第十二章 羧 酸

第十二章 羧 酸

授课对象：应用化学、化学工程与工艺、制药工程、药学 学时安排：3h

教 材：普通高等教育“十五”国家级规划教材《有机化学》第四版高鸿宾主编2005年5月

一、教学目的与要求

1、掌握羧酸的结构和命名。

2、掌握羧酸的一般化学性质：酸性及羧酸衍生物的生成：酰卤、酸酐、酯和酰胺的生成；α-H 的卤代反应；羟基酸的化学性质。

2、熟悉二元酸的受热反应。

3、了解羧酸的物理性质以及一些常见的羧酸和取代羧酸的结构。

二、教学重点

1、羧基及羧酸根离子的结构。

2、羧酸衍生物的生成，羟基酸的脱水反应。

三、教学难点

羧酸的酸催化和碱催化酯化反应机理。

四、教学方法

讲授法。拟具体采用如下教学方法，以突出重点，突破难点。

1、通过复习前面学过的电子效应和与醛、酮羰基的比较，帮助学生掌握羧基以及羧酸根离子的结构以及羧酸的一般化学性质。

2、精讲多练，适当时候结合习题中的难点讲解。

五、教具

电脑、投影仪、Powerpoint 课件、教鞭。

六、教学步骤及时间分配

导言：

分子中含有羧基（-COOH ）的有机化合物，称为羧酸。羧酸分子中的烃基上的氢被其它原子或原子团取代后的化合物，称为取代羧酸。本章只讨论取代羧酸中的羟基酸。

12.1 羧 酸（Carboxylic Acids ）

R C

G

O G=-OR （烃氧基）酯G=-OCR （酰氧基）酸酐O

G=-NH 2（氨基）酰胺G=X （卤素）酰卤

一、羧酸的结构、分类和命名

（一）羧酸的结构（重点）

羧基中的碳原子为sp2杂化，三个杂化轨道分别与两个氧和另一个碳或氢形成3个σ键，未参与杂化的p轨道与一个氧的p轨道形成π键，这个π键与另一个氧的p轨道可以形成p—π共轭。

p—π共轭的结果（与醛、酮的羰基碳比较）：

①降低了羧基中羰基碳的正电性，所以，羧基一般不能进行亲核加成反应。

②增加了羧基中羟基的氧氢键的极性，有利于氢的离解，所以羧酸有明显的酸性。

羧酸根负离子中的p—π共轭作用更强，负电荷平均分配在两个氧原子上，因而C-O键完全平均化。

（二）分类

按烃基不同，分为脂肪酸、脂环酸和芳香酸；

按羧基数目，分为一元酸、二元酸和多元酸；

按烃基饱和程度，分为饱和酸或不饱和酸等。

（三）命名

1、结构比较简单的羧酸常用普通命名法。例如：甲酸、乙酸、丙酸等。

2、结构复杂的羧酸用系统命名法命名。例如：α-甲基丁酸（2-甲基丁酸）等。

3、俗名：羧酸的名称常用俗名。俗名通常根据来源而得。如蚁酸（甲酸）、醋酸（乙酸）、草酸（乙二酸）、苯甲酸（安息香酸）等。

酰基：羧酸分子中除去羧基中的羟基后剩下的部分称为酰基。举例说明。

羧酸的英文命名（补充内容）：后缀oic acid。

写出下列化合物的名称或结构：草酰基、肉桂酸。

二、羧酸的物理性质

介绍状态、熔点和沸点的变化规律（饱和酸与不饱和酸的区别，单数碳原子与偶数碳原子的区别，与分子量相近的其它化合物比较）

练习：下列各组化合物中，哪一个沸点最高？

（1）正丁酸、异丁酸（2）丁烷、丙醛、正丙醇、乙酸

三、羧酸的化学性质

（一）酸性和成盐

羧酸具有明显的酸性。

饱和一元羧酸是一种弱酸，其pKa为3—5，比碳酸强，所以，它既能与NaOH 反应又可以与NaHCO3反应生成羧酸盐。

酸性：羧酸> 碳酸>苯酚

思考题：如何分离和鉴别苯甲酸和苯酚

羧酸的酸性强弱与羧基所连的基团有关，一般来说：

若G 是吸电子基，氢易离解，酸性增强，取代基的吸电子能力越强酸性越强；

若G 是斥电子基，氢难离解，酸性降低。

同时，取代基对酸性的影响还与取代基的性质、位置及数目有关。

例如：酸性强弱顺序：

二元酸的酸性比相应的一元酸的酸性强。二元酸的酸性与两个羧基的相对距离有关。二元酸的酸性顺序为：草酸 > 丙二酸 > 丁二酸。

指出：诱导效应具有加和性。

[注：讲解以上酸性强弱时，最好先列出结构，引导学生分析，最后给出数据]。

练习题：按酸性由强到弱排序

（1）乙酸（2）甲酸（3）苯甲酸（4）草酸

（二）羧酸衍生物的生成（重点）

羧酸衍生物：羧基上的羟基被其它原子或原子团取代后的化合物。它们是酰卤、酸酐、酯和酰胺。

1、酰卤的生成

羧酸与PX 3、PX 5或SOCl 2（氯化亚砜）反应生成酰卤。 最常用的是SOCl 2（氯化亚砜），因为两种副产物都是气体，能自动逸去，而且过量的低沸点SOCl 2（氯化亚砜）易通过蒸馏除去，使产物较纯。

酰卤是一类具有高度反应活性的化合物，广泛应用于药物和有机合成中。 2、酸酐的生成

羧酸与脱水剂共热可以脱去一分子水形成酸酐。常用的脱水剂有P 2O 5、乙酰氯和乙酸酐。

有些二元酸不需要脱水剂只要加热即可脱水成环状酸酐。 此外，还可以用羧酸盐与酰卤作用制备混合酸酐。

O

H

O

H

FCH 2COOH ClCH 2COOH BrCH 2COOH ICH 2COOH pKa 2.67 2.87 2.90 3.16

>>>pKa >

>

CH 2CH 2CH 2COOH Cl

CH 3CHCH 2COOH

CH 3CH 2CHCOOH Cl

Cl 2.86

4.41

4.70

ClCH 2COOH

pKa

2.87

>>Cl 2CHCOOH

Cl 3CCOOH

0.65

1.29