羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)

第十一章羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)

有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)要求：1、掌握：羧酸的結(jié)構(gòu)、命名，羧酸的酸性，羧酸衍生物的形成，羧酸的還原及鹵代反應(yīng)，羥基酸、鹵代酸的反應(yīng)；2、熟悉：羧酸的制備方法，二元酸受熱變化規(guī)律；3、了解：一些重要羧酸的俗名，羧酸的物理性質(zhì)，波譜特征

。羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!

通式:RCOOHorArCOOH

共同的功能團(tuán)：COOH(Carboxylgroup)

阿司匹林(解熱鎮(zhèn)痛)CH3CH-COOH(CH3)2CHCH2—布洛芬(抗炎鎮(zhèn)痛)OCOCH3COOHCH3COOKCH2–C–NH—ONOSCH3青霉素G鉀(抗菌劑)羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!一、分類和命名：

1、分類：根據(jù)分子中羧基的數(shù)目：

一元酸mon-二元酸di-多元酸pl-

根據(jù)R的性質(zhì)：

?；?acyl)羧基(carboxyl)不飽和酸脂肪酸芳香酸飽和烷基芳基羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!2、命名a)俗名：HCOOHCH3COOH甲酸

—

蟻酸

乙酸

—

醋酸

酒石酸

乳酸

蘋果酸

檸檬酸CH2COOHCH2COOHCHCOOHHO羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!反-2-丁烯酸鄰羥基苯甲酸呋喃甲酸苯丙酸3-苯基丙酸巴豆酸水楊酸b-羰基丁酸a-氨基丁二酸w-溴十一碳酸乙酰乙酸羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!波譜性質(zhì)：

IR：特征吸收：νC=O：締合1725-1700cm-1不飽和芳香1680-1700cm-1νO-H：締合二聚體2500-3300—>3550cm-1游離輔助：νC-O：～1250cm-1羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!OH氧上帶孤對電子，與C=O的π鍵共軛P-π共軛=>C=O鍵增長：120—>123pm

C—O鍵縮短：143—>136pm使得羧基碳原子上的正電性削弱—>親核加成比醛酮難O—H鍵極化加大，鍵變?nèi)?，H+易離去—>酸性α—H受C=O吸電子的影響，仍有酸性，但比醛酮弱

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如何分離苯酚、苯甲醇和苯甲酸？思考題：油COOHCH2OHOHNaOHCOONaONaCH2OHCO2COONaOH油水水羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!應(yīng)用：利用羧酸的酸性分離和純化化合物23200×10－55530×10－5136×10－51.75×10－5Ka羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!

1）、生成酰鹵的反應(yīng)：酰(基)氯酰(基)溴比較:醇類的鹵代

羧酸羥基的鹵代與醇類的鹵代有相似性羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!

分子內(nèi)二酸的脫水:正常反應(yīng):形成環(huán)狀酸酐加熱反應(yīng)即發(fā)生羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!

兩種可能的酯化反應(yīng)機(jī)理(i)通過?；系挠H核取代

H+先與羧基羰基氧結(jié)合（增強(qiáng)了羧基的親電性）OR'上的氧原子來自于醇提示：逆過程為酯的酸性水解機(jī)理羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!碳正離子中間體證據(jù)：酸與烯烴反應(yīng)可生成酯機(jī)理(ii)的關(guān)鍵——碳正離子羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!羥基酸的酯化——形成內(nèi)酯和交酯a-羥基酸b-羥基酸g-羥基酸d-羥基酸交酯g-內(nèi)酯d-內(nèi)酯a,b－不飽和酸羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!3、羧酸的還原反應(yīng)用LiAlH4還原羧酸至醇羧基較難被還原強(qiáng)還原劑可還原至伯醇提示：1o醇其它能還原羧基的試劑例：-NO2未受影響羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!

補(bǔ)充內(nèi)容：能被LiAlH4還原的化合物及其產(chǎn)物類型提示：大多數(shù)的基團(tuán)能被LiAlH4還原羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!

