大学化学有机物医学第十一章羧酸和取代羧酸

1、大学化学有机物医学第十一章羧酸和取代羧酸二二三一一羧酸的命名羧酸的命名和化学性质和化学性质羟基酸的羟基酸的命名和化命名和化学性质学性质酮酸的命名酮酸的命名和化学性质和化学性质本章主要内容本章主要内容R CH CO2HOHR C CO2HOR CH COOHNH2羟基酸羰基酸氨基酸一、羧酸的命名和化学性质一、羧酸的命名和化学性质官能团官能团 COOH 羧基羧基COHORHO贩贩HRCO136pm123pm醇的醇的CO 键长键长143pm 羧基不是羰基和羟基的简单加合羧基不是羰基和羟基的简单加合！OCHHC贩贩HOOR 键长键长 平均化平均化 羰基的正电性羰基的正电性 降低降低, 亲核加成变难亲核

2、加成变难 羟基羟基 H 的酸性的酸性 增加增加 -H 的活性的活性 降低降低导致结构与性质的变化:122pmCH3OH143pm136pm123pm脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂环酸脂环酸脂环酸脂环酸芳香酸芳香酸芳香酸芳香酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂环酸脂环酸脂环酸脂环酸芳香酸芳香酸芳香酸芳香酸COOH COOH R R一元酸一元酸一元酸一元酸二元酸二元酸二元酸二元酸多元酸多元酸多元酸多元酸不管所连接的是脂肪烃基(饱和或不饱和)还是芳基,取代的还是未取代的,羧基的性质基本上是相同的。饱和一元脂肪酸的通式：饱和酸饱和酸饱和酸饱和酸不不饱饱和和酸酸不不饱饱和和酸酸命名（与醛相同）HCOOH 甲酸甲酸

3、(蚁酸蚁酸 Formic acid)CH3COOH 乙酸乙酸(醋酸醋酸 Acetic acid)HOOC-COOH 乙二酸乙二酸(草酸草酸 Oxalic acid)C6H5CH=CHCO2H 肉桂酸肉桂酸(Cinnamic acid)常见的羧酸一般用俗名：常见的羧酸一般用俗名：系统命名法：羧酸的系统命名法与醛相似。对于简单的脂肪酸也常用 、 等希腊字母表示取代基的位次；。5 4 3 21 g g b a b a3-甲基戊酸甲基戊酸-甲基戊酸甲基戊酸4 3 2 1g b ag b a2-甲基甲基-4-溴丁酸溴丁酸-甲基甲基-溴丁酸溴丁酸CH3CH3-CH2-CH-CH2-CO2HCH3Br-CH

4、2-CH2-CH-CO2H举例说明：举例说明：CH2CH CHCH3COOH2-甲基甲基-3-丁烯酸丁烯酸 CO2HHO2C反反-1,4-环己烷二甲酸环己烷二甲酸3-对氯苯基丁酸对氯苯基丁酸顺顺-9-十八碳烯酸（油酸）十八碳烯酸（油酸）10 9(Z)-9-十八碳烯酸十八碳烯酸CCHHCH3(CH2)7(CH2)7COOH顺顺-丁烯二酸（马来酸）丁烯二酸（马来酸）反反-丁烯二酸（富马酸）丁烯二酸（富马酸）的不饱和酸在碳数后加“碳”字！状态：状态： 19个个C液体（有味道），高级液体（有味道），高级固体固体 沸点：比相对分子质量相近的醇高得多沸点：比相对分子质量相近的醇高得多 甲酸甲酸(Mr=46

5、) 乙醇乙醇(Mr=46) b.p.() 100.5 78.3OCOHROCOHROCOHR多聚体多聚体2. 物理性质物理性质HOCROCOOHR二聚体二聚体3. 化学性质化学性质(Ar)ROHOOC C4 . 4 . 脱脱 羧羧 反反 应应脱脱 羧羧 反反 应应; ;氧氧 化化 与与 还还 原原氧氧 化化 与与 还还 原原RCO- -X X酰酰卤卤酰酰卤卤RCOOCOROCOR 酸酸酐酐酸酸酐酐RCO- -OROR酯酯酯酯RCO- -NHNH2 2酰酰胺胺酰酰胺胺 羧酸的酸性羧酸的酸性RCOOH RCOO- + H+pKa 35p-共轭降低羰基碳原子的正电共轭降低羰基碳原子的正电性，不利于亲

