有機化學 第9章- 羧酸及其衍生物

第10章羧酸及其衍生物羧酸（RCOOH）：可以看作是烴分子中的氫原子被羧基取代后生成的化合物，官能團：羧基（-COOH）羧酸衍生物：羧基中的羥基被其它原子團取代。練習第1節(jié)羧酸羧酸的分類羧酸的命名羧酸的結(jié)構(gòu)羧酸的物理性質(zhì)羧酸的化學性質(zhì)酸性；影響酸性的因素；羥基的取代脫羧基反應(yīng)還原α-H的取代脂肪酸的β氧化二元羧酸的熱反應(yīng)重要羧酸一.分類一元羧酸二元羧酸脂肪族羧酸飽和羧酸CH2COOHHOOC-COOH乙酸（醋酸）乙二酸（草酸）不飽合羧酸CH2=CH-COOHHOOCCH=CHCOOH丙烯酸丁烯二酸脂環(huán)族羧酸環(huán)已基甲酸1，2-環(huán)戊基二甲酸芳香族羧酸苯甲酸鄰苯二甲酸二.命名:俗名

系統(tǒng)命名普通命名HCOOH甲酸蟻酸CH3COOH乙酸醋酸CH3(CH2)16COOH十八酸硬脂酸HOOCCOOH乙二酸草酸HOOC(CH2)2COOH丁二酸琥珀酸二.命名：系統(tǒng)命名法

己酸

3-甲基-2-戊烯酸或β-甲基-α-戊烯酸反(E)3-甲基-2-戊烯酸2(α)-甲基丁酸54321CH3—CH2CH2CH2CH2COOH

2-羥基丙酸（乳酸）乙二酸(草酸)（2）-丁烯二酸2-甲基-3-乙基丁二酸1,2-環(huán)戊基二甲酸苯甲酸兩個碳氧鍵不等長，部分離域。1.36?1.23?醇中C-O單鍵鍵長為1.43?醛中羰基鍵長1.20?羧酸的官能團為羧基：羰基和烴基；羰基碳sp2雜化，平面結(jié)構(gòu)，鍵角約120°。羰基碳有π鍵；-OH氧與π鍵形成p-π共軛體系。羰基和羥基相互影響表現(xiàn)特性：三.羧酸的結(jié)構(gòu)四.羧酸的物理性質(zhì)低級脂肪酸易溶于水，碳數(shù)增加，溶解度減小。低級脂肪酸：液體，可溶于水，有刺鼻氣味。中級脂肪酸：液體，部分溶于水，具難聞氣味。高級脂肪酸：蠟狀固體，無味，水中溶解度不大。芳香酸是結(jié)晶體，在水中溶解度不大。所有二元酸都是結(jié)晶化合物，低級的溶于水，隨分子量增加，在水中的溶解度減少。沸點比相當式量的醇、醛高：羧酸分子間以氫鍵締合成二聚體（低級羧酸即使在氣態(tài)也是以二締合體的形式存在），比醇分子間氫鍵更穩(wěn)定。五.化學性質(zhì)：

失去典型羰基性質(zhì)，不利親核加成；-OH氧電子云向羰基移動，有利于氫的離解，故羧酸的酸性強于醇。

兩個碳氧鍵不等長，部分離域。兩個碳氧鍵等長，完全離域。1.酸性1.36?1.23?1.27?羧酸根比較穩(wěn)定。多數(shù)的羧酸是弱酸，pKa約為4-5酸性強無機酸>羧酸>碳酸>酚pKa

4~56.3510RCOOH+NaHCO3→ＣＯ２↑+H2O酚+NaHCO3→不反應(yīng)區(qū)別羧酸與酚類低級和中級羧酸的鉀鹽、鈉鹽及銨鹽溶于水，故一些含羧基的的藥物制成羧酸鹽以增加其在水中的溶解度，便于做成水劑或注射劑使用。影響羧酸酸性的因素

