有机化学第10章羧酸及其衍生物

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COOH COOR ROH COOH COOR
ROH
COOH
COOR
3、还原
羧基可以用LiAlH4还原,得到伯醇。
O R C OH L iA lH 4 R C H2OH
一般是将羧基转变为酰氯、酸酐、酯后再进行还原。
4、烃基上的反应
(1)α —卤代作用
羧酸中的α —H比其他碳上的氢活泼,由于羰基的吸电子作用,在日光或红 磷的催化下,α— H可逐个被卤素取代。
O R C O
一、命名
羧酸
{
H 3C
脂肪羧酸
{
饱和羧酸
不饱和羧酸 芳香羧酸
根据—COOH的数目,可分为一元、二元、多元羧酸。
O H C OH O C OH H 3 CHC O CH C OH COOH COOH COOH
甲酸
(蚁酸)
乙酸
(醋酸)
2-丁烯酸(巴豆酸)
乙二酸
(草酸)
苯甲酸 (安息香酸)
由于另外羧基的存在而电离度加大。乙二酸、丙二酸的 都比一元羧酸大。
当一个羧基离解之后,由于羧酸根带负电,有排斥电子的作用, 这就与未离解的羧基的电子效应恰好相反,所以第二个羧基的离解度降低。
五、重要的羧酸 1、甲酸 存在于某些蜂类、蚁类中,又称蚁酸 结构特点: ① 具有羧基,酸性在脂肪酸中最强 ② 具有醛基,为同系列中唯一有还原性的酸,可以还原斐林及托伦试剂。
有机酸酯
反应必须在酸的催化及加热下进行,否则反应极慢。
影响酯化反应的因素 ① 反应物的用量,使一种易得的反应物过量,平衡向右移;
② 减少产物的量,a、先蒸出反应产物;b、加入苯,使之 与水形成恒沸物,在反应过程中不断蒸出而除去水。
用含同位素的乙醇进行酯化:
O CH3 C O H + H
18
O O C H 2C H 3 H Δ
β-苯基丙烯酸(肉桂酸)
α-荼乙酸
环烷羧酸:把环烃看成取代基
二、物理性质 状态 C10以下为液态 气味 C10 以上为蜡状固态
COOH
环已基甲酸
脂肪二元羧酸、芳香酸为结晶固体。 C1~C3具有强烈的酸味和刺激性。 C4-C9具有腐败恶臭、动物汗液和奶油发酸变坏。 的气味是由于含有游离正丁酸的缘故。 水溶性 C10以上挥发性小、无气味。 低级脂肪酸易溶于水,随分子量的增高,水溶 性降低,羧基为亲水基团,与水可形成氢键, 烃基为憎水基,越大越不易溶于水。
2-丁烯酸
二元羧酸、 选取含有两个羧基的最长碳链,叫某二酸。
COOH H 3 CH 2 C H C HOOCCH COOH
2 CH 2 CH 2 CH 2 COOH
乙基丙二酸
HOOCCH=CHCOOH
已二酸
丁烯二酸 芳香酸:把芳环作为取代基
COOH COOH CH=CH-COOH HOOCH
2C
邻苯二甲酸
+
CH3
C
18
O
C H 2CH 3 +
H 2O
这说明酯化反应中的水是羧酸的烃基和醇的氢形成的,即羧酸发生了酰—氧键 的断裂。 历程: 酸的催化作用是增加羧基碳的亲电性
O C OH Δ OH -H 2 O R C O
+ '
H
+
OH R C
+
R O OH
'
OH H R C O
+
OH OH R
'
R
R
C O
系统命名:
脂肪羧酸的命名原则同于醛,是选择含有羧基的最长碳链作主链,编号由羧 基的碳原子开始。
H 3C O H 3C CH CH2 C OH
3-甲基丁酸
也有α,β,γ 标位的,上述结构又称β -甲基-丁酸 对于不饱和酸,则选取含不饱和键和羧基的最长碳链,称某烯酸,不饱和位 置注前。
O H 3C C H CH C OH
物是高沸点酰氯,可用2法合成,可先蒸去 POCl3 ,留下酰氯,如苯甲酰氯 (b.p197℃) ;亚硫酰氯法副产物是气体,两种情况都适用。
(3)酯的生成 在强酸的催化下,羧酸可与醇形成酯,有机酸与醇的酯化是可逆的:
O R C O
' H + R OH
浓 H 2S O 4 R Δ
O C O R
'
+ H 2O
实验证明,羧酸根离子中C—O键长完全相等,即羧基碳与两个氧原间的电子密 度是完全平均化的,说明P 共轭的存在。
羧酸与金属氧化物、氢氧化物成盐。
2 RCOOH
+
MgO
(RCOO)
2 Mg
+
H 2O
用于医药
用于肥皂工业
RCOOH
