有机化学羧酸

有机化学羧酸第1页，课件共103页，创作于2023年2月第一节羧酸的分类和命名第二节羧酸的物理性质第三节羧酸的光谱特征第四节羧酸的结构和酸性第五节羧酸的制备第六节羧酸的反应本章提纲第七节不饱和羧酸和取代羧酸第2页，课件共103页，创作于2023年2月第一节羧酸的分类和命名一元酸系统命名普通命名HCOOH甲酸蚁酸CH3COOH乙酸醋酸CH3CH2COOH丙酸初油酸CH3CH2CH2COOH丁酸酪酸CH3(CH2)16COOH十八（碳）酸硬脂酸只含有一个羧基的羧酸称为一元酸。最常见的酸，可根据它的来源命名。第3页，课件共103页，创作于2023年2月CommonNames(Vollhardt)第4页，课件共103页，创作于2023年2月二元酸系统命名普通命名HOOCCOOH乙二酸草酸HOOCCH2COOH丙二酸缩苹果酸HOOC(CH2)2COOH丁二酸琥珀酸(Z)-HOOCCH=CHCOOH顺丁烯二酸马来酸(E)-HOOCCH=CHCOOH反丁烯二酸富马酸含有二个羧基的羧酸称为二元酸。第5页，课件共103页，创作于2023年2月Carboxylicacidstakeprecedenceoverothergroups:Includeasmanyfunctionsaspossibleinstem(Betterthan4-acetylheptanoicacid)第6页，课件共103页，创作于2023年2月第二节羧酸的物理性质低级脂肪酸是液体，可溶于水，具有刺鼻的气味。中级脂肪酸也是液体，部分地溶于水，具有难闻的气味。高级脂肪酸是蜡状固体。无味，在水中溶解度不大。液态脂肪酸以二聚体形式存在。所以羧酸的沸点比相对分子质量相当的烷烃高。所有的二元酸都是结晶化合物。第7页，课件共103页，创作于2023年2月第三节羧酸的光谱特征1HNMRR2CHCOOHH：10~12HCR2COOHH：2~2.6IR光谱羧酸中的C=O：单体二缔合体RCOOH1770~1750cm-1~1710cm-1CH2=CHCOOH~1720cm-1~1690cm-1ArCOOH1700-1690cm-羧酸中的OH：~3550cm-13000~2500cm-羧酸中的C-O~1250cm-1第8页，课件共103页，创作于2023年2月羧酸的光谱性质第9页，课件共103页，创作于2023年2月C4H8O正己烷乙酸醇羟基、羧酸羟基、烷基IR吸收的比较第10页，课件共103页，创作于2023年2月乙酸的NMR谱第11页，课件共103页，创作于2023年2月乙酸的MS谱第12页，课件共103页，创作于2023年2月第13页，课件共103页，创作于2023年2月2-甲基丙酸NMR图第14页，课件共103页，创作于2023年2月2-甲基丙酸MS图第15页，课件共103页，创作于2023年2月两个碳氧键不等长，部分离域。两个碳氧键等长，完全离域。第四节羧酸的结构和酸性1.36Å1.23Å1.27Å醇中C-O单键键长为1.43Å一羧酸和羧酸根的结构比较第16页，课件共103页，创作于2023年2月2多数的羧酸是弱酸，pKa约为4-5（大部分的羧酸是以未解离的分子形式存在）二

讨论1羧酸根比较稳定，所以羧酸的氢能解离而表现出酸性。3取代基对羧酸酸性的影响23200×10－55530×10－5136×10－51.75×10－5Ka1).诱导效应对羧酸酸性的影响取代基的吸电子(-I效应)取代基的供电子(+I效应)2).共轭效应对羧酸酸性的影响取代基的吸电子(-C效应)取代基的供电子(+C效应)第17页，课件共103页，创作于2023年2月

共轭效应：

X=OHOCH3CH3HClNO2pKa

4.574.474.384.203.973.423).空间效应：利于H+离解的空间结构酸性强，不利于H+离解的空间结构酸性弱3.684.44第18页，课件共103页，创作于2023年2月4).氢键：分子内的氢键也能使羧酸的酸性增强。pka2.98pKa1=2.0pKa2=6.5pKa1=3.0pKa2=4.55）.场效应

场效应：是空间静电作用，即取代基在空间产生一个电场，对另一个反应中心的影响δ-δ＋第19页，课件共103页，创作于2023年2月4芳香羧酸的情况分析取代基具有吸电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：

