羧酸及其衍生物

關于羧酸及其衍生物◆羧酸的分類與命名分類：可分為一元、二元、多元羧酸或脂肪酸、芳香酸等根據來源命名：甲酸又叫蟻酸；乙酸又叫醋酸；苯甲酸又叫安息香酸。系統(tǒng)命名法:－COOH是最優(yōu)官能團§8.1羧酸第2頁,共91頁，2024年2月25日，星期天丙烯酸2-丁烯酸β-苯基丙烯酸2-環(huán)己烯基甲酸肉桂酸

第3頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第4頁,共91頁，2024年2月25日，星期天取代酸第5頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆羧酸的結構⑴由于p-π共軛作用，羰基上電子云密度升高，羰基碳上正電性降低；因此羰基與親核試劑的反應活性降低。不能再與HCN等親核試劑進行加成反應。

⑵羥基O上電子云密度下降，O-H鍵變弱，容易斷裂，電離出質子（H+），故表現(xiàn)為有一定的酸性COOHCH3第6頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆羧酸的物理性質第7頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

羧酸是極性分子，能與水形成氫鍵，故低級一元酸可與水互溶，但隨M↑，在水中的溶解度↓，從正戊酸開始在水中的溶解度只有3.7%，＞C10的羧酸不溶于水。b.p：羧酸＞M相同的醇。IR譜：OH伸縮振動—二聚體：2500~3300cm-1(寬而散)；單體：3550cm-1(氣態(tài)或非極性溶劑的稀溶液)。第8頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

芳香族羧酸：1680~1700cm-1NMR譜：RCH2COOHR2CHCOOHRCOOH

C=O伸縮振動—脂肪族羧酸：1700~1725cm-1

第9頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆羧酸的化學性質第10頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1.酸性①羥基O上電子云密度下降，O-H鍵變弱，容易斷裂，電離出質子（H+），故表現(xiàn)為有一定的酸性。②p-

共軛使羧酸根負離子中氧負離子的負電荷均勻地分散在兩個氧原子上,使羧酸根負離子更穩(wěn)定，容易生成；也使羧酸的酸性增強。第11頁,共91頁，2024年2月25日，星期天大多數(shù)羧酸的酸性pKa值在3.5-5之間，比鹽酸、硫酸等無機強酸弱，強于苯酚（pKa=10）、碳酸（pKa=6.3）和醇（pKa=16-19）。羧酸可分解碳酸氫鈉生成二氧化碳，而苯酚則不能。可鑒別羧酸及苯酚。第12頁,共91頁，2024年2月25日，星期天羧酸的酸性強弱

與分子結構有關。Y-CH2COOH取代基Y吸電子能力越強，相應的羧酸酸性也越強。取代基Y供電子能力越強，酸性越弱第13頁,共91頁，2024年2月25日，星期天吸電子取代基增多時，也使相應羧酸的酸性增加。HCOOHH3COOH(CH3)2CHCOOH(CH3)3CCOOH烷基的影響：pKa

3.754.764.865.05第14頁,共91頁，2024年2月25日，星期天吸電子取代基離羧基距離越近時，誘導效應增強，羧酸酸性也增強。當取代基與羧基相距三個碳原子以上時，誘導效應的影響，就非常小了。

CH3CH2CH2COOHPka＝4.81第15頁,共91頁，2024年2月25日，星期天苯甲酸的酸性：比一般的脂肪酸（甲酸除外）的酸性強。第16頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆苯環(huán)上取代基對羧酸酸性的影響

取代苯甲酸的酸性與取代基的種類有關，也與取代基在苯環(huán)上的位置有關。取代基在對位時可通過誘導效應或共軛效應影響苯甲酸的酸性，而在間位時則只通過誘導效應起作用。pKa3.423.494.20第17頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

取代基處于鄰位時，無論這個取代基是吸電子基還是供電子基(－NH2除外)，都將使酸性↑，產生這種現(xiàn)象的原因較為復雜，諸如立體效應、氫鍵等?？偡Q為鄰位效應。

值得注意的是：第18頁,共91頁，2024年2月25日，星期天pKa4.924.394.193.973.42與取代基對苯酚酸性的影響規(guī)律一致第19頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.羧羥基被取代的反應

（羧酸衍生物的合成）

酰鹵酰胺酯

酸酐第20頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

(1)酰鹵RCOX的生成

除HCOOH外，羧酸可PCl3、PCl5、SOCl2作用，羧酸中的羥基被氯原子取代生成酰氯。如：

亞磷酸不易揮發(fā)，故該法適用于制備低沸點酰氯。

磷酰氯沸點較低(105.3℃)，故適用于制備高沸點酰氯b.p.118℃75℃52℃200℃分解b.p.249℃197℃105.3℃第21頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