電子效應(yīng):誘導效應(yīng)和共軛效應(yīng)空間效應(yīng)氫鍵與羧基直接或間接直連的原子團對酸性的影響:吸電子效應(yīng)(-I和-C)使酸性增大給電子效應(yīng)(+I和+C)使酸性減少電子效應(yīng)對酸性影響脂肪酸:與羧基相連的烷基具有供電誘導效應(yīng)（+I），使羧基上的氫較難離解，酸性較甲酸弱。>>pKa3.84.84.9電子效應(yīng)對酸性影響>>pKa2.864.414.70>>>pKa0.6931.362.864.76電子效應(yīng)對酸性影響二元羧酸比一元酸酸性強

二元羧酸的pKa1<pKa2電子效應(yīng)對酸性影響練習2.羥基被取代:羧酸衍生物酰氧鍵斷裂(1)氫氧鍵斷裂(2)一般以方式（1）進行,只有叔醇按（2）進行。羧酸（除甲酸外）能與無機酸的酰鹵（PCl3,PCl5,SOCl2)作用，羧基中的羥基被鹵原子取代，生成酰鹵。用SOCl2制備酰鹵，副產(chǎn)物都是氣體，便于處理及提純。酰鹵的生成酸酐的生成除甲酸外，一元羧酸與脫水劑共熱時，兩分子羧酸分子間脫去一分子水，生成酸酐。

分子內(nèi)脫水成環(huán)狀酸酐酸與醇脫水生成酯的反應(yīng)叫做酯化。羧酸與醇的酯化反應(yīng)是可逆的（逆過程為水解），而且反應(yīng)速率很慢，需用硫酸作催化劑。歷程：親核加成-消除酯化反應(yīng)酯化反應(yīng)不同的羧酸和醇進行酯化反應(yīng)的活性活性順序：酯化反應(yīng)一般情況下，羧酸與伯醇或仲醇的酯化反應(yīng)，羧酸發(fā)生酰氧鍵斷裂；羧酸與叔醇的酯化則是醇發(fā)生了烷氧鍵斷裂．證明：同位素跟蹤實驗酰胺的生成在羧酸中通入氨氣或加入碳酸銨，可以得到羧酸的銨鹽。將固體的羧酸銨加熱，分子內(nèi)失去一分子水生成酰胺。脫羧反應(yīng)：羧酸分子中羧基脫去ＣＯ２的反應(yīng)．條件:一元羧酸除甲酸外，加熱和堿性；A為強吸電子基(COOH，CN，C=O，NO2，CX3，C6H5)時，加熱即可脫羧；生物體：脫羧酶。A-CH2-COOHACH3+CO2加熱堿3.脫羧反應(yīng)4.二元羧酸的受熱反應(yīng)二元酸對熱不穩(wěn)定，在加熱或與脫水劑共熱的條件下，隨兩個羧基間距不同而發(fā)生脫羧反應(yīng)或脫水反應(yīng)，這是二元羧酸的特性。兩個羧基或其間隔一個碳原子：脫羧；生成一元羧酸兩個羧基間隔２或３個碳原子：脫水成環(huán)酐二元羧酸的受熱反應(yīng)間隔４或５個碳原子：脫水脫羧成環(huán)酮間隔５個以上碳原子：高溫脫水成高分子鏈狀酸酐二元羧酸的受熱反應(yīng)CH2=CH-CH2-COOHCH2=CH-CH2-CH2OHLiAlH45.羧酸的還原CH3CH2CH2CH2OHCH2=CH-CH2-COOHB2H6不易；特殊還原劑：氫化鋁鋰LiAlH4乙硼烷B2H6LiAlH4:把羧基還原成羥基，不還原雙鍵；在實驗室中可用此反應(yīng)制備結(jié)構(gòu)特殊的伯醇。B2H6:羧基還原成羥基，還原雙鍵硼氫化鈉：不能使羧基還原。催化氫化：還原雙鍵，不還原羧基。6.α-H的鹵代作用羧基能活化α-H，其致活作用比羰基小得多。α-H鹵代反應(yīng)較慢，需紅磷、硫或碘等作催化劑或光照。乙酸中的三個氫都可以被鹵代，生成多鹵代乙酸。α鹵代酸：親核取代；合成中間體6.α-H的鹵代作用脂酸的活化

