羧酸以及其衍生物取代酸

1、關(guān)于羧酸及其衍生物取代酸第一張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 羧酸的分類和命名一元酸 系統(tǒng)命名 普通命名HCOOH 甲酸 蟻酸CH3COOH 乙酸 醋酸CH3CH2COOH 丙酸 初油酸CH3CH2CH2COOH 丁酸 酪酸CH3(CH2)16COOH 十八酸 硬脂酸 只含有一個羧基的羧酸稱為一元酸。最常見的酸，可根據(jù)它的來源命名。第二張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 二元酸 系統(tǒng)命名 普通命名HOOCCOOH 乙二酸 草酸HOOCCH2COOH 丙二酸 縮蘋果酸HOOC(CH2)2COOH 丁二酸 琥珀酸(Z)-HOOCCH=CHCOOH 順丁烯二酸 馬來酸(E)-

2、HOOCCH=CHCOOH 反丁烯二酸 富馬酸含有二個羧基的羧酸稱為二元酸。第三張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 羧酸的物理性質(zhì)低級脂肪酸是液體，可溶于水，具有刺鼻的氣味。中級脂肪酸也是液體，部分地溶于水，具有難聞的氣味。高級脂肪酸是蠟狀固體。無味，在水中溶解度不大。羧酸分子間的氫鍵（鍵能約為14 kJ mol-1）比醇羥基間的氫鍵（鍵能約為57 kJ mol-1）更強。分子量較小的液態(tài)脂肪酸以二聚體形式存在。所以羧酸的沸點比相對分子質(zhì)量相當?shù)耐闊N高。第四張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月直鏈飽和一元羧酸的熔點隨分子量的增加而呈鋸齒狀變化，偶數(shù)碳原子的羧酸比相鄰兩個奇數(shù)

3、碳原子的羧酸熔點都高。 所有的二元酸都是結(jié)晶化合物。第五張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月兩個碳氧鍵不等長，部分離域。兩個碳氧鍵等長，完全離域。第三節(jié) 羧酸的結(jié)構(gòu)和酸性1.361.231.27醇中C-O單鍵鍵長為1.43一 羧酸和羧酸根的結(jié)構(gòu)比較第六張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2 多數(shù)的羧酸是弱酸，pKa約為4-5 （大部分的羧酸是以未解離的分子形式存在）二 討論1 羧酸根比較穩(wěn)定，所以羧酸的氫能解離 而表現(xiàn)出酸性。 第七張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月HCOOH C6H5-COOH CH3COOH 3 取代基對羧酸酸性的影響（1）電子效應的影響：吸電子取代基使

4、酸性增大，給電子取代基使酸性減少. pka 3.37 4.20 4.73第八張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 利于H+離解的空間結(jié)構(gòu)酸性強，不利于H+離解的空間結(jié)構(gòu)酸性弱.（3）分子內(nèi)的氫鍵也能使羧酸的酸性增強。（2）空間效應：第九張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4 芳香羧酸的情況分析取代基具有吸電子共軛效應時，酸性強弱順序為： 鄰 對 間取代基具有給電子共軛效應時，酸性強弱順序為： 鄰 間 對具體分析： 鄰 位（誘導、共軛、場、氫鍵效應、空間效應 均要考慮。） 對 位（誘導很小、共軛為主。） 間 位（誘導為主、共軛很小。） 第十張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月實

5、 例誘導吸電子作用大、共軛給電子作用大、氫鍵效應吸電子作用大。鄰 位 間位 對位誘導吸電子作用中、共軛給電子作用小。誘導吸電子作用小、共軛給電子作用大。 pka 2.98 pka 4.08 pka 4.57苯甲酸的pka 4.20第十一張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一 羧酸的結(jié)構(gòu)分析二 化學性質(zhì) 第四節(jié) 羧酸的反應第十二張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一 羧酸結(jié)構(gòu)分析-活潑H的反應酸性羰基的親核加成，然后再消除（表現(xiàn)為羥基的取代）。羰基的親核加成，還原。第十三張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二 化學性質(zhì)1. 酸堿反應 強無機酸 羧酸 碳酸 酚pKa 45 6.3

