第九章 羧酸和取代羧酸
有机化学 第九章 羧酸及其衍生物取代酸
RCOOH..第九章 羧酸及其衍生物和取代酸(一COOH )官能团的化合物,一元饱和脂肪羧酸的通式为C n H 2n O 2 。
羧基中的羟基被其它原子或基团取代的产物称为羧酸衍生物(如酰卤、酸酐、酯、酰胺等),羧酸烃基上的氢原子被其他原子或基团取代的产物称为取代酸(如卤代酸、羟基酸、羰基酸、氨基酸等)。
羧酸是许多有机化合物氧化的最终产物,常以盐和酯的形式广泛存在于自然界,许多羧酸在生物体的代谢过程中起着重要作用。
羧酸对于人们的日常生活非常重要,也是重要的化工原料和有机合成中间体。
§9-1 羧酸一、羧酸的结构、分类和命名 1、羧酸的结构在羧酸分子中,羧基碳原子是sp 2杂化的,其未参与杂化的p 轨道与一个氧原子的p 轨道形成C=O 中的π键,而羧基中羟基氧原子上的未共用电子对与羧基中的C=O 形成p -π共轭体系,从而使羟基氧原子上的电子向C=O 转移,结果使C=O 和C —O 的键长趋于平均化。
X 光衍射测定结果表明:甲酸分子中C=O 的键长(0.123 nm )比醛、酮分子中C=O 的键长(0.120nm )略长,而C —O 的键长(0.136nm )比醇分子中C —O 的键长(0.143nm )稍短。
RCOOH羧基上的p -π共轭示意图2、羧酸的分类和命名 2.1.羧酸的分类根据分子中烃基的结构,可把羧酸分为脂肪羧酸(饱和脂肪羧酸和不饱和脂肪羧酸)、脂环羧酸(饱和脂环羧酸和不饱和脂环羧酸)、芳香羧酸等;根据分子中羧基的数目,又可把羧酸分为一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸等。
例如:或OOCOOcCOOHHOOC HOOC CH 2COOHCH 2COOHCH 2HOOC CH 3CH C H C OOHCOOH HOOC脂肪羧酸 一元羧酸 脂环羧酸 芳香羧酸二元羧酸多元羧酸2.2.羧酸的命名羧酸的命名方法有俗名和系统命名两种。
俗名是根据羧酸的最初来源的命名。
在下面的举例中,括号中的名称即为该羧酸的俗名。
羧酸及其衍生物和取代酸
O R1 C NH2 NH3
3.氨解:产物为酰胺。
O R1 C Cl NH4Cl
O R1 C O
O C R2 R4 R3 N H O R1 C R4 N R3 +
O R2 C ONH4
O R1 C O R2 R 2 OH
O R1 C NH2 NH3
4.克莱森(Claisen)缩合反应:得到β-羰基酯 例如:
⑷ 酰胺的生成:
O R 1 C OH O O
+
NH3
R 1 C O NH4
△ -H2O
O
R 1 C O─NH2
△ -H2O
R1 C
+H2O N
R 1 C NH2
二元酸也有上述反应。 3.还原:用催化氢化法(H2/Pt)难以还原,LiAlH4可以还原羧基为羟基。
O R C OH LiAlH4 R CH2 OH
O CH2 CH2 C O Cl
PCl5 H3C ( CH 2) 6 COOH H3C ( CH 2) 6 C Cl
⑶ 酯的生成:
O R1 COOH
+
R2 OH
浓 H2SO4
△
R1 C
O
R2
+H2O
上述反应为可逆反应。提高反应速度的措施有两个: a 加入酸作为催化剂; b 升高温度。 提高反应的产率的措施有两个:a 增加反应物醇(一方面是因为副反应主要 来自于醇另一方面是因为醇相对于酸来说较为便宜);b 移去产物,使平衡向 右移动。
名称(俗名) 熔点 沸点 溶解度(克/100克水) PKa
甲酸(蚁酸) 乙酸(醋酸) 苯甲酸(安息香酸) 乙二酸(草酸) 丙二酸(缩苹果酸) 丁二酸(琥珀酸) 顺丁烯二酸(马来酸) 反丁烯二酸(延胡索酸) 邻苯二甲酸(酞酸)
实验九-羧酸和取代羧酸的性质
实验九羧酸和取代羧酸的性质一、实验目的1.验证羧酸和取代羧酸的主要化学性质。
2.掌握羧酸及取代羧酸的鉴别方法。
二、实验原理羧酸均有酸性,与碱作用生成羧酸盐。
羧酸的酸性比盐酸和硫酸弱,但比碳酸强,因此可与碳酸钠或碳酸氢钠成盐而溶解。
饱和一元羧酸中甲酸的酸性最强,二元羧酸中草酸的酸性最强。
羧酸和醇在浓硫酸的催化下发生酯化反应,生成有香味的酯。
在适当的条件下羧酸可发生脱羧反应。
甲酸分子中含有醛基,具有还原性,可被高锰酸钾或托伦试剂氧化。
由于两个相邻羧基的相互影响,草酸易发生脱羧反应和被高锰酸钾氧化。