該法的副產物均為氣體，有利于分離，且產率較高。

(2)酸酐的生成

選用何種方法，取決于原料、產物與副產物之間的沸點差(沸點差越大，越容易分離)。酰鹵易于水解，故不能用水洗的方法除去反應中的無機物。

除HCOOH外，羧酸與脫水劑[P2O5或(CH3CO)2O]共熱，兩分子羧酸則發(fā)生分子間脫水生成酸酐。第22頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

用乙酸酐作脫水劑不僅價格便宜，而且它易于吸水生成乙酸，容易除去，故常用來制備高沸點的羧酸酐。

羧酸的分子間脫水只適用于制備簡單酸酐。

混合酸酐可用酰鹵與羧酸鹽一起共熱的方法來制備。第23頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

某些二元酸，只需加熱即可分子內脫水生成五元

環(huán)或六元環(huán)的酸酐。如：第24頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

(3)酯的生成

羧酸與醇在酸催化下作用，脫去一分子水生成酯的反應，稱為酯化反應。

酯化反應是典型的可逆反應，為了提高酯的產率，可根據平衡移動原理，或增加反應物濃度，或減少生成物濃度，使平衡向右移動。第25頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

脫水方式

酯化時，羧酸和醇之間脫水可有兩種不同的方式：

脫水方式取決于與羧酸和醇的結構及反應條件。第26頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

經同位素標記醇的辦法證實：伯醇和仲醇與羧酸的酯化是按酰氧鍵斷裂進行的。

叔醇與羧酸的酯化是按烷氧鍵斷裂進行的。第27頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆羧酸結構的影響：

羧酸分子中烴基增大，空間位阻↑，不利于ROH的進攻，酯化速率↓。故對同一種醇言，不同羧酸的反應活性順序是：

影響酯化反應速率的因素◆醇的結構的影響：

在酸性介質中，叔醇易發(fā)生消除反應，生成烯烴。第28頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

空間位阻較大的脂肪羧酸或反應性弱的芳香族羧酸，或叔醇和酚的酯化，先將羧酸轉化為酰鹵，酯化效果較好。第29頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

(4)酰胺的生成

羧酸與NH3或RNH2、R2NH作用，生成銨鹽，然后加熱脫水生成酰胺或N-取代酰胺。如：200℃第30頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

3.脫羧反應羧酸或其鹽脫去羧基(失去CO2)的反應脂肪一元羧酸難于脫羧。如果羧酸的α-碳上連有較強吸電基時，加熱至100-200℃，脫羧反應較易進行；第31頁,共91頁，2024年2月25日，星期天β-酮酸和β-二元羧酸的脫羧反應在有機合成中有廣泛的應用第32頁,共91頁，2024年2月25日，星期天4.α-氫的鹵代反應

羧基與羰基相似，能使α-氫活化，但活化作用比羰基小,羧酸的α-氫活性較低。其鹵代一般要在少量紅磷存在下進行。第33頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共91頁，2024年2月25日，星期天α-鹵代酸是一種重要的取代酸，它可以發(fā)生與鹵代烴相似的親核取代或消去反應，從而轉變成其它的取代酸。第35頁,共91頁，2024年2月25日，星期天BrCH2COOHNCCH2COOHα-氰基乙酸CH3COOHBr2,PNaCNH3+O,△HOOCCH2COOH又如：第36頁,共91頁，2024年2月25日，星期天5.羧基的還原反應

羧酸很難發(fā)生還原反應（催化加氫不能）。只有還原能力特別強的試劑（如氫化鋁鋰）可使羧酸還原成伯醇，但不會影響分子中的碳-碳雙鍵。第37頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆羧酸的來源和制備天然油脂水解可得到高級脂肪酸及甘油。第38頁,共91頁，2024年2月25日，星期天羧酸的合成方法1.氧化法1).烯烴的氧化

2).芳環(huán)側鏈的氧化KMnO4/H+第39頁,共91頁，2024年2月25日，星期天4).伯醇和醛的氧化:常用的氧化劑有

KMnO4/H2SO4,K2Cr2O7/H2SO4

3).萘環(huán)的氧化開環(huán)：KMnO4(K2Cr2O7)/H2SO4第40頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.腈水解

腈在酸性或堿性溶液中可水解成羧酸。腈可用伯、仲鹵代烷與氰化鈉(鉀)反應得到，再經水解后可以得到比原來的鹵代烴多一個碳原子的羧酸。第41頁,共91頁，2024年2月25日，星期天3.格氏試劑與干冰反應

格氏試劑與干冰（CO2）的加成產物，水解后可以得到羧酸。由鹵代烴通過制備格氏試劑再得到比原來鹵代烴多一個碳原子的羧酸。對鹵代烴的結構無限制。不能用腈水解的方法?第42頁,共91頁，2024年2月25日，星期天4.甲基酮的鹵仿反應