6、5 10RCOOH + NaHCO3 RCOO-Na+ + CO2 + H2O 羧酸可以和碳酸氫鈉反應ArONa + CO2 + H2O ArOH + NaHCO3 酚不能和碳酸氫鈉反應第十四張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月*1. 羧酸鹽是固體*2. 羧酸鹽的溶解度 鈉、鉀、銨 鹽可溶于水，重金屬鹽不溶于水。 *3. 羧酸根具有堿性和親核性 羧酸鹽能與活潑鹵代烷反應（見下頁）羧酸鹽的若干性質(zhì)第十五張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 是SN2反應。 只適用于1o RX和活潑RX。 常用的是鈉鹽。(有時也用Ag鹽，優(yōu)點：速率快。缺 點：太貴。) 體系中雙鍵不受影響。 RCOO -

7、 + RX RCOOR + X-SN2+ CH3COO-Na+HOAc 120oC討論第十六張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 羧酸中-H的取代反應 赫爾-烏爾哈-澤林斯基反應 在三氯化磷或三溴化磷等催化劑的作用下，鹵素取代羧酸-H的反應稱為 赫爾-烏爾哈-澤林斯基反應。RCH2COOH + Br2PBr3 -HBr RCHCOOHBr（1） 定義第十七張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 催化劑的作用是將羧酸轉(zhuǎn)化為酰鹵，酰鹵的-H具有較高的活性而易于轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐际?，從而使鹵化反應發(fā)生。所以用10%30%的乙酰氯或乙酸酐同樣可以起催化作用。 控制鹵素用量可得一元或多元鹵代酸。

8、碘代酸由-氯（或溴）代酸與KI反應來制備。（2） 反應機理RCH2COOHPBr3互變異構(gòu)+ Br -HBrRCH2COOH這步反應不會逆轉(zhuǎn)第十八張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 酯化反應 （1）定義：羧酸與醇在酸的催化作用下失去一分子水而生成酯的反應稱為酯化反應。CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O投料 1 ： 1 產(chǎn)率 67% 1 ： 10 97%H+（常用的催化劑有鹽酸 、硫酸、苯磺酸等）第十九張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 使原料之一過量。 不斷移走產(chǎn)物（例如除水，乙酸乙酯、乙 酸、水可形成三元恒沸物 bp 70.4）酯化反應是一

9、個可逆的反應，為了使正反應有利，通常采用的手段是：第二十張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）酯化反應的機制*1 加成-消除機制雙分子反應一步活化能較高質(zhì)子轉(zhuǎn)移加成消除四面體正離子-H2O-H+按加成-消除機制進行反應，是酰氧鍵斷裂第二十一張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1OROH，2OROH酯化時按加成-消除機制進行， 且反應速率為： CH3OHRCH2OHR2CHOH HCOOHCH3COOHRCH2COOHR2CHCOOHR3CCOOH第二十二張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月該反應機制已為： 同位素跟蹤實驗 羧酸與光活性醇的反應實驗所證實。酯化反應機制的證明

10、第二十三張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 3oROH按此反應機制進行酯化。 由于R3C+易與堿性較強的水結(jié)合，不易與羧酸結(jié)合， 故逆向反應比正向反應易進行。所以3oROH的酯化 反應產(chǎn)率很低。*2 碳正離子機制屬于SN1機制該反應機制也從同位素方法中得到了證明。(CH3)3C-OHH+(CH3)3COH2+-H2O-H+按SN1機制進行反應，是烷氧鍵斷裂+ (CH3)3COH+ H2O第二十四張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 形成酰胺和腈的反應 反應是可逆的，加熱、脫水有利于正反應，為了使正反應順利進行，常采用苯、甲苯帶水的方式除去反應體系中產(chǎn)生的水。室溫-H2OP2O

