羧酸及其衍生物

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Cl HOOC-CH-CH2-COOH
氯代丁二酸
一、羧酸的分类和命名法
(二)羧酸的命名
芳香酸分为两类: 一类是羧基连在芳环上,以芳甲酸为
母体,环上其它基团作为取代基来命名。
COOH CH3
邻甲苯甲酸
HOOC
COOH
1,4-苯二甲酸 (对苯二甲酸)
一、羧酸的分类和命名法
(二)羧酸的命名
芳香酸分为两类: 另一类是羧基连在侧链上,以脂肪酸作 为母体,芳基作为取代基来命名。
甲酸
乙酸
四、羧酸的化学性质
丙酸
苯甲酸
四、羧酸的化学性质
羧酸由烃基和羧基组成,其化学反应主要 发生在羧基上。由于羧基的结构为一 P-π共 轭体系。当羧基电离成负离子后,氧原子上 带一个负电荷,更有利于共轭,故羧酸易离 解成负离子。 由于共轭作用,使得羧基不是羰基和羟基 的简单加合,所以羧基中既不存在典型的羰 基,也不存在着典型的羟基,而是两者互相 影响的统一体。
P247----习题8
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应
4.酰胺的生成
羧酸与氨或胺反应。首先生成铵盐,然后高
温分解得到酰胺。该反应可逆,反应过程中不
断蒸出所生成的水使平衡右移,产率很好。
3CH3COOH + PCl3 COOH + PCl5
3CH3COCl + H3PO3
(70%)
COCl + POCl3 + HCl
(90%)
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应
1.酰氯的生成 如:
COOH + SOCl2 NO2
COCl + SO2+ HCl NO2
(90%)
酰氯是一类重要的酰基化试剂。甲酰氯极不稳定,不存在。
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应 3.酯的生成
酯化反应是可逆的。为了提高酯的产 率,通常采用加过量的酸或醇,或者从反应 体系中蒸出沸点较低的酯或水。
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应 3.酯的生成 如:
O HC
OH + HOCH2CH2CH3
过量
H2SO4
O H C OCH2CH2CH3 + H2O
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应 2.酸酐的生成
O C OH
(230℃)
C OH O
O C
O
C O
(100%)
+ H2O 邻苯二甲酸酐
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应 3.酯的生成
在强酸,如浓H2SO4、干HCl、对甲基苯磺酸 的催化下,羧酸与醇作用生成酯的反应称酯化。 这是制备酯的重要方法。
一、羧酸的分类和命名法
分子中含有羧基-COOH的化 合物称为羧酸。可用通式 RCOOH 和 ArCOOH表示。
一、羧酸的分类和命名法
(一)羧酸的分类
按照羧基所连的烃基不同,羧酸可分为脂肪酸 和芳香酸。 按照分子中是否含有不饱和键,可分为饱和酸 和不饱和酸。 按照分子中所含羧基的数目,羧酸可分为一元 和多元羧酸。开链一元羧酸又称脂肪酸。
二、羧酸的制备
(四)芳香酸可由烷基芳烃氧化制得 P90
(五)丙二酸二乙酯合成法 P273
三、羧酸的物理性质
1.状态
C1-C3 酸为有刺激性酸味的液体,溶于水。 C4-C9酸为有腐败气味的油状液体(丁酸为 脚臭味),难溶于水。 ➢C10以上酸为石蜡状固体,无气味。 ➢芳酸和二元酸都是晶体。
三、羧酸的物理性质
K2Cr2O7 稀H2SO4
CH3CH2COOH
65%
二、羧酸的制备
(一)伯醇或醛氧化
CH3(CH2)3CHCHO CH2CH3
KMnO4,OHH2O
CH3(CH2)3CHCOONa CH2CH3
H3O+
CH3(CH2)3CHCOOH
CH2CH3
78%
二、羧酸的制备
(二)腈水解
脂肪腈和芳香腈在酸或碱溶液中水解得到 相应的羧酸(增加一个碳原子)。
练习
P245----习题6,7
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应
