有机化学第九章羧酸及取代羧酸课件

《有机化学》第九章羧酸及取代羧酸主讲人：何萍老师学习目标知识导向

掌握羧酸的分类、命名和重要的化学性质，取代羧酸的分类和命名；

熟悉羧酸的结构、羟基酸和羰基酸的化学性质；

了解重要的羧酸和取代羧酸。技能导向

能够用系统命名法命名羧酸、羟基酸、羰基酸；

能够理解羧酸的结构特点并比较其酸性强弱；

能够如何鉴别羧酸、醇酸、酚酸和酮酸。本章学习内容第一节羧酸一、羧酸的分类、命名和结构二、羧酸的性质三、重要的羧酸第二节取代羧酸一、羟基酸

二、羰基酸三、重要的取代羧酸案例导入案例

羧酸及取代羧酸广泛存在自然界中，这些化合物很多具有非常重要的生理活性，是生命活动的重要物质，也有很多是工业、农业、医药行业的主要原料或中间体。临床上使用的药物中有许多是羧酸或取代羧酸。例如，抗高血压药——卡托普利；广谱抗生素药——头孢氨苄。卡托普利头孢氨苄第一节羧酸一、羧酸的分类、命名和结构（一）分类根据与羧基所连接的烃基种类的不同，羧酸可分为脂肪族羧酸（脂肪酸）和芳香族羧酸（芳香酸），脂肪酸又可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。乙酸（饱和脂肪酸）

丙烯酸（不饱和脂肪酸）

苯乙酸（芳香酸）根据分子中所含羧基个数的不同，又可将羧酸分为一元酸、二元酸和多元酸。甲酸

乙二酸、草酸

柠檬酸一元酸

二元酸

多元酸（二）命名1.普通命名法许多羧酸存在于自然界天然物质中，可用其俗名直接命名。琥珀酸（丁二酸）

巴豆酸（2-丁烯酸）2.系统命名法选主链选择包含羧基连接的碳原子在内的最长碳链为主链，称为“某酸”。编号从羧基上的碳原子开始编号，即羧基上的碳原子为编号1。或从羧基相邻的碳原子开始，以α、β等希腊字母标示位次命名取代基的位次、数目、名称写在主链前面。丁酸

3-甲基丁酸（β-甲基丁酸）

3-乙基-3-丁烯酸（β-乙基-β-丁烯酸）脂肪族二元酸命名时，选择含有2个羧基的碳链为主链，根据主链上碳原子个数称为某二酸。如果分子中还含有不饱和键且该键和2个羧基在同一碳链上，则称之为某烯（炔）二酸。丙二酸

甲基丙二酸

丁烯二酸含有碳环结构的羧酸命名时，可将碳环看作取代基，以脂肪酸作为母体加以命名，命名原则与上述羧酸相同。环己烷甲酸

苯甲酸

邻苯二甲酸课堂练习

请命名或写出下列化合物的结构式。

3．3,3-二甲基丁酸4．对乙基苯甲酸2-乙基戊酸4-甲基戊酸（三）结构羧基中碳原子的杂化方式为sp2，三个sp2杂化轨道与两个氧原子和一个碳原子（甲酸分子中则是氢原子）形成了三个σ键，键角约等于120°。未参与杂化的p轨道与氧原子上的p轨道平行并侧面重叠形成p-π共轭，因此羧基是一个平面结构。p轨道第一节羧酸二、羧酸的性质（一）物理性质性状：饱和一元酸中，C1~C3具有刺激性气味液体，C4~C9具有腐败气味的油状液体，C10以上为无臭无味的蜡状固体。脂肪族二元酸和芳香酸都是结晶性固体。

水溶性：低级一元脂肪酸可与水混溶。溶解度随着分子中碳原子数的增加而降低，高级脂肪酸不溶于水。沸点：羧酸的沸点比相对分子质量接近的醇、醛、酮都要高。这是由于羧酸作为极性分子，不仅可以在分子间形成氢键，也可以与水分子形成氢键，氢键缔合形成稳定的二聚体，作用力比醇要强。熔点：直链饱和一元脂肪酸随相对分子质量的增加而呈锯齿状上升，碳原子个数为偶数的羧酸比前后相邻的两个奇数碳原子的羧酸熔点都要高。这是由于在羧酸分子有较高的对称性，分子排列比较紧密，分子间的吸引力比较大。而二元酸分子中由于含有2个羧基，对称性更高，熔点比相一元酸要高很多。（二）化学性质①O―H键断裂，呈酸性；②C―O键断裂，羟基发生取代反应；③C―C键断裂，发生脱羧反应；④C=O键断裂，发生还原反应；⑤α―H键断裂，α-碳上的氢原子被取代。1.弱酸性Ka越大，pKa越小，酸性越强。酸性大小顺序为：无机酸＞RCOOH＞H2CO3