邻>对>间取代基具有给电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：

邻>间>对具体分析：邻位（诱导、共轭、场、氢键效应、空间效应均要考虑。）对位（诱导很小、共轭为主。）间位（诱导为主、共轭很小。）第20页，课件共103页，创作于2023年2月实例诱导吸电子作用大、共轭给电子作用大、氢键效应吸电子作用大。邻位间位对位诱导吸电子作用中、共轭给电子作用小。诱导吸电子作用小、共轭给电子作用大。pka2.98pka4.08pka4.57Ref.苯甲酸的pka4.20第21页，课件共103页，创作于2023年2月应用：利用羧酸的酸性分离和纯化化合物第22页，课件共103页，创作于2023年2月1.氧化法2.Grignard试剂+CO23.腈类化合物的水解*有机锂试剂的羧化4.丙二酸酯合成法（见羧酸衍生物）5.酚酸的特殊制法（见取代酸）第五节羧酸的制备第23页，课件共103页，创作于2023年2月氧化法用什么氧化剂？氧化剂的选择性？第24页，课件共103页，创作于2023年2月Grignard试剂+CO2亲核加成机理制备比RX多一碳的羧酸第25页，课件共103页，创作于2023年2月腈类化合物的水解（酸性水解和碱性水解）例：丁二酸丙二酸第26页，课件共103页，创作于2023年2月Strecker反应a-羟基酸a-氨基酸第27页，课件共103页，创作于2023年2月腈的酸催化水解机理：第28页，课件共103页，创作于2023年2月腈的碱催化水解机理第29页，课件共103页，创作于2023年2月*有机锂试剂和CO2的反应RLi+CO2RCOOLiRCOOH

RLi

H2OH2O讨论：(1)(2)(3)同格氏试剂。(4)（注意：投料比对产物的影响）实例n-C4H9Li/Et2O-50至-60oCCO2H2O第30页，课件共103页，创作于2023年2月*有机锂化合物的烃基化反应在合成羧酸中的应用实例一和实例二：从羧酸合成-取代羧酸RCH2COOH+2LiN(i-C3H7)2RR’CHCOOHRCHCOO-Li+Li+R’XH2O实例一实例二(CH3)2CHCOOH+2LiN(i-C3H7)2THF,C6H14,0oC(CH3)2CLiCOOLiBr(CH2)nBrH2O第31页，课件共103页，创作于2023年2月LDA/THF-78oCCH3(CH2)3BrH2OCO2-78oCH2O实例三从一元羧酸合成二元羧酸从羧酸合成取代羧酸第32页，课件共103页，创作于2023年2月1.羧酸的酸性2.羧基上羟基的取代3.羧酸与金属有机试剂的反应4.羧酸的还原反应5.羧酸-氢的反应6.羧酸的脱羧第六节羧酸的反应第33页，课件共103页，创作于2023年2月羧酸的结构及化学性质分析H有酸性羰基不饱和,可加成、还原羰基a-H，有弱酸性，可取代OH可被取代羧基可脱去CO2羧酸的化学性质第34页，课件共103页，创作于2023年2月羧酸的酸性几种活泼氢的酸性比较羧酸酚醇pKa~5~10~16-19羧酸根负离子的共振式与稳定性有两个完全等价的共振式第35页，课件共103页，创作于2023年2月吸电子基对羧酸酸性的影响23200×10－55530×10－5136×10－51.75×10－5Ka应用：利用羧酸的酸性分离和纯化化合物第36页，课件共103页，创作于2023年2月羧基上羟基的取代羧酸衍生物酰卤酸酐酯酰胺取代羟基生成羧酸衍生物羧酸第37页，课件共103页，创作于2023年2月2.1

形成酰卤（下册，第13.6节）酰(基)氯酰(基)溴比较:醇类的卤代羧酸羟基的卤代与醇类的卤代有相似性第38页，课件共103页，创作于2023年2月2.2形成酸酐（下册，第13.7节）可能机理:乙烯酮衍生物酸酐强除水剂第39页，课件共103页，创作于2023年2月分子内二酸的脱水（第12.14节）:正常反应:形成环状酸酐异常反应:形成环状酮加热反应即发生第40页，课件共103页，创作于2023年2月2.3生成酯（酯化反应）酯化反应特点：反应需要H+催化，无催化剂时反应很慢。反应可逆（加大反应物用量或除去水使酯的产率提高）酯化反应机理的讨论机理须说明的问题：

a.反应可逆性b.H+在反应中起什么的作用？先作用在哪？c.酯中OR‘中氧的来自于酸还是醇？

第41页，课件共103页，创作于2023年2月两种可能的酯化反应机理(i)通过酰基上的亲核取代H+先与羧基羰基氧结合（增强了羧基的亲电性）OR'上的氧原子来自于醇提示：逆过程为酯的酸性水解机理第42页，课件共103页，创作于2023年2月(ii)通过烷基碳正离子中间体

