醫(yī)用化學(xué)organic-第十四章羧酸及其衍生物剖析

醫(yī)用化學(xué)organic-第十四章羧酸及其衍生物剖析第一頁(yè)，共35頁(yè)。第二頁(yè)，共35頁(yè)。羧酸的系統(tǒng)命名法與醛相似。羧酸習(xí)慣上常用希臘字母標(biāo)位，與羧基直接相連的碳原子為，其余依次為、、……等。丁酸2,3-二甲基戊酸,-二甲基戊酸CH3CH2CH2COOH3-羧基-3-羥基戊二酸第三頁(yè)，共35頁(yè)。2-甲基-3-戊烯酸2,4-戊二烯酸

脂環(huán)族和芳香族羧酸命名：把脂環(huán)和芳環(huán)看作取代基，以脂肪族羧酸作為母體進(jìn)行命名。環(huán)已基乙酸

1,2-環(huán)已基二甲酸第四頁(yè)，共35頁(yè)。許多羧酸最初來(lái)自天然產(chǎn)物，因此常根據(jù)它們的來(lái)源命名。HCOOHCH3COOHC6H5COOHHOOC－COOH蟻酸醋酸安息香酸草酸苯甲酸鄰苯二甲酸-萘乙酸3-苯基丙烯酸第五頁(yè)，共35頁(yè)。二、羧酸的物理性質(zhì)三、羧酸的結(jié)構(gòu)羧基中的碳原子是sp2雜化狀態(tài)，它的3個(gè)雜化軌道分別與兩個(gè)氧原子和一個(gè)碳原子(在甲酸中為氫原子)形成三個(gè)σ鍵，余下一個(gè)p軌道與羰基氧原子的p軌道形成π鍵(CO)。羧基中羥基氧上有一對(duì)孤對(duì)電子，它與羰基中的π鍵形成p-π共軛體系第六頁(yè)，共35頁(yè)。羧基負(fù)離子結(jié)構(gòu)示意圖羧基中p-π共示意圖第七頁(yè)，共35頁(yè)。電子云分布的平均化，對(duì)羧基化學(xué)性質(zhì)有兩個(gè)方面的突出影響。降低了羧基中羰基碳原子的正電性，不利于發(fā)生親核反應(yīng)，羧基中羰基發(fā)生親核加成反應(yīng)活性遠(yuǎn)不如醛酮羰基。例如，羧羰基不能與HCN、NaHSO3起加成反應(yīng)。羧基中羥基上氧原子的電子移向羰基，羰基起吸電子的共軛電子效應(yīng)，羥基中O－H鍵極性增加。羧羥基與醇羥基不同，具有明顯酸性。第八頁(yè)，共35頁(yè)。四、羧酸的化學(xué)性質(zhì)

(一)酸性

羧酸一般都屬于弱酸，其Ka在10-4～10-5之間，比碳酸和苯酚的酸性強(qiáng)。羧酸能分解碳酸氫鈉，放出二氧化碳，而酚不能。利用此性質(zhì)可以區(qū)別羧酸與酚類。第九頁(yè)，共35頁(yè)。羧酸的酸性強(qiáng)弱受整個(gè)分子結(jié)構(gòu)的影響。

Z為吸電子基，酸性增強(qiáng)Y為斥電子基，酸性減弱在飽和一元酸中，甲酸、乙酸、丙酸酸性依次減弱，這是因?yàn)轸然B的取代基的斥電子誘導(dǎo)效應(yīng)依次增大之故。H－COOHCH3－COOHCH3CH2－COOHpKa3.774.764.88第十頁(yè)，共35頁(yè)。在苯甲酸中，苯環(huán)是吸電子基，按理說(shuō)其酸性應(yīng)比甲酸的酸性強(qiáng)。但由于苯環(huán)的大π鍵與羧基形成共軛體系，其電子云分散的方向是苯環(huán)電子云移向羧基，因此其酸性反而比甲酸弱，但比其他飽和一元羧酸的酸性強(qiáng)。H－COOHC6H5－COOHCH3－COOHpKa3.774.174.76二元羧羧的酸性比一元羧酸的酸性強(qiáng)，是由于羧基具有很強(qiáng)的吸電子能力。隨著兩個(gè)羧基間距離的增長(zhǎng)，兩個(gè)羧基的相互影響減小，酸性隨之減弱。第十一頁(yè)，共35頁(yè)。乙二酸的兩個(gè)羧基直接相連，相互影響最大，所以酸性特別強(qiáng)(pKa1=1.27)，甚至比無(wú)機(jī)酸中的磷酸(pKa1=2.12)還強(qiáng)。丙二酸、丁二酸的酸性則隨兩個(gè)羧基距離的增大而相繼減弱。二元羧酸分子中的第一個(gè)羧基電離后，羧基負(fù)離子具有＋I(xiàn)效應(yīng)，影響第二個(gè)羧基的離解。同時(shí)已電離的第一個(gè)羧基負(fù)離子對(duì)第二個(gè)羧基上電離出來(lái)的氫離子有吸引作用，使氫離子不容易脫離酸分子，所以二元羧酸的pKa2總是大于pKa1