＞ArOH＞H2O＞ROH当羧基与给电子基团或原子相连时，羧酸的酸性减弱。且给电子基团电性越强，羧酸的酸性越弱。当脂肪烃基上连有吸电子基团或原子时，酸性增强。所连基团的吸电子能力越强，酸性越强。吸电子基团或原子的个数越多，酸性越强。

吸电子基团或原子离羧基越近，酸性也越强。FCH2COOH＞ClCH2COOH＞BrCH2COOH＞Cl3CCOOH＞Cl2CHCOOH＞ClCH2COOH＞CH3COOH＞CH3CHClCOOH＞ClCH2CH2COOH＞HOOCCH2COOH＞HOOCCH2CH2COOH当烃基为芳香烃时，酸性减弱。一些常见取代基的给（吸）电子能力强弱：给电子基：O-＞COO-＞―C(CH3)3＞―CH(CH3)2＞―CH2CH3＞―CH3＞―H吸电子基：―NO2＞―COOH＞―F＞―Cl＞―Br＞―I＞―OR＞―OH＞―C6H5＞―H2.羧基中羟基的取代反应

酯酰卤酸酐酰胺•酸酐某些二元酸在加热条件下就可在分子内发生反应，脱水生成五元环或六元环的酸酐。•酰卤•酰胺•酯找一找官能团羧基羧基羟基酰胺酯羧基3.脱羧反应

二元酸中的乙二酸和丙二酸都很容易加热脱羧。当α-碳上连有吸电子基团时，脱羧的趋势增大，且吸电子能力越强，脱羧越容易。4.还原反应

5.α―H的卤代反应

第一节羧酸三、重要的羧酸（一）甲酸（HCOOH）俗称蚁酸，大量存在于蚁类、蜂类等昆虫的分泌物中。无色透明且有刺激性气味，沸点100.8℃，与水混溶，且易溶于乙醇、乙醚等溶剂中，有强腐蚀性。使用甲酸要注意避免与皮肤接触。0.0125g/ml水溶液称为蚁精，可治疗风湿病。有杀菌的作用，可作为消毒剂或防腐剂。易燃，在空气中的爆炸极限是18%~57%（体积分数）。鉴别？（二）乙酸（CH3COOH）俗称醋酸。是食醋的主要成分，含量约在6%~8%。无色透明且有刺激性气味液体，沸点118℃，可与水、乙醇、乙醚混溶。是常见的有机溶剂，也是医药工业和其他有机化学工业中不可缺少的原料。有杀菌能力，0.5%~2%的乙酸稀溶液可用于烫伤或灼伤感染的创面洗涤；用食醋熏蒸室内，能预防流行性感冒；食用食醋，可预防肠胃炎。（三）苯甲酸（C6H5COOH）俗称安息香酸，具有苯或甲醛气味的鳞片状或针状白色结晶。沸点249.0℃。微溶于冷水，可溶于热水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。有很强的抑菌、防腐作用，苯甲酸及其钠盐可用作乳胶、牙膏、果酱或其他食品的抑菌剂和防腐剂。也是一种重要的有机合成原料，常用于制备染料、香料、药品等。（四）乙二酸（HOOCCOOH）俗称草酸。常带有两分子结晶水，无色单斜片状或棱柱体晶体，将其加热到105℃左右便失去结晶水生成无水草酸；在高热干燥空气中能风化失去结晶水。易溶于水和乙醇，不溶于乙醚。在分析化学中主要用于测定铍、钙、铬、金等金属离子；工业重要原料，用于制备抗生素及冰片等药物及其他化工产品；还常用作还原剂、漂白剂和除锈剂。第二节取代羧酸一、羟基酸1.分类