H+先与醇羟基氧结合羧基羰基氧作为亲核试剂，OR'上的氧原子来自于酸第43页，课件共103页，创作于2023年2月碳正离子中间体证据：酸与烯烃反应可生成酯机理(ii)的关键——碳正离子第44页，课件共103页，创作于2023年2月研究两种酯化反应机理的实验室方法：(i)

同位素标记法。如：用RO18H确定烷氧基中氧的来源(ii)旋光性醇酯化法。总结：

伯醇、仲醇酯化经机理(i)。

叔醇酯化经机理(ii)

（关键：R+稳定，较易生成）有旋光，机理(i)无旋光，机理(ii)第45页，课件共103页，创作于2023年2月羟基酸的酯化——形成内酯和交酯a-羟基酸b-羟基酸g-羟基酸d-羟基酸交酯g-内酯d-内酯a,b－不饱和酸第46页，课件共103页，创作于2023年2月2.4生成酰胺提示：合成上一般通过羧酸衍生物制备酰胺（第13章）第47页，课件共103页，创作于2023年2月Cyclicamides:Imidesfromdioicacids,orlactamsfomaminoacidsImideformation:第48页，课件共103页，创作于2023年2月Lactamformation:Penicillinsarelactams:R’OHstandsfortranspeptidase,theenzymenecessaryforallcellwallconstruction.Osmoticpressureinacellisenormous,10-20atm.Penicillincausesliterallyanexplosion.第49页，课件共103页，创作于2023年2月羧酸与金属有机试剂的反应与RMgX反应与RLi反应一个制备酮的方法作为亲核试剂作为碱（优先进行）不溶性盐，羰基不活泼难进一步反应溶解性较好，可进一步反应第50页，课件共103页，创作于2023年2月羧酸的还原反应用LiAlH4还原羧酸至醇羧基较难被还原强还原剂可还原至伯醇提示：还原机理：经过中间体——醛醛1o醇第51页，课件共103页，创作于2023年2月合成上应用——制备伯醇合成上由羧酸制备伯醇，宜先酯化再还原直接还原羧酸：LiAlH4用量多，反应开始剧烈，后较慢，先酯化再还原：反应较易进行，产率较好，反应条件相对比较温和，LiAlH4用量较少第52页，课件共103页，创作于2023年2月补充内容：能被LiAlH4还原的化合物及其产物类型提示：大多数的基团能被LiAlH4还原第53页，课件共103页，创作于2023年2月其它能还原羧基的试剂例：-NO2未受影响第54页，课件共103页，创作于2023年2月羧酸a氢的反应机理：a-卤代羧酸第55页，课件共103页，创作于2023年2月P+Br2

PBr3JakobVolhard(1834-1910)NikolajZelinski(1861-1953)

CarlMagnusvonHell(1849-1926)

第56页，课件共103页，创作于2023年2月Mechanism:Asintheacidcatalyzedhalogenationofaldehydesandketones,thisneedsenolizationofRCH2COOH.However,theCOOHgroupistoostabletoenolizesufficiently,henceitrequiresactivationtoRCH2C(O)Br.pKa~16!第57页，课件共103页，创作于2023年2月第58页，课件共103页，创作于2023年2月Detailedmechanismsofsteps2and3:第59页，课件共103页，创作于2023年2月

a-卤代羧酸在合成上的应用(i)制备a-卤代酯（制备Reformatsky试剂的原料）(ii)制备a-氨基酸或a-羟基酸Reformatsky试剂酯难直接卤代（P616，第13.18节）亲核取代第60页，课件共103页，创作于2023年2月羧酸的脱羧通过羧酸钠盐脱羧b-羰基酸或b,g-烯基酸的脱羧注意比较产物与原料的双键的位置提示：羧基的位有不饱和基团时易发生脱羧!!产率一般较低b-羰基酸b,g-烯基酸第61页，课件共103页，创作于2023年2月

b-羰基酸和b,g-烯基酸的脱羧机理桥头碳难成平面型实验证据：b-羰基酸第62页，课件共103页，创作于2023年2月六员环过渡态b,g-烯基酸第63页，课件共103页，创作于2023年2月

