中国药科大学有机化学-羧酸

1、 羧酸羧酸carboxylic acid Penicillin-G 一 分类和命名二 结构和物理性质三 化学反应羧酸衍生物的形成反应，酯化反应机理；-羰基酸的脱羧反应；二元酸受热时的变化规律 四 制法羧酸的制备方法； 一、分类和命名（一）分类（一）分类1.根据烃基结构分类根据烃基结构分类饱和羧酸 不饱和羧酸 OOH羧酸脂肪族羧酸 脂环族羧酸 芳香族羧酸 COOHCH3COOHOOH 2.根据羧基数目分类根据羧基数目分类羧酸一元酸二元酸多元酸COOHH O O CC O O HHOOCCH2CCH2COOHOHCOOH （二）命名（二）命名1. 俗名俗名俗称 蚁酸 醋酸 酪酸 安息香酸HCOOH

2、CH3COOHCOOHCOOH 2 系统命名系统命名 与醛相同。即选择含羧基的最长碳链为主链，与醛相同。即选择含羧基的最长碳链为主链，并从羧基碳原子开始，用阿拉伯数字标明并从羧基碳原子开始，用阿拉伯数字标明主链碳原子的位次主链碳原子的位次,羧基的位次不用标出，羧基的位次不用标出，因为其总在因为其总在 1 位。简单的羧酸习惯上也常位。简单的羧酸习惯上也常用希腊字母标位，即以与羧基直接相连的用希腊字母标位，即以与羧基直接相连的碳原子位置为碳原子位置为 ，依次为，依次为 、 、 等，等，最末端碳原子可用最末端碳原子可用 表示。表示。 饱和酸COOH不饱和酸H3CCH3CH2COOHH4-甲基-3-乙

3、基戊酸 (E)-3-甲基-3-戊烯酸 (顺)-3-甲基-3-戊烯酸 脂环酸COOH环己酸环戊基甲酸环戊烷羧酸COOHCOOH（1R,3R)-1,3-环己烷二羧酸 芳香酸苯甲酸衍生物COOHH3C对甲基苯甲酸COOHOH邻羟基苯甲酸 （水杨酸）COOHCOOH邻苯二甲酸 芳香酸脂肪酸的芳基衍生物CH2CH2COOHO2NCH2COOH3-(3-硝基苯基）丙酸1-萘乙酸 多元羧酸COOHHHCOOHCOOHCOOHCOOH顺丁烯二酸（马来酸）3-异丁基-3-羧基戊二酸 各种取代羧酸命名见下节酰基COH3C乙酰基H3CCO对甲基苯基甲酰基简单的用相应的酸来命名复杂的用取代的甲酰基来命名 二 结构和物

4、理性质 结构 碳原子为碳原子为spsp2 2杂化杂化 未参与杂化的未参与杂化的p p轨道与氧上的轨道与氧上的p p轨道形成一个轨道形成一个键键 羟基氧原子上占有未共用电子对的羟基氧原子上占有未共用电子对的p p轨道可与羰基轨道可与羰基的的键发生键发生p p - -共轭共轭 。该共轭对羧酸根的性质该共轭对羧酸根的性质影响很大。影响很大。OOH碳氧双键和单键键长有平均化趋势，但是并未完全平均化。 b.pform dimer by hydrogen bondH3C COO HCH3COOH Solubility in water 三三 化学反应化学反应RHCCHOOH酸性羟基被取代脱羧和还原氢的反应

5、 （一）酸性（一）酸性羧酸容易离解质子，显示比较强的酸性羧酸容易离解质子，显示比较强的酸性其强度要强于碳酸。其强度要强于碳酸。羧酸的酸性来源于羧酸根负离子的特殊稳定性羧酸的酸性来源于羧酸根负离子的特殊稳定性CH3COOH + H2OCH3COO+H3O+RCOOH H2CO3Ar-OHH2OROHHCCROOOO 影响酸性的因素脂肪酸脂肪酸吸电子基给电子基COOCOO分散负电荷使负电荷更负稳定负离子（易生成）使负离子更不稳定 （不易生成）质子更容易解离（酸性更强）质子更难解离（酸性更弱） 诱导效应的特性在取代酸中得到了充分反映诱导效应的特性在取代酸中得到了充分反映如：距离效应如：距离效应如：加

6、和效应如：加和效应 复习：-I效应强弱次序：NO2CNFClBr 炔基 羰基 COOROROHC6H5 烯基H+I效应强弱次序： (CH3)3C (CH3)2CHCH3CH2CH3H 强调：羟基、烷氧基等集团在无共轭的情况下只考虑原子的电负性，吸电子。请不要和苯环等存在p-共轭下的给电子效应弄混！ 芳香酸：（请复习参考酚的酸性）1.芳环上有吸电子基时，ArCOOH酸性增加。2.芳环上有斥电子基时，ArCOOH酸性减弱。3.考虑位置，不要求邻位效应COOHH3COCOOHCOOHO2NCOOHCOOHCOOHH3CCOOHH3CO场效应COOClClH直接通过空间和溶剂分子传递的电子效应。场效应

7、是一种长距离的极性相互作用,是作用距离超过两个CC键长时的极性效应。 氯和羧基间隔超过3个碳，诱导效应可以忽略。COOHClCl但是，氯对酸性依然有一定影响弱强因为较近的距离产生的静电引力导致了羧基氢不易电离。场效应可以发生在多种基团，比如书例的二酸。 和多种碱性物质成盐CH3COOH + NaHCO3CH3COONa + H2O + CO2RCOOH + RNH2RCOO H3N+ R复习：立体化学外消旋体的拆分（书上有例子）(+)-酸+(+)-酸-(+)-碱盐(-)-酸-(+)-碱盐(-)-酸50%50%HClHCl(+)-酸(-)-酸(+)-碱比较酸性强弱比较酸性强弱1 三氟乙酸、氯乙酸