第十二頁(yè)，共35頁(yè)。

(二)羧酸的還原由于羧基中的羰基和羥基形成共軛體系，在一般情況下，羧酸不容易被還原。只有一些特殊的還原劑如氫化鋁鋰(LiA1H4)、乙硼烷(B2H6)或在300～400oC和20～30MPa壓力，有銅、鋅、亞鉻酸鎳等催化劑存在下，羧酸才能被還原成相應(yīng)的醇。

氫化鋁鋰只還原羧基，對(duì)雙鍵沒(méi)有影響。而乙硼烷既還原羧基，又還原雙鍵。氫氣在催化劑Ni、Pt等存在下，只還原雙鍵，對(duì)羧基沒(méi)有影響第十三頁(yè)，共35頁(yè)。(三)羧基中的羥基的取代反應(yīng)羧基中的羥基可被鹵原子(－X)、烴氧基(－OR)、酰氧基(－OCOR)和氨基(－NH2)等取代，產(chǎn)生酰鹵、酯、酸酐和酰胺等羧酸衍生物。第十四頁(yè)，共35頁(yè)。1．酰鹵的生成

羧酸與PCl3、PCl5、SOCl2等化學(xué)試劑反應(yīng)生成酰鹵，即羧基中的羥基被鹵原子取代。

2．酸酐的生成一元羧酸與脫水劑P2O5等共熱，兩個(gè)羧酸分子間脫水生成酸酐，即羧基中的羥基被酰氧基取代。第十五頁(yè)，共35頁(yè)。具有五元環(huán)或六元環(huán)的環(huán)狀酸酐(環(huán)酐)，可由二元羧酸(兩個(gè)羧基相隔2個(gè)或3個(gè)碳原子)受熱，分子內(nèi)失水形成，可不加脫水劑。

3．酯的生成羧酸可與醇生成酯和水，該反應(yīng)稱為酯化反應(yīng)。酯化反應(yīng)通式為：第十六頁(yè)，共35頁(yè)。羧酸和醇的酯化反應(yīng)，一般是由羧酸中的羥基與醇羥基中的氫結(jié)合生成水。換角度說(shuō)，是羧酸中羥基被醇中烴氧基取代。用含有同位素18O的乙醇與醋酸進(jìn)行酯化反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)生成的酯分子中有18O存在。

4．酰胺的生成羧酸與氨反應(yīng)得到羧酸銨，再將羧酸銨加熱，脫去一分子水生成酰胺，即羧基中的羥基被氨基取代。第十七頁(yè)，共35頁(yè)。(四)

-氫的鹵代反應(yīng)

羧酸分子中-碳上的氫，受到鄰位羰基的影響變得活潑，能被鹵素取代，這種情況和醛酮-氫一樣。但羧酸-氫的鹵代需三鹵化磷或紅磷等的催化。

第十八頁(yè)，共35頁(yè)。

鹵代酸的酸性強(qiáng)于羧酸，這是由于鹵原子的－I效應(yīng)所致。鹵代酸的酸性還與以下因素有關(guān)：1．鹵原子的電負(fù)性越強(qiáng)，酸性越強(qiáng)。

ClCH2COOH＞BrCH2COOH＞ICH2COOH＞CH3COOHpKa2.812.873.134.762．鹵原子取代基的數(shù)目越多，酸性越強(qiáng)。Cl3CCOOH＞Cl2CHCOOH＞ClCH2CCOHpKa0.081.292.81第十九頁(yè)，共35頁(yè)。3．鹵原子與羧基距離越近，酸性越強(qiáng)。-氯丁酸＞-氯丁酸＞-氯丁酸pKa2.844.064.52

(五)脫羧反應(yīng)羧酸分子中羧基脫去二氧化碳的反應(yīng)稱為脫羧反應(yīng)。其反應(yīng)通式為第二十頁(yè)，共35頁(yè)。一般一元羧酸很難直接脫羧。當(dāng)羧酸分子中-碳原子上連有吸電子取代基時(shí)，如－NO2、－X、－CN，脫羧反應(yīng)比較容易進(jìn)行。例如：(六)二元羧酸受熱時(shí)的特殊反應(yīng)二元羧酸受熱時(shí)，隨著兩個(gè)羧基間距離不同而發(fā)生不同的反應(yīng)。第二十一頁(yè)，共35頁(yè)。1．兩個(gè)羧基直接相連或只間隔一個(gè)碳原子，受熱發(fā)生脫羧反應(yīng)，生成一元羧酸。2．兩個(gè)羧基間隔2個(gè)或3個(gè)碳原子，受熱發(fā)生脫水反應(yīng)，生成環(huán)酐。第二十二頁(yè)，共35頁(yè)。2-甲基戊二酸2-甲基戊二酸酐

