《ch羧酸取代羧酸》PPT课件.ppt

1、1,第八章 羧酸及取代羧酸,2,羧酸是一类具有酸性的有机化合物，羧基是羧酸的官能团。通式 :RCOOH,羧酸分子中烃基上的氢被其他原子或基团取代后的化合物，称为取代羧酸。,3,按烃基的种类 饱和羧酸 脂肪羧酸 不饱和羧酸 羧酸 脂环羧酸 芳香羧酸 按羧基的数目 一元酸，二元酸，多元酸,第一节 羧酸的分类和命名 p480,4,C15H31COOH 软脂酸 C17H35COOH 硬脂酸,许多羧酸最初来自天然产物，因此常采用 俗名来命名。,HCOOH CH3COOH C6H5COOH HOOCCOOH,(Z)-HOOCCH=CHCOOH 顺-丁烯二酸 马来酸 (E)-HOOCCH=CHCOOH 反-

2、丁烯二酸 富马酸,蚁酸 醋酸 安息香酸 草酸,一 命名,5,羧酸的系统命名法与醛相似。 羧酸习惯上常用希腊字母标位，与羧基直接相连的碳原子为，其余依次为、 (末端) 等。,2,3-二甲基戊酸 或 , -二甲基戊酸,2-甲基-3-戊烯酸,3-羧基-3-羟基戊二酸（柠檬酸）,2,4-戊二烯酸,6,3-苯基丙烯酸 （肉桂酸）,脂环族和芳香族羧酸命名：把脂环和芳环看作取代基，以脂肪族羧酸作为母体进行命名。,-萘乙酸,7,CH3(CH2)4 CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3CO2H,8,1. 分子中有两个部位可形成H-键，常以二聚体存在,1） b.p很高（比M相近的

3、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,二 物理性质 p481,9,-活泼H的反应,酸性,羰基的亲核加成，然后再消除（表现为羟基的取代）,羰基的亲核加成，还原,脱羧,化学性质,10,第二节 酸性 p483,羧酸一般都属于弱酸，比碳酸和苯酚的酸性强。羧酸能分解碳酸氢钠，放出二氧化碳，而酚不能。利用此性质可以区别羧酸与酚类。,酸性强弱：无机酸 羧酸 H2CO3 酚 H2O 醇,分子量大的羧酸难溶于水，但其钾盐或钠盐则易溶于水。医药上常将含羧基而难溶于水的药物制成易溶于水的盐，如将青霉素G制成钾盐或钠盐

4、供注射用。,11,取代基对羧酸酸性的影响,电子效应对酸性的影响,共轭效应,场效应 p484,X= OH OCH3 CH3 H Cl NO2 pKa 4.57 4.47 4.38 4.20 3.97 3.42,Cl的-I效应使酸性增强, Cl的场效应使酸性减弱,12,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） 分子内的氢键也能使羧酸的酸性增强。,邻位效应：当取代基处于邻位时，无论这个取代基是吸电子基还是供电子基(NH2除外)，都将使酸性增强，即邻位取代苯甲酸的酸性大于对位、间位取代苯甲酸，也大于苯甲酸。,13,具体分析： 邻 位（诱导、共轭、场、氢键效 应、空间效应

5、均要考虑。） 对 位（诱导很小、共轭为主。） 间 位（诱导为主、共轭很小。）,pka : 2.98 4.08 4.57,14,第三节 羧酸的化学性质,一、与碱的反应及羧酸盐 p486,羧酸盐有无机盐的性质，羧酸根负离子具有亲核性，可与卤代烃反应生成羧酸酯。,15,二、羰基的反应 p488,羧酸中的羰基没有醛、酮中的活泼。 羰基受亲核试剂进攻发生加成-消去反应 产物：碳氧键断裂，羟基被其他基团取代,羧基中羟基被取代的反应,16,反应慢，H 催化(常用的催化剂有盐酸 、硫酸、苯磺酸) ；可逆，难进行完全。,+,1 成酯,例：,17,在药物合成中常利用酯化反应将药物转变为前药(prodrug)，以改

6、变药物的生物利用度、稳定性等。,赛他洛尔（cetarnolol）为-肾上腺能阻断剂，可治疗 青光眼和降低眼压，由于极性强和脂溶性差，难于透过角膜。丁酰赛他洛尔的脂溶性增高，制成的滴眼剂透过角膜的能力增加了4-6倍，进入眼球后，经酶水解再生成赛他洛尔而起效。,18,如何脱水：,19,酯化反应的机理 p488,*1 加成消除机制,20,1oROH，2oROH酯化时按加成消除机制进行。 酸和醇的体积(空间因素)对酯化反应速率影响很大。,酯化反应的活性顺序为： 醇： CH3OHRCH2OHR2CHOH 羧酸： HCOOHCH3COOHRCH2COOH R2CHCOOHR3CCOOH,21, 3oROH