b-羰基酸的脱羧在合成中的应用例：合成难点:位置选择性不好反应较难操作用b-羰基酯进行反应双活化位酯基的作用:活化、定位第64页，课件共103页，创作于2023年2月Hunsdiecker反应适用于制备伯溴代烷反应机理（自由基机理）第65页，课件共103页，创作于2023年2月第七节不饱和羧酸和取代羧酸一不饱和羧酸二卤代酸三醇酸四酚酸五羰基酸第66页，课件共103页，创作于2023年2月一不饱和羧酸不饱和羧酸包括烯酸和炔酸，就是分子内含有烯键和炔键的羧酸。分子内含有两类官能团，即：C=C

，C≡C

和–COOH.根据不饱和键和羧基相对位置的不同，不饱和羧酸可分为α,β-和β,γ-不饱和羧酸等，我们主要讨论羧基和烯键直接相连的α,β-不饱和羧酸。第67页，课件共103页，创作于2023年2月1.不饱和羧酸的结构交叉共轭体系(π,π共轭和P,π共轭)由于羟基氧原子上的P电子已与C=O共轭，使其不再与烯键共轭，而使稳定性增加的不是十分显著。β,γ-不饱和羧酸酯α,β-不饱和羧酸酯ΔHf(KJ/mol)-387.7-389.4第68页，课件共103页，创作于2023年2月一些α,β-不饱和羧酸有顺反异构体：反式比顺式能更紧密地排列在晶格中，所以其熔点较高。(巴豆酸m.p.72℃)(异巴豆酸m.p.15℃)(肉桂酸m.p.133℃)(异肉桂酸m.p.68℃)第69页，课件共103页，创作于2023年2月2.不饱和羧酸的制备：（1）.水解法（2）.卤代酸酯去卤化氢（3）.芳香醛酮的缩合反应：类似于羟醛缩和反应Perkin

反应，Knoevenagel反应，Witting反应参见缩合反应第70页，课件共103页，创作于2023年2月3.不饱和羧酸的反应分子中含有共轭双键体系，容易起1,4加成反应和Diels-Alder

反应（1）共轭加成反应：第71页，课件共103页，创作于2023年2月（2）.Diels-Alder反应：4.不饱和羧酸的用途丁炔二酸是良好的亲二烯体，可以用来合成结构特殊的化合物。第72页，课件共103页，创作于2023年2月第73页，课件共103页，创作于2023年2月二卤代酸本节只讨论卤素在碳链上的卤代酸。卤代酸我们并不陌生。例如：ClCH2COOH是工业上常用的合成中间体；杀鼠剂（已禁用）FCH2COONa,(FCH2CONH2)等。人们习惯于用希腊字母来表示卤素在碳链上的位置。如：α,β-卤代酸。卤素在羧基另一端的，称为ω-卤代酸。2,3–二溴丁酸α,β-二溴丁酸4–溴丁酸ω-溴丁酸第74页，课件共103页，创作于2023年2月1.卤代酸的合成（1）.

α

-卤代酸的合成：

1).Hell-Volhard-Zelinski反应：反应是通过酰卤进行的2).

（2）.

β

-卤代酸的合成：第75页，课件共103页，创作于2023年2月1）α-卤代酸的合成(赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应)（3）小节2）-卤代酸的合成3）、等卤代酸的合成(二元羧酸的单酯用汉斯狄克反应）RCH=CH-COOH+HBrRCHCH2COOHBr第76页，课件共103页，创作于2023年2月2.卤代酸的反应卤代酸具有卤代烃和羧酸的双重反应，彼此又相互影响。由于卤素的影响，卤代酸的酸性比相应的羧酸强。α-C

上卤原子的累积使羧基更容易失去；在羧基的影响下，卤原子的性质也有一些变化，卤素更容易被取代。如：五元环内酯最稳定双分子亲核取代第77页，课件共103页，创作于2023年2月（1）-卤代酸的反应（复习邻基参与）R-CH-COOHBrR-CH-COOHNaOHH2OH+OHR-CH-COONaR-CH(COOH)2①

NaHCO3②

NaCNCNH3O+△R-CH-COOHNH3NH2H+第78页，课件共103页，创作于2023年2月在Ag2O存在下，用稀碱作用，构型保持。浓碱作用下，构型翻转。实例--浓第79页，课件共103页，创作于2023年2月（2）β-卤代酸的反应（3）

