中國藥科大學有機化學-羧酸

1、 羧酸羧酸carboxylic acid Penicillin-G 一 分類和命名二 結構和物理性質(zhì)三 化學反應羧酸衍生物的形成反應，酯化反應機理；-羰基酸的脫羧反應；二元酸受熱時的變化規(guī)律 四 制法羧酸的制備方法； 一、分類和命名（一）分類（一）分類1.根據(jù)烴基結構分類根據(jù)烴基結構分類飽和羧酸 不飽和羧酸 OOH羧酸脂肪族羧酸 脂環(huán)族羧酸 芳香族羧酸 COOHCH3COOHOOH 2.根據(jù)羧基數(shù)目分類根據(jù)羧基數(shù)目分類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. 俗名俗名俗稱 蟻酸 醋酸 酪酸 安息香酸HCOOH

2、CH3COOHCOOHCOOH 2 系統(tǒng)命名系統(tǒng)命名 與醛相同。即選擇含羧基的最長碳鏈為主鏈，與醛相同。即選擇含羧基的最長碳鏈為主鏈，并從羧基碳原子開始，用阿拉伯數(shù)字標明并從羧基碳原子開始，用阿拉伯數(shù)字標明主鏈碳原子的位次主鏈碳原子的位次,羧基的位次不用標出，羧基的位次不用標出，因為其總在因為其總在 1 位。簡單的羧酸習慣上也常位。簡單的羧酸習慣上也常用希臘字母標位，即以與羧基直接相連的用希臘字母標位，即以與羧基直接相連的碳原子位置為碳原子位置為 ，依次為，依次為 、 、 等，等，最末端碳原子可用最末端碳原子可用 表示。表示。 飽和酸COOH不飽和酸H3CCH3CH2COOHH4-甲基-3-乙

3、基戊酸 (E)-3-甲基-3-戊烯酸 (順)-3-甲基-3-戊烯酸 脂環(huán)酸COOH環(huán)己酸環(huán)戊基甲酸環(huán)戊烷羧酸COOHCOOH（1R,3R)-1,3-環(huán)己烷二羧酸 芳香酸苯甲酸衍生物COOHH3C對甲基苯甲酸COOHOH鄰羥基苯甲酸 （水楊酸）COOHCOOH鄰苯二甲酸 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順丁烯二酸（馬來酸）3-異丁基-3-羧基戊二酸 各種取代羧酸命名見下節(jié)?；鵆OH3C乙酰基H3CCO對甲基苯基甲?；唵蔚挠孟鄳乃醽砻麖碗s的用取代的甲?；鶃砻?二 結構和物

4、理性質(zhì) 結構 碳原子為碳原子為spsp2 2雜化雜化 未參與雜化的未參與雜化的p p軌道與氧上的軌道與氧上的p p軌道形成一個軌道形成一個鍵鍵 羥基氧原子上占有未共用電子對的羥基氧原子上占有未共用電子對的p p軌道可與羰基軌道可與羰基的的鍵發(fā)生鍵發(fā)生p p - -共軛共軛 。該共軛對羧酸根的性質(zhì)該共軛對羧酸根的性質(zhì)影響很大。影響很大。OOH碳氧雙鍵和單鍵鍵長有平均化趨勢，但是并未完全平均化。 b.pform dimer by hydrogen bondH3C COO HCH3COOH Solubility in water 三三 化學反應化學反應RHCCHOOH酸性羥基被取代脫羧和還原氫的反應