——脂酰CoA

的生成（胞液）脂酰CoA合成酶

ATPAMPPPi

*脂酰CoA合成酶(acyl-CoA

synthetase)存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及線粒體外膜上

+

CoA-SH7.脂肪酸的β氧化

脫氫加水再脫氫硫解脂酰CoA

L(+)-β羥脂酰CoAβ酮脂酰CoA脂酰CoA+乙酰CoA

脂酰CoA

脫氫酶反⊿2-烯酰CoAL(+)-β羥脂酰CoA脫氫酶NAD+NADH+H+⊿2--烯脂酰CoA

水化酶H2OFADFADH2β酮脂酰CoA

硫解酶CoA-SH脂肪酸的β氧化

第2節(jié)羧酸衍生物

羧酸衍生物：羧基中的羥基被其它原子團取代；均含有?；?/p>

。羧酸衍生物分類命名物性結(jié)構(gòu)和化學性質(zhì)親核取代反應(yīng)水解醇解氨解?；瘎┡c格氏試劑反應(yīng)Claisen酯縮合反應(yīng)還原反應(yīng)酰胺的特性：酸堿性，Hoffman重排，亞硝酸反應(yīng)碳酸衍生物：碳酰氯；尿素；巴比妥類藥物1、酰鹵：“某酰鹵”乙酰氯丙烯酰氯草酰氯苯甲酰溴命名2、酸酐：“某（酸）酐”或“某某（酸）酐”。乙（酸）酐乙丙（酸）酐鄰苯二甲（酸）酐3、酯：“某酸某酯”乙酸甲酯乙二酸氫乙酯（酸性酯）苯甲酸芐酯（苯甲酸苯甲酯）乙二酸甲乙酯（中性酯）乙酸乙烯酯乙酰胺N-苯基乙酰胺（乙酰苯胺）連在N上的基團用“N”標出。苯甲酰胺4、酰胺：“某酰胺”N,N–二甲基甲酰胺N-甲基-N-乙基苯甲酰胺若同一個氮原子上連有兩個?；鶗r，則稱為“酰亞胺”。丁二酰亞胺鄰苯二甲酰亞胺物理性質(zhì)1、低級酯具有香味2、水溶性：高級酰鹵和酸酐不溶于水低級酰鹵和酸酐遇水分解3、沸點（bp)：

酰鹵、酸酐和酯<羧酸（相對分子質(zhì)量相近）原因：分子間無氫鍵除甲酰胺以外，其余的酰胺均為固體,沸點一般較高

分子量：597387熔點/0C8228－20沸點/0C221204165化學性質(zhì)親核取代反應(yīng)親核試劑：水、醇和氨被還原該取代反應(yīng)需要在堿或酸的催化作用下進行。堿性催化的反應(yīng)機制為：取代反應(yīng)催化劑1.親核取代

機理:親核加成-消除反應(yīng)酸催化的反應(yīng)機制為：影響反應(yīng)活性的因素：（1）中間體穩(wěn)定性程度（2）離去基團的活性（3）羰基的活性羰基C上的正電荷越多，越容易反應(yīng)共軛和誘導沖突時，共軛>誘導（除鹵素）活性：酰鹵>酸酐>酯>

酰胺水解一產(chǎn)物是羧酸；另一產(chǎn)物：酰鹵生成鹵化氫，酸酐生成另一分子羧酸，酯得到醇，酰胺得到氨。酯的水解是酯化的逆反應(yīng)醇解羧酸衍生物的醇解與水解相似，但產(chǎn)物為酯：酯的醇解，稱酯交換反應(yīng)在有機合成中，常用低級醇的酯通過酯交換反應(yīng)來制備高級醇的酯生物體內(nèi)也有酯交換反應(yīng):氨解與氨（或胺）發(fā)生氨解產(chǎn)物是酰胺；都可不加催化劑。酰胺的氨解反應(yīng)是比較困難羧酸衍生物的水解、醇解和氨解可以看成H2O、ROH和NH3分子中的H被?；〈姆磻?yīng)。引入?；姆磻?yīng)稱為?；磻?yīng)，羧酸衍生物稱?；瘎｛u和酸酐是常用的酰化劑?；磻?yīng)?；钚裕乎｛u>酸酐>酯>