第二十三頁(yè)，共35頁(yè)。3．兩個(gè)羧基間隔4個(gè)或5個(gè)碳原子，受熱發(fā)生脫水脫羧反應(yīng)，生成環(huán)酮。

己二酸

環(huán)戊酮

庚二酸

環(huán)己酮4．兩個(gè)羧基間隔5個(gè)以上碳原子，在高溫時(shí)發(fā)生脫水反應(yīng)，生成高分子鏈狀酸酐。

二三脫羧成羧酸四五脫水成酸酐六七脫水又脫羧八個(gè)以上暫不談第二十四頁(yè)，共35頁(yè)。五、重要的羧酸(一)甲酸H－COOH(二)乙酸CH3COOH(三)過(guò)氧乙酸CH3COOOH(四)

乙二酸HOOC－COOH(八)

花生四烯酸花生四烯酸化學(xué)學(xué)名為5,8,11,14-二十碳四烯酸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：CH3(CH2)4CH＝CHCH2CH＝CHCH2CH＝CHCH2CH＝CH(CH2)3COOH

第二十五頁(yè)，共35頁(yè)。第二節(jié)

羧酸衍生物羧酸衍生物通常是指羧酸分子中羧基中的羥基被其他基團(tuán)取代后的產(chǎn)物。其結(jié)構(gòu)通式為R－COL，主要有：

羧酸衍生物結(jié)構(gòu)上共同點(diǎn)是分子中都含有酰基

第二十六頁(yè)，共35頁(yè)。酰基是羧酸分子中去掉羧基中的羥基所剩余的基團(tuán)。命名時(shí)把相應(yīng)的羧酸名稱中的“酸”字改為“?；奔纯?。例如：

其他含氧酸也可有相應(yīng)的?；?，例如：C6H5－SO2OHC6H5－SO2－

苯磺酸

苯磺酰基第二十七頁(yè)，共35頁(yè)。一、羧酸衍生物的命名酰鹵命名：根據(jù)其所含的?；望u原子的名稱，稱為“某酰鹵”。例如：

酸酐的命名：根據(jù)生成酸酐的羧酸的名稱，稱為“某酸酐”或“某某酸酐”。酸字可省略。例如：

第二十八頁(yè)，共35頁(yè)。酯的命名：可根據(jù)生成酯的原料羧酸和醇的名稱而叫“某酸某(醇)酯”，其中醇字省略。例如：

由二元羧酸生成的酯有兩種：只有一個(gè)羧基被酯化的稱酸性酯；兩個(gè)羧基都被酯化的稱中性酯。多元酸的幾個(gè)羧基可以和幾分子相同的醇成酯，也可以和不同的醇成酯，在命名時(shí)要加以體現(xiàn)。例如：

第二十九頁(yè)，共35頁(yè)。二、物理性質(zhì)三、化學(xué)性質(zhì)羧酸衍生物與親核試劑水、醇、氨(或胺)的反應(yīng)，依次稱為羧酸衍生物的水解、醇解、氨解。反應(yīng)通式為：

反應(yīng)是親核試劑HNu中負(fù)電性部分Nu進(jìn)攻羧酸衍生物羰基碳原子，最終導(dǎo)致羧酸衍生物中的L被親核試劑負(fù)電性部分Nu所取代。該反應(yīng)是一個(gè)加成一消除反應(yīng)，其歷程可簡(jiǎn)單表示為：

羧酸衍生物發(fā)生親核取代反應(yīng)活性次序?yàn)椋乎｛u＞酸酐＞酯＞酰胺。

第三十頁(yè)，共35頁(yè)。(一)水解第三十一頁(yè)，共35頁(yè)。(二)醇解第三十二頁(yè)，共35頁(yè)。(三)氨解叔胺因氮原子上無(wú)氫，不能用于氨解羧酸衍生物。

第三十三頁(yè)，共35頁(yè)。不論酰鹵和酸酐，水解時(shí)都產(chǎn)生羧酸，醇解時(shí)都產(chǎn)生酯，氨解時(shí)都產(chǎn)生酰胺。因此可以把酰鹵、酸酐的水解、醇解、氨解看成是水、醇、氨(胺)分子中的一個(gè)氫