7、按此反应机制进行酯化。 由于R3C+易与碱性较强的水结合，不易与羧酸结合，故逆向反应比正向反应易进行。所以3oROH的酯化反应产率很低。,*2 碳正离子机制,(CH3)3C-OH,H+,(CH3)3COH2,+,-H2O,22,仅有少量空阻大的羧酸按此反应机理进行。,*3 酰基正离子机制(了解）,H2SO4 (浓),-H+,属于SN1机制。,78%,23,2 成酰卤 p489,历程：,PCl3适于制备低b.p.酰氯; PCl5适于制备高b.p.酰氯; 用SOCl2制备酰氯，产物除酰氯外，都是气体，容易提纯，但所制酰氯与SOCl2的b.p.不应相近。,24,3 成酰胺,反应是可逆的,加热/脱水有

8、利于正反应,为使正反应顺利进行,常采用苯、甲苯带水的方式除去产生的水。,室温,-H2O,25,反应机制（自学）,-H2O,-H2O,RCN,互变 异构,亲核加成,质子转移,26,混合酸酐的制备:,SN2,某些二元酸，只需加热即可生成五元环或六元环的酸酐。,27,5 还原反应 p490,羧酸能用LiAlH4和B2H6还原,28,三、脱羧反应 p491,1 羧酸的脱羧反应 羧酸分子中羧基脱去二氧化碳的反应称为脱羧反应。一般脂肪酸难以脱羧，当两个吸电子基团在同一碳上，易加热脱羧。,()-C上有强吸电子基的羧酸不稳定，易脱羧：,29,互变异构,*环 状 过 渡 态 机 理 (了解),-CO2,2 生物

9、脱羧（自学）,3 羧酸盐的脱羧反应 （p492）,脂肪酸不易脱羧，成盐后可以进行脱羧。,（1） 汉斯蒂克（ Hunsdiecker ）反应,纯的干燥的羧酸银盐在四氯化碳中与溴一起加热，可以放出二氧化碳生成溴代烃。,30,例,自由基机理(了解),31,（2）科西（Kochi）反应 自由基机理（可制备1、2、3RCl；制备仲、叔氯代烃较好）,（3）Kolbe电解法羧酸盐电解制备高级烷烃,自由基机理,32,四、-卤代反应 p493,羧酸分子中-碳上的氢，受到邻位羧基的影响变得活泼，能被卤素取代，这种情况和醛酮-氢一样。但羧酸-氢的卤代需三卤化磷或红磷等的催化。,33,催化剂的作用是将羧酸转化为酰卤，

10、酰卤的-H具有较高的活性而易于转变为烯醇式，从而使卤化反应发生。所以用10%30%的乙酰氯或乙酸酐同样可以起催化作用。,反应机理,RCH2COOH,PBr3,控制卤素用量可得一元或多元卤代酸。碘代酸由-氯（或溴）代酸与KI反应来制备。,34,当反应中红磷或三卤化磷用量发生改变将会得到不同产物，见 问题147.,35,五、二元羧酸的酸性和热分解反应 p494,1 酸性,二元酸具有两个羧基，故有Ka1和Ka2两个解离常数，羧基是吸电子基， Ka1比较大（见表14-3） 。,0、1 脱羧成羧酸,36,两个羧基间隔2个或3个碳原子，受热发生脱水反应，生成环酐。,2、3 脱水成酸酐,37,两个羧基间隔4

11、个或5个碳原子，受热发生脱水脱羧反应，生成环酮。,例,两个羧基间隔5个以上碳原子，在高温时发生脱水反应，生成高分子链状酸酐。,4、5 脱水又脱羧,38,Blanc (布朗克)规则： 在可能形成环状化合物的条件下,总是比较容易形成五元或六元环状化合物(即五、六元环容易形成)。,先脱羧，再成酸酐,39,1、烯、炔烃的氧化：KMnO4, O3 ，适用于对称烯炔和末端烯炔,2、醇、醛的氧化：KMnO4, CrO3, Ag2O(用于醛)，制备同碳数的羧酸,3、卤仿反应：X2 / OH，制备减少一个碳原子的羧酸,4、烷基苯氧化：制备苯甲酸及其部分衍生物（-H）,5、羧酸衍生物水解：酰卤、酸酐、酯、酰胺,第

12、四节 羧酸的制备方法 (自学) p495,40,7. 格氏试剂与CO2反应后水解，制备增加一个碳原子的羧酸；1、2、3RX都可使用,8、酚酸合成Kolbe-Schmidt反应,9、丙二酸酯法等（酸酸衍生物中讲解）,6. 腈的水解由卤代烃制备比原料多一个碳的羧酸；此法仅适用于1RX（2、3RX 与NaCN作用易发生消除反应）,41,取代羧酸,羧酸分子中烃基上的氢被其他原子或基团取代所得的衍生物叫做取代羧酸。,补充,42,补充,取代羧酸为双官能团化合物，兼有取代基和羧基的性质，且由于二者相互位置的不同，又具有一些特性。,43,-卤代酸碱性水解：,浓碱作用下，构型翻转。,SN2,在Ag2O存在下，用