乙酰乙酸乙酯是由酮式和烯醇式两种互变异构体共同组成的混合物,因此它既有酮的性质,如能与2,4-二硝基苯肼反应生成橙色的2,4-二硝基苯腙沉淀,又有烯醇的性质,如能使溴水褪色,与三氯化铁溶液作用发生显色反应等。
三、仪器和药品试管、烧杯、酒精灯、试管夹、带软木塞的导管等。
冰醋酸、草酸、苯甲酸、乙醇、异戊醇、乙酰乙酸乙酯、水杨酸、乙酰水杨酸、乳酸、酒石酸、2mol∙L-1一氯乙酸、2mol∙L-1三氯乙酸、2,4-二硝基苯肼、10%甲酸、10%乙酸、10%草酸、10%苯酚、托伦试剂、5%氢氧化钠溶液、5%盐酸、0.05%高锰酸钾溶液、0.05mol∙L-1三氯化铁溶液、5%碳酸钠溶液、浓硫酸、溴水、饱和石灰水、甲基紫指示剂、pH试纸。
四、实验步骤1.羧酸的酸性(1)用干净的玻棒分别蘸取10%乙酸、10%甲酸、10%草酸、10%苯酚于pH 试纸上,观察和记录其pH并解释之。
(2)在2支试管中分别加入0.1g苯甲酸、水杨酸和1mL水,边摇边逐滴加入5%氢氧化钠溶液至恰好澄清,再逐滴加入5%盐酸溶液,观察和记录反应现象并解释之。
(3)在2支试管中分别加入0.1g苯甲酸、水杨酸,边摇边逐滴加入5%碳酸钠溶液,观察和记录反应现象并解释之。
2.乙酰乙酸乙酯的互变异构现象(1)在试管中加入10滴2,4-二硝基苯肼试剂和3滴10%乙酰乙酸乙酯,观察和记录反应现象并解释之。
羧酸、羧酸衍生物和取代羧酸
O RCHX C X + HX
O RCHX C X + RCH2COOH
O RCHXCOOH + RCH2C X
生成的一卤代物还可以被进一步卤代,直至所有-H的
全部被取代
43
羧酸的化学性质
应用
生成的α-卤代酸可以转化成各种取代酸:
BrCH2-COOH NaOH
BrCH2COONa NaCN NCCH2COONa
酸性
成-消除
(表现为羟基的
取代)
O
RC COH
H
还原成 CH2
α–H 反应
脱羧反应
14
羧酸的化学性质
酸性
在水溶液中
一般羧酸属弱酸,但比碳酸强,所以可以分解碳酸盐, 这个性质可用来区别或分离酚和酸。上述性质可用 来使羧酸与不溶解于水的或易挥发的物质分离
15
羧酸的化学性质
羧酸和醇在结构上只差一个C=O,但其酸性却相差 很大。
诱导效应的特点:
A. 具有加和性
Cl3CCOOH > Cl2CHCOOH > ClCH2COOH
pKa
0.64
1.26
2.86
B. 诱导效应强度与距离成反比,距离↑,诱导效应强度↓
α
CH3CH2CHCOOH
Cl
pKa
2.82
>
βα
CH3CHCH 2COOH
Cl
4.41
>
γ βα
CH2CH2CH2COOH
(3)芳香族羧酸命名,若羧基直接连在苯环上的以苯甲酸 为母体,若羧基连在侧链,则把芳环作为取代基来命名, 编号从羧基所连的碳原子开始
CH CHCOOH
CH3CHCOOH
3苯基丙烯酸(肉桂酸)
《羧酸及取代羧酸》课件
取代羧酸可通过取代基的亲核作用与其他分子发 生反应。
Hale Waihona Puke 羧酸的脱羧反应羧酸可脱去羧基,生成相应的 醛或酮化合物。
羧酸的应用
1 食品工业
羧酸可用作食品酸味剂和抗氧化剂。
2 药物工业
羧酸是制备药物的重要原料,可调控药物的性质和稳定性。
3 洗涤品工业
羧酸可用作洗涤剂的表面活性剂,改善洗涤效果。
什么是取代羧酸?
取代羧酸是指羧酸分子中的一个或多个氢被其他原子或基团取代的化合物,具有类似羧酸的化学性质,但性质 和用途也有所不同。
不同的取代基赋予取代羧酸不同的功能,影响其在化学和生物领域的应用。
取代羧酸的物性质
溶解性
取代羧酸的溶解性依赖于取 代基的性质和溶剂的性质。
熔点和沸点
取代羧酸的熔点和沸点受取 代基和羧酸的影响。
分子构型
取代羧酸的立体构型由取代 基的空间位阻决定。
取代羧酸的化学性质
酸性 还原性
亲核性
取代羧酸可通过脱质子反应表现出酸的性质。
羧酸的物理性质
• 羧酸通常呈液体或固体,具有特定的熔点和沸点。 • 具有酸性,可以与碱发生中和反应。 • 一些羧酸具有特殊的气味,例如柠檬酸和醋酸。
羧酸的化学性质
羧酸的酯化反应
羧酸与醇反应生成酯,常用于 有机合成和食品调味中。
羧酸的酰氯化反应
羧酸与酰氯反应生成酰氯,用 作有机合成中的重要中间体。
取代羧酸的命名方式
取代羧酸的命名方式与羧酸类似,根据取代基的种类和位置进行命名。例如,“氨基乙酸”代表乙酸的一个氨基 取代物。
取代羧酸的化学特性
1
取代基的电子效应
取代羧酸
O
+ R C H CO2
O
+ R C COOH 浓 H2SO4 RCOOH CO
酮与羧酸不易被氧化,但丙酮酸很容易被氧化.
