第十一章羧酸及其衍生物

1、11-11第十一章 羧酸及其衍生物第十章 羧酸及其衍生物【教學(xué)重點(diǎn)】 羧酸及其衍生物的化學(xué)性質(zhì)、丙二酸二乙酯和乙酰乙酸乙酯在合成上的應(yīng)用。【教學(xué)難點(diǎn)】 誘導(dǎo)效應(yīng)、?；系挠H核取代反應(yīng)機(jī)理?！窘虒W(xué)基本內(nèi)容】 羧酸的結(jié)構(gòu)； 羧酸的制備方法； 羧酸及其衍生物的物理性質(zhì)； 羧酸的化學(xué)性質(zhì)羧酸的酸性及影響酸性強(qiáng)度的因素（誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)和場效應(yīng)）； 羧酸衍生物的生成； 羧基的還原反應(yīng)； 脫羧反應(yīng)； -氫原子的鹵代反應(yīng)。 羥基酸的制備方法（鹵代酸水解、羥基腈水解、refomatsky反應(yīng)）、羥基酸的化學(xué)性質(zhì)酸性、脫水反應(yīng)、-羥基酸的分解。 羧酸衍生物的化學(xué)性質(zhì)?；系挠H核取代反應(yīng)（水解、醇解、氨解）及其

2、反應(yīng)機(jī)理； 還原反應(yīng)； 與grignard反應(yīng)； 酰胺氮原子上的反應(yīng)（酰胺的酸堿性、脫水反應(yīng)、hofmann降解反應(yīng)）。乙酰乙酸乙酯的制備方法（claisen酯縮合）； 乙酰乙酸乙酯的化學(xué)性質(zhì)酮式-烯醇式互變異構(gòu)、 酸式分解和酮式分解； 乙酰乙酸乙酯在合成上的應(yīng)用。 丙二酸二乙酯的制備及在合成上的應(yīng)用。 目的要求羧酸是含有羧基(cooh)的含氧有機(jī)化合物，我們平常所說的有機(jī)酸就是指的這類化合物。所謂羧酸衍生物，包括的化合物種類很多，諸如羧酸鹽類、酰鹵類、酯類(包括內(nèi)酯、交酯、聚酯等)、酸酐類、酰胺類(包括酰亞胺、內(nèi)酰胺)等都是羧酸衍生物，有人甚至把腈類也包括在羧酸衍生物的范圍之內(nèi)。其實(shí)，比較常

3、見的而又比較重要的是酰鹵、酸酐、酯和酰胺這四類化合物。羧酸鹽與一般無機(jī)酸鹽在鍵價(jià)類型上沒大區(qū)別，不作專門介紹。至于腈類，將放在含氮化合物中加以介紹。這四類化合物都是羧酸分子中，因酰基轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的衍生物，所以又叫羧酸的酰基衍生物。羧酸及其衍生物rcol(l：oh、x、oocr、or、nh2)在許多重要天然產(chǎn)物的構(gòu)成以及在生物代謝過程中均占有重要地位。本章將以飽和一元脂肪酸為重點(diǎn)，討論羧酸及其衍生物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。鑒于乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有機(jī)合成上的重要地位，本章作概括介紹。希望學(xué)生在此基礎(chǔ)上，探討設(shè)計(jì)合成路線的一般方法。本章學(xué)習(xí)的具體要求1、掌握羧酸的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系。2、掌握羧酸衍生

4、物的主要化學(xué)性質(zhì)。3、了解羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)機(jī)理。4、掌握羧酸與羧酸衍生物之間相互轉(zhuǎn)變條件。5、了解鹵代酸、羥基酸的特性。6、掌握乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯的制法、性質(zhì)和在有機(jī)合成上的應(yīng)用。這也是本章的重點(diǎn)之一。教學(xué)內(nèi)容 (一)羧酸一、概述ch3chch2coohoh 4 3 2 1羧酸往往有俗名，希望學(xué)生有所了解，盡可能記憶一些，脂肪酸的系統(tǒng)命名原則和醛相同。芳香酸命名是把芳環(huán)視作取代基。羧酸的沸點(diǎn)比分子量相近的其它有機(jī)物高，這是由于羧酸能以氫鍵締合。同時(shí)，即使在氣態(tài)時(shí)，羧酸也是雙分子締合的，所以羧酸的沸點(diǎn)比分子量相近的醇還要高。rccohoh-h反應(yīng)親核取代酸性脫羧還原二、羧酸結(jié)構(gòu)和