13、稀碱作用，构型保持。,补充,邻基参与,44,内酯,-或-卤代酸在碱作用下生成内酯,-卤代酸在碱的作用下生成, -不饱和羧酸,补充,反应过程中经历两次SN2，构型保持 (复习邻基参与，注意立体化学问题),45,第五节 羟基酸 p499,羟基酸包括醇酸和酚酸。,2-羟基丙酸 (乳酸),羟基丁二酸 (苹果酸),2,3-二羟基丁二酸 (酒石酸),3-羧基-3-羟基戊二酸 (柠檬酸),邻羟基苯甲酸 (水杨酸),3,4,5-三羟基苯甲酸 (没食子酸),46,一、来源与制备,很多羟基酸存在于自然界，其合成方法如下：,1) 从羟基腈水解,-羟基酸,-羟基酸,47,2）从卤代酸水解,3） 雷福尔马茨基(Refo

14、rmatsky) 反应 是制备-羟基酸酯和-羟基酸的重要方法之一,增加碳,48,有机锌试剂只与醛酮的羰基反应，不能用镁代替锌，因有机镁试剂太活泼，与酯也发生反应。,4）通过羟醛缩合反应制备 -羟基酸,具有-H的酯在二异丙醇锂（LDA）作用下与醛酮反应制备-羟基酸酯,49,5）内酯水解 环酮通过过氧酸氧化处理得内酯,水解后制得羟基酸,Baeyer-Villiger 反应,50,补充,酸性 由于羟基的吸电子诱导效应，醇酸的酸性比相应的羧酸强。,邻位的酸性比苯甲酸强； 间位的增强甚微； 对位的酸性比苯甲酸还弱。,二 化学性质,51,邻位:可以形成分子内氢键，使得邻羟基苯甲酸负离子稳定，这样解离后的质

15、子不易再和羧基负离子结合，而使酸性增强。,间位：通过诱导效应(没有共轭效应)起作用，使羧基负离子稳定，酸性增强，但因隔了3个碳原子，影响减弱，酸性增强甚小。,补充,52,对位：同时存在诱导效应（-I）和共轭效应（+C），其+C效应起主导作用，羟基对羧基显示供电子效应,使酸性减小。,2 脱水反应 -羟基酸受热时，分子间交叉脱水，形成交酯。,丙交酯,补充,53,-羟基酸受热时，分子内脱水生成,-不饱和酸。,-羟基酸分子中的羟基和羧基在常温下即可脱水生成五元环的-内酯。,-丁内酯,54,-内酯是稳定的中性化合物，遇热的碱溶液能水解成-羟基酸盐。,Note: -羟基酸也能脱水成六元环的-内酯，但比-内

16、酯较难生成。,-甲基- -戊内酯,-甲基- -己内酯,55,羟基处于羧基的邻位或对位的酚酸，加热易引起脱羧反应。,3 脱羧反应,56,4 氧化反应,补充,57,阿司匹林具有解热、镇痛、抗血栓形成及抗风湿的作 用，刺激性较水杨酸小，是内服退热镇痛药。,又叫柳酸，学名邻羟基苯甲酸。 乙酰水杨酸(acetylsalicylic acid)俗名为阿司匹林 (Aspirin)，水杨酸与乙酐在磷酸存在下共热而生成乙 酰水杨酸。,(四) 水杨酸,补充,58,可供药用的其他水杨酸衍生物有：,冬青油. 可止痛, 亦用作牙膏、糖果等的香精.,水杨酸苯酯(Salol). 肠道和尿道消毒剂,对-氨基水杨酸钠(PAS-Na). 用于治疗各种结核病。,补充,59,补充,第六节 羰基酸,一、羰基酸的命名 羰基在分子碳链端的是醛酸;在分子中间的是酮酸。,一元酮酸命名时称为“某酮酸”，二元酮酸一般称为“酮某二酸”。,-丁酮酸,丙醛酸,HOOCCOCH2CH2COOH,-酮戊二酸,-酮丁二酸（草酰乙酸）,60,补充,-酮酸 由酯缩合反应制备,酰氰,制 备,-酮酸,酮酸的化学性质 有羧酸的性质也有酮基的性质，如与氢氰酸。还有两种官能团相互影响引起的脱羧和分解反应。,酮酸的脱羧反应 与稀硫酸共热,生成少一个碳原子的醛(或酮)和CO2,61,补