CH3 C COOH Fe2+ , H2O2 O
+ CH3COOH CO2
3.β-酮酸
(1)酮式分解
β-酮酸相当于羧酸的α碳上连有吸电子基,不稳 定,在稍高于室温时即脱羧生成酮,因此称为酮 式分解。
1.醇酸的分类和命名
根据羟基和羧基的相对位置不同,醇酸分为α-羟基酸、 β-羟基酸、ץ-羟基酸等.
醇酸的命名方法以羧酸为母体, 羟基作为取代基,主链从 羧基碳开始编号.
醇酸除可按系统命名法命名外,大多常用俗名.
CH3C*HCOOH OH
α-羟基丙酸
2-羟基丙酸
CH3CHCH2COOH OH
β-羟基丁酸 3-羟基丁酸
OHRCH ຫໍສະໝຸດ OH2+OH C OH
4.氧化反应(α-羟基酸、β-羟基酸的氧化) α-羟基酸中羟基比醇中羟基易被氧化.托伦试剂
不能氧化醇,但能氧化醇酸.
O
O
R CH COOH
R C COOH
OH
O R CH CH2 COOH
OH
O RCCH 2COOH
二.酚酸 酚酸是芳香族羧酸芳环上的氢原子被羟基取
1.酸性
酚酸的三个羟基苯甲酸异构体,羟基处于对位时, 羟基显示对羟基的供电子效应(+C﹥-I),使其酸 性较苯甲酸弱;羟基处于羧基的间位时, -I ﹥+C, 但总体吸电子效应小,故酸性较苯甲酸增加不大; 羟基处于邻位时,因空间位阻在一定程度上排挤 羧基,使它不能与苯环共面,减少了苯环的Л电子 云向羧基的偏移,羧基中的羟基氢易电离,另一方 面形成分子内氢键,增强了羧基中O-H间极性,有 利于氢原子电离,离解后通过形成氢键,减少羧基
有机化学第九章羧酸和取代羧酸
5
第一节 羧 酸
一、羧酸的结构
123pm
O
O 122pm
RC
··O ·· 136pm
H
C
H
H
O H
143pm
CH3
p-π 共轭 导致结构与性质的变化:
键长 —— 平均化
羰基的正电性 —— 降低,亲核加成变难
羟基 H 的酸性 —— 增加
6
α-H 的活性 —— 降低
第一节 羧 酸
CH2CH2COOH 300℃
H2C CH2
C O + H2O + CO2
CH2CH2COOH Ba(OH)2 H2C CH2
CH2CH2COOH CH2
CH2CH2COOH
300℃ Ba(OH)2
CH2 CH2
CH2
CH2 C
CH2
O + H2O + CO2
含八个以上碳原子的脂肪族二元羧酸受热时发生分子间脱水,生成酸酐。
C2H5OH
浓H2SO4
O
酯键
110~120℃ CH3C-O-C2H5 H2O
乙酸乙酯
O
H2SO4
O
C6H5-C—OH + H O-CH3 C6H5-C—O-CH3 +H2O
苯甲酸甲酯 (85-95%)
增加反应物之一,或不断从反应体系中移去一种生成物,可促使平衡右移,提高酯 的收率。
23
第一节 羧 酸
IUPAC: 2-羟基丙酸
HO CH COOH CH2 COOH
苹果酸 (Malic acid)
2-羟基丁二酸
32
第二节 取代羧酸
HO CH COOH HO CH COOH
羧酸和取代羧酸
−CH3
4.34
钝化
−CN
3.55 −OCH3 4.46
活化 基团
基团
−CHO
3.75
−OH
4.48
−Cl
4.0
−H
4.19
有机化学(第9版)
三、化学性质
(一)酸性与成盐反应
3. 二元酸:其酸性与两个羧基的相对距离和空间位置有关,低级二元酸的
pKa2 >pKa1。
二元酸
pKa1
HOOCCOOH
1.46
一、羟基酸
(三)化学性质
3. 醇酸的脱水反应:δ、γ-羟基酸加热失水生成内酯。
有机化学(第9版)
一、羟基酸
(三)化学性质
4. 酚酸的脱羧反应:邻位或对位的酚酸加热至熔点以上时,易分解脱羧形成 相应的酚。
有机化学(第9版)
二、酮酸
(一)命名
2-氧丙酸 (α-丙酮酸) 2-oxopropanoic acid
HOOCCH2COOH HOOCCH2CH2COOH HOOC(CH2)3COOH HOOC(CH2)4COOH
2.80 4.17 4.33 4.4
有机化学(第9版)
三、化学性质
(一)酸性与成盐反应
4. 成盐:羧酸可与NaOH、NaHCO3、Na2CO3等碱反应成盐。
有机化学(第9版)
三、化学性质
(malic acid)
3-羧基-3-羟基戊二酸 (柠檬酸) 2-hydroxypropane-1,2,3-
tricarboxylic acid (citric acid)
有机化学(第9版)
一、羟基酸
(二)物理性质
醇酸比相应的羧酸或醇更易溶于水,酚酸为晶体,多以盐、酯等形式存在 于植物中,大多微溶于水。羟基酸的熔点比相同碳原子数的羧酸高。
有机化学第九章作业
