羧酸和取代羧酸

羧酸和取代羧酸第一頁，共五十八頁，2022年，8月28日羧酸(carboxylicacid)是分子中含有羧基(carboxyl)并且具有酸性的一類有機(jī)化合物。(Ar)RCOOH羧酸分子中烴基上的氫原子被其他官能團(tuán)取代后的化合物稱為取代羧酸。如羥基酸和酮酸第11章羧酸和取代羧酸COCOOHRCOOHCHOHR第二頁，共五十八頁，2022年，8月28日一元羧酸：methanoicacidaceticacidpropanoicacidbutanoicacid

benzoicacid3-phenylpropenoicacid11.1羧酸第三頁，共五十八頁，2022年，8月28日二元羧酸：oxalicacidpropanedioicacidbutanedioicacidcis-butenedioicacidtrans-butenedioicacid(maleicacid)(fumaricacid)

第四頁，共五十八頁，2022年，8月28日C17H35COOH

硬脂酸

stearic

acid

C15H31COOH

軟脂酸

palmicacidCH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH

油酸oleicacid高級脂肪酸:高級烯酸在碳數(shù)后加“碳”字CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH-(CH2)7COOH

9，12-十八碳二烯酸或Δ9，12-十八碳二烯酸第五頁，共五十八頁，2022年，8月28日羥基酸：俗名使用普遍第六頁，共五十八頁，2022年，8月28日羥基酸：第七頁，共五十八頁，2022年，8月28日羧基碳原子為sp2雜化，分別與烴基的碳原子、羰基的氧原子和羥基的氧原子形成三個σ鍵，三個σ鍵處于同一平面內(nèi)。余下的p軌道，既與羰基氧的p軌道平行重疊形成π鍵，又與羥基氧原子未共用電子對的p軌道重疊，形成p-π共軛體系。一、羧酸的結(jié)構(gòu)第八頁，共五十八頁，2022年，8月28日甲酸的結(jié)構(gòu)：鍵長發(fā)生了平均化，雙鍵變長、單鍵變短，顯然羥基氧與羰基發(fā)生了p～π共軛。甲酸根形成了三中心四電子的π鍵第九頁，共五十八頁，2022年，8月28日二、羧酸的物理性質(zhì)1.狀態(tài)C1～C3是具有強(qiáng)烈酸味和刺激性的水狀液體。C4～C9是具有腐臭酸味的油狀液體?！軨10是無味的蠟狀固體。第十頁，共五十八頁，2022年，8月28日

羧酸的沸點(diǎn)高于分子量相當(dāng)?shù)拇际且驗(yàn)樗軌蛐纬煞肿娱g的雙氫鍵締合體。2.沸點(diǎn)第十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日三、羧酸的化學(xué)性質(zhì)羧酸主要的化學(xué)性質(zhì)

羧酸的酸性與成鹽；

羧酸衍生物的生成；

脫羧反應(yīng)

第十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日（一）羧酸的酸性與成鹽

酸性：

RCOOH>H2CO3>ArOH>ROH第十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日為什么羧酸的酸性比醇強(qiáng)？羧基中的碳原子與兩個氧原子形成了共軛體系，p-π共軛效應(yīng)使O—H鍵的電子云密度降低，故羧基中羥基上的氫易于離解。羧酸根負(fù)離子比烴基負(fù)離子或酚氧負(fù)離子更穩(wěn)定。（一）羧酸的酸性與成鹽第十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日影響酸性強(qiáng)度的因素：凡是能使羧基電子云密度降低的基團(tuán)，羧基的極性增加，酸性增大。反之亦然。誘導(dǎo)效應(yīng)的影響：當(dāng)A為吸電子基團(tuán)酸性增強(qiáng)

當(dāng)D為推電子基團(tuán)酸性減弱（一）羧酸的酸性與成鹽第十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日酸性強(qiáng)弱的排列次序：pKa4.822.864.41FCH2COOH＞ClCH2COOH>BrCH2COOH>ICH2COOHpKa2.672.872.903.16CH3COOH<ClCH2COOH<Cl2CHCOOH<Cl3CCOOHpKa4.762.871.360.63CH3CH2CH2COOH＜CH3CH2CH(Cl)COOH＞CH3CH(Cl)CH2COOH（一）羧酸的酸性與成鹽第十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日共軛效應(yīng)對酸性的影響：苯甲酸苯基是-I基團(tuán)，酸性應(yīng)比甲酸強(qiáng)，但由于苯環(huán)大π鍵與羧基形成共軛體系+C，電子云稍向羧基偏移，因此苯甲酸的酸性比甲酸弱，但比其它脂肪族一元羧酸強(qiáng)。<HCOOH（一）羧酸的酸性與成鹽

