1、1,第十章 羧酸和取代羧酸,第一節(jié) 羧 酸,一、結(jié)構(gòu)分類命名,二、物理性質(zhì),三、化學(xué)性質(zhì),第二節(jié) 取代羧酸,一、羥基酸,二、羰基酸,2,含有羧基的化合物，稱為羧酸(carboxylic acids)。,第十章 羧酸和取代羧酸,烴基上的氫原子被其它原子或基團(tuán)取代的羧酸稱為取代羧酸(substituted carboxylic acids)。,RCOOH,ArCO2H,3,第一節(jié) 羧 酸,一、羧酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名,(一) 羧酸的結(jié)構(gòu),羰基和羥基，通過 p-共軛 構(gòu)成一個(gè)整體。所以，羧基并不是羰基和羥基的簡單加合。,p- 共軛,4,鍵長 平均化,p- 共軛 對(duì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的影響:,122pm,143

2、pm,136pm,123pm,羧基 C 的正電性 降低，親核反應(yīng)變難 -H 的活性 降低，誘導(dǎo)效應(yīng)減弱 羧羥基的酸性 增強(qiáng)，極性增強(qiáng),5,羧酸根負(fù)離子的 p- 共軛,127pm,127pm,負(fù)電荷，均分在兩個(gè)氧原子上； 增強(qiáng)了羧酸根負(fù)離子的穩(wěn)定性； 有利于H+的離去。,鍵長完全平均化。,6,(二) 羧酸的分類,7,(三) 羧酸的命名,常見的羧酸多用俗名。,HCOOH 甲酸 (蟻酸 Formic acid) CH3COOH 乙酸 (醋酸 Acetic acid) CH3CH2CH2CO2H 丁酸 (酪酸 Butyric acid) HOOC-COOH 乙二酸(草酸 Oxalic acid) HO

3、2CCH2CH2CO2H 丁二酸(琥珀酸 Succinic acid) C6H5CH=CHCO2H 肉桂酸 (Cinnamic acid),8,系統(tǒng)命名法與醛相似。羧基C永遠(yuǎn)為C-1 ；對(duì)于簡單的羧酸，也常用 、 等希臘字母表示取代基的位次。,5 4 3 21 g b a,3-甲基戊酸 -甲基戊酸,4 3 2 1 g b a,2-甲基-4-溴丁酸 -甲基-溴丁酸,9,2-甲基-3-丁烯酸,3-硝基-4-氯苯甲酸,鄰苯二甲酸(酞酸),反-1,4-環(huán)己基二甲酸,-萘甲酸 1-萘甲酸,10,2,2-二甲基丁酸,環(huán)丙基甲酸,2,4-二氯苯甲酸,1 2 4 5,3-羧基-4-羥基己二酸,（不講）,11,

4、己二酸,3-羧甲基,12,二、羧酸的物理性質(zhì),1. 性狀：常溫下，19C飽和一元酸為具有強(qiáng)烈氣味的液體; 高級(jí)脂肪酸為無味無臭蠟狀固體; 二元酸和芳香酸是結(jié)晶固體。,2.溶解性：低級(jí)脂肪酸易溶于水,但隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加水溶度降低:甲、乙、丙、丁酸與水互溶, 己酸0.96%, 辛酸0.08%。高級(jí)一元酸不溶于水，但能溶于乙醇、乙醚、氯仿等有機(jī)溶劑。多元酸的水溶性大于相同碳數(shù)的一元酸。芳酸的水溶性極微。,13,與相對(duì)分子質(zhì)量相近的其它類型有機(jī)化合物相比，羧酸有特別高的沸點(diǎn)。,MW 60 60 58 56 Bp/ 117.9 82.3 56.5-6.9,形成雙分子氫鍵締合體,14,三、羧酸的化學(xué)性

5、質(zhì),3.-H 的反應(yīng),1. 酸性,2.親核取代,15,(一) 羧酸的酸性與成鹽,Ka: 10-410-5,p- 共軛，增強(qiáng)了羧羥基的極性，增強(qiáng)了其酸性。,p- 共軛，增強(qiáng)了羧酸根負(fù)離子的穩(wěn)定性，有利于H+的離去。,16,酸性比較（pKa）:,酸性強(qiáng)弱，主要影響因素電子效應(yīng)、立體效應(yīng)和溶劑化效應(yīng)。,17,1、脂肪酸 就電子效應(yīng)而言，吸電子基使酸性增強(qiáng)，供電子基使酸性減弱。,Gw: withdrawing group 吸電子基 增強(qiáng)酸性,Gr: releasing group 供電子基 減弱酸性,吸 增,供 減,18,pKa 3.77 4.76,1.68,pKa 2.62 2.87 2.90 3.