11、5RCN + H2O第二十五張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二元羧酸與氨共熱脫水，可生成酰亞胺。例如：第二十六張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月應用實例：尼龍66的合成nHO2C(CH2)4COOH + nH2N(CH2)6NH2270oC 1MPa+ nH2O第二十七張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月羧酸與三鹵化磷、五鹵化磷或亞硫酰氯等反應，羧基中的羥基可被鹵素取代生成酰鹵。5. 酰鹵的生成 第二十八張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月6. 酸酐的生成 一元羧酸在脫水劑五氧化二磷或乙酸酐作用下，兩分子羧酸受熱脫去一分子水生成酸酐。某些二元羧酸分子內(nèi)脫水生成內(nèi)酐

12、（一般生成五、六員環(huán)）例如：第二十九張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月7. 羧酸的還原羧酸能用LiAlH4和B2H6還原RCOOHRCH2OHLiAlH4or B2H6H2O先酯化再還原，反應較易進行，產(chǎn)率較好，反應條件相對比較溫和， LiAlH4用量較少第三十張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月*1. 反應不能得到醛，因為醛在此條件下比酸更易還原。*2. 用LiAlH4還原時，常用無水乙醚、四氫呋喃做溶劑。*3. 用釕作催化劑時，也可以用催化氫化法還原。(1) 用LiAlH4還原反應機理RCOOH + LiAlH4RCOOLi + H2 + AlH3-LiOAlH2R-CH=O

13、AlH3RCH2OAlH2RCH2OHH2O第三十一張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）用乙硼烷還原RCOOH + BH3反應機理乙硼烷與羰基化合物的反應活性順序-BH2(OH)RCHO BH3RCH2OBH2H2ORCH2OH-COOH C=O -CN -COOR -COCl第三十二張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月LiAlH4不還原孤立的C=C, B2H6能還原孤立的C=C。用LiAlH4還原和用乙硼烷還原的區(qū)別CH2=CH-CH2-COOHCH2=CH-CH2-CH2OHCH2=CH-CH2-COOHCH3CH2CH2CH2OHB2H6H2OH2OLiAlH4第三十三

14、張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月8. 脫羧反應羧酸在適當條件下，一般都能發(fā)生脫羧反應RCOOHRCOOXRCOOMRCOO-CO2RRR-R能提供X 的試劑X2RX（1）. 特殊條件下的脫羧反應它們的反應過程可歸結(jié)為：第三十四張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月珀脫法特殊脫羧反應柯爾伯法漢斯狄克法克利斯脫法 柯齊法適用范圍反應名稱反 應 式2CH3COONaC2H6 + CO2 + NaOH + H22H2O電解RCH2COOHRCH2COOAgRCH2BrAgNO3 KOHBr2 CCl4RCH2COOHRCH2COOHgRCH2BrHgOBr2 CCl4RCOOHRCOOP

15、b(OAc)3Pb(OAc)4 I2LiCl C6H6RClRCOOHRIPb(OAc)4 I2 Cl4 光 10C左右的羧酸產(chǎn)率1oRX最好，2oRX之,3oRX最低。產(chǎn)率1oRX最好產(chǎn)率1o、2o、3oRX均很好。第三十五張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月HOOC(CH2)4COOHCH3OOC(CH2)4COOAgBr2 CCl4CH3OOC(CH2)4Br實 例CH3OH H+AgNO3 KOH第三十六張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）. 通常的脫羧反應 一般的脫羧反應不用特殊的催化劑，而是在以下的條件下進行的。 （a）加熱 （b）堿性條件 （c）加熱和堿性條件共