有机化学第九章作业第九章羧酸和取代羧酸作业题1.【单选题】下列化合物中,沸点最⾼的是A、丁烷B、丁醇C、丁醛D、丁酸答案:D【⼩⽩菌解析】分⼦相对分⼦质量相近的条件下,沸点:羧酸>醇、酚>醛、酮>烷、醚2.【单选题】酒⽯酸的结构是()A、CH3CH(OH)COOHB、HOOC-CH(OH)CH(OH)-COOHC、HOOC-CH(OH)CH2COOHD、CH3COCOOH答案:B【⼩⽩菌解析】酒⽯酸分⼦结构如图3.【单选题】化合物:a⼄醇.b⼄酸.c苯酚.d碳酸,其酸性由强到弱排列是A、abcdB、bdcaC、bcadD、bcda答案:B【⼩⽩菌解析】酸性:⽆极强酸>羧酸>碳酸>酚>⽔>醇4.【单选题】下列物质中的酸性从⼤到⼩的顺序是①⽔②⼄醇③苯酚④⼄酸⑤碳酸A、①②③④⑤B、④⑤③①②C、②①③⑤④D、⑤④③②①答案:B【⼩⽩菌解析】酸性:⽆极强酸>羧酸>碳酸>酚>⽔>醇5.【单选题】酸性最⼤的是()A、⼄⼆酸B、⼄酸C、丙⼆酸D、丙酸答案:A【⼩⽩菌解析】两个羧基的间距越近,酸性越强;烷基增多,酸性减弱。
6.【单选题】酸性从⼤到⼩顺序正确的是a、丁酸b、α-氯丁酸c、β-氯丁酸A、a>b>cB、c> a >bC、a > c > bD、b>c>a答案:D【⼩⽩菌解析】卤原⼦为吸电⼦基,其数⽬增多,酸性增强;卤原⼦与羧基距离越近,酸性越强。
7.【单选题】酸性从⼤到⼩顺序正确的是a、⼄醇b、苯酚c、对甲基苯甲酸d、对硝基苯甲酸A、d﹥c﹥b﹥aB、d﹥b﹥c﹥aC、b﹥d﹥c﹥aD、c﹥d﹥b﹥a答案:A【⼩⽩菌解析】酚的酸性⽐醇⼤,两者均⽐酸⼩;硝基为吸电⼦基,增强酸性,⽽甲基为斥电⼦基,减弱酸性。
A、邻羟基苯甲酸B、间羟基苯甲酸C、对羟基苯甲酸D、苯甲酸答案:A【⼩⽩菌解析】酚酸酸性:邻羟基苯甲酸>间羟基苯甲酸>苯甲酸>对羟基苯甲酸9.【单选题】与⼄酸发⽣酯化反应的速率最⼤的是A、甲醇B、⼄醇C、丙醇D、丁醇答案:A【⼩⽩菌解析】酯化反应中有机酸的羧基和醇的羟基反应,为SN2反应机制,反应活性:甲醇>伯醇>仲醇>叔醇>酚10.【单选题】与甲醇发⽣酯化反应速率最⼤的是A、⼄酸B、丙酸C、2-甲基丙酸D、2,2-⼆甲基丙酸答案:A【⼩⽩菌解析】酯化反应中有机酸的羧基和醇的羟基反应,为SN2反应机制,反应活性:甲酸>直链羧酸>侧链羧酸>芳⾹酸11.【单选题】下列⼆元酸受热后⽣成环状酸酐的是()A、丁⼆酸酐B、丙⼆酸酐C、⼰⼆酸酐D、⼄⼆酸酐答案:A【⼩⽩菌解析】⼄⼆酸、丙⼆酸受热发⽣脱羧反应,⽣成少⼀个碳原⼦的⼀元羧酸;丁⼆酸、戊⼆酸受热发⽣脱⽔反应,⽣成环状酸酐;⼰⼆酸、庚⼆酸在氢氧化钡存在下加热,发⽣分⼦内脱⽔和脱羧反应,⽣成少⼀个碳原⼦的环酮。
羧酸的结构
与相对分子质量相近的其它类型有机物 相比, 羧酸具有特别高的沸点:
CH3CO2H CH3CHCH3 CH3-CO-CH3 CH3-C=CH2
OH
CH3
MW 60
60
58
56
Bp/℃ 117.9
82.3
56.5
-6.9
O H—O
形成双分子氢键缔合体 CH3-C
C-CH3
O—H O
问题:
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羧酸的系统命名法与醛相似。对于简单 的脂肪酸也常用 α、β、γ 等希腊字母表示取 代基的位次;羧基永远作为C-1。
CH3
CH3-CH2-CH-CH2-CO2H
54 3 2 1 gb a
3-甲基戊酸 β-甲1 g ba
2-甲基-4-溴丁酸 α-甲基-γ-溴丁酸
9-10
15.7
16-19
羧酸的酸性强弱与羧酸分子的电子 效应、立体效应和溶剂化效应相关。
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(一) 羧酸的酸性与成盐
Ka: 10-4~10-5
可用pH试纸或石蕊试纸检验出其水溶液的酸性。 共轭大π键的形成使羧酸根的键长完全平均化,
增加了羧基负离子的稳定性,有助于H+的离解。
127pm
RR
RR
+ H+
HH
127pm
上页 下页 首页
羧酸能与碱中和生成羧酸盐和水。利用羧酸与 NaHCO3反应放出CO2,可以鉴别、分离苯酚和羧酸。
HO2CCH2CH2CO2H C6H5CH=CHCO2H
甲酸 (蚁酸 Formic acid) 乙酸 (醋酸 Acetic acid) 丁酸 (酪酸 Butyric acid) 乙二酸(草酸 Oxalic acid) 丁二酸(琥珀酸 Succinic acid) 肉桂酸 (Cinnamic acid)
有机化学第九章(2024版)
NH3 (过 量) NH4B r
H2NC H2C O O H
= CH2 CHBrCOOH KOH / CH3OH CH2 CHCOOH