6、16 4.76,pKa 2.86 4.06 4.52,19,pKa 4.35 4.17 3.42,(1),2、芳香酸,20,CH2=CHCH=CHCH=CHNO2,d-,d-,d-,d+,d+,d+,其吸電子共軛效應(yīng)通過共軛體系，交替?zhèn)鬟f到終端。,21,CH3-是供電子基，主要發(fā)生供電子共軛效應(yīng)，其酸性小于苯甲酸。NO2-是吸電子基，主要發(fā)生 吸電子共軛效應(yīng)，其酸性大于苯甲酸。,22,(2) HCOOH C6H5COOH CH3COOH,pKa 3.77 4.17 4.76,苯環(huán)大鍵與羧基構(gòu)成共軛體系，主要發(fā)生供電子共軛效應(yīng)（+C），電子云向羧基偏移，減弱了羧羥基的極性。,同一基團(tuán)的若干種作用

7、相反時(shí)，其主要作用決定最終結(jié)果。,23,HCOOH C6H5COOH CH3COOH,pKa 3.77 4.17 4.76,在苯甲酸分子中，羧基與sp2 雜化的碳原子相連；而在乙酸中，與sp3雜化的碳原子相連。前者的S成分多，吸電子能力強(qiáng)，增強(qiáng)了羧羥基的極性，使其酸性較強(qiáng)。,24,(3),pKa 4.17 3.89 2.21,鄰位基團(tuán)的存在，產(chǎn)生空間位阻；使羧基與苯環(huán)的共平面性減少，即羧基碳氧雙鍵上電子不能與苯環(huán)上電子很好的共軛；從而使苯基的供電子共軛效應(yīng)減弱，使羧羥基的極性增強(qiáng)，其酸性大于苯甲酸。,鄰位效應(yīng)：鄰位基團(tuán)對(duì)活性中心的影響。,25,pKa 4.17 3.89 2.21,影響因素多，

8、其作用一致或相反；主要因素決定最終結(jié)果。,26,Ka1 5.910-2 1.610-3 6.810-5,Ka2 4.010-5 1.410-6 2.310-6,3、二元酸 酸性與兩個(gè)羧基的相對(duì)距離有關(guān)。,低級(jí)二元羧酸的酸性，相對(duì)于同碳原子數(shù)的一元羧酸的酸性，強(qiáng)一些。,27,練習(xí): 比較酸性強(qiáng)弱,pKa 3.77 4.17 4.76,HCOOH C6H5-COOH CH3COOH,(1),(2),pKa 4. 76 2.66 1.24 0.23,28,羧酸能與堿中和生成羧酸鹽和水。利用羧酸與NaHCO3反應(yīng)放出CO2,可以鑒別、分離苯酚和羧酸。,4、成鹽,與無機(jī)酸相比，RCOOH仍為弱酸：,氨芐

9、青霉素 （氨芐西林）,應(yīng)用：,1. 區(qū)別和分離酚與羧酸,2.羧酸鹽在制藥上的應(yīng)用,30,(二) 羧酸衍生物的生成,羧羥基被其它原子或原子團(tuán)取代后，生成的化合物，稱為羧酸衍生物(derivatives of carboxylic acid)。,?；?離去基團(tuán),酰鹵(Acyl halide),酸酐(Anhydride),酯(Ester),酰胺(Amide),31,1、酰鹵的生成,酰鹵具有高度反應(yīng)活性，廣泛應(yīng)用于藥物合成中。,苯甲酰氯,32,2、酸酐的生成,羧酸(除甲酸外)在脫水劑(乙酰氯、乙酐、P2O5)作用下或加熱，分子間失去一分子水，生成酸酐(acid anhydride)。,甲酸與脫水劑共熱

10、，分解為一氧化碳和水：,酐鍵,33,馬來酸,馬來酸酐,五、六元環(huán)的酸酐，可通過加熱相應(yīng)二元羧酸得到。,34,3、酯(ester)的生成,羧酸與醇在酸催化下加熱反應(yīng)生成酯和水，稱為酯化反應(yīng)(esterification)。同樣條件下，酯水解又可生成羧酸和醇。所以，酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)。,苯甲酸甲酯 (85-95%),乙酸乙酯,酯鍵,35,通常，伯醇、仲醇與羧酸的酯化反應(yīng)，按酸脫羥基醇脫氫的方式生成酯。,36,四面體中間體,羧酸和醇的結(jié)構(gòu)對(duì)酯化難易的影響很大。通常， 羧酸或醇分子中，烴基的空間位阻加大，都會(huì)使酯化 反應(yīng)速度變慢。 活性順序：,對(duì)醇：CH3OH RCH2OH R2CHOH R3COH,

