第十一章 羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应

1、Organic Chem第十一章第十一章 羧酸和取代羧酸羧酸和取代羧酸 亲核加成亲核加成-消除反应消除反应 有机化学学习要求：学习要求：1 1、掌握掌握：羧酸的结构、命名，羧酸的酸性，羧酸衍生物的形成，羧酸的结构、命名，羧酸的酸性，羧酸衍生物的形成，羧酸的还原及卤代反应，羟基酸、卤代酸的反应；羧酸的还原及卤代反应，羟基酸、卤代酸的反应；2 2、熟悉熟悉：羧酸的制备方法，二元酸受热变化规律；羧酸的制备方法，二元酸受热变化规律；3 3、了解了解：一些重要羧酸的俗名，羧酸的物理性质，波谱特征一些重要羧酸的俗名，羧酸的物理性质，波谱特征 。Organic Chem 通式通式 : RCOOH or Ar

2、COOH 共同的功能团：共同的功能团：COOH (Carboxyl group) 阿司匹林 (解热镇痛) CH3CH-COOH(CH3)2CHCH2布洛芬(抗炎镇痛)OCOCH3COOHCH3COOKCH2CNHONOSCH3青霉素G钾(抗菌剂)Organic Chem一、分类和命名： 1、分类：根据分子中羧基的数目： 一元酸 mon- 二元酸 di- 多元酸 pl- 根据R的性质： RCOHORCOHOArCOHOCOHORRR Organic Chem2、命名a) 俗名： HCOOH CH3COOH甲酸 蚁酸 乙酸 醋酸 酒石酸 乳酸 苹果酸 柠檬酸HOOC-CH-CH-COOHOH OH

3、CH3-CH-COOHOHCH3-CH-CH2-COOHOHCH2COOHCH2COOHCHCOOHHOOrganic Chemb) 系统命名法 IUPAC命名法： u 选取含取代基的最长碳链主链u 从靠近羧基的一端开始编号u 取代基、重键的位置用阿拉伯数字（或希腊字母）标出 3-甲基-2-丁烯酸 3-硝基苯甲酸（或间-） -甲基戊酸（3-甲基戊酸） CH3-CCH-COOHCH31234COOHNO2CH3CH2CHCH2COOHCH3Organic ChemCOOHH3CCOOHOHOCOOHCH2CH2COOHOHOH3CO CHCOOHCH2COOHH2N CH2(CH2)9COOHB

4、r ( (末末端端) )Organic Chem二、羧酸的物理性质： 1）、b.p很高（比M相近的醇高） 例： M甲酸 = M乙醇， b.p 100.7 78.5 2）、与水形成H-键=易溶于水 C1C4 的酸与水混溶，R增大，水溶性 R - COH - OOO - HC - R1、分子中有两个部位可形成H-键，常以二聚体存在。 Organic Chem波谱性质： IR：特征吸收： C=O： 缔合 1725-1700cm-1 不饱和芳香 1680-1700 cm-1 O-H：缔合二聚体 2500-3300 3550 cm-1游离 辅助： C-O： 1250cm-1 Organic ChemOr

5、ganic ChemOrganic ChemCHCOOHRHOrganic Chem OHOH氧上带孤对电子，与氧上带孤对电子，与C=OC=O的的键共轭键共轭 P-P-共轭共轭= C=O= C=O键增长：键增长：120123 pm120123 pm CO CO键缩短：键缩短：143136 pm143136 pm 使得羧基碳原子上的正电性削弱使得羧基碳原子上的正电性削弱 亲核加成比醛酮难亲核加成比醛酮难 OHOH键极化加大，键变弱，键极化加大，键变弱，H+H+易离去易离去酸性酸性 HH受受C=OC=O吸电子的影响，仍有酸性，但比醛酮弱吸电子的影响，仍有酸性，但比醛酮弱 Organic Chem1

6、 1、酸性：、酸性： 酸性大小： 大多无机酸 羧酸 H2CO3 苯酚 ROH pKa（甲酸3.75） 4.75-5 6.37 9.98 16-19 溶于Na2CO3 不溶RCOOHB:RCOORCOORCOO有两个完全有两个完全等价的共振式等价的共振式Organic Chem 如何分离苯酚、苯甲醇和苯甲酸？如何分离苯酚、苯甲醇和苯甲酸？思考题：思考题：油COOHCH2OHOHNaOHCOONaONaCH2OHCO2COONaOH油水水Organic Chem电子效应对酸性的影响电子效应对酸性的影响： 诱导效应：诱导效应：XCH2COOH- -I使酸性增强 X= F Cl Br I CHO NO