5、 （一）酸性（一）酸性羧酸容易離解質(zhì)子，顯示比較強的酸性羧酸容易離解質(zhì)子，顯示比較強的酸性其強度要強于碳酸。其強度要強于碳酸。羧酸的酸性來源于羧酸根負離子的特殊穩(wěn)定性羧酸的酸性來源于羧酸根負離子的特殊穩(wěn)定性CH3COOH + H2OCH3COO+H3O+RCOOH H2CO3Ar-OHH2OROHHCCROOOO 影響酸性的因素脂肪酸脂肪酸吸電子基給電子基COOCOO分散負電荷使負電荷更負穩(wěn)定負離子（易生成）使負離子更不穩(wěn)定 （不易生成）質(zhì)子更容易解離（酸性更強）質(zhì)子更難解離（酸性更弱） 誘導效應的特性在取代酸中得到了充分反映誘導效應的特性在取代酸中得到了充分反映如：距離效應如：距離效應如：加

6、和效應如：加和效應 復習：-I效應強弱次序：NO2CNFClBr 炔基 羰基 COOROROHC6H5 烯基H+I效應強弱次序： (CH3)3C (CH3)2CHCH3CH2CH3H 強調(diào)：羥基、烷氧基等集團在無共軛的情況下只考慮原子的電負性，吸電子。請不要和苯環(huán)等存在p-共軛下的給電子效應弄混！ 芳香酸：（請復習參考酚的酸性）1.芳環(huán)上有吸電子基時，ArCOOH酸性增加。2.芳環(huán)上有斥電子基時，ArCOOH酸性減弱。3.考慮位置，不要求鄰位效應COOHH3COCOOHCOOHO2NCOOHCOOHCOOHH3CCOOHH3CO場效應COOClClH直接通過空間和溶劑分子傳遞的電子效應。場效應

7、是一種長距離的極性相互作用,是作用距離超過兩個CC鍵長時的極性效應。 氯和羧基間隔超過3個碳，誘導效應可以忽略。COOHClCl但是，氯對酸性依然有一定影響弱強因為較近的距離產(chǎn)生的靜電引力導致了羧基氫不易電離。場效應可以發(fā)生在多種基團，比如書例的二酸。 和多種堿性物質(zhì)成鹽CH3COOH + NaHCO3CH3COONa + H2O + CO2RCOOH + RNH2RCOO H3N+ R復習：立體化學外消旋體的拆分（書上有例子）(+)-酸+(+)-酸-(+)-堿鹽(-)-酸-(+)-堿鹽(-)-酸50%50%HClHCl(+)-酸(-)-酸(+)-堿比較酸性強弱比較酸性強弱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）羥基的取代（二）羥基的取代羧酸衍生物的生成羧酸衍生物的生成1 1 酯化反應酯化反應 RCOOH + HO RH+RCOOR + H2O失水的是羧酸的羥基氫。該斷裂方式稱為酰氧斷裂（Acyl-oxygen cleavage ），不會發(fā)生構型翻轉(zhuǎn)。C6H5COOH +H18OCH3H+C6H5COOCH3+ H2O18CH3COOHCCH3(CH2)5CH3HO+HCCH3(CH2)5CH3HH3CCOO+ H2O

9、H 親核加成消除反應機理(伯、仲醇）： COOHRH+HORCOOHRHRCOHOROHH(1)(2)四面體構型（典型)!RCOH2ORO H(3)H2OCRORO+H+CRORO H(4)(5)質(zhì)子轉(zhuǎn)移 反應特點:1 雖然結果是羥基被取代，但是實際上是經(jīng)過了先加成、后消除的過程。2 反應歷程中生成了四面體中間體，該中間體一個碳連接四基團，空間比較擁擠，因此，反應物的結構會嚴重影響反應速度。 醇： CH3OH RCH2OH R2CHOH 酸： CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH R3CCOOH 碳正離子機理（叔醇）該歷程源于在酸性介質(zhì)中碳正離子易生成。(CH3)3COHOH2_