羧基中的羟基可被其它原子或基团取代,
生成羧酸衍生物。
O
R-C-Cl
酰氯
O R-C-OH
OO R-C-O-C-R’
O R-C-OR’
酸酐 酯
O R-C-NH2
酰胺
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应
1.酰氯的生成 羧酸(除甲酸外)与PCl3、PCl5、SOCl2作用则
三、羧酸的物理性质
4.溶解性 (比醇大)
C1-C4 酸能与水混溶,主要是能与水分子形成较强的氢键。 C5-C9酸水溶性迅速下降。 ➢C10以上的酸不溶于水。 ➢羧酸一般都能溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂。 ➢芳香酸一般具有升华特性,可分离、精制芳香羧酸。
作业
P278---习题24,28,29
四、羧酸的化学性质
苯乙酰氧基
练习
P238----习题1,2
二、羧酸的制备
来源: 羧酸广泛存在于自然界,常见的羧酸 几乎都有俗名。 自然界的羧酸大都以酯的形式存在于 油、脂、蜡中。油、脂、蜡水解后可以 得到多种羧酸的混合物。
二、羧酸的制备
(一)伯醇或醛氧化 伯醇或醛氧化是制备羧酸的一种方法。
CH3CH2CH2OH
Mg 干醚
(1)CO2 (2)H3O+
(CH3)3C-COOH
79%-80%
(CH3)3C-MgCl
二、羧酸的制备
(三)格氏试剂与CO2作用
例如:CH3
CH3
Br
Mg 干醚
CH3
CH3
(1)CO2 (2)H3O+
CH3 MgBr CH3
CH3
60%
CH3 COOH
CH3
此法用于制备比原料多一个碳的羧酸,但乙烯式 卤代烃难反应。
R-COOH + NaCl
四、羧酸的化学性质
(一)酸性
羧酸的酸性小于无机酸而大于碳酸(H2CO3 pKa 1=6.38)和酚(pKa=10)。故羧酸能与碱 作用成盐,也可分解碳酸盐。
此性质可用于醇、酚、酸的鉴别和分离,不溶 于水的羧酸既溶于NaOH也溶于NaHCO3,不溶于 水的酚能溶于NaOH不溶于NaHCO3,不溶于水的 醇既不溶于NaOH也不溶于NaHCO3。
O R-C-OH + SOCl2
O R-C-Cl + SO2 + HCl
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应
1.酰氯的生成 酰氯很活泼,易水解,通常用蒸馏的方法将产
物分离。PCl3适于制备低沸点酰氯;PCl5适 于制备高沸点酰氯。
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应
1.酰氯的生成 如:
RC C O H
H
α-H反应
羟基被取代的反应
四、羧酸的化学性质
(一)酸性
羧酸能与碱中和生成盐和水,能分解碳 酸盐或碳酸氢盐放出二氧化碳,该性质常用 于鉴别、分离和精制羧酸。
R-COOH + NaOH
R-COONa + H2O
R-COOH + NaHCO3
R-COONa + CO2 + H2O
R-COONa + HCl
沸点82℃ 蒸出酯
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应 3.酯的生成
又如:
O
O
HO C(CH2)4 C-OH + 2C2H5OH H+,甲苯(沸点110℃)
过量
(沸点78℃)
O
O
C2H5O C(CH2)4 C-OC2H5+ 2H2O 蒸出水
沸点245℃
沸点75℃,
(97%)
与甲苯乙醇作为恒沸混合物蒸出
四、羧酸的化学性质
例如:由于羟基氧原子上孤对电子 与羰基的∏电子发生离域,使羧酸具有 明显的酸性,同时也使羰基碳原子的 正电性降低,不利于亲核反应。
O .. C O.. H
四、羧酸的化学性质
羧酸的化学反应分为如下四类: O-H键断裂;C-O键断裂;Cα-H键断裂;脱羧反应
脱羧反应
HO
羟基断裂呈酸性
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应 3.酯的生成
在酸催化下,伯醇和大多数仲醇的酯化机理 为:
酰基氧质子化:
O
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R C OH + H+