7、2 N(CH3)3pKa 2.66 2.86 2.90 3.18 3.53 1.68 1.83+I使酸性减弱 HCOOH CH3COOH (CH3)2CHCOOH pKa 3.75 4.76 4.86 Organic ChemRCO2H非酸性化合物+OHRCO2水水相相非非酸酸性性化化合合物物H+RCO2H有机相有有机机溶溶剂剂萃萃取取混混合合物物CCO2HClClClCCO2HClHClCCO2HHHClCCO2HHHH Organic Chem 2、羧基中羟基被取代的反应：、羧基中羟基被取代的反应： 共同的反应历程：RCOH + Nu R COH RCNu + OHOOOO 消除 取代产物

8、 Nu =X, RCO, NH2, ORRCOHO+PCl5回回流流PCl3SOCl2RCCl +POCl3 +HClSO2H3PO3(200C分分解解）+HClHOC P2O5RRH NH2RCNH2OHORRCOR + H2OOH+OCORCOOOCO COORCOOHRCOXRCOORCOORRCONH2(R)CROOrganic Chem 1）、生成酰卤的反应：）、生成酰卤的反应： RCOOHRCOClSOCl2PCl3PCl5RCOOHPBr3RCOBrROHSOCl2RClPBr3RBrOrganic Chem2）、生成酸酐的反应：）、生成酸酐的反应： RCH2COOHRCH2CO

9、OCCH2ROP2O52+ + H2O H2ORHCCORCH2COOHRHCCOOCCH2ROHP2O5RCHCOOHRCH2COOCCH2RORHCCOHOCCH2ROHOrganic Chem加热反应即发生加热反应即发生COOHCOOHOOOCOOHCOOHOOO+H2O+H2O Organic Chem 3）、酯化： RCOORRCOOHHOR H2O+H+Organic Chem RCOORRCOOHHOR- - H2OHRCOHOH亲亲核核加加成成RCOHOHHORRCOHOHORHRCOORRCOHOHHH2O+ + H3OOrganic ChemHORH2OR- - H2ORR

10、COOHRCOOHRRCOORRCOORHHH2O+ + H3OOrganic ChemRCOOH+RCOORRRCOOH+RCOOH3CCH3CCH2CCH3CH3CH3HCH3CH3CCH3RCOOHHRCOHOCCH3CH3CH3 HOrganic ChemRCOHOCR2R1R3RCOOCR2R1R3RCOOCR2R1R3OH+H*( )Organic ChemROOH ROOH OH2OOOORROHH+ROOH OOOHORROH H+OOH ROHH+OOROrganic ChemRCOOHNH3RNH2RCOONH4RCONH2RCOONH3R- - H2ORCONHR100o

11、C180190oC- - H2ORNH2RCONHRRCOClRCOOCRORCOOHSOCl2P2O54）、生成酰胺的反应：）、生成酰胺的反应： Organic Chem3、羧酸的还原反应、羧酸的还原反应 RCOOHLiAlH4RCH2OHH2ORCOOHAlH3B2H6RCH2OHH2OH2OCOOHB2H6O2NH2OCH2OHO2NOrganic ChemRCH2OHRCOOHRCOOEt1. LiAlH4酯酯化化2. H2O1. LiAlH42. H2O 合成上由羧酸合成上由羧酸制备伯醇，宜先酯制备伯醇，宜先酯化再还原化再还原Organic ChemRCH2NH2RCONH2RCRC

12、OOHRCOClRCOOCRORCH2OHRCOORRCOH1. LiAlH4RCORLiAlH4RCHOHRNRCNRRCH2NHRLiAlH42. H2O1. LiAlH42. H2OOrganic Chem4、-H的反应RHCCOOHHX2 / P or SRHCCOOHXX = Br , Cl+X23 PX33 RCH2COOH+ PX3+ P(OH)3RCH2COXRHCCOHXH+XXRCH2COHXXRCHCOXXRCH2COOHRCHCOOHX- - HRCH2COX+烯烯醇醇化化交交换换2 PRCH2COX3Organic Chem -卤代酸在合成很有用卤代酸在合成很有用：

13、XNH2,CN,OH等。多功能基化合物。 CHCOOHX酯酯化化ZnCHCOORZnXRRCHCOORXRRHCCOOHX2 NH3RCHCOOHH2N+NH4XRCHCOONaHO+NaX+H2O2 NaOHOrganic Chem5 5、脱羧反应、脱羧反应 注意比较产物与原注意比较产物与原料的双键的位置料的双键的位置RCOOH(1) NaOH(2)RHCO2+ ROHOORRRORRHCO2+ COOHRRCO2+H Organic ChemROHOORRRORRHROOORRHROOORRHRORRH+重重排排六六员员环环过过渡渡态态CO2Organic ChemCOOHRRROHOH+

14、 + CO2ROHOOrganic ChemRCH2CH3O选选择择性性烷烷基基化化RCH2CH2ORRCH2OEtOO1. RONaRCH2OEtOORNaOHRCH2ONaOORRCH2OHOORH+- - CO2RX2.RCH2CH2OR Organic ChemCOOHCOOHOOOCOOHCOOHOOO+H2O+H2O COOHCOOHCOOHCOOH+H2OO+CO2O +H2O+CO2 COOHCOOHCOOHCOOHH2CCH3COOH +HCOOH CO2+CO2Organic Chem1、氧化法：、氧化法：四、羧酸的制备：四、羧酸的制备：RCOHORCHOORCH2OHRC