16、存（A）反應一般式A-CH2-COOHACH3 + CO2當A為吸電子基團，如：A=COOH， CN， C=O， NO2， CX3， C6H5等時。失羧反應極易進行。加熱 堿第三十七張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月*1 環(huán) 狀 過 渡 態(tài) 機 理（B）機 理當-碳與不飽和鍵相連時，一般都通過環(huán)狀過渡態(tài)機理失羧。-CO2互變異構(gòu)第三十八張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月實 例*1 HOOCCH2COOH CH3COOH + CO2 *2 O2NCH2COOH O2NCH3 + CO2 *3 NCCH2COOH NCCH3 + CO2 *4 CH2=CH-CH2COOH CH2=

17、CHCH3 + CO2 *5 RCH=CH-CH2COOH RCH2CH=CH2 + CO2第三十九張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 酸性很強的酸易通過負離子機理脫羧。*2 羧酸負離子機理Cl3CCOOH-H+H2OCl3C- + CO2+H+Cl3CH強酸,在水中完全電離（pka=6.6)第四十張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月實 例第四十一張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（b）強的芳香酸不需要催化劑，在H2O中加熱即可脫羧。(3 ) 芳香羧酸脫羧的幾點說明（a）羧基鄰對位有給電子基團的芳香羧酸，在強酸作用下按負離子機理脫羧。（c）一般芳香羧酸脫羧需要用石灰或Cu

18、做催化劑。第四十二張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月9. 二元羧酸受熱后的反應失羰 (-CO) 失羧 (-CO2)乙二酸、丙二酸（失羧） 160丁二酸、戊二酸（失水） 300已二酸、庚二酸（失羧、失水） 300辛二酸以上為分子間失水柏朗克規(guī)則甲酸、-羥基酸、-羰基酸受熱均發(fā)生失羰反應。第四十三張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月失水要加失水劑: Ag2O、P2O5、乙酰氯、乙酸酐、 三氯氧磷等失羧要加堿：Ba(OH)2、Ca(OH)2等第四十四張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第五節(jié) 羧酸衍生物一. 羧酸衍生物的物理性質(zhì)二. 羧酸衍生物的化學性質(zhì)第四十五張，PPT共八十七

19、頁，創(chuàng)作于2022年6月一、物理性質(zhì)物態(tài)及水溶解性： 酰氯、酸酐：分子間無氫鍵作用，揮發(fā)性強，有刺鼻氣味的液體。沸點隨著相對分子質(zhì)量而。遇水水解。 酯：酯不溶于水。低級酯是有酯香味的液體。高級脂肪酸的高級脂肪醇酯為固體，俗稱“蠟”。酰胺：分子間氫鍵作用強，一般為固體，但DMF或DEF為液體，是常用的非質(zhì)子性溶劑。低級酰胺可溶于水，隨著分子量，水溶解度。沸點： 酰鹵、酸酐、酯、腈的沸點低于羧酸； 伯酰胺的沸點高于羧酸。 第四十六張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(三) 羧酸衍生物的化學性質(zhì) (1)酰基上的親核取代(甲) 水解 第四十七張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 低級的酰鹵

20、遇水迅速反應，高級的酰鹵因在水中溶 解度較小，水解反應速度較慢。 多數(shù)酸酐因不溶于水，在冷水中緩慢水解，在熱水 中迅速反應。 酯的水解只有在酸或堿的催化下進行。 酯的堿性水解反應也稱為皂化反應。 水解條件：第四十八張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例：第四十九張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月腈水解可得到羧酸，這是制備羧酸的方法之一： 小心控制條件，可使腈部分水解得到酰胺： 例：第五十張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 (乙) 醇解 酯的醇解反應也叫酯交換反應 第五十一張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例：第五十二張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(丙)

21、 氨解 例：第五十三張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月N-未取代的酰胺與胺反應生成N-取代酰胺。例如： 第五十四張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 水解、醇解、氨解的結(jié)果是在HOH、HOR、HNH2等分子中引入?；?，因而酰氯、酸酐是常用的酰基化試劑。酯酰化能力較弱，酰胺的?；芰ψ钊?，一般不用作?；噭?。 第五十五張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(丁) ?；系挠H核取代反應機理 反應是分步完成的：先親核加成，后消除，最終生成取代產(chǎn)物。第五十六張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(戊) ?；噭┑南鄬钚?水解、醇解、氨解的實驗事實證明，羧酸衍生物?；钚源笮?/p>