（一）羟基酸的分类和命名根据羟基的种类不同，可分为醇酸和酚酸。根据羟基和羧基的相对位置不同，又可分为α-羟基酸、β-羟基酸、γ-羟基酸、δ-羟基酸等，羟基连在碳链末端则称之为ω-羟基酸。2.命名

以羧酸为母体，把羟基当作取代基或按其来源使用俗名命名。2-羟基丙酸羟基丁二酸2-羟基苯乙酸α-羟基丙酸α-羟基苯乙酸乳酸苹果酸杏仁酸（二）羟基酸的性质1.物理性质

状态：醇酸大部分是结晶或糖浆状的粘稠液体。溶解性：

醇酸的溶解度比相应的醇或羧酸都大。

酚酸溶解性与所含羟基和羧基的个数有关，有的溶于水，有的微溶于水。2.化学性质

•酸性酚酸中，酚羟基与芳环之间既有给电子的共轭效应又有吸电子诱导效应，酚酸的酸性则与羟基在苯环上的位置有关。•氧化反应•脱水反应交酯α-羟基酸受热后，会发生两分子交叉脱水反应，生成稳定的六元环交酯。β-羟基酸中的α―H由于同时受到羧基和羟基的影响，受热时容易和相邻碳原子上的羟基失水生成α,β-不饱和酸。γ-羟基酸和δ-羟基酸都能发生分子内脱水反应生成稳定的五元或六元环状内酯。γ-羟基酸极不稳定，室温下就可失水得到γ-内酯。γ-内酯δ-内酯第二节取代羧酸二、羰基酸又称氧代酸1.分类

（一）羰基酸的分类和命名根据所含的羰基是醛基或酮基，可分为醛酸和酮酸。根据分子中羰基与羧基的相对位置不同，又可分为α-羰基酸、β-羰基酸、γ-羰基酸、δ-羰基酸等。2.命名

以羧酸为母体进行命名，也可以选择同时含有羰基和羧基的最长碳链为主链，称为某醛酸或某酮酸。乙醛酸

丙酮酸3-丁酮酸(β-丁酮酸)（二）羰基酸的性质1.酸性

2.脱羧反应

β-羰基酸分子高于室温就能发生脱羧反应，由于生成酮，又称酮式分解。3.分解反应

4.还原反应

第二节取代羧酸三、重要的取代羧酸（一）乳酸（CH3CH(OH)COOH）是人体新陈代谢的中间产物，最初是从变酸的牛奶中发现的，所以俗称乳酸。现代工业用糖经乳酸菌发酵制得。无色或淡黄色的粘性液体，无臭，味微酸。医药工业中作为消毒剂和防腐剂。临床中可作为治疗一般性的缺钙症，乳酸钠可作为酸中毒的纠正剂。（二）水杨酸（三）丙酮酸辛辣酸味白色针状晶体或毛状结晶性粉末。沸点为211℃，易溶于沸水和乙醇。具有酚和羧酸的一般性质。易氧化，能成盐、成酯，水溶液呈酸性等。将水杨酸加热到熔点以上，能脱羧生成苯酚。有抑制细菌生长的作用，可用作防腐剂和杀菌剂；也是医药、香料、染料、橡胶助剂等精细化工产品的重要原料。最简单的α-酮酸，是所有生物细胞糖代谢及体内多种物质相互转化的重要中间体。无色或淡黄色有刺激性酸臭味液体，易溶于水、乙醇、乙醚等。在酶的催化下能发生氧化脱羧反应生成乙酸和二氧化碳，也可被还原成乳酸。（四）β-丁酮酸（CH3COCH2COOH）又名乙酰乙酸，易溶于水和乙醇。有弱酸性，酸性比丁酸和β-羟基丁酸强。热不稳定性，加热到100℃便迅速分解为丙酮和二氧化碳。目标检测一、单项选择题1．能与托伦试剂反应产生银镜的是（

）。A．丙酮B．丙醇C．甲酸D．丙酸2．能形成内酯的化合物是（

）。3．能与三氯化铁显色的是（

）。4．下列酸性最弱的是（

）。A．苯甲酸B．乙酸C．碳酸D．苯酚5．下列不能与金属钠反应放出氢气的是（

）。A．苯甲酸B．苯酚C．乙醇D．乙醚6．结构式为(CH3)2CH(CH2)2COOH的物质正确的命名是（

）。A．2,3-二甲基丁酸B．4-甲基戊酸C．2-甲基戊酸D．2-乙基丁酸