酰胺?；磻?yīng)?；磻?yīng)意義：增加藥物的脂溶性，改善體內(nèi)吸收，降低毒性，提高或延長藥效。如：治療因霉菌引起的皮膚病對胃腸道不利

解熱，鎮(zhèn)痛抗血栓生成及抗風濕作用（內(nèi)服藥）132兩分子酯在堿作用下失去一分子醇形成

-羰基酯。2.酯縮合反應(yīng)（了解）451-3為可逆，４－５不可逆3.還原反應(yīng)（了解）

LiAlH4可以還原各種羧酸衍生物4.酰胺的特性

（1）

、酸堿性酰亞胺由于亞氨基氮原子上的孤對電子受兩個羰基的影響，使得亞氨基的氫原子較活潑，顯示一定的酸性，能與堿生成鹽。+NaOH酰胺存在p-共軛結(jié)果：為近中性化合物。2）、

Hoffman重排（機理了解）3）、與亞硝酸的反應(yīng)生成羧酸并放出氮氣。

碳酰氯(光氣)碳酰胺(脲)硫代碳酰胺(硫脲)亞氨基脲(胍)

碳酸衍生物

1.碳酸酰胺

尿素脲，是一種高氮含量的氮肥。尿素是蛋白質(zhì)在哺乳動物體內(nèi)最后的代謝產(chǎn)物，它從尿液中排出體外，尿素也由此得名（Urea）。尿素是碳酸的二酰胺，即碳酸分子中兩個羥基被氨基取代的化合物。能降低眼內(nèi)壓和顱內(nèi)壓，可治療青光眼等疾病。1、弱堿性尿素具有弱堿性，與硝酸、草酸作用生成鹽?！譎2OH+OH-E+++3、與亞硝酸反應(yīng)+HNO2N2

+

CO2

+

H2O生成碳酸，定量放出氮氣，可用來測定尿素含量2、水解反應(yīng)尿素在酸、堿、酶的作用下，可以發(fā)生水解，生成氨或二氧化碳。4、縮二脲反應(yīng)將固體尿素加熱到熔點以上（約160℃左右），則尿素分子間可脫去一分子NH3而生成縮二脲。160℃

+縮二脲與稀堿的硫酸銅溶液呈紫紅色叫縮二脲反應(yīng)。凡分子中含有兩個或兩個以上酰胺鍵(—CONH—)的化合物均可發(fā)生縮二脲反應(yīng)。2.胍胍可以看成是尿素分子中的氧被亞氨基取代后的化合物，故又稱為亞氨基脲。胍胍基脒基胍為無色結(jié)晶，易溶于水。堿性與KOH相當。胍容易水解。胍通常以鹽的形式保存。許多胍的衍生物都有良好的藥理作用，如鏈霉素、精氨酸等。3.丙二酰脲脲與?；瘎┳饔蒙甚ｋ?。脲與丙二酰氯或丙二酸酯作用生成丙二酰脲丙二酰氯丙二酰脲丙二酰脲分子中含有一個活潑亞甲基和兩個二酰亞氨基?？砂l(fā)生酮式和烯醇式的互變異構(gòu)。丙二酰脲又叫巴比妥酸，其衍生物具有鎮(zhèn)定和催眠作用，總稱巴比妥藥。臨床常見的有苯巴比妥、戊巴比妥和異戊巴比妥1.羧酸具有酸性的主要原因是羧基結(jié)構(gòu)中存在（）。A．σ-π共軛效應(yīng)B.空間效應(yīng)C．p-π共軛效應(yīng)C.吸電子誘導效應(yīng)C2.不存在P－π共軛體系的是。（

）

A、苯酚 B、氯