1、第十一章第十一章 羧酸和取代羧酸羧酸和取代羧酸 親核加成親核加成- -消除反應消除反應第十一章第十一章 羧酸和取代羧酸羧酸和取代羧酸 親核加成親核加成-消除反應消除反應 分子中含有羧基羧基 ,并且具有酸性的一類有機化合物叫羧酸羧酸(carboxylic acid)。羧基可以連接在脂肪族烴基上(r-cooh)，也可以連接在芳基上(ar-cooh)。orcohrcooharco2h 羧 酸 分 子 中 烴 基 上 的 氫 被 其 他 原 子 或 基團取代后的化合物，稱為取代羧酸。一、分類和命名一、分類和命名 （一）分類：（一）分類： 根據羧酸分子中烴基的結構和羧基的數目，羧酸根據羧酸分子中烴基的結

2、構和羧基的數目，羧酸可分為脂肪羧酸、芳香羧酸；飽和羧酸、不飽和羧酸；可分為脂肪羧酸、芳香羧酸；飽和羧酸、不飽和羧酸；一元和多元羧酸等。一元和多元羧酸等。 羧酸分子中烴基上的氫原子被其它原子或基團取羧酸分子中烴基上的氫原子被其它原子或基團取代的化合物稱為取代羧酸。根據取代基的不同，分為代的化合物稱為取代羧酸。根據取代基的不同，分為鹵代酸、羥基酸、氨基酸、氧代酸鹵代酸、羥基酸、氨基酸、氧代酸(羰基酸羰基酸)等。各類等。各類取代羧酸又可根據取代基和羧基的相對位置，分為取代羧酸又可根據取代基和羧基的相對位置，分為，等取代羧酸。等取代羧酸。 常見的羧酸常用俗名。cooh苯甲酸(安息香酸)甲酸(蟻酸) 乙

3、酸(醋酸)hcooh ch3coohc15h31cooh 軟脂酸軟脂酸 c17h35cooh 硬脂酸硬脂酸ch3(ch2)7ch=ch(ch2)7cooh 油酸油酸脂肪族和芳香族羧酸均以脂肪酸作母體命名。（二）（二） 命名命名： 羧酸的系統命名法與醛相似。對于簡單的脂肪酸也常用 a a、b b、g g 等希臘字母表示取代基的位次；羧基永遠作為羧基永遠作為c-1。 ch3ch3-ch2-ch-ch2-co2h5 4 3 21 g g b a b a3-甲基戊酸b-b-甲基戊酸 ch3br-ch2-ch2-ch-co2h4 3 2 1g b ag b a2-甲基-4-溴丁酸a a-甲基-g g-溴

4、丁酸ch=ch-cooh3-苯基丙烯酸(肉桂酸)b-b-苯基丙烯酸ch3 cooh順-4-甲基環己基甲酸hooc cooh1,4-環己烷二甲酸環己烷二甲酸co2h co2h1,8-萘二甲酸ch3ch2ch2-c-cooh ch-ch32-丙基-2-丁烯酸ch3(ch2)4 ch=chch2ch=chch2ch=chch2ch=ch(ch2)3co2h158111420hooc-ch2-ch-ch2-ch2-cooh ch2-cooh己二酸3-羧甲基10c的不飽和酸在碳數后加“碳碳”字二十 四烯酸5,8,11,14-(花生四烯酸)碳碳官能團優先選擇的順序為：cooh cho（cor） oh c=

5、c和cc r x（no2）hooc-ch2-ch-cooh oh2-羥基丁二酸蘋果酸hooc-chch-cooh oh oh2,3-二羥基丁二酸酒石酸取代羧酸：取代羧酸：ch2-coohho ccoohch2-cooh3-羧基-3-羥基戊二酸檸檬酸oh-co2h鄰-羥基苯甲酸（酚酸）水楊酸2-羥基環己基甲酸ohcoohch3-c-cooh och3-c-ch2cooh ob-丁酮酸a-a-丙酮酸丙酮酸2-2-氧代丙酸氧代丙酸ch3sch2ch2chcoohnh22氨基4甲硫基丁酸氨基氨基甲硫基丁酸甲硫基丁酸 ?；；呛跛岱肿又腥サ羲嵝?oh后余下的基團。根據相應的酸命名?；?，“某酸”“某酰