CH2 CHBrCOOH
CH2 =CHCOOH
26
甲酸
❖ 俗名蚁酸,其结构特殊,它的羧基与一氢原子相连, 表现出某些醛的性质,具有较强的还原性,能被托
伦试剂、斐林试剂氧化,也容易被一般的氧化剂氧 化生成二氧化碳和水:
F
OH
pKa
2.66
3.83
3)与碳原子相连的基团不饱和性↑,吸电子能力↑。 = C CH > CH CH2 > CH2CH3
= C H CC H2C O O H > C H2 C HC H2C O O H > C H3C H2C H2C O O H
pKa
2.85
4.35
4.82
(C H3)3N+C H2C O O H
CH2NH2
H
反-4-(氨甲基环己烷)甲酸
止血环酸
6
❖ 芳香羧酸的命名,把芳基作为取代基:
COOH
COOH
CH2COOH
苯甲酸 安息香酸
OH 邻羟基苯甲酸 水杨酸
COOH
α-萘乙酸 COOH
COOH 1,2-苯二甲酸
HO
OH
OH 33,,44,,5-5三-三 羟羟 基苯基甲甲酸酸
没食子酸
7
第一节 羧酸
COOH
2
命名
❖ 脂肪族一元羧酸的命名与醛类相似,即选择含羧基 的最长的碳链为主链,按主链的碳原子数称为某酸:
HCOOH 甲酸
CH3COOH
乙酸 醋酸
γ βα
4 3 21
H
羧酸及取代羧酸
碳链作为主链,根据碳原子数称为“某二酸”,把取代基的位
置和名称写在“某二酸”之前。
HOOC COOH HOOC CH2 COOH HOOC CH2 CH2 COOH
CH3 CH COOH
乙二酸(草酸) 丙二酸
丁二酸(琥珀酸)
CH2 COOH 甲基丁二酸
(3)不饱和脂肪羧酸的系统命名:选择含有重键和羧基的最
H
C OH
(1)甲酸除具有羧酸的性质外,还具有醛的还原性。如
能发生银镜反应;可被高锰酸钾氧化;
HCOOH + 2 [Ag(NH 3)2]++ 2 OH-
O
4 NH3
+
CO
2
3
-
+
2 Ag
+
2 H2O
H COOH KMnO4 [HO C OH]
CO2 +H2O
(2)甲酸与浓硫酸在60~80℃条件下共热,可以分解为水 和一氧化碳,实验室中用此法制备纯净的一氧化碳
羟基在苯环上不同位置的酚酸酸性顺序为:
邻位> 间位>羧酸>对位。
2.氧化反应
醇酸中的羟基比醇中的羟基更容易氧化,托伦试剂或稀硝 酸不能氧化醇,却能把羟基酸氧化为酮酸。如乳酸能被托伦试 剂或稀硝酸氧化生成丙酮酸:
CH3 CH COOH Ag[(NH3)2]+CH3 C-COOH
OH
或稀硝酸
O
CH3 CH CH2 COOH稀硝酸CH3 C CH2 COOH
COOH OH
CH CH COOH
邻羟基苯甲酸 (水扬酸) 3-苯基丙烯酸(肉桂酸)
COOH 环戊基甲酸
练习:
COOH
COOH
有机化学 羧酸和取代羧酸 思维导图
场效应:场效应的大小与距离的平方 成反比,距离越远,作用越小
成盐反应
羧酸具有酸性,能与碱(碳酸钠,氢 氧化钠、碳酸氢钠)中和成盐。
羧酸与醇在酸(硫酸、氯化氢或苯磺 酸等)催化下反应生成酯和水的反 应。
酯化反应为可逆反应
(i) 通过酰基上的亲核取代
酯化反应
酯化反应反应机理
(ii) 通过烷基碳正离子中间体
羧酸的沸点比分子量相近的醇的沸点 高很多
羧酸的酸性强弱取决于电离后所生成 的羧酸根负离子的稳定性。总的原则 是:若烃基上的取代基有利于负电荷 的分离,羧酸根负离子稳定; 反之,则 会使酸性减弱。取代基对酸性强弱的 影响与取代基的性质,数目以及相对 位置有关。
邻位效应:取代基在邻位,不论是吸 电子基团还是给电子基团(氨基除 外),都使酸性增强。
低级的饱和一元羧酸为液体(C1C3),C4-C10的羧酸都具有强烈的刺 鼻气味或恶臭。
高级的饱和一元羧酸为蜡状固体,挥 发性低,没有气味。
脂肪族二元羧酸和芳香羧酸都是结晶 固体
一.物理性质
羧酸分子间可以形成氢键,液态甚至 气态羧酸都有可能有二聚体存在
羧酸与水也能形成很强的氢键,比相 应的醇溶解度大
二分子缔合体
(iii) 酰基正离子机理
总结:伯醇、仲醇酯化经机理 (i)。叔醇酯化经机理( ii) (关键 :R+ 稳定,较易生成)
PPT扩充
羧基中羟基的取代反应 生成酰卤 羧酸和亚硫酰氯的反应机理(亲核加成-消除)
羧酸:分子中含有羧基的一类有机化合物。
羧酸和取代羧酸
二.化学性质
生成酸酐
可能机理
生成酰胺
提示:合成上一般通过羧酸衍生物制备酰胺
氧化法
三.羧酸的制备
羧酸和取代羧酸
羧酸的系统命名法与醛相似。对于简单的脂肪 酸也常用 a、b、g 等希腊字母表示取代基的位次;
CH3 CH3-CH2-CH-CH2-CO2H
54 3 2 1 gb a