22、的順序為：酰氯酸酐酯酰胺.該反應是親核加成-消除機理。 第五十七張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月即酰氯的羰基碳最正。 活性：酰氯酸酐酯酰胺 第五十八張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月L愈易離去，越有利于第二步反應（消除反應） 酸性：HCl RCOOH ROH NH3 pKa：2.2 45 1619 34 離去能力：ClOCOROR NH2 活性：酰氯酸酐酯酰胺 第五十九張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 還原反應 (甲) 用氫化鋁鋰還原 四氫鋁鋰的還原性很強，可以還原羧酸及羧酸衍生物。除酰胺和腈被還原成相應的胺外，酰鹵、酸酐和酯均被還原成相應的伯醇。例如：第六十

23、張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十一張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月酯與金屬鈉在醇溶液中加熱回流，可被還原為相應的伯醇： (乙)用金屬鈉-醇還原第六十二張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(丙) Rosenmund還原 酰氯經(jīng)催化氫化還原為伯醇： 若采用Rosenmund還原，可使酰氯還原為醛： 第六十三張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月其中的BaSO4、喹啉-硫都具有抑制作用，使反應停留在生成醛的階段。Rosenmund還原是制備醛的一種好方法。例： 第六十四張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) 酰氨氮原子上的反應 (甲) 酰胺的酸堿性 酰胺

24、一般被認為是中性的。但有時酰胺可表現(xiàn)出弱堿性和弱酸性： 第六十五張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月酰亞胺分子中氮原子上的氫具有微弱的酸性： 第六十六張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(乙) 酰胺脫水 這是合成腈最常用的方法之一。例如： 第六十七張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(丙) Hofmann降解反應 例如： 手性碳構(gòu)型不變!第六十八張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Hofmann降解反應機理第六十九張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（ 4）酯縮合反應 酯分子中的-H原子由于受到酯基的影響變得較活潑，用醇鈉等強堿處理時，兩分子的酯脫去一分子醇生成-

25、酮酸酯，這個反應稱為克來森（Claisen）酯縮合反應。 乙酰乙酸乙酯 第七十張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月反應機理先強堿奪取-H原子形成負碳離子，負碳離子向另一分子酯羰基進行親核加成，再失去一個烷氧基負離子生成-酮酸酯 第七十一張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第五節(jié) 羥基酸的性質(zhì)一、分類與命名羥基酸的命名一般以俗名（括號中的名稱）為主 2羥基丙酸（乳酸）2,3二羥基丁二酸（酒石酸）羥基丁二酸（蘋果酸）3羥基3羧基戊二酸（檸檬酸）鄰羥基苯甲酸（水楊酸）3，4，5三羥基苯甲酸（沒食子酸）第七十二張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）酸性 pKa 4.75 3.83

26、 4.88 4.51 3.87羥基離羧基越近，其酸性越強 第七十三張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（a）-羥基酸（ 2） 羥基酸的受熱反應（在H+中進行）交酯分 子 間 的 酯 化 反 應第七十四張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月-羥基酸-羥基酸*若無-H，則形成-丙內(nèi)酯-羥基酸-羥基酸(C9)在極稀溶液內(nèi)，可形成大環(huán)內(nèi)酯。 -丁內(nèi)酯-戊內(nèi)酯（b）分 子 內(nèi) 的 酯 化 反 應第七十五張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(3 ) 聚合（分 子 間 的 酯 化 反 應）nHO(CH2)8COOHSb2O3聚 酯第七十六張，PPT共八十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(4) -醇酸的分解反應-醇酸在稀硫酸的作用下，容易發(fā)生分解反應，生成