6、核加成性，不利于亲核加成有利于氢原子的离解有利于氢原子的离解酸性酸性(1) 酸性与成盐酸性与成盐HRR+HH+ +HHR RR R 共轭大共轭大键的形成使羧酸根的键长完全平均化键的形成使羧酸根的键长完全平均化, 增加增加了羧基负离子的稳定性了羧基负离子的稳定性,有助于有助于H+的离解。的离解。127pm127pm羧酸的酸性强弱与羧酸分子的电子效应、立体效应和溶剂化效应相关。就电子效应而言，。H OO HCGr: releasing groupGw: withdrawing groupCOG Gr rOHCOG Gw wOHCOOHRCOOH+R-吸电子和斥电子基团对羧酸酸性的影响吸电子和斥电子

7、基团对羧酸酸性的影响由于受两个羰基的吸电子作用，亚甲基上的氢特别由于受两个羰基的吸电子作用，亚甲基上的氢特别活波，和碱作用可以形成稳定的负离子。活波，和碱作用可以形成稳定的负离子。氢碳酸：烷烃可以看作一个氢碳酸，碳上的氢以正氢碳酸：烷烃可以看作一个氢碳酸，碳上的氢以正离子解离下来的能力代表了氢碳酸的酸性。离子解离下来的能力代表了氢碳酸的酸性。取代基具有吸电子共轭效应时，酸性强弱顺序为： 取代基具有供电子共轭效应时，酸性强弱顺序为： ：诱导、共轭、氢键效应、空间效应均要考虑：诱导效应很弱、共轭效应为主。：诱导效应为主、共轭效应很弱。 对芳香羧酸来说对芳香羧酸来说强强弱弱CH3COOH ClCH2

8、COOH Cl2CHCOOH Cl3CCOOHpKa4.76 2.87 1.36 0.63想一想想一想试比较各组羧酸酸性的强弱试比较各组羧酸酸性的强弱FCH2COOH ClCH2COOH BrCH2COOH ICH2COOH 强强弱弱pKa2.67 2.87 2.90 3.16CH3CH2CHCOOH CH3CHCH2COOH CH2CH2CH2COOHClClClpKa2.86 4.06 4.52强强弱弱CH3COOH CH3CH2COOH (CH3)2CHCOOH (CH3)3CCOOHpKa4.76 4.86 4.87 5.05强强弱弱COOHCOOHCH2CH2COOHCH2CH2CO

9、OHCH2COOHCH2COOHpKa11.46 4.17 4.33 强强弱弱HCOOH CH3COOHCOOHpKa3.77 4.20 4.76强强弱弱pKa4.35 4.20 3.42强强弱弱COOHCOOHCH3COHOOHCOOOH-+ H+邻羟基苯甲酸酸性强的解释邻羟基苯甲酸酸性强的解释pKa2.98 4.572.21 3.42多元酸的问题：邻位效应多元酸的问题：邻位效应NaHCO3（常用于分离、鉴别羧酸和苯酚）（常用于分离、鉴别羧酸和苯酚） 氨苄青霉素氨苄青霉素（氨苄西林）（氨苄西林）COONa酸性顺序：羧酸酸性顺序：羧酸 碳酸碳酸 苯酚苯酚 乙醇乙醇COOHOHCO2( - )成

10、盐及其在医药上的应用成盐及其在医药上的应用羧酸的碱金属盐水溶性增大羧酸的碱金属盐水溶性增大羧酸盐与强的无机酸作用羧酸盐与强的无机酸作用, 又又可转化为原来的羧酸。可转化为原来的羧酸。 RCOOH酰氧基酰氧基酸酐酸酐OCORRCOOCOR卤原子卤原子X酰卤酰卤CXROOR烷氧基烷氧基酯酯RCOOR氨基氨基酰胺酰胺NH2RCONH2(2) 羧酸衍生物的生成羧酸衍生物的生成离去基离去基CRO酰基酰基三氯化磷三氯化磷亚磷酸亚磷酸RCOOHRCOCl+PCl3H3PO3回流回流RCOOHPCl5RCOClPOCl3HCl+五氯化磷五氯化磷三氯氧磷三氯氧磷回流回流RCOOHRCOClSOCl2SO2HCl