+ OH R C OH
四、羧酸的化学性质
+ OH RC
亲核加成:
OH + HO....R’
消除水:
OH
R C O+ H2


OR’
OH

质子转移,快
四、羧酸的化学性质
(一)酸性 不同构造的羧酸酸性强弱各不相同。
电子效应对酸性的影响:
O -
GCO
O -
GCO
G拉电子,稳定负离子 酸性增强
G推电子,使负离子不稳定 酸性减弱
四、羧酸的化学性质
(一)酸性 能够使羧基负离子稳定的因素 都将增加羧酸的酸性。
取代苯甲酸中取代基对苯甲酸酸性的 影响P244
2.熔点
有一定规律,随着分子中碳原子数目的增加呈锯齿状的 变化。含偶数碳原子酸的熔点比前、后两个相邻的奇数碳原 子酸的熔点都高。乙酸熔点16.6℃,当室温低于此温度时, 立即凝成冰状结晶,故纯乙酸又称为冰醋酸。
3.沸点
随相对分子质量升高而增大,比相对分子质量相当的醇的 沸点高。原因: 分子间氢键比醇更强些,通过氢键形成二聚 体。P240
O R C OH + HOR’
H+
O RC
OR’ + H2O
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应 3.酯的生成 成酯的方式:
O RCO
H+ H O
H R'
O R C O R' + H2O
酰氧断裂 伯醇和大多数仲醇
O
O
R C O H+ H O
H R'
R C O R' + H2O
烷氧断裂
叔醇
一、羧酸的分类和命名法
(二)羧酸的命名 例如:
4 32 1
CH3-CH-CH2-COOH CH3
5 4321
ClCH2-CH=CH-CH2-COOH
3-甲基丁酸 (β-甲基丁酸)
5-氯-3-戊烯酸 (δ-氯-β-戊烯酸)
一、羧酸的分类和命名法
(二)羧酸的命名
命名脂肪二元羧酸时,则选取含有两个 羧基的最长碳链作主链,称为某二酸。
HOCH2CH2Cl
NaCN
HOCH2CH2CN
(1)OH-,H2O (2)H3O+
HOCH2CH2COOH
二、羧酸的制备
(二)腈水解
脂肪腈和芳香腈在酸或碱溶液中水解得到 相应的羧酸(增加一个碳原子)。
CH2Cl
NaCN
CH2CN H3O+
CH2COOH
此法仅限于由伯卤代烃、苄基型和烯丙型 卤代烃制备腈,其产率很高。
-CH=CH-COOH
CH2COOH
3-苯丙烯酸
β-萘乙酸
一、羧酸的分类和命名法
(二)羧酸的命名
几种取代基:
O RC
O Ar C
某酰基
O R CO
O Ar C O
酰氧基
一、羧酸的分类和命名法
(二)羧酸的命名
例如:
O CH3 C
乙酰基
O CH2 C
苯乙酰基
O CH3 C O
乙酰氧基
O CH2 C O
O
2
C OH (CH3CO)2O
O
O
COC
+ 2CH3COOH
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应 2.酸酐的生成
两个羧基相隔2-3个碳原子的二元酸,不需要 任何脱水剂加热就能脱水生成五元或六元环酐。
O
H
C
C
C
H
C
O
OH
H
(150℃)
O C C
C
OH
H
C
O
O + H2O 顺丁烯二酸酐
(95%)
二、羧酸的制备
(三)格氏试剂与CO2作用
格氏试剂与二氧化碳加成后,酸化水解得多
一个碳原子的羧酸。 例如:
(Ar)R-MgX + O=C=O
O
干醚
(Ar)R-C-OMgX
X=Cl,Br,I
O
H3O+
(Ar)R-C-OH
二、羧酸的制备
(三)格氏试剂与CO2作用 例如:
(CH3)3C-OH
HCl
(CH3)3C-Cl
一、羧酸的分类和命名法
(二)羧酸的命名
脂肪酸命名(命名原则与醛相同) 1.选择含有羧基的最长碳链作为主链,按主 链碳原子数称为某酸。 2.编号从羧基碳原子开始,用阿拉伯数字 (或希腊字母)标明取代基的位次,并将取代 基的位次、数目、名称写于酸名称之前。 3.不饱和酸,则选取含有不饱和键和羧基的最 长碳链称为烯酸或某炔酸,并标明不饱和键的 位次。
R C OH

HO+R’ R
OH C O+ H2
+ OH RC
OR’
消除质子
OR’+ H2O O
R C OR’+ H3O+
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应
3.酯的生成
这个过程是加成-消除,最终是烷氧基取代了 酰基碳上的羟基。立体阻碍影响酯化速率,立 体阻碍愈大,酯化反应速率愈慢。
练习
生成相应的酰氯。但HCl不能使羧酸生成酰氯。
O
O
3R-C-OH + PCl3
3R-C-Cl + H3PO3
O R-C-OH + PCl5
亚磷酸(200℃)分解
O
R-C-Cl + POCl3 + HCl
三氯氧化磷 沸点(107℃)
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应
1.酰氯的生成
与SOCl2作用生成酰氯的方法产物纯、易分离, 因而产率高。是一种合成酰氯的好方法。
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应
2.酸酐的生成
羧酸(除甲酸外)在脱水剂(如P2O5)作用下,加热脱 水生成酸酐。
O R C OH
P2O5
R C OH O
O RC
RC O
O + H2O
四、羧酸的化学性质
(二)羧基上的羟基被取代的反应 2.酸酐的生成
也常用乙酸酐作为制备其他酸酐的脱水剂。
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