有機化學(xué)第九章羧酸及取代羧酸課件

《有機化學(xué)》第九章羧酸及取代羧酸主講人：何萍老師學(xué)習(xí)目標知識導(dǎo)向

掌握羧酸的分類、命名和重要的化學(xué)性質(zhì)，取代羧酸的分類和命名；

熟悉羧酸的結(jié)構(gòu)、羥基酸和羰基酸的化學(xué)性質(zhì)；

了解重要的羧酸和取代羧酸。技能導(dǎo)向

能夠用系統(tǒng)命名法命名羧酸、羥基酸、羰基酸；

能夠理解羧酸的結(jié)構(gòu)特點并比較其酸性強弱；

能夠如何鑒別羧酸、醇酸、酚酸和酮酸。本章學(xué)習(xí)內(nèi)容第一節(jié)羧酸一、羧酸的分類、命名和結(jié)構(gòu)二、羧酸的性質(zhì)三、重要的羧酸第二節(jié)取代羧酸一、羥基酸

二、羰基酸三、重要的取代羧酸案例導(dǎo)入案例

羧酸及取代羧酸廣泛存在自然界中，這些化合物很多具有非常重要的生理活性，是生命活動的重要物質(zhì)，也有很多是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)的主要原料或中間體。臨床上使用的藥物中有許多是羧酸或取代羧酸。例如，抗高血壓藥——卡托普利；廣譜抗生素藥——頭孢氨芐?？ㄍ衅绽^孢氨芐第一節(jié)羧酸一、羧酸的分類、命名和結(jié)構(gòu)（一）分類根據(jù)與羧基所連接的烴基種類的不同，羧酸可分為脂肪族羧酸（脂肪酸）和芳香族羧酸（芳香酸），脂肪酸又可分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸。乙酸（飽和脂肪酸）

丙烯酸（不飽和脂肪酸）

苯乙酸（芳香酸）根據(jù)分子中所含羧基個數(shù)的不同，又可將羧酸分為一元酸、二元酸和多元酸。甲酸

乙二酸、草酸

檸檬酸一元酸

二元酸

多元酸（二）命名1.普通命名法許多羧酸存在于自然界天然物質(zhì)中，可用其俗名直接命名。琥珀酸（丁二酸）

巴豆酸（2-丁烯酸）2.系統(tǒng)命名法選主鏈選擇包含羧基連接的碳原子在內(nèi)的最長碳鏈為主鏈，稱為“某酸”。編號從羧基上的碳原子開始編號，即羧基上的碳原子為編號1?；驈聂然噜彽奶荚娱_始，以α、β等希臘字母標示位次命名取代基的位次、數(shù)目、名稱寫在主鏈前面。丁酸

3-甲基丁酸（β-甲基丁酸）

3-乙基-3-丁烯酸（β-乙基-β-丁烯酸）脂肪族二元酸命名時，選擇含有2個羧基的碳鏈為主鏈，根據(jù)主鏈上碳原子個數(shù)稱為某二酸。如果分子中還含有不飽和鍵且該鍵和2個羧基在同一碳鏈上，則稱之為某烯（炔）二酸。丙二酸

甲基丙二酸

丁烯二酸含有碳環(huán)結(jié)構(gòu)的羧酸命名時，可將碳環(huán)看作取代基，以脂肪酸作為母體加以命名，命名原則與上述羧酸相同。環(huán)己烷甲酸

苯甲酸

鄰苯二甲酸課堂練習(xí)

請命名或?qū)懗鱿铝谢衔锏慕Y(jié)構(gòu)式。

3．3,3-二甲基丁酸4．對乙基苯甲酸2-乙基戊酸4-甲基戊酸（三）結(jié)構(gòu)羧基中碳原子的雜化方式為sp2，三個sp2雜化軌道與兩個氧原子和一個碳原子（甲酸分子中則是氫原子）形成了三個σ鍵，鍵角約等于120°。未參與雜化的p軌道與氧原子上的p軌道平行并側(cè)面重疊形成p-π共軛，因此羧基是一個平面結(jié)構(gòu)。p軌道第一節(jié)羧酸二、羧酸的性質(zhì)（一）物理性質(zhì)性狀：飽和一元酸中，C1~C3具有刺激性氣味液體，C4~C9具有腐敗氣味的油狀液體，C10以上為無臭無味的蠟狀固體。脂肪族二元酸和芳香酸都是結(jié)晶性固體。

