《医学有机化学教学课件》第八章 羧酸及衍生物.ppt

第八章羧酸及其衍生物 CarboxylicacidandDerivative 羧酸 可以看作是烃分子中的氢原子被羧基 COOH 取代后生成的化合物通式 RCOOH 羧酸衍生物 羧基中的羟基被其它原子团取代 第一节羧酸 一 羧酸的分类 命名和结构 一 羧酸的分类 1 简单羧酸 可用希腊字母 标位 二 羧酸的命名 与醛相似 2 3 二甲基戊酸 二甲基戊酸 5 甲基 4 乙基己酸 甲基 乙基己酸 2 不饱和羧酸 2 甲基 3 戊烯酸 2 4 戊二烯酸 3 脂环族和芳香族羧酸 环作为取代基 1 2 环戊基二甲酸 邻苯二甲酸 3 苯基丙烯酸 4 脂肪族二元酸或多元酸 主链含两羧基 称 某二酸 3 羧基 3 羟基戊二酸 5 俗名 一般据最初来源 HCOOH 甲酸 蚁酸 三 羧酸的结构 p110 羰基碳sp2杂化 平面结构 键角约120 形成p 共轭体系 氧的电子云移向羰基 使O H极性增大 弱酸性电子云平均化 降低羰基C的正电性 失去典型羰基性质 不利亲核加成反应 二 羧酸的物理性质 2 沸点 羧酸 醇 酚 醛 酮 烷 醚 相对分子质量相近 原因 羧酸分子间以两个氢键形成双分子缔合体 比醇分子间氢键更稳定 1 水溶性 低级脂肪酸易溶于水 芳香羧酸不溶于水分子量增加 溶解度减小 三 羧酸的化学性质 一 羧酸的酸性 p 共轭体系 氧的电子云移向羰基 使O H极性增大 酸性 形成的负离子由于共轭体系 使负电荷分散而稳定 反应向右进行多数的羧酸是弱酸 pKa约为4 5酸性 无机强酸 羧酸 碳酸 酚 H2O 醇 a 卤原子的电负性 电负性越强 酸性 b 卤原子数目越多 酸性 c 卤原子与羧基的距离越近 酸性 氯丁酸 氯丁酸 氯丁酸 举例 1 酸性 3 酸性 二元羧酸酸性增强 COOH是吸电子基 酸性 两个羧基间的距离越近 羧基吸电子的诱导效应影响越大 酸性越强 pKa3 774 764 90 2 酸性 4 酸性 重要 强吸 弱吸 弱斥 强斥 共轭 诱导 二 羧酸的还原反应 NaBH4 不能使羧基还原 不还原碳碳不饱和键 LiAlH4 羧基还原成醇羟基 不还原碳碳不饱和键 H2 Pt 羧基不还原 但还原碳碳不饱和键 三 羧酸衍生物的生成 羧酸中的羟基可以被其它原子或原子团取代 生成羧酸衍生物 羧酸分子中去掉羧基上的羟基后 余下的原子团叫做酰基 1 酰卤的生成 用SOCl2制备酰卤 副产物都是气体 便于处理及提纯 羧酸与PCl3 PCl5 SOCl2作用 羧基中的羟基被卤原子取代 生成酰卤 2 酸酐的生成 一元羧酸与脱水剂 P2O5 共热生成酸酐 邻苯二甲酸酐 丁二酸酐 具有五元或六元的环状酸酐 可由二元酸受热分子内脱水而得 可不加脱水剂 3 酯的生成 酯化反应 羧酸与醇脱水生成酯的反应叫做酯化反应 该反应是可逆的 逆反应为酯的水解 反应速率很慢 需用硫酸作催化剂 18 18 羧酸一般发生酰氧键断裂 证明 同位素跟踪实验提高产率 移走酯或水 增加一种反应物 在羧酸与氨或胺作用形成羧酸的铵盐 将固体的羧酸铵加热 分子内失去一分子水生成酰胺 反应可逆 蒸出产生的水 可提高酰胺的产率 4 酰胺的生成 四 H被取代 卤代反应 羧基能活化 H 其致活作用比羰基小得多 H卤代反应较慢 需三卤化磷或红磷等催化 卤代酸是重要的合成中间体可合成 羟基酸 氨基酸等多种 取代酸 反应式不作要求 五 脱羧反应 脱羧反应 羧酸分子中脱去羧基并放出CO2的反应 2 一元羧酸的 C上连有强吸电子基 即A COOH CN C O NO2 X 时 加热即可脱羧 1 一元羧酸的脱羧反应较困难 低级羧酸的钠盐及芳香族羧酸的钠盐与碱石灰 NaOH CaO 加热 发生脱羧反应 六 二元羧酸的受热时的特殊反应 二元酸受热时 随两个羧基间距不同而发生不同的反应 1 乙二酸和丙二酸 脱羧生成一元羧酸 2 丁二酸和戊二酸 脱水成环酐 丁二酸酐 戊二酸酐 邻苯二甲酸酐 3 己二酸和庚二酸 脱水脱羧成环酮 更长碳链的二元羧酸 分子间脱水成聚酸酐 第二节羧酸衍生物 羧酸衍生物 羧基中的羟基被其它原子团取代 共同点 均含有酰基 羧酸衍生物的结构 L X RO RCOO NH2 NHR NR2 1 酰卤 某酰卤 乙酰氯 丙烯酰氯 草酰氯 苯甲酰溴 2 酸酐 某 酸 酐 或 某某 酸 酐 乙 酸 酐 乙丙 酸 酐 邻苯二甲 酸 酐 一 羧酸衍生物的分类和命名 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 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 环状结构中含 CO NH 的酰胺 则称为 内酰胺 了解 己内酰胺 二 羧酸衍生物的物理性质 1 低级酯具有香味 大多低级酰氯和低级酸酐强烈刺激性气味 2 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3 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 三 羧酸衍生物的化学性质 亲核取代反应 亲核试剂 水 醇和氨 活性 酰卤 酸酐 酯 酰胺 羧酸衍生物亲核取代反应机制 亲核取代反应不是SN1 SN2 而是亲核加成 消除反应 活性由亲核加成反应活性和消除反应活性共同决定 活性 酰卤 酸酐 酯 酰胺 为什么 亲核加成反应活性 羰基C上的正电荷越多 空间位阻越小 越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 消除反应活性 碱性越小 越易离去 碱性顺序 NH2 RO RCOO Cl 离去能力是Cl RCOO RO NH2 亲核取代活性的原因 补充 了解 1 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 酯的酸性水解是酯化反应的逆反应 2 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 了解 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 3 氨解 与氨 或胺 发生氨解产物是酰胺 酰胺的氨解反应比较困难 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 1 下列物质中酸性最强的是 A 甲酸B 乙酸C 苯甲酸D 乙二酸 2 酸性从大到小顺序正确的是 a 丁酸b 氯丁酸c 氯丁酸A a b cB c a bC a c bD b c a 3 酰化能力从大到小顺序正确的是 A 酸酐 酰卤 酯B 酰卤 酯 酸酐C 酰卤 酸酐 酯D 酯 酸酐 酰卤 练习 D D C 4 沸点由高到低顺序正确的是 a 乙醚b 丁醛c 正丁醇d 丙酸