——制備減少一個碳原子的羧酸第43頁,共91頁，2024年2月25日，星期天§8.2取代酸

羧酸分子中烴基上的氫原子被其它原子或基團取代的化合物。鹵代酸、羥基酸、羰基酸及氨基酸等是重要的取代酸。取代酸是多官能團化合物。取代酸往往還表現(xiàn)出一些新的特性。第44頁,共91頁，2024年2月25日，星期天一、羥基酸：含有羥基的羧酸羥基酸可分為醇酸和酚酸。

羥基連在羧酸的飽和碳原子上稱為醇酸，根據羥基與羧基的位置關系，可稱為α-，β-，γ……羥基酸。羥基連在羧酸碳鏈的末端稱為ω-羥基酸。羥基在芳環(huán)上的芳香族羧酸稱為酚酸。第45頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1.羥基酸的制法

α-羥基酸可由α-鹵代酸水解制備α-羥基酸也可由羥基氰水解

第46頁,共91頁，2024年2月25日，星期天β-羥基酸可由瑞弗馬斯基（Reformasky）反應制備。BrZnCH2R親核性比Grignard試劑小，不活潑,不會進攻酯中的羰基。不能用Mg，因為生成BrMgCH2R要與酯基反應，所以不能生成

BrMgCH2COOC2H5BrCH2COOC2H5Zn醚BrZnCH2COOC2H5CH3CHOCH3CHCH2COOC2H5OZnBrH2OCH3CHCH2COOC2H5OHCH3CHCH2COOHOHH3+O第47頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.羥基酸的性質

由于分子中羥基和羧基均能與水形成氫鍵，所以羥基酸在水中溶解度比相應羧酸大。羥基酸兼有醇和羧酸的性質，同時兩個基團互相影響，又使羥基酸具有一些特性。第48頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1).羥基酸的酸性

比母體羧酸酸性強。羥基距羧基距離越近酸性越強。第49頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2).脫水反應:-OH位置不同，脫水產物也不同α-羥基酸受熱時，在兩分子間酯化脫水生成六元環(huán)交酯

第50頁,共91頁，2024年2月25日，星期天β-羥基酸在加熱時發(fā)生分子內脫水，生成α，β-不飽和羧酸γ-或δ-羥基酸受熱時，生成比較穩(wěn)定的

五元或六元環(huán)內酯。第51頁,共91頁，2024年2月25日，星期天二、氨基酸

氨基取代羧酸分子中烴基上的氫形成的取代酸;分子中含有氨基和羧基兩種官能團。P450第52頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆氨基酸命名

氨基酸的系統(tǒng)命名是把氨基作為取代基，羧酸作為母體，稱為氨基某酸。

第53頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

氨基酸按分子中所含－NH2和－COOH的相對位置，可將其分為：其中最重要的是α-氨基酸，是構成蛋白質的基本單元。

第54頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

2.堿性氨基酸：分子中－NH2和－COOH的數(shù)目相等。如

分子中－NH2數(shù)目＞－COOH數(shù)目。如3.酸性氨基酸：

分子中－COOH數(shù)目＞－NH2

數(shù)目。如：1.中性氨基酸：

這20多種α-氨基酸又可分為：第55頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

★蛋白質水解得到的天然氨基酸，其構型均為L–型。

除甘氨酸H2NCH2COOH外，其他的氨基酸的α-碳原子都是手性碳，因而都具有旋光性。其構型與甘油醛的關系是：◆氨基酸的結構特點：第56頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆氨基酸的性質

氨基酸都是無色結晶固體，一般熔點在200℃以上，多數(shù)氨基酸能溶于水，而不溶于非極性有機溶劑。氨基酸是既含有氨基，又含有羧基的雙（或多）官能團化合物，-NH2和-COOH除各自表現(xiàn)其堿性或酸性外，還具有它們相互影響而產生的特性。第57頁,共91頁，2024年2月25日，星期天氨基酸在一般情況下以內鹽的形式存在，這是氨基酸具有高熔點和能溶于水的根本原因。在強酸性溶液中則以正離子存在，在強堿性溶液中則以負離子存在。

氨基酸在溶液中存在下列平衡：內鹽第58頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆氨基酸的制備

以含羧基的化合物為原料，引入氨基第59頁,共91頁，2024年2月25日，星期天§8.3羧酸衍生物羧酸衍生物的通式是

分別稱為酰鹵、酸酐、酯和酰胺，又稱?；衔?。第60頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

一、羧酸衍生物的命名1.酰鹵：將相應的“酸”改為“酰鹵”即可乙酰氯丙烯酰溴苯甲酰氯第61頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.酸酐：a.兩分子酸相同，將相應的“酸”改為“酸酐”乙酸酐順甲基丁烯二酸酐苯甲酸酐鄰苯二甲酸酐第62頁,共91頁，2024年2月25日，星期天b.兩分子酸不同乙(酸)丙(酸)酐3.酰胺：a.-NH2上無取代基，將相應的“酸”改為“酰胺”乙酰胺第63頁,共91頁，2024年2月25日，星期天酰胺：b.-NH2上有取代基，則稱“N-某代某酰胺”N-甲基苯甲酰胺N,N-二甲基甲酰胺DMF非質子極性溶劑N-溴代丁二酰亞胺NBS第64頁,共91頁，2024年2月25日，星期天4.酯：由來源命名，稱為“某酸某酯”