水溶性：低級一元脂肪酸可與水混溶。溶解度隨著分子中碳原子數(shù)的增加而降低，高級脂肪酸不溶于水。沸點：羧酸的沸點比相對分子質(zhì)量接近的醇、醛、酮都要高。這是由于羧酸作為極性分子，不僅可以在分子間形成氫鍵，也可以與水分子形成氫鍵，氫鍵締合形成穩(wěn)定的二聚體，作用力比醇要強。熔點：直鏈飽和一元脂肪酸隨相對分子質(zhì)量的增加而呈鋸齒狀上升，碳原子個數(shù)為偶數(shù)的羧酸比前后相鄰的兩個奇數(shù)碳原子的羧酸熔點都要高。這是由于在羧酸分子有較高的對稱性，分子排列比較緊密，分子間的吸引力比較大。而二元酸分子中由于含有2個羧基，對稱性更高，熔點比相一元酸要高很多。（二）化學(xué)性質(zhì)①O―H鍵斷裂，呈酸性；②C―O鍵斷裂，羥基發(fā)生取代反應(yīng)；③C―C鍵斷裂，發(fā)生脫羧反應(yīng)；④C=O鍵斷裂，發(fā)生還原反應(yīng)；⑤α―H鍵斷裂，α-碳上的氫原子被取代。1.弱酸性Ka越大，pKa越小，酸性越強。酸性大小順序為：無機酸＞RCOOH＞H2CO3

＞ArOH＞H2O＞ROH當羧基與給電子基團或原子相連時，羧酸的酸性減弱。且給電子基團電性越強，羧酸的酸性越弱。當脂肪烴基上連有吸電子基團或原子時，酸性增強。所連基團的吸電子能力越強，酸性越強。吸電子基團或原子的個數(shù)越多，酸性越強。

吸電子基團或原子離羧基越近，酸性也越強。FCH2COOH＞ClCH2COOH＞BrCH2COOH＞Cl3CCOOH＞Cl2CHCOOH＞ClCH2COOH＞CH3COOH＞CH3CHClCOOH＞ClCH2CH2COOH＞HOOCCH2COOH＞HOOCCH2CH2COOH當烴基為芳香烴時，酸性減弱。一些常見取代基的給（吸）電子能力強弱：給電子基：O-＞COO-＞―C(CH3)3＞―CH(CH3)2＞―CH2CH3＞―CH3＞―H吸電子基：―NO2＞―COOH＞―F＞―Cl＞―Br＞―I＞―OR＞―OH＞―C6H5＞―H2.羧基中羥基的取代反應(yīng)

酯酰鹵酸酐酰胺?酸酐某些二元酸在加熱條件下就可在分子內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，脫水生成五元環(huán)或六元環(huán)的酸酐。?酰鹵?酰胺?酯找一找官能團羧基羧基羥基酰胺酯羧基3.脫羧反應(yīng)

二元酸中的乙二酸和丙二酸都很容易加熱脫羧。當α-碳上連有吸電子基團時，脫羧的趨勢增大，且吸電子能力越強，脫羧越容易。4.還原反應(yīng)

5.α―H的鹵代反應(yīng)

第一節(jié)羧酸三、重要的羧酸（一）甲酸（HCOOH）俗稱蟻酸，大量存在于蟻類、蜂類等昆蟲的分泌物中。無色透明且有刺激性氣味，沸點100.8℃，與水混溶，且易溶于乙醇、乙醚等溶劑中，有強腐蝕性。使用甲酸要注意避免與皮膚接觸。0.0125g/ml水溶液稱為蟻精，可治療風(fēng)濕病。有殺菌的作用，可作為消毒劑或防腐劑。易燃，在空氣中的爆炸極限是18%~57%（體積分數(shù)）。鑒別？（二）乙酸（CH3COOH）俗稱醋酸。是食醋的主要成分，含量約在6%~8%。無色透明且有刺激性氣味液體，沸點118℃，可與水、乙醇、乙醚混溶。是常見的有機溶劑，也是醫(yī)藥工業(yè)和其他有機化學(xué)工業(yè)中不可缺少的原料。有殺菌能力，0.5%~2%的乙酸稀溶液可用于燙傷或灼傷感染的創(chuàng)面洗滌；用食醋熏蒸室內(nèi)，能預(yù)防流行性感冒；食用食醋，可預(yù)防腸胃炎。（三）苯甲酸（C6H5COOH）俗稱安息香酸，具有苯或甲醛氣味的鱗片狀或針狀白色結(jié)晶。沸點249.0℃。微溶于冷水，可溶于熱水，易溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。有很強的抑菌、防腐作用，苯甲酸及其鈉鹽可用作乳膠、牙膏、果醬或其他食品的抑菌劑和防腐劑。也是一種重要的有機合成原料，常用于制備染料、香料、藥品等。（四）乙二酸（HOOCCOOH）俗稱草酸。常帶有兩分子結(jié)晶水，無色單斜片狀或棱柱體晶體，將其加熱到105℃左右便失去結(jié)晶水生成無水草酸；在高熱干燥空氣中能風(fēng)化失去結(jié)晶水。易溶于水和乙醇，不溶于乙醚。在分析化學(xué)中主要用于測定鈹、鈣、鉻、金等金屬離子；工業(yè)重要原料，用于制備抗生素及冰片等藥物及其他化工產(chǎn)品；還常用作還原劑、漂白劑和除銹劑。第二節(jié)取代羧酸一、羥基酸1.分類

（一）羥基酸的分類和命名根據(jù)羥基的種類不同，可分為醇酸和酚酸。根據(jù)羥基和羧基的相對位置不同，又可分為α-羥基酸、β-羥基酸、γ-羥基酸、δ-羥基酸等，羥基連在碳鏈末端則稱之為ω-羥基酸。2.命名

