基团卤素为例说明酸性强弱顺序如下：,FCH2COOH,ClCH2COOH,BrCH2COOH,ICH2COOH,pKa,2.67,2.87,2.90,3.16,同位置取代，吸电子基的电负性愈强，羧酸的酸性愈强。,CH3COOH,ClCH2COOH,Cl2CHCOOH,Cl3CCOOH,pKa,4.76,2.87,1.36,0.63,同位置同基团取代，吸电子基的数目愈多，羧酸的酸性愈强。,CH3CH2C(Cl)HCOOH,CH3C(Cl)HCH2COOH,ClCH2CH2CH2COOH,pKa,2.86,4.06,4.52,不同位置同基团取代，吸电子基离羧基愈近，羧酸的酸性强。,羧酸分子中烃基氢原子被斥电子基取代后，由于斥电子基的+I效应，使羧酸根负电荷增加，因此负离子稳定性降低，所以羧酸酸性随烃基碳原子数和斥电子基个数增加而酸性减弱。例如：,二元羧酸,二元羧酸的酸性大于相应一元羧酸, 两个羧基之间的距离越大其酸性越弱。,二元羧酸的酸性与两个羧基的相对距离和在空间的位置有关。如：草酸丙二酸丁二酸,苯甲酸的酸性比甲酸弱，比其他脂肪族一元强。,原因：由于苯环大键与羧基形成共轭体系，电子云稍向羧基偏移，不利于H解离，酸性较甲酸弱。,2.羧酸的成盐反应,羧酸能与Na2CO3、NaHCO3和NaOH等物质反应生成易溶于水的盐。,例如：,羧酸的钠、钾和铵盐一般都溶于水，在制药工 业中常利用此性质，将不溶于水的药物变成水溶性的盐，以便配制水剂或注射液。例如常用的抗生素青霉素G就是制成其钠盐或钾盐。,青霉素的分子式,（二）羧酸衍生物的生成,羧基上的羟基被其他原子或基团取代后产生的化合物称为羧酸衍生物。,酰卤,酸酐,酯,酰胺,1.酰卤的生成 羧酸与PX3、PX5（X=Cl、Br ）SOCl2反应生成酰卤。,应用：药物合成,2.酸酐的生成 羧酸在脱水剂（P2O5）作用下 或加热， 羧基间失水生成酸酐。,180,具有五元环或六元环的酸酐，可由二元酸加热分子内失水而得。,羧酸与伯醇和绝大多数仲醇反应生成酯时，醇脱氢，羧酸脱羟基。,羧酸与叔醇反应生成酯时，醇脱羟基，羧酸脱氢。,3、酯的生成,影响酯化反应速率的因素,羧酸结构的影响：,醇的结构的影响：,4.酰胺的生成,酰胺,酰卤、酸酐和酯进行氨解，都可以得到酰胺。酰胺分子中含有酰胺键 （CONH），也叫作肽键。,（三） 脱羧反应,羧酸或其盐脱去羧基(失去CO2)的反应，称为脱羧反应。饱和一元羧酸在加热下较难脱羧，但低级羧酸的金属盐在碱存在下加热则可发生脱羧反应。如：,当-碳原子上连有NO2、CN、CO、Cl等强吸电子基时则容易脱羧。如：,某些芳香族羧酸不但可以脱羧，且比饱和一元酸容易。如：,脂肪族羧酸的- 氢原子也可被卤原子取代，但其反应活性要比醛、酮低的多，通常要在少量红磷存在下方可进行。,（四） - 氢原子的反应,1.乙二酸、丙二酸,脱羧,（五）二元羧酸的反应,2、丁二酸、戊二酸脱羧生成酸酐；,+,+,H2O,H2O,3.己二酸、庚二酸则既脱羧又脱水生成环酮。,羧基上的羟基被其他原子或基团取代后产生的化合物称为羧酸衍生物。,酰卤,酸酐,酯,酰胺,第二节 羧酸衍生物,一、结构,酰基：,乙酰基 (acetyl group),苯甲酰基 (benzoyl group),1、酰卤和酰胺：按酰基命名,(acetyl chloride),(benzyl bromide),(benzyl aniline),二、命名,(phthalimide),(N-methyl acetamide),(N-ethyl -N-methyl acetamide),2、酸酐：按其水解产物命名,乙酸酐 (acetic anhydride),乙丙酸酐 (acetic propanoic anhydride),邻苯二甲酸酐 (phthalic anhydride),苯甲酸酐 (benzoic anhydride),3、酯：按水解生成的酸和醇命名，先酸后醇。,乙酸乙酯 (ethyl acetate),乙二酸氢乙酯（酸性酯） (ethyl hydrogen ethanedioate),苯甲酸乙酯 (ethyl benzoate),3-甲基-4-丁内酯 (3-methyl-4-butanolide),多元醇羧酸酯,乙二醇二乙酸酯,甘油三乙酸酯,三、 羧酸衍生物的化学性质,(一)、酰基的亲核取代反应(加成-消去)反应,1、 水解反应,所有羧酸衍生物都能发生水解生成相应的羧酸。,加热,用途： 酰卤与醇很快反应生成酯，利用这个反应来制备某些醇或酚不能与羧酸直接生成的酯。,2、醇解反应,羧酸衍生物与醇反应生成酯，称为羧酸衍生物 的醇解（alcoholysis）。,该反应应用范围较为广泛，酸酐可以与绝大多数的醇或酚反应，生成酯和羧酸,酯在酸存在下发生醇解反应，生成新的酯和醇，所以酯的醇解又称酯交换反应。有机合成中常用来从低级醇制备高级醇。,3、氨解反应,酰卤、酸酐、酯和酰胺与氨作用生成酰胺的反应 称为氨解反应（ammonolysis）。,羧酸衍生物的水解、醇解和氨（胺）解反应的活 性顺序：酰卤酸酐酯酰胺。,重要的羧酸,一、甲酸（蚁酸）,还原性（被