6、某?；?。酰基： rcoch3cococh3co乙酰基 苯甲?；?對甲基苯甲?；?question 1 命名下列化合物。 ch3ch3-c-co2h c2h5-co2hco2hclcl cooh ch2hcco2h choh ch2co2h1.2.3.4.2,2-二甲基丁酸環丙基甲酸2,4-二氯苯甲酸12453-羧基-4-羥基己二酸共平面共平面二、結構和物理性質二、結構和物理性質1. 結構結構：羧基可看成是由羰基和羥基組合而成。 orco hrhp,p-共軛體系 羰基和羥基通過p,p-共軛構成一個整體，故羧基不是羰基和羥基的簡單加合。 orc ohv 鍵長平均化；鍵長平均化；v 羰基的正電性

7、羰基的正電性 降低，親核加成變難；降低，親核加成變難；v 羥基羥基 h 的酸性的酸性增加；增加；v a a-h 的活性的活性 降低降低p-共軛的結果共軛的結果: 由于負電荷分散于兩個電負性較強的氧原子上，由于負電荷分散于兩個電負性較強的氧原子上，使羧酸根能量降低而穩定。使羧酸根能量降低而穩定。羧酸根負離子的結構：羧酸根負離子的結構：2、羧酸的物理性質、羧酸的物理性質羧酸的沸點比分子量相當的醇要高。羧酸的沸點比分子量相當的醇要高。ch3co2hch3chch3 ohch3-co-ch3ch3-c=ch2 ch3bp 117.9 82.356.5-6.9形成雙分子氫鍵締合體 och3-c ohho

8、 c-ch3 o orco h三、羧酸的化學性質三、羧酸的化學性質 羧基結構中p,p-p-共軛體系共軛體系的存在使羧基的化學性質并不表現為羰基和羥基的簡單加合。 羧酸中的c=o不象醛酮中羰基那樣 活 潑 ， 不 能 與hcn、nahso3，h2n-g等進行親核加成。 orco h 羧基中-oh氧原子的電子密度有所降低，從而使oh鍵之間電子密度降低，且更靠近氧原子，以致羧基中的h能以h+的形式離解，表現出明顯的酸性。(一).酸性和成鹽 1.酸性 羧酸具有明顯的酸性，在水溶液中電離出較穩定的酸根負離子。 rcoho+h2orco-o+h3o+酸性順序：酸性順序： 羧酸羧酸 碳酸碳酸 酚酚 醇醇羧酸

9、的酸性強弱受整個分子結構的影響：電子效應電子效應場效應場效應凡能降低羧基電子云密度的基凡能降低羧基電子云密度的基團將使酸性增大。反之亦然。團將使酸性增大。反之亦然。取代基對rcooh的酸性的影響： gcoo-gcooh+h+gcoohgcoo-+h+酸性增強 酸性減弱 （1）ch3cooh clch2coohcl2chcoohcl3ccooh pka 4.76 2.86 1.29 0.65 誘導效應有加和性，相同性質的基團越多對酸性的影響越大(cl為吸電子基團)（2） 丙二丙二酸酸 丁二酸。丁二酸。ho2c-ch2-co2hho2c-ch2ch2-co2h共扼效應對酸性的影響。n苯甲酸分子中的

10、苯基是吸電子基團，酸性應比甲酸強，但由于苯環大鍵與羧基形成共軛體系，電子云稍向羧基偏移，因此苯甲酸的酸性比甲酸弱，但比其他脂肪族一元羧酸強cooh cn cl oh h ch3 （-i） coohn o2coohn o2coohn o2cooh(6) o p m 苯甲酸苯甲酸coohoch3coohoch3cooh(7)m 苯甲酸苯甲酸 p 如丙二酸的一個羧基負離子對另一個羧基酸性的影響：既有誘導效應，也有場效應。2種影響都使質子不易離去從而使第二電離度大大減弱。場效應的大小與距離平方成反比，距離越遠，作用越小。誘導效應誘導效應場效應 不同電負性取代基的影響，除了沿著碳鏈傳遞(誘導效應)外，還