二元羧酸的酸性強(qiáng)弱排序：草酸＞丙二酸＞丁二酸＞戊二酸＞己二酸第十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日取代苯甲酸的酸性：

（一）羧酸的酸性與成鹽-I,-C鄰位效應(yīng)-I,-C-I間位的取代基不存在C效應(yīng)第十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日應(yīng)用：用于鑒別羧酸用于分離提純非水溶性羧酸增加藥物水溶性如青霉素、氨芐青霉素轉(zhuǎn)變成其鈉鹽和鉀鹽后，水溶性增大，便于臨床使用。用于生產(chǎn)肥皂如C12～C18脂肪酸的鈉鹽可用作肥皂（一）羧酸的酸性與成鹽第十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日鑒別：分離：注意分離與鑒別的區(qū)別如何鑒別苯甲酸和苯酚？如何分離苯甲酸、甲苯和苯酚的混合物？（一）羧酸的酸性與成鹽第二十頁，共五十八頁，2022年，8月28日

脫羧屬于分子內(nèi)的消除反應(yīng)，消除分子中潛在的穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)單元—CO2（二）脫羧反應(yīng)（decarboxylation）+OR—

C—O—HRHCO2較困難、產(chǎn)率低第二十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日當(dāng)羧基上連有-NO2-CN-X-C6H5

等吸電子基時，脫羧通過碳負(fù)離子歷程進(jìn)行。（二）脫羧反應(yīng)（decarboxylation）第二十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日乙二酸和丙二酸加熱脫羧（二）脫羧反應(yīng)（decarboxylation）第二十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日（三）還原反應(yīng)羧酸一般難于還原，用氫化鋁鋰可將其還原為伯醇。用氫化鋁鋰作還原劑時，對碳碳雙鍵或叁鍵不作用。還原的過程為親核加成-水解第二十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日（四）羧酸衍生物的生成生成酯

—OR’生成酰胺

—NH2生成酸酐

—OOCR’生成酰鹵

L=—XAcyl

?；诙屙摚参迨隧?，2022年，8月28日酯化反應(yīng)的最大特點(diǎn)是反應(yīng)的可逆性，為提高轉(zhuǎn)化率，通常采取的措施是：（1）增加某一原料的投料量；（2）不斷移走反應(yīng)的的生成物（除去水或移走反應(yīng)生成的酯）1.生成酯（esterification）如何提高酯化反應(yīng)的收率？第二十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日酯化反應(yīng)歷程：1)雙分子酰氧斷裂——伯醇和仲醇2)單分子烷氧斷裂——叔醇烷氧斷裂1.生成酯（esterification）第二十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日酯化機(jī)理1：加成～消除反應(yīng)歷程Yang鹽質(zhì)子化的醇1.生成酯（esterification）第二十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日酯化機(jī)理2：碳正離子歷程兩種反應(yīng)類型都形成一個四面體結(jié)構(gòu)的中間體，比反應(yīng)物更擁擠，所以空間阻礙對反應(yīng)速度的影響很大。醇:CH3OH>1°>2°>3°酸:HCOOH>CH3COOH>RCH2COOH>R2CHCOOH叔碳正離子1.生成酯（esterification）第二十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日問題：二氫山米?。╠ihydrosamidin）是擴(kuò)張冠狀動脈的藥物。試指出分子中含有的酯鍵和手性碳。1.生成酯（esterification）第三十頁，共五十八頁，2022年，8月28日2.生成酰胺（amide）酰胺鍵乙酰苯胺羧酸與氨或胺作用，首先生成銨鹽，然后加熱脫水生成酰胺：（肽鍵）第三十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日思考：氨芐青霉素的結(jié)構(gòu)式如下，試標(biāo)出其分子中的酰胺鍵。2.生成酰胺（amide）第三十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日3.生成酸酐(acidanhydride)對于能形成五六元環(huán)的二元羧酸加熱后則易失水成酐第三十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日但己二酸和庚二酸受熱的產(chǎn)物不是酸酐3.生成酸酐(acidanhydride)第三十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日常用鹵化劑：PCl3PCl5SOCl24.酰鹵的生成（acylhalideoracidhalide）選用PX3還是PX5，取決于產(chǎn)物與反應(yīng)物、副產(chǎn)物是否易分離。適于制備高沸點(diǎn)酰氯，因其副產(chǎn)物均是氣體，產(chǎn)品較純。第三十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日練習(xí)1：第三十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：含有雙官能團(tuán)，這些官能團(tuán)既獨(dú)立存在，又相互影響，化合物的性質(zhì)就既具有各單官能團(tuán)的性質(zhì)，又有相互影響的特性，這節(jié)主要學(xué)習(xí)它們的特性。一、羥基酸的化學(xué)性質(zhì)11.2取代羧酸第三十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日（一）酸性