8、、溴乙酸、乙醇、乙酸三氟乙酸、氯乙酸、溴乙酸、乙醇、乙酸2COOHCOOHNO2OHCOOHNO2-ClCOOHCH3acbdeacbde命名命名1 1，3-3-苯二苯二乙酸乙酸 （二）羟基的取代（二）羟基的取代羧酸衍生物的生成羧酸衍生物的生成1 1 酯化反应酯化反应 RCOOH + HO RH+RCOOR + H2O失水的是羧酸的羟基氢。该断裂方式称为酰氧断裂（Acyl-oxygen cleavage ），不会发生构型翻转。C6H5COOH +H18OCH3H+C6H5COOCH3+ H2O18CH3COOHCCH3(CH2)5CH3HO+HCCH3(CH2)5CH3HH3CCOO+ H2O

9、H 亲核加成消除反应机理(伯、仲醇）： COOHRH+HORCOOHRHRCOHOROHH(1)(2)四面体构型（典型)!RCOH2ORO H(3)H2OCRORO+H+CRORO H(4)(5)质子转移 反应特点:1 虽然结果是羟基被取代，但是实际上是经过了先加成、后消除的过程。2 反应历程中生成了四面体中间体，该中间体一个碳连接四基团，空间比较拥挤，因此，反应物的结构会严重影响反应速度。 醇： CH3OH RCH2OH R2CHOH 酸： CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH R3CCOOH 碳正离子机理（叔醇）该历程源于在酸性介质中碳正离子易生成。(CH3)3COHOH2_

10、CROHOH2O(CH3)3C(CH3)3CH+C+OHOC(CH3)3R_+COOC(CH3)3RH+H+酰基正离子机理 (不要求） 2 生成酰卤R COOHR COCl +PCl3H3PO333R COOH+ PCl5R COCl+ POCl3+ HClR COCl + SOCl2SO2HCl+R COOH第三种方法的产物纯、易分离，因而产率高。是合成酰卤的好方法。 3 生成酸酐COOH2C O COO脱水剂单一酐乙酰氯、乙酸酐、P2O5 COOHHHCOOH乙酸酐HHOOO分子内酸酐顺丁烯二酸酐 混合酐H3COOC2H5OH3COOH3COC2H5OOC2H5OCH3COOH+ CH3C

11、H2COOHP2O5?CH3COONa + CH3CH2COCl类似方法也可以制酯PhCOONa+ PhCH2ClPhCOOCH2Ph 4 生成酰胺RCOOHNH3RCOONH4H2OCONH2R+RCOONH2R2RCOOHHNR2CONR2R+ H2O加热虽然是可逆反应，但可以蒸去水控制反应平衡CH3COOH + H2NOHCH3CHNOHO扑热息痛 （三）羧基的还原反应 LiAlH4能顺利地将羧酸还原为伯醇，并且分子中的双键不受影响。但NaBH4还原性能比LiAlH4弱，不能用来还原羧酸。H3COOCH3COOH(1)(2)LiAlH4H3O+H3COOCH3CH2OH回忆：醛酮的LiA

12、lH4还原也是两步反应，第二步也要水解。CH2CHCH2COOH LiAlH4 / Et2OCH2CHCH2CH2OHH3O+ （四）-氢的反应 Hell-Volhard-Zelinsky Reaction少量红磷催化下发生此反应。反应历程（不要求）生成酰卤，酰卤卤素的吸电子能力增加了-氢的活性。请和生成酰卤的条件区分开！另，少量碘、硫等也能催化反应，略。CH3CH2CH2COOH + Br2PPBr3红或CH3CH2CH2COOH + Br2PPBr3红或HBr+ HBr+CH3CH2CHCOOHBr （五）脱羧（五）脱羧脱羧比较难，一般在 、位上有吸电子基的羧酸才能脱羧。 -酮酸的脱羧-C

13、上连了吸电子基（以羰基和烯键为例） -酮酸-C上连了烯键：脱羧+重排请问，前述的-酮酸是否也有重排？为何其产物没有改变特征？ （六）二元酸受热的反应（六）二元酸受热的反应1. C2-C3 直接脱羧2. C4-C5 脱水成环酐五、六元环的稳定性HCOOH +CO2COOHCOOHCHCOOHCOOHH3CCH3CH2COOH + CO2COOHCOOHCCOOO乙酸酐 3. C6-C7 ：脱羧又脱水，生成环状酮CH3CHCH2COOHCH2CH2COOHBa(OH)2H3CO+H2OCO2HOOC(CH2)5COOHH2OBa(OH)2O+CO2 四 制法（一）氧化法（一）氧化法 （复习，自己总

14、结）（复习，自己总结）1 醇的直接氧化2 醛的氧化 直接氧化 自身氧化还原3 环己酮的氧化4 双三键的氧化5 甲基酮及其变体的氧化卤仿反应 注意，该反应生成物特征，比反应物减少一个碳 （二）腈水解法CH2CNH2OH2SO4105CH2COOHRCOOHRCNRCl限制：XRXRR环上的卤素无法取代NaCN取代的条件易消除COOHRCOOHRR生成物比卤烃多一个碳（回忆卤仿反应）RCN + H2ORCOOHH2OH+/OH-伯卤伯卤代烷代烷? （三）（三）格氏试剂法H3O+(Ar)+CRO- Mg+XO(Ar)RCOOH(Ar)R- Mg+XCO2没有条件限制，适用于一级、二级、三级或芳香卤代