11、可通過場效應場效應傳遞。場效應是某些取代基的靜電作用通過空間對反應中心發生影響的誘導效應。-ohch2coo=co問題2：比較酸性強弱.(2) ch3-co2h fch2-co2h f2ch-co2h f3c-co2hpka 4.67 2.661.240.23hcooh ch3cooh ch3ch2cooh (ch3)3ccoohpka 3.77 4.76pka 4.87 5.65（1）酸性最強酸性最強r-co2h + nahco3 r-co2na + co2 + h2o 分子量大的羧酸難溶于水，但其鉀鹽或鈉鹽則易溶于水。醫藥上常將含羧基而難溶于水的藥物制成易溶于水的鹽，如將青霉素g制成鉀鹽供

12、注射用。 酚類不能與nahco3反應.因此nahco3可作為苯酚與羧酸的鑒別依據。2.成鹽反應成鹽反應r-cooh + naoh rcoona + h2o 羧酸可與有機胺成鹽，可用于羧酸或胺類外消旋體的拆分。具體見p326。羧酸根負離子具有親核性，可與活潑的鹵代烷發生反應生成羧酸酯，也可在催化劑作用下進行親核取代反應，這可作為合成酯的一種方法。+ch3coonach3coohch3ch2ch2clch3ch2ch2occh3och2ccoo-na+ch3clch2chch2och2ccooch2chch2och3c2h5oh(c4h9)4n+cl-+(二二) 羧基中羥基的取代反應 羧基中的-o

13、h被其它原子或基團取代后生成的化合物稱羧酸衍生物羧酸衍生物r(ar)c lo酰基酰基離去基l =-o-r(ar) 烴氧基烴氧基rcoohx 鹵素鹵素nh2 氨基氨基o -o-c-r(ar) 酰氧基酰氧基酰酰 鹵鹵酸酸 酐酐羧酸酯酯酰酰 胺胺1. 酯化反應（可逆反應） rcooh+rohrcoorh2o+酯化水解加快反應速度：加熱，加少量硫酸、鹽酸或苯磺酸等作催化劑。 提高產率：反應物之一過量，在反應中不斷蒸出酯或水。 催化劑：硫酸、氯化氫或苯磺酸 rcoho+hor+h2orcoro（1）+h2ohorrcohorcoro+（2） 酯化反應是羧酸與醇脫去一分子水，酯化時，羧酸和醇之間脫水可以有

14、兩種不同的方式。 方式(1)(1)是由羧酸分子中的羥基與醇羥基的氫結合脫水生成酯，稱為酰氧斷裂：方式(2)(2)是由羧基中的氫與醇中的羥基結合脫水生成酯，稱為烷氧斷裂。 在大多數情況下，是羧酸中的羥基與醇中羥基的氫結合成水。如用含有18o的醇進行酯化，形成含有18o的酯。c6h5cooh+h18och3c6h5co18och3+h2o 羧酸與具有光學活性的醇進行酯化反應，形成的酯其構型未變，仍具有光學活性，說明醇分子中手性碳上的四個價鍵未發生斷裂。+ch3cocch3ohc6h5+hocch3hc6h5ch3coohh+h2o第一類機理：第一類機理：酰氧斷裂（伯醇和仲醇的酯化）酰氧斷裂（伯醇和

15、仲醇的酯化）（重點）（重點） 反應是經歷了親核加成消除的過程?？偟慕Y果羧基上的羥基被烷氧基取代，是羧基上的親核取代反應。 酸和醇的體積(空間因素)對酯化反應的速度有很大影響。所以酯化反應的活性順序為： 醇醇：ch3-oh rch2-oh r2ch-oh 酸酸：hco2h rch2co2h r2chco2h r3cco2h例如在鹽酸催化下，下列羧酸與甲醇酯化的相對速度為： ch3coohc2h5cooh(ch3)2chcooh(ch3)3ccooh(c2h5)3ccooh第二類機理：烷氧斷鍵（生成正碳離子）叔醇 （重點）（重點） 2. 酰鹵的生成rcooh+pcl3h3po3+rcocl pcl