α-鹵代酸在合成很有用：X→NH2,CN,OH等?！喙δ芑衔?。(ii)

制備a-鹵代酯（制備Reformatsky試劑的原料）Reformatsky試劑酯難直接鹵代(i)制備a-氨基酸或a-羥基酸親核取代羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!

b-羰基酸和b,g-烯基酸的脫羧機(jī)理羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!

b-羰基酸的脫羧在合成中的應(yīng)用例：合成難點(diǎn):位置選擇性不好反應(yīng)較難操作用b-羰基酯進(jìn)行反應(yīng)酯基的作用:活化、定位雙活化位羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!1、氧化法：四、羧酸的制備：用什么氧化劑？氧化劑的選擇性？羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!a-羥基酸a-氨基酸羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!4、羰基的縮合反應(yīng)1）柏琴反應(yīng)ArCHO+(RCH2CO)2OArCH=CCOOH+RCH2COOHRCH2COOKRRAr（反式構(gòu)型C=CCOOHH）2）克腦文格爾反應(yīng)ArCHO+CH3（

COOC2H5)2ArCH=C（COOC2H5)2吡啶/哌啶加熱1）OH-/H2O2）H+/△ArCH=CHCOOH羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!五、取代羧酸一）鹵代酸ClR—CH—COOH1.α-鹵代酸SN2反應(yīng)Nu-鄰基參與效應(yīng)：RCHCOOH+H2O（稀OH-）ClRCHCOOH+H2OOH-LC—CGL..C—CGNu-C—CGNuC—CGNu構(gòu)型保持重排產(chǎn)物羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!α-鹵代酸的制備羧酸的α-H鹵化

-鹵代酸的制備α,不飽和羧酸與鹵化氫共軛加成制備

γ、δ-鹵代酸的制備漢斯狄克反應(yīng)(Hunsdieckerreaction）

Br2CCl4CH3OOC（CH2）3CHBrCH3OOC（CH2）4COOHAgNO3KOHCH3OOC（CH2）4COOAg羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!C、或–羥基酸的脫水：

分子內(nèi)的羧基與羥基發(fā)生脫水生成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)酯（-丁內(nèi)酯或-戊內(nèi)酯）CH2—C—OHCH2—O—HOH2CH2CCH2—C=OCH2—O–H2O–H2OCH2CH2C=OCH2–O—HH2COHCH2CH2CH2—OH2CC=O-丁內(nèi)酯-戊內(nèi)酯羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!2）脫羧反應(yīng)：OHR—CH—COOH稀H2SO4

R—CHO+HCOOHOHR—CH—COOHOHR—CH—COOHKMnO4H

R—COOH+CO2+H2O-羥基酸R—C—R‘+CO2+H2OOOHR—C—COOHR'KMnO4HOHRCHCH2COOHHOKMnO4RCCH2COOHOR—CCH3O

-羥基酸羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!機(jī)理：Br羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!一、比較下列各組化合物的酸性強(qiáng)弱：（1）

醋酸，丙二酸，草酸，苯酚和甲酸（2）C6H5OH，CH3COOH，F(xiàn)3CCOOH，ClCH2COOH，C2H5OH二、用化學(xué)方法區(qū)別下列化合物：（１）乙醇，乙醛，乙酸

（２）甲酸，乙酸，丙二酸練習(xí)題羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!b)

系統(tǒng)命名法IUPAC命名法：

選取含取代基的最長碳鏈——主鏈從靠近羧基的一端開始編號取代基、重鍵的位置用阿拉伯?dāng)?shù)字（或希臘字母）標(biāo)出

3-甲基-2-丁烯酸3-硝基苯甲酸（或間-）

β-甲基戊酸（3-甲基戊酸）羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!二、羧酸的物理性質(zhì)：

1）、b.p很高（比M相近的醇高）例：M甲酸=M乙醇，b.p100.7℃78.5℃2）、與水形成H-鍵=>易溶于水C1—C4的酸與水混溶，R增大，水溶性↓1、分子中有兩個(gè)部位可形成H-鍵，常以二聚體存在。

羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!H有酸性羰基不飽和,可加成、還原OH可被取代羰基a-H，有弱酸性，可取代羧基可脫去CO2羧酸的結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)分析羧酸的化學(xué)性質(zhì)羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!1、酸性：

酸性大?。?/p>

大多無機(jī)酸>羧酸>H2CO3>苯酚>ROHpKa（甲酸3.75）4.75-56.379.9816-19

溶于Na2CO3不溶羧酸根負(fù)離子的共振式與穩(wěn)定性有兩個(gè)完全等價(jià)的共振式羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!電子效應(yīng)對酸性的影響：

誘導(dǎo)效應(yīng)：X—CH2COOH-I使酸性增強(qiáng)X=FClBrICHONO2N(CH3)3pKa2.662.862.903.183.531.681.83+I使酸性減弱

HCOOH

CH3COOH

(CH3)2CHCOOH

pKa3.754.764.86

羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!