5、化學(xué)性質(zhì)rcooy1、酸性h+ + rcooyrcoohnaoh/na2co3/ nahco3h+rcoonarcoohh2o +應(yīng)用：鑒別：與酚不同，與非酸性物質(zhì)不同。 分離提純。ggrcooh rcooh rcooh取代脂肪酸：cl2chcooh clch2cooh ch3ch(cl)cooh clch2ch2cooh；fch2cooh clch2coohyhcooh ch3coohhooccooh hcoohooccoohgcoohgcoohcoohgcoohgcoohcoohg取代芳酸： coohno2coohno2no22、羧基中羥基的置換反應(yīng)(sn)orcnuorcoh + nue

6、rcohyonuorcclpx3,px5,socl2orcohorcororcocrorohorcnh2(nh2r,nhr2)nh3(nh2r,nhr2)orcoh +10,20醇 酰氧鍵斷裂orcoh + hocr3 烷氧鍵斷裂酯化反應(yīng) orcohlialh4/無水乙醚h2orch2oh (cc，cc不還原)h2/cu(zn,ni cro2),300-400,200-300mparch2ohb2h6,h2orch2oh3、還原反應(yīng)cao4、脫羧反應(yīng)ch3coona + naoh ch4 + na2co3tho2400-500(ch3coo)2ca ch3coch3 + caco32rcooh

7、 rcor + co2 + h2ooch2chchcoh (-c上連有重鍵時(shí)易脫羧)ohocchcoh (-c上連有強(qiáng)吸電子基時(shí)易脫羧)(no2,x,co,cn等)ocoohrrr取代芳酸，特別是鄰對位有給電子基團(tuán)存在或鄰位有大的立體位阻基團(tuán)存在時(shí)，易脫羧或羧基重排ohcookohcookrno2nh2rrr位有雙鍵時(shí)，也易脫羧。因脫羧反應(yīng)經(jīng)過一個(gè)六元環(huán)過渡態(tài)，所以不能形成烯醇雙鍵的-羰基羧酸不能脫羧。orcch2r-co2oorrhororhocoohho orrho-co2,-雙鍵脫羧后重排到,-位之間 rch2chchrbr2pbr2p5、-h取代反應(yīng)(hell-volhard-zeli

8、ns反應(yīng))rch2cooh rchbrcooh rcbr2coohnh3naoh/h2okcnnaoh/etohnh2cnohrchcooh rchcooh rchcooh rchchcoohoh+coohorchcooh rccooh160-1806、二元酸受熱反應(yīng)140-160失羧 hooccooh co2 + hcoohhoocch2cooh co2 + ch3coohcco + h2ooo失水ch2coohch2cooh300cco + h2oooch2coohch2coohch2300(相應(yīng)的銨鹽受熱300c發(fā)生分子內(nèi)失水脫氨，生成五元或六元環(huán)狀酰亞胺)o失羧失水ch2ch2cooh

9、ch2ch2coohch2ch2ch2coohch2ch2cooho300300bao含八個(gè)碳原子以上的脂肪族二元羧酸在加熱的情況下，得到的是分子間失水而成的酸酐。取代二元酸和芳香二元酸也能進(jìn)行上述反應(yīng)。rchocchrocoohocchroho7、羥基酸的受熱反應(yīng)rchcohooh： (交酯)oh：rchch2cooh rchchcooh ch2-ch2rchcoo：ohrchch2ch2cooh (-內(nèi)酯)ch2-ch2rchcch2oo：ohrchch2ch2cooh o (-內(nèi)酯)-nh2o以遠(yuǎn)：nho(ch2)mcooh o(ch2)mcn (聚酯)大環(huán)內(nèi)酯用作香料及合成(自學(xué))羥基