羥基具有吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，使酸性增強(qiáng)。pKa=4.873.874.51第三十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日酚酸的酸性與酚羥基和羧基的相對位置有關(guān)。pKa=4.173.04.124.54（一）酸性第三十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日酚酸：酸性由位置決定。+C-I

分子內(nèi)氫鍵，

-I-I增加了羧基中氧氫鍵極性。（一）酸性第四十頁，共五十八頁，2022年，8月28日（二）醇酸的氧化反應(yīng)CH3CHCH2COOHOHHNO3稀CH3CCH2COOHOβ-丁酮酸第四十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日α-羥基酸可被Tollens試劑氧化成α-酮酸（二）醇酸的氧化反應(yīng)第四十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日1.α-醇酸脫水成交酯丙交酯（三）醇酸加熱脫水反應(yīng)隨著羥基位置不同，脫水方式也不同。第四十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日2.β-醇酸脫水成共軛烯酸

2-戊烯酸(三)醇酸加熱脫水反應(yīng)第四十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日3.γ，δ-醇酸脫水成內(nèi)酯γ-戊內(nèi)酯H2O+OOCH2CH2CH2CH2COOHOHδ-戊內(nèi)酯（三）醇酸加熱脫水反應(yīng)第四十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日

g-醇酸比d-醇酸更易脫水，通常室溫下即可失水成內(nèi)酯，因此游離的γ-醇酸很難存在，通常以γ-

醇酸鹽的形式保存。

g-羥基丁酸鈉具有麻醉作用及術(shù)后蘇醒快的特點(diǎn)，適用于呼吸功能不全患者的麻醉。（三）醇酸加熱脫水反應(yīng)第四十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日小結(jié)：醇酸脫水與羥基的位置有關(guān)α-醇酸脫水成交酯β-醇酸脫水成共軛烯酸γ、δ-醇酸脫水成內(nèi)酯為什么？（三）醇酸加熱脫水反應(yīng)第四十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日（四）酚酸的脫羧反應(yīng)鄰位或?qū)ξ涣u基羧酸受熱易脫羧生成苯酚和二氧化碳。第四十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日根據(jù)酮基和羧基的相對位置不同，酮酸可分為α、β、γ……酮酸。α-丙酮酸β-丁酮酸二、酮酸的化學(xué)性質(zhì)

酮酸的命名也是以羧酸為母體，酮基作取代基第四十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日（一）酸性

由于羰基氧吸電子能力強(qiáng)于羥基，因此酮酸的酸性強(qiáng)于相應(yīng)的醇酸，更強(qiáng)于相應(yīng)的羧酸。酮酸具有酮和酸一些性質(zhì)外，還有一些特殊的性質(zhì)。

pKa2.49第五十頁，共五十八頁，2022年，8月28日（二）α-酮酸的氨基化反應(yīng)α-酮酸與氨在催化劑（如生物體內(nèi)的酶）作用下可轉(zhuǎn)變成α-氨基酸，稱為α-酮酸的氨基化反應(yīng)。生物體內(nèi)，α-酮酸與α-氨基酸在各種轉(zhuǎn)氨酶的作用下可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生新的α-酮酸與α-氨基酸。如：第五十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日（四）酮酸的分解反應(yīng)

1.a-酮酸的分解

a-酮酸與稀