10、CROHOH2O(CH3)3C(CH3)3CH+C+OHOC(CH3)3R_+COOC(CH3)3RH+H+酰基正離子機理 (不要求） 2 生成酰鹵R COOHR COCl +PCl3H3PO333R COOH+ PCl5R COCl+ POCl3+ HClR COCl + SOCl2SO2HCl+R COOH第三種方法的產(chǎn)物純、易分離，因而產(chǎn)率高。是合成酰鹵的好方法。 3 生成酸酐COOH2C O COO脫水劑單一酐乙酰氯、乙酸酐、P2O5 COOHHHCOOH乙酸酐HHOOO分子內(nèi)酸酐順丁烯二酸酐 混合酐H3COOC2H5OH3COOH3COC2H5OOC2H5OCH3COOH+ CH3C

11、H2COOHP2O5?CH3COONa + CH3CH2COCl類似方法也可以制酯PhCOONa+ PhCH2ClPhCOOCH2Ph 4 生成酰胺RCOOHNH3RCOONH4H2OCONH2R+RCOONH2R2RCOOHHNR2CONR2R+ H2O加熱雖然是可逆反應，但可以蒸去水控制反應平衡CH3COOH + H2NOHCH3CHNOHO撲熱息痛 （三）羧基的還原反應 LiAlH4能順利地將羧酸還原為伯醇，并且分子中的雙鍵不受影響。但NaBH4還原性能比LiAlH4弱，不能用來還原羧酸。H3COOCH3COOH(1)(2)LiAlH4H3O+H3COOCH3CH2OH回憶：醛酮的LiA

12、lH4還原也是兩步反應，第二步也要水解。CH2CHCH2COOH LiAlH4 / Et2OCH2CHCH2CH2OHH3O+ （四）-氫的反應 Hell-Volhard-Zelinsky Reaction少量紅磷催化下發(fā)生此反應。反應歷程（不要求）生成酰鹵，酰鹵鹵素的吸電子能力增加了-氫的活性。請和生成酰鹵的條件區(qū)分開！另，少量碘、硫等也能催化反應，略。CH3CH2CH2COOH + Br2PPBr3紅或CH3CH2CH2COOH + Br2PPBr3紅或HBr+ HBr+CH3CH2CHCOOHBr （五）脫羧（五）脫羧脫羧比較難，一般在 、位上有吸電子基的羧酸才能脫羧。 -酮酸的脫羧-C

13、上連了吸電子基（以羰基和烯鍵為例） -酮酸-C上連了烯鍵：脫羧+重排請問，前述的-酮酸是否也有重排？為何其產(chǎn)物沒有改變特征？ （六）二元酸受熱的反應（六）二元酸受熱的反應1. C2-C3 直接脫羧2. C4-C5 脫水成環(huán)酐五、六元環(huán)的穩(wěn)定性HCOOH +CO2COOHCOOHCHCOOHCOOHH3CCH3CH2COOH + CO2COOHCOOHCCOOO乙酸酐 3. C6-C7 ：脫羧又脫水，生成環(huán)狀酮CH3CHCH2COOHCH2CH2COOHBa(OH)2H3CO+H2OCO2HOOC(CH2)5COOHH2OBa(OH)2O+CO2 四 制法（一）氧化法（一）氧化法 （復習，自己總

14、結）（復習，自己總結）1 醇的直接氧化2 醛的氧化 直接氧化 自身氧化還原3 環(huán)己酮的氧化4 雙三鍵的氧化5 甲基酮及其變體的氧化鹵仿反應 注意，該反應生成物特征，比反應物減少一個碳 （二）腈水解法CH2CNH2OH2SO4105CH2COOHRCOOHRCNRCl限制：XRXRR環(huán)上的鹵素無法取代NaCN取代的條件易消除COOHRCOOHRR生成物比鹵烴多一個碳（回憶鹵仿反應）RCN + H2ORCOOHH2OH+/OH-伯鹵伯鹵代烷代烷? （三）（三）格氏試劑法H3O+(Ar)+CRO- Mg+XO(Ar)RCOOH(Ar)R- Mg+XCO2沒有條件限制，適用于一級、二級、三級或芳香鹵代