10、酸遇氧化劑則分解脫羧。三、羧酸制法1、有機(jī)物氧化烴氧化伯醇或醛氧化h3+o2、水解反應(yīng)h2o高溫,高壓rcn rcooh油脂 rcooh + 甘油coohccl3ch3h2o,zncl2108-115cl2光h2o3、rmgx + co2 rcooh4、酚酸合成5、三乙合成法6、丙二酸酯合成法四、重要羧酸1、甲酸甲酸是脂肪酸中唯一在羧基上連有氫原子的酸。這個(gè)氫原子可以被氧化為羥基，因此甲酸為同系列中唯一有還原性的酸，它可以還原斐林試劑及托倫試劑。2、草酸有還原性，使kmno4褪色。3、苯二甲酸、鄰苯二甲酸用于制造染料、樹脂、藥物和增塑劑等。如鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二辛酯是常用的人造革及聚

11、氯乙烯等的增塑劑。對苯二甲酸是制造滌綸的主要原料之一。4、乳酸、檸檬酸、草酸均可以由淀粉制造。它們在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。(二)羧酸衍生物一、概述orcl(l：oh、x、oocr、or、nh2)由分子量不太大的酸和醇形成的酯大多數(shù)具有好聞的水果香味。酰氯、酸酐和酯由于失去酸性氫原子，因而分子間沒有締合作用；酰胺則由于分子間能通過氨基上的氫原子形成分子間氫鍵，因而可以締合，所以沸點(diǎn)高。酰胺一般多為固體，只有氨基上的氫原子被羥基取代的酰胺，由于失去締合作用而為液體。rccloh-h反應(yīng)親核取代加成或還原二、化學(xué)性質(zhì)三、-二羧基化合物ooch3cch2coc2h5c2h5ona1、乙酰乙酸乙酯2ch3co

12、oc2h5制備 ooch3cchcoc2h5 nayc2h5ona性質(zhì)氫鍵共軛穩(wěn)定och3cchcoc2h5 oh互變異構(gòu)加hcn,nahso3 br2/c2h5oh 褪色h2noh,c6h5nhnh2 na h2 fecl3 顯色被nabh4還原分解反應(yīng)(a)酮式分解(成酮分解)(b)酸式分解(成酸分解)應(yīng)用 合成酮類、酸、酮酸。2、丙二酸二乙酯och3cohch2coohclcl2,pnaohch2coonacl制備：cooc2h5cooc2h5ch22ch3ch2oh,h2so4(水解，酯化同時(shí)進(jìn)行)ch2coohcnnacncooc2h5cooc2h5chyc2h5onacooc2h5

13、cooc2h5ch2na性質(zhì)：coohcoohch2cooc2h5cooc2h5ch2ch3cooh + co2 + h2oh+,h2o應(yīng)用： 合成羧酸(見補(bǔ)充說明)3、活潑亞甲基化合物的其它反應(yīng)oocch2c、ncch2cn、ch3cch2cn、o2nch2cn、o2nch2no2等oknoevenagel 反應(yīng)stobbe 反應(yīng)1,4共軛加成,-不飽和羰基(腈基,硝基)化合物物michael 反應(yīng)naoh,不飽和羰基化合物 + 活潑亞甲基化合物c2h5onah3+o（醛、酮、腈、酯、酰胺、硝基化合物）物,季銨堿n,h2o1,5-二羰基化合物 補(bǔ)充說明一、羧酸及其衍生物的分析方法羧酸可根據(jù)其

14、酸性來識別，能溶于naoh和nahco3的水溶液，和nahco3反應(yīng)時(shí)，有co2放出。進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定時(shí)常用中和當(dāng)量(ne)的數(shù)據(jù)。堿液的當(dāng)量濃度標(biāo)準(zhǔn)堿液的毫升數(shù)羧酸樣品的毫克數(shù)羧酸中羧基的數(shù)目羧酸分子量ne羧酸衍生物的分析常用其水解反應(yīng)而生成不同的水解產(chǎn)物來鑒定，對酯來說，還可以利用皂化當(dāng)量（se）的數(shù)據(jù)來判斷其分子結(jié)構(gòu)。酯基的數(shù)目酯的分子量se酯的皂化當(dāng)量酰鹵可與agno3水溶液生成agx沉淀。rcox + h2o rcooh + hx hx + agno3 agx+ hno3nahco3酸酐容易水解成酸(rco)2o + h2o 2rcooh co2酰胺則與naoh溶液加熱，有nh3放出。r