+ NaOH
RCOONa
+
H 2O
羧酸的酸性比碳酸强:
2 RCOOH
+
Na 2 CO
O R C O R C O 3 R C O H + P C l3 3R O H + P C l5 R O H + SO C l2 R O C O C O C Cl + H 3P O 3 C l + P O C l3 + H C l C l + SO2 + HC l
如产物是低沸点酰氯,如乙酰氯,可用3法合成,用蒸馏法与亚磷酸分离;如产
. 6H O 2
Ⅱ羧酸衍生物
羧酸分子中的羧基被不同基团取代的产物—羧酸的衍生物。 一、命名
酰氯和酰胺的命名相同,以它所含酰基命名
O O C CH 3 C Cl Cl CH3 C NH2 C NH2 O O
O H C N
CH3
O C H 3 C N H C H 2C H 3
CH3
N,N‘—二甲基甲酰胺(DMF)
二元羧酸分两步电离,第二步比第一步要难,分别形成酸式盐和中性盐:
COOH NaOH COOH COONa COOH NaOH COONa COONa
草酸氢钠
草酸钠
由于二元羧酸有两个羧基,所以相同碳数的二元羧酸酸性比一元羧酸酸性强些。
2. 羧基中羟基的取代反应
O
羧酸中的—OH可作为一个基团被酸根(
沸点
羧酸的沸点比其他与之相近的分子量的
有机物为高。
O R C O H O H O C R
由于氢键缔合,沸点较高
CH3COOH
(M=60)
b.p 117.9℃
CH3CH2CH2OH
CH3CH2CHO CH3OCH2CH3
(M=60)
(M=58) (M=60)
b.p
b.p b.p
97.4℃
48.8℃ 8℃
3
2 RCOONa
+ CO 2 +
H 2O
羧酸的碱金属盐都溶于水,不溶于水的羧酸转变为其碱金属盐后即可溶解, 此性质可用于羧酸与其他不溶于水的中性有机物的分离。 如分离:
COOH CH 3 CH 2 OCH
2 CH 3
有机层 乙醚 乙醚 Na2CO3溶液
苯甲酸
分离
水层 苯甲酸钠
酯化
苯甲酸
由于羧酸的酸性强于酚,所以用NaHCO3可分离羧酸和酚。
O R C O H
如 CH3COOH的α-H 被氯取代,由于氯原子较强的吸电子诱导效应,使得羧基 中的电子密度发生转移,其结果是氢氧间电子密度降低,羧基中的氢更易以质子 的形式电离,所以一氯乙酸比乙酸酸性更强。
α—卤代酸的酸性随卤原子的增加而增加,Cl3CCOOH的酸性几乎与无机酸相当。 诱导效应随距离的增长而迅速减弱,如卤素取代在β 位,则酸性小得多。 卤素的电负性不同,对酸性的影响也不同;F>Cl> Br> I ,所以不同乙酸的酸 性以氟代乙酸为最强. —COOH也为吸电子基,所以对于二元酸,当羧基相距较近时,一个羧基能
O O OH R C OH
甲酸与其他饱和酸在结构上的区别在于:H
C
造成酸性差别在于H、R—的电子效应不同,由此可以得出结论:由于烷基的 供电子效应,使得除甲酸外的其他脂肪酸的O—H间电子密度有所增加,从而H 以H+ 形式电离的程度降低。
所以C2以上的饱和一元羧酸的酸性都比甲酸弱。
不同的烷基给电子性的差别不大,因此在饱和一元羧酸中,除甲酸酸性最强 外,其他同系物的电离常数都属同一数量级。
O H2 R
'
+
-H R
+
O R C OR
'
H
(4)酰胺的形成
先得到铵盐,将铵盐加热,首先失去一分子水,生成酰胺,继续加热失水成腈。
O R C OH O O ONH
4
+
NH3
R
C
-H 2 O
R
C
NH2
-H 2 O
R
C
N
正好是腈水解的逆反应。 芳香、二元羧酸同样具有上述反应,可生成单酰氯、单酯也可生成二酰氯二酯。
COOH COOH CO OH H 2C COOH Δ HCOOH + CO 2
Δ C H 3CO O H + CO 2
丙二酸的脱羧反应是所有含有β—羧基或羰基的化合物共有反应如:
COOH R HC COOH , R O C C H 2C O O H
烷基丙二酸,β-酮酸
丁二酸及加热至熔点以上,则分子内失水形成环状酸酐(内酐)
第九章 羧酸及其衍生物
C OH
分子中含有羧基 的物质是羧酸,羧基由羰基和羟基组 O 成,但羟基氧原子上的未共用电子对与羰基的π 键能形成P-π 共轭 体系,从而使羟基氧电子密度降低,而羰基碳上电子密度增高。 因此,羧酸中羰基对亲核试剂的活性降低,不能与HCN,H2N-OH 等 进行加成。