δεω-卤代酸的反应（略）有-H，在碱作用下，生成,β-不饱和酸反应机制：（请学生自己完成）无-H，在碱性CCl4溶液中，生成β-丙内酯，在碱水中，β-丙内酯开环。CH3CH2CHBrCH2COOHCH3CH2CH=CHCOOHCH3CH2CH=CHCOONaNaOH-H2OH+第80页，课件共103页，创作于2023年2月（4）*α-卤代羧酸在合成上的应用(i)制备a-卤代酯（制备Reformatsky试剂的原料）(ii)制备a-氨基酸或a-羟基酸Reformatsky试剂酯难直接卤代亲核取代第81页，课件共103页，创作于2023年2月三醇酸

羧酸分子中饱和碳原子上有羟基的酸成为醇酸。除IUPAC的命名法则外，醇酸可根据羟基与羧基的相对位置称为α-,β-和γ-羟基酸。与卤代酸一样，羟基连在碳链末端时，称为ω–羟基酸。由于许多醇酸做为生化过程的中间体而存在于天然产物中，所以，在生物科学中，以俗名命名也很常见。2-羟基丙酸α-羟基丙酸乳酸3-羟基-3-羧基戊二酸β-羟基-β-羧基戊二酸柠檬酸第82页，课件共103页，创作于2023年2月1.醇酸的合成（小节）（1）.二元醇的控制氧化（2）.卤代酸的水解（3）.羟基睛的水解分子中同时含有-OH和-CN,如何制备？第83页，课件共103页，创作于2023年2月（5）.环酮的氧化练习（4）.Reformatsky反应（合成β-羟基酸酯和β-羟基酸的重要方法）参见羧酸衍生物第84页，课件共103页，创作于2023年2月

将二元酸单酯的酯基还原成醇（6）.ω-羟基酸的合成HOOC(CH2)nCOOC2H5HOOC(CH2)nCH2OHNa+C2H5OHorLiBH4H2O1)醛（羟醛缩和）β-羟基醛（选择性氧化）β-羟基酸2)β-氯醇与NaCN反应，再水解。3)用瑞佛尔马斯基反应，然后将酯基水解。

4)用β-羰基酯还原，水解合成。（7）.β-羟基酸的合成第85页，课件共103页，创作于2023年2月（8）.-羟基酸的合成（总结）1）由羰基化合物加HCN，然后水解合成。2）由-卤代酸合成。3）分子内的发生Cannizzaro反应。

4）二苯乙醇酸重排（参见缩合反应）第86页，课件共103页，创作于2023年2月2.醇酸的性质和反应（1）酸性：醇酸含有羟基和羧基两种官能团，由于羟基具有吸电子效应并能生成氢键，醇酸的酸性较母体羧酸强，水溶性也较大。羟基离羧基越近，其酸性越强。pKa：4.863.874.51（2）与醛的反应：

α-和β-醇酸与醛一起加热，生成环状化合物相当于生成缩醛第87页，课件共103页，创作于2023年2月ω-羟基酸β-羟基酸*若无α-H，则形成β-丙内酯γ-羟基酸δ-羟基酸(C>9)在极稀溶液内，可形成大环内酯。γ-丁内酯δ-戊内酯（3）.脱水反应*1）分子内第88页，课件共103页，创作于2023年2月2）分子间nHO(CH2)8COOHSb2O3聚酯△

ii.α-醇酸：两分子相互酯化，生成六元环交酯i.生成聚酯第89页，课件共103页，创作于2023年2月（4）α-醇酸的降解（合成比原料少一个碳原子的醛酮）？第90页，课件共103页，创作于2023年2月3.醇酸的用途乳酸苹果酸酒石酸柠檬酸第91页，课件共103页，创作于2023年2月四酚酸羟基和羧基连在芳环上的羟基酸称为酚酸。命名时酚酸以芳香酸为母体，羟基作为取代基。酸性的比较：>>>羟基和羧基邻位效应；共轭碱能生成分子内氢键，其稳定性增加。pKa=2.69第92页，课件共103页，创作于2023年2月1.酚酸的合成：Kolbe-Schmidt

反应2.酚酸的反应脱羧反应酰化反应阿斯匹林第93页，课件共103页，创作于2023年2月五.羰基酸羰基酸是分子中同时含有羰基和羧基的一类化合物。1.羰基酸的分类和命名根据羰基的结构，羰基酸可分为醛酸和酮酸；按照羰基和羧基的相对位置，酮