11、+氯化亚砜（亚硫酰氯）氯化亚砜（亚硫酰氯）回流回流酰卤的生成酰卤的生成酰卤具有高度反应活性，广泛应用于药物合成中。酰卤具有高度反应活性，广泛应用于药物合成中。 bp. 77 RCOOHHOCORRCOOCROP2O5或强热H2O+COCOO酐键酐键COOHCOOH180+ H2OCCOOO酸酐的生成酸酐的生成5、6员环的环状酸酐易通过加热相应二元羧酸得到：员环的环状酸酐易通过加热相应二元羧酸得到：HHCOOHCOOHOOO H2OMaleic acidMaleic andydride马来酸马来酸 马来酸酐马来酸酐 COONa请指出氨苄青霉素中的酰胺键请指出氨苄青霉素中的酰胺键想一想想一想RCO

12、OHRCOONH4RCNH2ONH3H2OCNOH酰胺键酰胺键COOHH2NCONH+ H2ON-苯基苯甲酰胺苯基苯甲酰胺酰胺的生成酰胺的生成酰胺是一类很重要的化合物酰胺是一类很重要的化合物, 很多药物和化很多药物和化工产品的分子中都含有酰胺键工产品的分子中都含有酰胺键 。RCOOH + HOR RCOOR + H2OCOO酯键酯键酯的生成酯的生成COOHCOOH160180HCOOH + CO2(3) 乙二酸及丙二酸的脱羧反应乙二酸及丙二酸的脱羧反应H+140160CH3COOH + CO2HOOCCH2COOH几乎所有羧酸或其盐类在强烈的条件下都可脱羧，若 上有强吸电子基，则易脱羧。 酯化

13、反应的机理酯化反应的机理加成消除机理碳正离子机理酰基正离子机理羧酸与一级、二级醇酯化时，基本属于这个机制，先进行亲核加成，然后进行消除，脱水羧酸与三级醇酯化时，由于三级醇体积大，不易加成，而是先脱水形成正离子，与羰基氧结合，完成酯化过程。特点：产率较低比如：2,4,6-三甲基苯甲酸，仅仅少数的酯化反应属于这个机理酯化：酯化：酰基正离子机理酰基正离子机理乙二酸&高锰酸钾溶液CCOOOHOH乙二酸乙二酸草酸草酸取代羧酸取代羧酸卤代酸卤代酸羟基酸羟基酸醇酸醇酸酚酸酚酸羰基酸羰基酸醛酸醛酸酮酸酮酸氨基酸氨基酸二、羟基酸的命名和化学性质二、羟基酸的命名和化学性质3-羧基羧基-2-羟基戊二酸羟基戊二酸（异

14、柠檬酸（异柠檬酸 或或 异枸橼酸）异枸橼酸）（柠檬酸（柠檬酸 或或 枸橼酸）枸橼酸）jyun3-羧基羧基-3-羟基戊二酸羟基戊二酸 记！记！HOCOOHHHOHCOOH2S,3S-2,3-二羟基丁二酸二羟基丁二酸（2S,3S-酒石酸）酒石酸）1. 命名命名COOHHO3,4,5-三羟基苯甲酸三羟基苯甲酸（没食子酸没食子酸）顺顺-3-羟基环己烷甲酸羟基环己烷甲酸COOHOH水杨酸水杨酸(salicylic acid) 邻邻-羟基苯甲酸羟基苯甲酸 强强弱弱HOCH2COOH HOCH2CH2COOH CH3COOHpKa3.83 4.51 4.76 2. 化学性质化学性质(1) 醇酸的酸性醇酸的酸

15、性共性：羟基酸具有羟基和羧基的典型反应共性：羟基酸具有羟基和羧基的典型反应特性：根据羟基和羧基的相对位置不同而有所不同特性：根据羟基和羧基的相对位置不同而有所不同 羟基：氧化羟基：氧化, 卤代卤代, 脱水脱水, 成酯成酯, 等等 酚羟基：与酚羟基：与FeCl3显色显色, 等等 羧基：酸性，成盐，成酯羧基：酸性，成盐，成酯, 等等 相互影响相互影响: 受热脱水受热脱水, 易于氧化易于氧化, 等等HOCH2COOHOHCCOOHHOOCCOOH稀稀HNO3稀稀HNO3CH3CHCH2COOHOHCH3CCH2COOHO稀稀HNO3CH3CHCOOHOHCH3CCOOHOAg+Tollens试剂试剂