15、conh2 + naoh 2rcoona + nh3二、羧酸及其衍生物之間的關(guān)系：orcohorcxorcororcnh2orcocropx3或socl2h2onh3p5o2,h2o/ho-rohnh3rcoonanh3h2o/h2oroh其關(guān)系如圖10-1所示圖10-1 羧酸及其衍生物之物之間的關(guān)系圖ooch3cch2coc2h5c2h5onaoch3cchcooc2h5rx(ch2)nx (21)roch3cccooc2h5rooch3cchcoc2h5 nayrxrxoch3cchrrrchcoohroch3cchrrch2coohchcooc2h5chcooc2h5och3coch3c

16、ch2ch2och3coch3c稀ohy或稀h濃ohyh稀ohy或稀h濃ohyhch2coohch2cooh(ch2)nch2coohch2coohoch3cch2och3cch2(ch2)noch3cchcooc2h5och3cchcooc2h5(ch2)n稀ohy或稀h濃ohyhi2 (21)ooch3cchcoc2h5(ch2)ncooc2h5corooch3cchcoc2h5x(ch2)ncooc2h5rcoxooch3cccoc2h5(ch2)nx(ch2)nx (11)och3cch (ch2)n(ch2)n chcoohoch3cch2(ch2)ncooc2h5ch2cooh(c

17、h2)ncoohoch3cch2corch2coohcor稀ohy或稀h濃ohyh稀ohy或稀h濃ohyh稀ohy或稀h濃ohyh稀ohy或稀h濃ohyh甲基酮甲基酮一元酸一元酸己二酮二元酮丁二酸二元酸環(huán)狀甲基酮酮酸酯環(huán)狀一元酸二元酸二元酮酮酸三、乙酰乙酸乙酯合成法c2h5onah5c2oocchcooc2h5rx(ch2)nx (21)rh5c2oocccooc2h5rrxrxrchcoohrrch2coohh5c2coochcooc2h5h5c2coochcooc2h5ch2coohch2cooh(ch2)nch2coohch2coohh5c2coochcooc2h5h5c2coochco

18、oc2h5(ch2)ni2 (21)h5c2oocchcooc2h5(ch2)ncooc2h5x(ch2)ncooc2h5 (11)x(ch2)nx (11)(ch2)n chcoohch2cooh(ch2)ncoohh3+on=1 戊二酸n=2 己二酸n=3 庚二酸h5c2oocchcooc2h5 nayh5c2oocch2cooc2h5 (ch2)nh5c2oocccooc2h5 h3+orhoocccoohrhoocchcoohrh3+oh3+on=1 環(huán)丙酸n=2 環(huán)丁酸n=3 環(huán)戊酸n=4 環(huán)己酸(ch2)nhoocccooh h3+oh3+ox(ch2)ncooc2h5 (12)(

19、ch2)ncooc2h5(ch2)ncooc2h5h5c2cooccooc2h5n=1 丁二酸n=2 戊二酸n=3 己二酸h3+o(ch2)ncooh(ch2)ncoohchcooh四、丙二酸二乙酯合成法舉例：合成酮、二元酮、酮酸、酮酸酯、環(huán)烷酮等分子中含酮羧基的化合物，采用三乙路線，并用酮式分解，不能選用丙二酸酯法，其合成步驟為：och3ccch2ch3ch3h例1：合成3-甲基-2-戊酮寫出目標(biāo)分子的構(gòu)造式劃出丙酮單元從而找出rch3ch2，rch3pi3pcl3合成rx，rxch3ch2oh ch3ch2cl ch3oh ch3ih+c2h5ohoc2h5ona完成全合成ch3ch2oh ch3cooh ch3cooc2h5ooch3cchcoc2h5 nayc2h5clc2h5onaooch3cch2coc2h5och3cccooc2h5 nac2h5ych3ic2h5onaoch3cchcooc2h5c2h5ch3och3cccooc2h5c2h5och3ccch2ch3ch3h稀h+,occh3ch3例2：合成occh3ch3oocch3ch3ohocch3ch3解：obrch2ch2br + 2(ch2cch3)ooch3cchc