11、對(duì)酸：HCO2H CH3CO2H RCH2CO2H R2CHCO2H R3CCO2H,叔醇的酯化反應(yīng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)是按照烷氧斷裂的方式進(jìn)行的：,即：,38,4、酰胺的生成,羧酸與氨(或胺)反應(yīng)首先形成銨鹽， 然后加熱脫水得到酰胺 (amide)。,酰胺鍵,39,(三) 乙二酸及丙二酸的脫羧反應(yīng),羧酸失去羧基，放出CO2的反應(yīng)，稱為脫羧反應(yīng)。,幾乎所有羧酸或其鹽類在強(qiáng)烈的條件下都可脫羧:,若 -C 上，連有吸電子基，則易脫羧。,丙二酸,乙酸,應(yīng)用：體內(nèi)脂肪酸和氨基酸的脫羧是在脫羧酶化下進(jìn)行的,四、 重要的羧酸,1.甲酸（蟻酸） （1）甲酸酸性其它飽和一元酸 （2）甲酸能被托倫試劑和費(fèi)林試劑氧化，也易

12、被高錳酸鉀氧化而使高錳酸鉀褪色。利用這些性質(zhì)定性鑒別甲酸。 （3）甲酸與濃硫酸共熱分解生成CO和H2O，這是實(shí)驗(yàn)室制備少量CO的方法之一。,2.乙酸 3.丙烯酸,4.乙二酸（草酸） （1）制備,（2）化學(xué)性質(zhì) 易脫羧： 具有還原性，易被KMnO4氧化。 5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2+8H2O 此反應(yīng)用于標(biāo)定KMnO4的濃度。 能與多種金屬離子形成絡(luò)合物。 在紡織、印染、服裝工業(yè)中廣泛用于除鐵跡。,42,第二節(jié) 取代羧酸,烴基上的氫，被取代后的產(chǎn)物稱為取代羧酸。,取代羧酸,羧酸衍生物,43,一、羥基酸,命名：系統(tǒng)命名法，更常用俗名。,羥基酸分子中

13、具有羧基和羥基兩種官能團(tuán)。,(一) 分類與命名,分類: 醇酸(,); 酚酸,IUPAC：,2-羥基丙酸,2-羥基丁二酸,俗名:,乳酸(Lactic acid),蘋果酸 (Malic acid),44,2,3-二羥基丁二酸,3-羧基-3-羥基戊二酸,IUPAC：,2-羥基苯甲酸 水楊酸(salicylic acid),3,4,5-三羥基苯甲酸 沒食子酸(gallic acid),IUPAC：,俗名:,酒石酸(Tartaric acid),檸檬酸 枸櫞酸(Citric acid),俗名:,45,(二) 羥基酸的物理性質(zhì),醇酸：一般是粘稠狀液體或晶體。由于分子中 的羥基和羧基都能與水形成分子間氫鍵，

14、因此醇酸比相應(yīng)的羧酸或醇更易溶于水。 酚酸：都為晶體，大多微溶于水。 羥基酸的熔點(diǎn)比相同碳原子數(shù)的羧酸高。,46,(三) 羥基酸的化學(xué)性質(zhì),共性：具有羥基和羧基各自的典型性質(zhì)。 羥基：氧化，鹵代，脫水，成酯 酚羥基：與FeCl3顯色 羧基：酸性，成鹽，成酯,特性：因羥基和羧基的相對(duì)位置不同，而有所不同。 相互影響：受熱脫水，易氧化，等,47,1羥基酸的酸性,pKa4.883.834.51,羥基的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，一般使醇酸酸性比相應(yīng)的羧酸強(qiáng)。 羥基越靠近羧基，其酸性就越強(qiáng)。,醇酸：,48,pKa 2.98 4.20 4.57,酚酸：與鄰位效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)等有關(guān),49,羧羰基氧與鄰位羥基氫