16、-羟基酸羟基酸-酮酸酮酸与稀硝酸作用与稀硝酸作用与与Tollens试剂作用试剂作用(2) 醇酸的氧化反应醇酸的氧化反应受羧基吸电子效应的影响，醇酸分子中的羟受羧基吸电子效应的影响，醇酸分子中的羟基比醇的羟基容易被氧化。一般情况下，稀基比醇的羟基容易被氧化。一般情况下，稀硝酸一般不能氧化醇，硝酸一般不能氧化醇，Tollens 试剂不与醇试剂不与醇反应反应-醇酸醇酸 交酯交酯- H2OCH3CH COOHOHOHCHCH3CHOOOOOOCH3H3C-2H2O-羟基丙酸羟基丙酸丙交酯丙交酯+OOOOH2O+CH2COOHOH2H+OH -或乙交酯乙交酯羟基乙酸羟基乙酸(3) 醇酸的脱水反应醇酸的脱

17、水反应交酯多为结晶物质交酯多为结晶物质,在酸或碱存在下易水解成原来的醇酸。在酸或碱存在下易水解成原来的醇酸。 -醇酸醇酸 ,-不饱和酸不饱和酸- H2O -醇酸和醇酸和-醇酸醇酸 5元或元或6元环内酯元环内酯- H2OCH3CHCHCOOHOHHCH3CHCHCOOHH2O+-羟基丁酸羟基丁酸2-丁烯酸丁烯酸微热微热CH2CH2COCH2OHOHOOH2O+-羟基丁酸羟基丁酸-丁内酯（丁内酯（1,4-丁内酯）丁内酯）室温室温HOCH2(CH2)3COOH-羟基戊酸羟基戊酸OOH2O+-戊内酯戊内酯受热易脱水常温可自动脱水游离的-醇酸很难存在,通常以-醇酸盐的形式保存。多发生于羟基在羧基邻位或对

18、位的酚酸多发生于羟基在羧基邻位或对位的酚酸COOHOHOHCO2+200220OHCOOHOHHOOHOHHOCO2+200(4) 酚酸的脱羧反应酚酸的脱羧反应常见的酰基：常见的酰基：CH3COOHCH3CO HOOC COOHHOOC CO 乙酸乙酸乙酰基乙酰基草酸草酸草酰基草酰基丁酮二酸丁酮二酸HOOCCH2CCOOHOC CH2COOHCH3O-丁酮酸丁酮酸（乙酰乙酸）（乙酰乙酸）（草酰乙酸）（草酰乙酸）三、酮酸的命名和化学性质三、酮酸的命名和化学性质1. 命名命名强强弱弱COCOOH对苯甲酰苯甲酸对苯甲酰苯甲酸酮酸酮酸 醇酸醇酸 醇酸醇酸 羧酸羧酸CH3CCOOHOCH3CHCOOHO

19、HCH3CH2COOHHOCH2CH2COOH草酰琥珀酸草酰琥珀酸pKa2.49 3.86 4.51 4.882. 化学性质化学性质(1) 酸性酸性RCOCOOHRCHOCO2+稀稀H2SO4-酮酸酮酸 生成少一个碳原子的醛生成少一个碳原子的醛-酮酸酮酸 易脱羧，低温保存易脱羧，低温保存酮式分解酮式分解酸式分解酸式分解RCOCH2COOHRCOCH3CO2+常温或微热常温或微热(2) 脱羧反应脱羧反应RCOCH2COOHRCOONaCH3COONa+2NaOH想一想想一想OHCCH2CH2COOHHOOCOHOOCCCHCH2COOHOCOOHCO2脱羧酶草酰琥珀酸草酰琥珀酸CO2脱羧酶氧化酶氧化酶HOOCCH2CH2COOH琥珀酸琥珀酸HOOCCCH2CH2COOHO-酮戊二酸酮戊二酸COOHHOOCO 酮体：酮体：-羟基丁酸、羟基丁酸、-丁酮酸和丙酮丁酮酸和丙酮酮体其重要性：由于血脑屏障的存在，除葡萄糖和酮体外的物质无法进入脑为脑组织提供能量。饥饿时酮体可占脑能量来源的25%-75%。酮体合成酮体合成CH3COCH2COOHCH3COCH3CO2丙酮丙酮酮体酮