15、CH3OCCRHHROrganic ChemRCNHH2O, H2OOHRCOOHHBrCH2CH2BrNCCH2CH2CNH2OH+HOOCCH2CH2COOHClCH2COONaNaCNNCCH2COONa(1) NaOH(2) H2O / H+HOOCCH2COOH2 NaCNOrganic ChemC3H7CHOHCNC3H7CHOHCNH2O, HClC3H7CHOHCOOHHCN(NH4)2CO3C3H7CHNH2CNC3H7CHNH2COOHC3H7CHOH2O, HCl Organic Chem制备比制备比 RX 多一碳的羧酸多一碳的羧酸COORMgXCOORMgXH2OCOH

16、ORRMgXCO2(RCO2)2MgH2ORCO2HRXMgOrganic Chem4、羰基的缩合反应、羰基的缩合反应1）柏琴反应）柏琴反应ArCHO+(RCH2CO)2O ArCH=CCOOH+RCH2COOHRCH2COOKRRAr（反式构型C=CCOOHH）2）克脑文格尔反应）克脑文格尔反应ArCHO+CH3 （ COOC2H5)2 ArCH=C（ COOC2H5)2吡啶/哌啶加热1）OH-/H2O2）H+/ArCH=CH COOHOrganic Chem【课堂练习】用指定原料合成下列化合物【课堂练习】用指定原料合成下列化合物、HOCH2CH2ClHOCH2CH2COOH2、BrCOOH

17、MgBrMg 、干醚CO2H / H2O+NaCNH / H2O+HOCH2CH2CNOrganic Chem五、取代羧酸五、取代羧酸一）一） 卤代酸卤代酸Cl RCHCOOH1. -卤代酸卤代酸 SN2反应反应Nu-邻基参与效应：邻基参与效应：RCHCOOH+H2O（稀OH-）ClRCHCOOH+H2OOH-LCCGL.CCGNu-CCGNuCCGNu构型保持构型保持重排产物重排产物Organic Chem备注备注：1、能发生邻基效应的基团通常为具共用电子对的基团、含碳碳双键等的不饱和基团、具键的芳基等。3. -,-,-卤代酸卤代酸 内酯内酯碱碱2. -卤代酸卤代酸 消除反应消除反应碱碱Or

18、ganic Chem-卤代酸的制备卤代酸的制备羧酸的羧酸的-H卤化卤化 -卤代酸的制备卤代酸的制备, 不饱和羧酸与卤化氢共轭加成羧酸与卤化氢共轭加成制备制备 、-卤代酸的制备卤代酸的制备汉斯狄克反应汉斯狄克反应(Hunsdiecker reaction） Br2CCl4CH3OOC（CH2）3CHBrCH3OOC（CH2）4COOHAgNO3KOHCH3OOC（CH2）4COOAgOrganic Chem二）二） 羟基酸羟基酸（1）脱水反应：）脱水反应： A、-羟基酸的脱水：两分子间的交叉脱水成交酯CH3CHOHO=COHHOCHCH3HOC=O+OCH3HCO=CCHCH3 C=OO 2H2

19、OB、羟基酸的脱水： 分子内脱水成，-不饱和酸CH3CH=CHCOOHCH3CHCHCOOHOH H H2O、化学特性、化学特性Organic ChemC、 或或 羟基酸的脱水：羟基酸的脱水： 分子内的羧基与羟基发生脱水生成环状结构的内酯（ -丁内酯或-戊内酯）CH2COHCH2OHOH2CH2CCH2C=OCH2O H2O H2O CH2CH2C=OCH2OHH2COHCH2CH2CH2OH2CC=O -丁内酯-戊内酯Organic Chem注：内酯和酯一样水溶性较小，在碱液易开环生成相应水溶性的、-羟基酸盐。再用稀酸酸化，又自动环化成或-内酯，并从水中析出。CH2COCH2OHOH2CH2

20、CCH2C=OCH2O H2O/OHH-内酯（不溶水）-羟基酸盐（溶水）HOH喜树碱（内酯，不溶水） 喜树碱酸盐（溶水）NNOOHOHCOONNOOOHO应用：应用：Organic Chem2）脱羧反应：）脱羧反应：OH RCHCOOH稀 H2SO4 RCHO + HCOOHOH RCHCOOHOH RCHCOOHKMnO4H RCOOH + CO2 + H2O-羟基酸RCR + CO2 + H2OOOH RCCOOHRKMnO4HOHRCHCH2COOHHOKMnO4 RCCH2COOHO RCCH3O -羟基酸Organic Chem、制备、制备氰醇的水解氰醇的水解Reformatsky：-卤代酸酯与醛或酮的混合物卤代酸酯与醛