15、，形成分子內(nèi)氫鍵；使羧羰基氧上的電子，向鄰位羥基氫偏移；導(dǎo)致羧羥基的極性增強(qiáng)，使羧基氫更容易離去。,羧基負(fù)離子，仍與鄰位羥基氫形成氫鍵；使體系更穩(wěn)定，也有利于羧基氫的離去。,50,對(duì)位：主要表現(xiàn)為+C 效應(yīng)，使酸性減弱。,51,2醇酸的氧化反應(yīng),受羧基吸電子效應(yīng)的影響，醇酸中的醇羥基，比醇分子中的羥基，更容易被氧化。,52,3醇酸的脫水反應(yīng) （熱穩(wěn)定性差，易脫水）,脫水方式因羥基和羧基的相對(duì)位置不同而異 。,（1）-醇酸的脫水：受熱后，兩分子間的羥基和羧基交叉脫水，生成較穩(wěn)定的六元環(huán)交酯。,-羥基丙酸,丙交酯,53,（2）-醇酸的脫水：由于-羥基和羧基的共同影響，-H很活潑；受熱時(shí)容易與-羥基

16、脫水，生成,-不飽和羧酸。,54,（3）、-醇酸的脫水：-醇酸的羥基和羧基，在室溫下可自動(dòng)脫水，生成穩(wěn)定的五元環(huán)內(nèi)酯。,55,-醇酸發(fā)生分子內(nèi)的脫水反應(yīng)，生成六元環(huán)內(nèi)酯，條件強(qiáng)烈些。,-戊內(nèi)酯易開環(huán), 常溫即可水解, 生成-戊醇酸。,應(yīng)用 內(nèi)酯在酸、堿存在下發(fā)生水解反應(yīng)，在堿存在下，則生成穩(wěn)定的羥基酸鹽。,羥基丁酸鈉具有麻醉作用，但不影響基礎(chǔ)代謝和呼吸，故經(jīng)常將它用于呼吸功能不全的患者手術(shù)時(shí)的麻醉劑。,57,4酚酸的脫羧反應(yīng),o-或 p-羥基苯甲酸，加熱至熔點(diǎn)以上時(shí)，易脫羧。,生物體內(nèi)的羥基酸,1.乳酸,存在于酸牛奶、肌肉等中, 具有很強(qiáng)的吸濕性； 工業(yè)上作除鈣劑(鈣鹽不溶于水)；食品工業(yè)中作

17、增酸劑；鈣鹽可補(bǔ)鈣.,2.酒石酸,存在于多種水果中. 可用作酸味劑, 其銻鉀鹽有抗血吸蟲作用.,3.檸檬酸,存在于多種植物的果實(shí)中及動(dòng)物組織與體液中, 為無色晶體. 可用于食品工業(yè)的調(diào)味品(有酸味)也用于制藥業(yè).,4.水楊酸,水楊酸及其衍生物有殺菌防腐、鎮(zhèn)痛解熱和抗風(fēng)濕作用, 乙酰水楊酸就是熟知的解熱鎮(zhèn)痛藥阿司匹林. 阿司匹靈有解熱、鎮(zhèn)痛作用，能抑制血小板凝聚，防止血栓的形成.,5. 蘋果酸,存在于植物的未成熟的果實(shí)及葉子中, 用于制藥和食品工業(yè).,60,二、酮 酸,羰基酸：同時(shí)具有羧基和羰基兩種官能團(tuán)的化合物。分為醛酸和酮酸。,(一) 酮酸的命名,以羧酸為母體，酮基為取代基；其位次用阿拉伯?dāng)?shù)

18、字或希臘字母表示；酮基也可稱為氧代。,乙醛酸,-丙酮酸,2-氧代丙酸,61,-丁酮酸 3-氧代丁酸,CH3COCH2CH2COOH,-戊酮酸 4-氧代戊酸,丁酮二酸 草酰乙酸,-戊酮二酸 2-氧代戊二酸,62,酮酸除了具有酮的通性和羧酸的通性外，-酮酸 和 -酮酸 還具有一些特殊的性質(zhì)。,(二) 酮酸的化學(xué)性質(zhì),1酸性,酮酸的酸性強(qiáng)于相應(yīng)的醇酸，更強(qiáng)于相應(yīng)的羧酸。,pKa2.49 3.513.86,pKa4.51 4.88,63,2脫羧反應(yīng),-酮酸在稀硫酸作用下，受熱脫羧，生成少一個(gè)碳原子的醛。,-酮酸更易脫羧，通常只能在低溫下保存。,由于-酮酸脫羧產(chǎn)物是酮，故稱為酮式分解。,64,由于羧基受

19、羰基的影響；也由于形成六元環(huán)的分子內(nèi)氫鍵，而使脫羧更容易:,65,酸式分解:-酮酸與濃堿共熱，分解為兩分子羧酸鹽。,問題: 完成下列反應(yīng),66,-羥基丁酸、-丁酮酸和丙酮，三者在醫(yī)學(xué)上稱為酮體。,-羥基丁酸 -丁酮酸 丙酮,血中正常分布：70% 30% 微量,血中酮體正常參考值：350mg/L,酮血癥：3000mg/L,用化學(xué)方法區(qū)分下列各組化合物:,思考題,1.甲酸、乙酸、草酸 2.乙醇、乙醛、乙酸 3.丙醛、丙酮、正丙醇、異丙醇、正丙醚、丙酸,解：,1.甲酸與Tollens試劑作用出現(xiàn)銀鏡，草酸受熱放出CO2. 2.乙醛與Tollens試劑作用出現(xiàn)銀鏡，乙酸與Na2CO3放出CO2. 3.