16、3適于制備低bp酰氯; pcl5適于制備高bp酰氯; 用socl2制備酰氯，產物除酰氯外，都是氣體，容易提純。但所制酰氯與socl2的bp不應相近。rcooh+pcl5pocl3hcl+rcoclrcooh+socl2rcoclso2hcl+3. 酸酐的生成o rcohp2o5或強熱或強熱o rcoho rcocro+ h2o酐鍵脫水劑：乙酰氯、乙酸酐、p2o5例如： coohcooco(ch3co)2o2+2 ch3cooh甲酸與脫水劑共熱，分解為一氧化碳和水。hcoohh2so4coh2o+60-80rconao+r cclorcocroonacl+ 酸酐也可由羧酸鹽與酰氯反應加熱得到，此

17、方法可以制備混合酸酐。5、6員環的環狀酸酐易通過加熱相應二元羧酸得到。coohcoohd doocco+ h2och2ch2coohch2coohch2ch2coch2coo+h2ocoohcooh(ch3co)2oooo+ch3cooh24. 酰胺的生成 將羧酸與氨或胺反應生成的銨鹽加熱失水可得酰胺。rcoohnh3rcoonh4rcnh2o+h2o加熱rcooh+h2o加熱hnr2rcoonh2r2rcnr2o（三）還原反應（三）還原反應還原劑：氫化鋁鋰（硼氫化鈉不能還原羧酸 ）ch3ch2cooh無水乙醚h3o+lialh4,ch3ch2ch2oh無水乙醚h3o+lialh4,coohc

18、h3ch2ohch3無水乙醚h3o+lialh4,coohch2oh乙硼烷在四氫呋喃溶液中能使羧酸還原成伯醇。 o2ncooh(1)b2h6(2)h3o+oo2nch2oh，ch3(ch2)3ch2coohbr2pcl3ch3(ch2)3chcoohbrhbr+（四）（四）氫的反應氫的反應 即：即：赫爾烏爾哈澤林斯基反應。 羧酸-碳上的氫原子受羧基吸電子的影響，具有一定的活性，但較醛、酮的-氫原子活性差，難以直接鹵代。羧酸在少量紅磷或三鹵化磷存在下與鹵素(cl2或br2)發生反應，得到-鹵代酸。羧酸鹵代時，控制鹵素用量，可生成一元或多元鹵代酸。這是制備-氯代酸和-溴代酸的常用方法。-鹵代酸是重

19、要的合成中間體，它能與多種親核試劑反應生成不同的產物。（五）脫羧反應（五）脫羧反應 羧酸脫羧時所需活化能較高，因此較難進行。一般說，在碳上連有吸電子基(如硝基、鹵素、?；颓杌?的羧酸容易脫羧。 o2nch2coohch3no2+co2ch2cooh+co2cnch3cn酮酸易脫羧： -酮酸與稀硫酸共熱：脫羧，生成少一個碳的醛。ch3-c cooh och3-c-h o+ co2 (脫羧脫羧)稀h2so4d dc-c鍵較弱鍵較弱氧化反應氧化反應： a-a-酮酸易被氧化.ch3-c-cooh ooag(nh3)2+ch3-c-oh o+ co2 + ag羥基酸：與硫酸或酸性高錳酸鉀溶液共熱，則

20、分解脫羧生成醛或酮。（少一個碳） 芳香酸的脫羧反應較脂肪酸容易，尤其是鄰，對位上連有吸電子基，如2,4,6-三硝基苯甲酸易發生脫羧反應。 coohno2o2nno2o2nno2no2+co2h2o（六）（六） 二元酸的受熱反應二元酸的受熱反應(1) 乙乙二酸、丙丙二酸受熱后 脫羧脫羧.hooccooh co2 + hcoohd dhooc-ch2-cooh co2 + ch3-coohd d(2) 丁丁二酸、戊戊二酸受熱分子內脫水脫水生成環狀酸酐環狀酸酐.ch2cohch2cohood dch2cch2cooo+ h2och2cohch2cohooch2d dch2cch2cooch2o +