◆若醇是多元醇，則將羧酸名稱放在后面，稱為“某醇某酸酯”乙二醇二乙酸酯第65頁,共91頁，2024年2月25日，星期天二、羧酸衍生物的結構

羧酸衍生物的結構與羧酸類似，酰基碳為sp2雜化Cl,O,N等原子都有孤對電子，可與C＝O

形成P-π共軛體系；羰基受到影響，故與醛酮的性質不同。第66頁,共91頁，2024年2月25日，星期天L基團不同，與羰基的p-π共軛效應和-I效應的程度不同，羧酸衍生物的性質也就有所不同。羧酸衍生物有類似的結構，性質上也有相似之處第67頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1.?；系挠H核取代(親核加成-消去)反應

三、羧酸衍生物的化學性質連有兩個吸電基團（L與Nu）δ+δ-第68頁,共91頁，2024年2月25日，星期天①羰基碳原子連有吸電基團，使反應活性↑；反之反應活性↓；②離去基團的穩(wěn)定性↑，易于離去，反應活性↑。反應活性：取決于羰基碳原子的正電性和離去基團的穩(wěn)定性-Cl和酯基的強-I效應和弱+C效應，-I>+C，使羰基C的正電性增加；故酰氯和酸酐的活性較高，其中酰氯的反應活性最高。

-NH2的弱-I效應和強+C效應，-I<+C使羰基C的正電性降低，且-NH2難于離去，故酰胺的反應活性最低。第69頁,共91頁，2024年2月25日，星期天(1)水解酰氯和低級酸酐在空氣中吸濕即可水解。酯與酰胺需要加入堿或酸作催化劑，加熱才能水解。第70頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第71頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

(2)醇解：產物為酯很難反應H+第72頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

酰鹵、酸酐很容易醇解，生成其它方法難以得到的酯第73頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

酯與醇作用，生成新的酯和新的醇，故又稱為酯交換反應。該反應為可逆反應，一般適用于從低沸點酯制備高沸點酯。如：第74頁,共91頁，2024年2月25日，星期天(3)氨解：

酰鹵、酸酐和酯均可與氨或胺作用，生成相應的酰胺或N-取代酰胺

第75頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

酰氯和酸酐在水解、醇解、氨解中反應活性都很強。通過反應，在其他分子中引入了?；虼缩Ｂ?、酸酐都是常用的酰基化試劑。如：第76頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2、與Grignard試劑作用

四種羧酸衍生物均可與Grignard試劑作用，生成相應的叔醇；常用的是酯和酰鹵(尤其是酯)。

酰氯與格氏試劑反應的活性大于酮；為什么？第77頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆當溫度升高，又有過量的格氏試劑存在時，則生成的酮會繼續(xù)與格氏試劑反應生成叔醇。低溫下酰氯與等摩爾格氏試劑反應，可停留在酮的階段。第78頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆酯與格氏試劑反應活性低于酮，一般不停留在生成酮的階段，而直接生成叔醇

第79頁,共91頁，2024年2月25日，星期天3、還原反應羧酸衍生物一般比羧酸容易被還原催化氫化：①酰鹵、酸酐、酯還原成伯醇②酰胺還原成胺;③同時還原碳碳不飽和鍵第80頁,共91頁，2024年2月25日，星期天◆金屬氫化物還原羧酸衍生物

氫化鋁鋰(LiAlH4)可將酰氯、酸酐和酯還原成伯醇，將酰胺還原為胺。氫化鋁鋰(LiAlH4)不會還原分子中的碳-碳雙鍵；但其它不飽和基團,包括-COOH皆可被還原。硼氫化鈉(NaBH4)一般只能還原酰氯/醛酮/-NO2。第81頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第82頁,共91頁，2024年2月25日，星期天羅森門德（Rosenmund）還原法：酰氯在Pd-BaSO4的催化下加氫可被還原成醛，具有高度的選擇性。第83頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

酰胺雖有堿性，但堿性很弱，很難與酸形成穩(wěn)定的鹽。一般可以認為酰胺是中性化合物。

4、酰胺氮原子上的反應

(1)酰胺的酸堿性N原子上的未共用電子對與羰基形成

p,π-共軛體系，使得