3-甲基戊酸 b-甲基戊酸
CH3 Br-CH2-CH2-CH-CO2H
4321 g ba
2-甲基-4-溴丁酸 a-甲基-g-溴丁酸
6
Cl
Cl
Cl
pKa 2.84
4.06
4.52
4.82
(4) HO2C-CO2H HO2C-CH2-CO2H HO2C-CH2CH2-CO2H
Ka1 5.9×10-2
1.6×10-3
6.8×10-5
电离后的羧基负离子对第二个羧基有斥电子 诱导效应,因此第二个羧基比第一个难离解。
15
(5)
COOH
COOH
20
21
(3) 酯(ester)的生成
O C6H5-C—OH + H O-CH3
H2SO4
D
O C6H5-C—O-CH3 + H2O
85-95%
HO2C(CH2)4CO2H+C2H5OH
H2SO4
甲苯/D
OO C2H5O-C(CH2)4C-OC2H5+H2O
95%
该反应可逆,必须在催化剂及加热下才能较快进
1. 羧酸的结构 羰基与羟基通过p-p共轭构成一个整体 2. 命名 俗名; 系统命名 3. 性质 酸性;生成羧酸衍生物;二元酸脱羧 4. 羟基酸 酸性;氧化;脱水;酚酸脱羧 5. 酮酸 酸性;脱羧
29
合物称羧酸衍生物(derivatives of carboxylic acid)。
O R C OH
第九章 羧酸及其衍生物
24
五、二元羧酸
1、物理性质 (1) 物态 二元羧酸都是固态晶体,熔点比相近分子量的 一元羧酸高得多。 (2) 溶解度 比相应的一元酸大,易溶于乙醇,难溶于其 它有机溶剂。
25
2、二元羧酸的化学性质 (1) 具有羧酸的通性
对酸性而言 pKa1 < pKa2 (2) 二元羧酸受热反应的规律
醇相同时
R3CCOOH
HCOOH > CH3COOH > RCH2COOH > R2CHCOOH > 13
成酯方式 酯化时,羧酸和醇之间脱水可有两种不同的方式:
究竟按哪种方式脱水,与羧酸和醇的结构及反应条 件有关。经同位素标记醇的办法证实:
A. 伯醇和仲醇与羧酸的酯化是按酰氧键断裂进行的。
B. 叔醇与羧酸的酯化是按烷氧键断裂进行的。
各类含羰基化合物的还原产物和还原情况比较如下:
名称 羧酸
结构 RCOOH
NaBH4/乙醇 (-)
LiAlH4/乙醚 RCH2OH
H2/催化 (-)
酰氯 酯
酰胺
RCOCl RCOOR’
RCONH2
RCH2OH (-)
(-)
RCH2OH
RCH2OH, R’OH
RCH2NH2
RCH2OH RCH2OH, R’OH
酰胺 >>相应的羧酸
原因:酰胺的氨基上的氢原子可在分子间形成较强的氢键。
30
显然,随着酰胺的氨基上的氢原子被取代,分子间的 氢键缔合作用将逐渐削弱,以致不能发生氢键缔合,其沸 点必然↓。
酰胺 > N - 一取代酰胺 > N - 二取代酰胺
2. 溶解度 酰卤、酸酐和酯不溶于水,但低级酰卤、酸酐遇水则分解。 低级酰胺溶于水,随着M↑,溶解度↓。
羧酸和取代羧酸详解50页PPT
56、书不仅是生活,而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次,但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许,为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处, 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定,就要勇敢地 走到底 ,决不 回头。 ——左
羧酸和取代羧酸详解
•
6、黄金时代是在我们的前面,而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性,但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法,不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧,便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为,请 记住, 除了在 脑海中 ,恐惧 无处藏 身。-- 戴尔. 卡耐基 。
羧酸和取代羧酸
RCOOH + NaHCO 3
RCOONa + CO2 + H2O
共轭大π键的形成使羧酸根的键长完全平均化, 共轭大π键的形成使羧酸根的键长完全平均化, 增加了羧 基负离子的稳定性,有助于H 的离解。 基负离子的稳定性,有助于H+的离解。
127pm
HOOC-CH2-COOH
丙二酸
CH2-COOH CH2-COOH
丁二酸
O
CH2-COOH H2C CH2-COOH