21、h2o丁二酸酐戊二酸酐(3) 己己二酸、庚庚二酸受熱分子內脫水脫羧脫水脫羧成環酮環酮.ch2ch2-cohch2ch2-cohood d+ co2 + h2och2 ch2ch2 ch2c=och2ch2-cohch2ch2-cohooch2d dch2 ch2ch2 ch2c=och2+ co2 + h2o環戊酮環己酮問題4+coohcooh？h2occooo四、羧酸的制備四、羧酸的制備 (一一)氧化法氧化法氧化劑：重鉻酸鉀(鈉)加硫酸、三氧化鉻加冰醋酸、高錳酸鉀、硝酸等。rch2ohrcoohorchorcooho酮也能氧化成羧酸，例如環己酮氧化制備己二酸；甲基酮通過鹵仿反應制備減少一個碳

22、原子的羧酸。芳烴側鏈的氧化常用于芳香族羧酸的合成。 ch3coohkmno4/h+（二）腈水解法（二）腈水解法 rcn+h2oh+oh-rcoohnh3+或腈水解是制備比原鹵代烷多一個碳的羧酸的常用方法。ch3ch2ch2clnacnch3ch2ch2cnch3ch2ch2coohh3o+例如：（增碳，適用伯鹵代烷） nacnh3o+ch2chch2clch2chch2cnch2chch2cooh（制不飽和羧酸）brch2ch2brnacnncch2ch2cnh3o+hoocch2ch2cooh（二元羧酸） （三）格氏試劑的羧化（三）格氏試劑的羧化（增碳）rmgx+co2rcomgxoh2oh

23、+rcooh(ar)(ar)(ar) 利用此法可由伯、仲、叔或芳香鹵代烷來制備增加一個碳原子的羧酸。brmgbrcoohmget2oco2h3o+五、取代羧酸五、取代羧酸 （一）鹵代酸（一）鹵代酸1化學特性：鹵代酸在稀堿溶液中的反應 (1)鹵代酸水解生成羥基酸。rchcoohxh2ooh-rchcoohoh稀+ -鹵代酸如有光學活性，在不同條件下反應可得不同構型的產物。在濃naoh溶液中反應，發生sn2反應，構型翻轉。 在稀naoh溶液及ag2o存在下反應得構型保持不變。這是鄰基參與反應的結果。（不要求）了解： (2)鹵代酸：生成，不飽和酸rchchcoohxhoh-rchchcooh稀(3)

24、鹵代酸：生成五元環內酯。 鹵代酸：生成六元環內酯。 rchch2ch2coohxoornaco3/h2o2制備鹵代酸：羧酸的氫直接鹵代得到。鹵代酸： ,-不飽和酸與鹵代氫加成得到。rchchcooh+hxrchch2coohx o-hho ch2 co o cch2 o-hoh羥基乙酸乙交酯 o ch2 co o cch2 o+ 2 h2o交酯在酸或堿存在下易水解成原來的醇酸交酯在酸或堿存在下易水解成原來的醇酸.（二）羥基酸1羥基酸的脫水反應 (1)羥基酸：兩分子間交叉脫水，形成交酯。ch3-chch-co2h oh hch3-ch=ch-co2h + h2o2-丁烯酸coohoh+ h2oc

25、ooh（2）羥基酸：脫水生成，不飽和酸g 戊內酯(3) g、d-醇酸脫水成環內酯ch3chch2ch2c o-hoho室溫自動進行室溫自動進行=och3+ h2och2ch2ch2ch2co-hoho室溫放置室溫放置=o + h2od d -戊內酯戊內酯 游離的g g-醇酸很難存在，通常以g g-醇酸鹽的形式保存。=o+ naohho-ch2ch2ch2co2nag-丁酸鈉(麻醉劑)當羥基和羧基相距四個碳原子以上時，難于發生分子內脫水生成內酯。在加熱條件下，可發生分子間脫水生成鏈狀聚酯。羥基酸：用堿性高錳酸鉀溶液處理，則氧化成酮酸后再脫羧成甲基酮。rchch2coohohkmno4/oh-rcch2coohorcch3oco2