O R C OH
三、化学性质 1、酸性 RCOOH可看作 HOH中的H被酰基
R O C
取代的产物。
由于羰基的π 键与羟基氧原子上未共用电子对形成P-π 共轭体系,—OH氧上电子密度因向羰基转移而有所降低,使得—OH中氢氧间电 子密度降低,键强度减弱,以致—OH中的氢以质子形成离解,所以酸性比弱酸 和源自文库强得多。但与强酸相比,羧酸只属于弱酸。
O [O ] H C OH HO C OH O C O 2 + H 2O
2、苯甲酸
苯甲酸和苄醇以酯的形式存在于安息香胶及其它一些树脂中,所以称安息香 酸,无色结晶、微溶于水,可升华。
3、乙二酸 俗名:草酸,常以盐的形式存在于许多植物的细胞壁中,易溶于水,不溶于 有机溶剂。草酸为饱和二元羧酸中酸性最强的,除具有一般羧酸的性质外,还有 还原性,能还原高锰酸钾。
羧酸能以氢键缔合,且两分子羧酸间可形成两个氢键,具有较大的键能,即使在 气态也以双分子缔合,故其沸点高于等分子量的醇。
熔点: 一元、二元羧酸的熔点不是随分子量增加而递增,而是呈锯齿形地变化, 即含偶数碳原子的比相邻奇数碳原子的羧酸熔点高。
熔点与分子的排列有关
在偶碳链中,链端甲基与羧基分别在链的两端,对称性较高,晶格排列 紧密;在奇碳链中,链端甲基与羧基都在链的同一边,对称性低,晶格排列不及 前者紧密。
5 (C O O H ) 2 + 2 K M n O + 3 H 2 S O 4 4 K 2SO 4 + 2 M n SO 4 + 1 0 C O 2 + 8 H 2O
草酸可与许多金属生成可溶性的络离子
Fe 2 (C 2 O 4 ) 3
+
3K 2C 2O 4
+
6H 2O
2 K 3 [Fe(C
2O 4)3]
O
C
R
)、卤素、烷氧基、氨基
置换分别形成酸酐、酰卤、酯或酰氨等羧酸衍生物。 (1).酸酐的形成
R O C O R C O H R C O O H P2O 5 R O C O + H 2O
(2).酰卤的生成: 卤化剂为PX3,PX5,COCl2
(2).酰卤的生成: 卤化剂为PX3,PX5,COCl2
O H 2C H 2C H 2C H 2C COOH H 2C COOH Δ B a (O H ) 2 + C O 2 + H 2O
八个碳以上的二元羧酸加热得到的是分子间失水而形成的酸酐; 由此说明,有可能形成环状化合物的条件下,总是比较容易形成五、六元环。 四、羧酸的结构对酸性的影响 与羧酸直接或间接相连的原子或基团,对羧酸的酸性有不同的影响,甲酸在 所有饱和一元羧酸中酸性最强。
酸酐根据酸的来源命名
O O CH 3 CH 3 C O C C H 3C H 2 O O C O CH3 C O O O
乙酸酐(乙酐)
乙丙酐
邻苯二甲酸酐(苯酐)
酯的命名和酸酐相似,按照形成它的酸和醇叫某酸某酯。
O C H 3C O C H 2C H 3 O C H 3C O C H 2C H 2 C H 2C H 3 O O CH 3 (C H 3 ) 2 C H C H 2 C O C H 2
O C O H + C l2 日光 C lC H 2 O C OH 日 光 ,C l 2 C l2 C H O C 日 光 ,C l 2 C l3 C OH O C OH
CH3
(2).芳环的取代:—COOH属于间位定位基
COOH B r2 F eB r 3 , Δ Br COOH
5、二元羧酸的受热反应 由于不同位置羧基之间的相互影响不同,有不同的反应。脂肪族二元羧酸的 受热反应产物不同
O H 2C H 2C CO OH CO OH Δ H 2C H 2C C C O H2 C H 2C C H2 CO OH O C O + C H2 C O H 2O O
+ H 2O
CO OH Δ H 2C
H2 C
己二酸、庚二酸在Ba(OH)2存在下加热则由分子内同时失水,失羧生成环酮:
H 2C H 2C H 2C H 2C COOH COOH Δ B a (O H ) 2 O + C O2 + H2O
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