戊二酸
CH2-CH2-COOH CH2-CH2-COOH
己二酸
CH2-CH2 C O + CO2 + H2O CH2-CH2 (脱羧、脱水)
CH2-CH2 C O + CO2 + H2O H2C CH2-CH2 (脱羧、脱水)
加成--消除机制 加成--消除机制 -O CH3C-OH
+
H+
OH
OH
CH3C-OH
+
HOC2H5
CH3-C-OH HOC2H5
+
质子转移
OH CH3-C-OH2 OC2H5
+
-H2O
OH
CH3C-OC2H5
-H+
O CH3C-OC2H5
随着羧酸和醇的结构以及反应条件的不同, 随着羧酸和醇的结构以及反应条件的不同,酯化反应 的机理不同。伯醇和仲醇按上面机理进行。 的机理不同。伯醇和仲醇按上面机理进行。
二元羧酸的酸性与两个羧基的相对距离和在空间的位置有关。 二元羧酸的酸性与两个羧基的相对距离和在空间的位置有关。
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三、羧酸的制备
(一)油脂水解
CH2OCOR'' CHOCOR' + H2O CH2OCOR CH2OH Cat RCOOH + R'COOH + R''COOH + CHOH CH2OH
(二)有机物氧化法 1.醇或醛氧化
CH3CH2CH2OH
CH3OCH2CH2OH
Na2Cr2O7 H2SO4 HNO3
O R C OH + HO O C R P2O5 O R C O O C R + H2O
O COOH COOH C O + C O H2O
(3)酯的生成
RCOOH + HOR' H+ RCOOR' + H2O
CH3COOH + HOC2H5
RCOOH + H OR' CH3 RCOOH + HO C* H (CH2)5CH3
+OH R C 4
18
酯化速度是伯醇>仲醇>叔醇, HCOOH>CH3COOH>RCH2COOH>R2CHCOOH >R3CCOOH
:
H+ OR'
18
OR'
(4)酰胺的生成
RCOOH + NH3 ( 或 (NH4)2CO3 ) C6H5COOH + C6H5NH2 180~190℃ RCOO-NH4+ RCONH2 + H2O
CH2COOH CH2COOH
4.21
COOH
pKa 1.27
COOH
2.83
(2)共轭效应
O C pKa 4.17 OH O CH2 C 4.31 OH O (CH2)2 C 4.66 OH HCOOH 3.77
表9-3 取代苯甲酸的pKa
o H CH3 F Cl Br I OH OCH3 NO2 4.18 3.91 3.27 2.92 2.85 2.86 2.98 4.09 2.21 m 4.18 4.27 3.86 3.83 3.81 3.85 4.08 4.09 3.49 p 4.18 4.38 4.14 3.97 3.97 4.02 4.57 4.47 3.42
C6H5CONHC6H5 + H2O 84%
3. 羧基的还原反应
RCOOH + H2 Cu , 400℃ 300Mpa Pt RCH2OH + H2O CH3CH2CH2COOH
CH2=CHCH2COOH + H2
CH3CH2CHCOOH CH3 CH2=CHCH2COOH
LiAlH4 LiAlH4
CH3CH2COOH
CH3OCH2COOH
65%
62%
n-C6H13CHO
KMnO4 H2SO4
n-C6H13COOH
78%
2.烷基苯氧化
CH3 Cl
(CH3)3C CH3
KMnO4
COOH Cl
(CH3)3C COOH
Cr (VI) or KMnO4
3.烯烃的氧化
RCH=CH2
RCH=CHR'
[O]
O CH2 CH2 C C O CH2 CH2 OH OH O C C O OH OH H3C O O + H2O O O O + H2O O
H3C HC
(3)两个羧基间隔4~5个碳原子:受热既脱羧又脱水,生成 五元或六元环酮。
O CH2 CH2 CH2 CH2 C C O H2C CH2 CH2 CH2 CH2 OH
第九章 羧酸和取代羧酸
第一节 羧酸
COOH
(CH3)2CHCH2
CHCOOH CH3
OCOCH3
布洛芬(芬必得 )
阿司匹林
O 羧基 酰基 R C OH
一、 羧酸的结构、分类和命名
(一)羧酸的结构
. . C O .. O H C O .. O H
图9-1 羧基中p-π共轭示意图
O C .. OC O O O C O O
COOH OH 邻羟基苯甲酸(水杨酸)
对羟基苯丙烯酸(香豆酸)
3,4,5 三羟基苯甲酸 (没食子酸)
(二)醇酸 1.性质