以羧酸為母體，把羥基當作取代基或按其來源使用俗名命名。2-羥基丙酸羥基丁二酸2-羥基苯乙酸α-羥基丙酸α-羥基苯乙酸乳酸蘋果酸杏仁酸（二）羥基酸的性質(zhì)1.物理性質(zhì)

狀態(tài)：醇酸大部分是結(jié)晶或糖漿狀的粘稠液體。溶解性：

醇酸的溶解度比相應(yīng)的醇或羧酸都大。

酚酸溶解性與所含羥基和羧基的個數(shù)有關(guān)，有的溶于水，有的微溶于水。2.化學(xué)性質(zhì)

?酸性酚酸中，酚羥基與芳環(huán)之間既有給電子的共軛效應(yīng)又有吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，酚酸的酸性則與羥基在苯環(huán)上的位置有關(guān)。?氧化反應(yīng)?脫水反應(yīng)交酯α-羥基酸受熱后，會發(fā)生兩分子交叉脫水反應(yīng)，生成穩(wěn)定的六元環(huán)交酯。β-羥基酸中的α―H由于同時受到羧基和羥基的影響，受熱時容易和相鄰碳原子上的羥基失水生成α,β-不飽和酸。γ-羥基酸和δ-羥基酸都能發(fā)生分子內(nèi)脫水反應(yīng)生成穩(wěn)定的五元或六元環(huán)狀內(nèi)酯。γ-羥基酸極不穩(wěn)定，室溫下就可失水得到γ-內(nèi)酯。γ-內(nèi)酯δ-內(nèi)酯第二節(jié)取代羧酸二、羰基酸又稱氧代酸1.分類

（一）羰基酸的分類和命名根據(jù)所含的羰基是醛基或酮基，可分為醛酸和酮酸。根據(jù)分子中羰基與羧基的相對位置不同，又可分為α-羰基酸、β-羰基酸、γ-羰基酸、δ-羰基酸等。2.命名

以羧酸為母體進行命名，也可以選擇同時含有羰基和羧基的最長碳鏈為主鏈，稱為某醛酸或某酮酸。乙醛酸

丙酮酸3-丁酮酸(β-丁酮酸)（二）羰基酸的性質(zhì)1.酸性

2.脫羧反應(yīng)

β-羰基酸分子高于室溫就能發(fā)生脫羧反應(yīng)，由于生成酮，又稱酮式分解。3.分解反應(yīng)

4.還原反應(yīng)

第二節(jié)取代羧酸三、重要的取代羧酸（一）乳酸（CH3CH(OH)COOH）是人體新陳代謝的中間產(chǎn)物，最初是從變酸的牛奶中發(fā)現(xiàn)的，所以俗稱乳酸。現(xiàn)代工業(yè)用糖經(jīng)乳酸菌發(fā)酵制得。無色或淡黃色的粘性液體，無臭，味微酸。醫(yī)藥工業(yè)中作為消毒劑和防腐劑。臨床中可作為治療一般性的缺鈣癥，乳酸鈉可作為酸中毒的糾正劑。（二）水楊酸（三）丙酮酸辛辣酸味白色針狀晶體或毛狀結(jié)晶性粉末。沸點為211℃，易溶于沸水和乙醇。具有酚和羧酸的一般性質(zhì)。易氧化，能成鹽、成酯，水溶液呈酸性等。將水楊酸加熱到熔點以上，能脫羧生成苯酚。有抑制細菌生長的作用，可用作防腐劑和殺菌劑；也是醫(yī)藥、香料、染料、橡膠助劑等精細化工產(chǎn)品的重要原料。最簡單的α-酮酸，是所有生物細胞糖代謝及體內(nèi)多種物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的重要中間體。無色或淡黃色有刺激性酸臭味液體，易溶于水、乙醇、乙醚等。在酶的催化下能發(fā)生氧化脫羧反應(yīng)生成乙酸和二氧化碳，也可被還原成乳酸。（四）β-丁酮酸（CH3COCH2COOH）又名乙酰乙酸，易溶于水和乙醇。有弱酸性，酸性比丁酸和β-羥基丁酸強。熱不穩(wěn)定性，加熱到100℃便迅速分解為丙酮和二氧化碳。目標檢測一、單項選擇題1．能與托倫試劑反應(yīng)產(chǎn)生銀鏡的是（

）。A．丙酮B．丙醇C．甲酸D．丙酸2．能形成內(nèi)酯的化合物是（

）。3．能與三氯化鐵顯色的是（

）。4．下列酸性最弱的是（

）。A．苯甲酸B．乙酸C．碳酸D．苯酚5．下列不能與金屬鈉反應(yīng)放出氫氣的是（

）。A．苯甲酸B．苯酚C．乙醇D．乙醚6．結(jié)構(gòu)式為(CH3)2CH(CH2)2COOH的物質(zhì)正確的命名是（

）。A．2,3-二甲基丁酸B．4-甲基戊酸C．2-甲基戊酸D．2-乙基丁酸