2、羧基中羥基被取代的反應(yīng)：

共同的反應(yīng)歷程：R—C—OHO+PCl5回流PCl3SOCl2R—C—Cl

+POCl3

+HClSO2H3PO3(200C分解）+HClHO—C—'P2O5R——R'H

—NH2R—C—NH2OHOR'R—C—OR'

+

H2OOH+OCORCOOOCOCO——O羧酸衍生物酰鹵酸酐酯酰胺羧酸羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!2）、生成酸酐的反應(yīng)：酸酐強(qiáng)除水劑可能機(jī)理:羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!3）、酯化：

酯化反應(yīng)特點(diǎn)：反應(yīng)需要H+催化，無催化劑時(shí)反應(yīng)很慢。反應(yīng)可逆（加大反應(yīng)物用量或除去水使酯的產(chǎn)率提高）

酯化反應(yīng)機(jī)理的討論

機(jī)理須說明的問題：

a.反應(yīng)可逆性b.H+在反應(yīng)中起什么的作用？先作用在哪？c.酯中OR‘中氧的來自于酸還是醇？

羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!(ii)通過烷基碳正離子中間體

H+先與醇羥基氧結(jié)合羧基羰基氧作為親核試劑，OR'上的氧原子來自于酸羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!研究兩種酯化反應(yīng)機(jī)理的實(shí)驗(yàn)室方法：(i)

同位素標(biāo)記法。如：用RO18H確定烷氧基中氧的來源(ii)旋光性醇酯化法?？偨Y(jié)：

伯醇、仲醇酯化經(jīng)機(jī)理(i)。

叔醇酯化經(jīng)機(jī)理(ii)

（關(guān)鍵：R+穩(wěn)定，較易生成）有旋光，機(jī)理(i)無旋光，機(jī)理(ii)羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!提示：合成上一般通過羧酸衍生物制備酰胺（第12章）4）、生成酰胺的反應(yīng)：羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!合成上應(yīng)用——制備伯醇合成上由羧酸制備伯醇，宜先酯化再還原直接還原羧酸：LiAlH4用量多，反應(yīng)開始劇烈，后較慢，先酯化再還原：反應(yīng)較易進(jìn)行，產(chǎn)率較好，反應(yīng)條件相對比較溫和，LiAlH4用量較少羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!4、α-H的反應(yīng)a-鹵代羧酸羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!5、脫羧反應(yīng)

通過羧酸鈉鹽脫羧

b-羰基酸或b,g-烯基酸的脫羧注意比較產(chǎn)物與原料的雙鍵的位置提示：羧基的位有不飽和基團(tuán)時(shí)易發(fā)生脫羧!!產(chǎn)率一般較低b-羰基酸b,g-烯基酸羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!6、二元酸的熱解反應(yīng)COOHCOOHCOOHCOOHH2CCH3COOH+HCOOHCO2+CO2羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!2、腈類化合物的水解（酸性水解和堿性水解）例：丁二酸丙二酸羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!親核加成機(jī)理制備比RX多一碳的羧酸3、Grignard試劑+CO2羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!【課堂練習(xí)】用指定原料合成下列化合物１、HOCH2CH2ClHOCH2CH2COOH2、BrCOOHMgBrMg、干醚①CO2②H/H2O+NaCNH/H2O+HOCH2CH2CN羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!備注：1、能發(fā)生鄰基效應(yīng)的基團(tuán)通常為具共用電子對的基團(tuán)、含碳碳雙鍵等的不飽和基團(tuán)、具∏鍵的芳基等。3.γ-,δ-,ε-鹵代酸內(nèi)酯堿2.-鹵代酸消除反應(yīng)堿羧酸和取代羧酸親核加成-消除反應(yīng)共55頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!二）羥基酸（1）脫水反應(yīng)：A、-羥基酸的脫水：兩分子間的交叉脫水成交酯CH3–CH–O—