(1)酸性
OH CH3(CH2)2COOH pKa 4.88 CH3CH2CHCOOH 3.87 OH CH3CHCH2COOH 4.22 Cl CH3CH2CHCOOH 2.84
RCOOH
脱 羧 酶
R-H + CO2 ↑
6.二元羧酸的特殊热分解反应
(1)两个羧基间隔0~1个碳原子:受热发生脱羧,生成一元羧酸。
HOOC COOH HOOC CH2 COOH HCOOH + CO2 ↑ CH3COOH + CO2 ↑
(2)两个羧基间隔2~3个碳原子:受热发生脱水,生成五元或六元环酐。
O
OH O C C O
Ba(OH)2
+ H2O
OH OH Ba(OH)2
O
+ H2 O
(4)两个羧基间隔5个碳原子以上:在高温时发生分子间脱 水反应,生成高分子链状酸酐。
O 2n HOOC(CH2)4COOH 300℃ HO [ C O ( CH2 )4 C O O C ( CH2 )4 O ]n C OH
CH 3
BrCH2(CH2)9COOH
CH2 C COOH
α─甲基丙烯酸
ω─溴代十一碳酸
系统命名法:一元羧酸命名与醛相似。
CH3CHCH2CH2CH2CHCOOH CH3 CH2CH3
CH3CH CHCHCOOH CH3
6—甲基—2—乙基庚酸 HOOCCH2COOH
2—甲基—3—戊烯酸
HOOC CH2 CH CH2 COOH
CH 3CH 2CHCOOH pKa Cl 2.82
CH 3CHCH2COOH Cl 4.41
CH 2CH 2CH 2COOH Cl 4.70
CH 3CH 2CH 2COOH 4.82
ClCH 2COOH pKa 2.86
COOH
Cl2CHCOOH 1.26
COOH
Cl3CCOOH 0.64
H2C
O RCOOH + Cl S Cl HCl
R Cl
C O S O R
C Cl + SO2
CH3CH2CH2COOH + SOCl2
CH3CH2CH2COCl 83%
O2N
+ HCl ↑ + SO2 ↑
O2N
COOH + PCl5
COCl + POCl3 + HCl ↑ 90~96%
(2)酸酐的生成
COOH
丙二酸
3—羧基戊二酸
俗名:通常根据其来源命名
脂环族和芳香族羧酸的命名常以脂肪族羧酸做母体, 而把脂环和芳环看作取代基:
COOH
CH2COOH
CH2COOH
NO2
环己基乙酸
β—萘乙酸
间硝基苯甲酸
COOH COOH
COOH OH
1,2—环己基二甲酸
邻羟基苯甲酸(水杨酸)
二、羧酸的性质
(一)物理性质
MgX CO2 H2O H+
COOH
(四)氰化物的水解
BrCH2CH2Br NaCN NC(CH2)2CN H2O H+ HOOC(CH2)2COOH
(五)其它方法
其它还可采用酯的水解、酰胺水解及乙酰 乙酸乙酯等方法来制备羧酸:
第二节
取代羧酸
一、取代羧酸的结构和分类
羟基酸 取代羧酸 氨基酸 卤代酸 羰基酸 醇酸 酚酸 醛酸 酮酸
二、羟基酸 (一)羟基酸的命名
CH3CHCOOH OH α 羟基丙酸(乳酸) HOOCCHCH2COOH OH 2 羟基丁二酸(苹果酸) HOOCCHCHCOOH HO OH 2,3 二羟基丁二酸(酒石酸)
COOH HOOCCH2CCH2COOH OH 3 羧基 3 羟基戊二酸(柠檬酸)
HO HO CH=CHCOOH HO HO COOH
Br_Zn_CHR_COOC2H5
有机锌化合物与格氏试剂性质相似,但没有格氏试剂活泼, 能与醛、酮反应,但不与酯反应
(三)酚酸 1.性质
(1)酸性
COOH COOH OH OH pKa 4.17 3.00 4.12 4.54 COOH HO COOH
P
P
ClCH2COOH
Cl2CHCOOH
Cl2CHCOOH+ Cl2
P
Cl3CCOOH
(2)芳环上的取代
COOH COOH
Br2/Fe
Br
5.脱羧反应
CH3COONa + NaOH (S)
Cl3CCOOH CH3COCH2COOH C6H5CH=CHCOOH
热 熔
CH4 ↑ + Na2CO3
CHCl3 + CO2 ↑ CH3COCH3 + CO2 ↑ C6H5CH=CH2 + CO2 ↑
2.羧酸衍生物的生成
O R C Cl O R C O O C R O R C OR O R C NH2
酰卤 (1)酰卤的生成
PCl3 RCOOH + PCl5 SOCl2
酸酐
酯
酰胺
H3PO3 (亚磷酸) RCOCl +
O
+ HCl ↑ HCl ↑ + SO2 ↑ POCl3
O
(1) (2) (3)
O C
α-氢的反应
羧基的还原反应
C O H
酸的反应
H
亲核试剂进攻发生酯化等反应 (羟基取代反应)