20、,68,1. 羧酸的結(jié)構(gòu) 羰基與羥基通過 p-共軛構(gòu)成整體 2. 羧酸的命名 俗名； 系統(tǒng)命名(似醛) 3. 羧酸的性質(zhì) 酸性; 生成羧酸衍生物; 脫羧 4. 羥基酸酸性；氧化；脫水；酚酸脫羧 5. 酮酸 酸性； 脫羧,本,章,要,點(diǎn),Byebye！,乙酸乙酯的制備,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、熟悉和掌握酯化反應(yīng)的特點(diǎn)。 2、掌握酯的制備方法。,二、實(shí)驗(yàn)原理,在濃硫酸催化下，乙酸和乙醇生成乙酸乙酯： 羧酸酯可由羧酸和醇在催化劑存在下直接酯化來進(jìn)行制備，酸催化的直接酯化和實(shí)驗(yàn)室制備羧酸酯是最重要的方法，常用的催化劑有硫酸、氯化氫和對(duì)甲磺酸等。一般采用加入過量的乙酸，以便使乙醇轉(zhuǎn)化完全，避免由于乙醇和水及乙

21、酸乙酯形成二元或三元恒沸物給分離帶來困難。,三、主要儀器與試劑,儀器：培養(yǎng)皿， 燒杯， 圓底燒瓶， 空氣冷凝管，球形冷凝器。 試劑：1.5mL 濃硫酸， 4.6mL 乙醇， 2.9mL冰醋酸，飽和碳酸鈉，飽和 氯化鈣及飽和氯化鈉水溶液， 無水硫酸鈉,乙酸乙酯的制備反應(yīng)裝置圖,四、實(shí)驗(yàn)流程和裝置,冰醋酸，乙醇 濃H2SO4,回流,水浴加熱,蒸餾,水浴加熱,粗乙酸乙酯,飽和碳酸鈉,有機(jī)相,洗滌,飽和NaCl 飽和CaCl22,干燥,無水Na2SO4,蒸餾,7378C,乙酸乙酯,五、實(shí)驗(yàn)步驟,25mL 2.9mL冰醋酸 4.6mL乙醇,慢慢加入1.5mL濃硫酸振搖,循環(huán)水,回流30min,粗乙酸乙酯

22、,循環(huán)水,粗乙酸乙酯,飽和碳酸鈉水溶液,不在產(chǎn)生氣泡,有機(jī)相,2mL飽和食鹽水,洗滌,2mL飽和氯化鈣,洗滌兩次,有機(jī)相,無水MgSO4,干燥,初步純化的乙酸乙酯,五、實(shí)驗(yàn)步驟,六、實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵及注意事項(xiàng),1、控制反應(yīng)溫度在120125，控制濃 硫酸滴加速度。 2、洗滌時(shí)注意放氣，有機(jī)層用飽和NaCl洗滌后，盡量將水相分干凈。 3、干燥后的粗產(chǎn)品進(jìn)行蒸餾，收集65 71餾分。,七、思考題,1、酯化反應(yīng)有什么特點(diǎn),本實(shí)驗(yàn)如何創(chuàng)造條件使酯化反應(yīng)盡量向生成物方向進(jìn)行？ 2、本實(shí)驗(yàn)有哪些可能副反應(yīng)？ 3、如果采用醋酸過量是否可以，為什么？,阿司匹林的制備,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解?；磻?yīng)及乙酰化物的制備方法。 2掌握減壓過濾、重結(jié)晶等基本操作。,實(shí)驗(yàn)原理,阿司匹林（學(xué)名乙酰水楊酸）為白色針狀或片狀晶體，能溶解于溫水之中，口服后在腸內(nèi)開始分解為水楊酸、有退熱止痛作用。 通常由水楊酸和醋酐在濃硫酸催化下?；迫∫阴Ｋ畻钏?。 水楊酸具有酚羥基，能與三氯化鐵試劑呈現(xiàn)顏色反應(yīng)，此性質(zhì)可作為阿司匹林的純度檢驗(yàn)。,器材與藥品,1器材 錐形瓶（100mL，干