中国医科大学病理生理学第九版课件11-第11章-羧酸及取代羧酸-2

第十一章羧酸和取代羧酸有机分子中含有羧基的化合物称为羧酸(carboxylicacids)。OR—C—OHOAr—C—OH羧酸分子中烃基上的氢原子被其它原子或基团取代的化合物称为取代羧酸(substitutedcarboxylicacids)。RCHCO2HOHRCCO2HORCHCOOHNH2羟基酸羰基酸氨基酸RCOOHArCO2H2第一节羧酸一、羧酸的结构、分类和命名(一)羧酸的结构羧酸的官能团是羧基(－COOH).羰基和羟基通过p-π共轭构成一个整体,故羧基不是羰基和羟基的简单加合。R——Hp-π共轭O····HR——CO136pm123pm醇的C—O键长143pm3HRR游离羧酸分子中的p-π共轭羧酸根负离子的p-π共轭127pm127pm136pm123pm4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α-H的活性——降低p-π共轭导致结构与性质的变化:5(二)羧酸的分类脂肪酸脂肪酸脂环酸脂环酸芳香酸芳香酸脂肪酸脂肪酸脂环酸脂环酸芳香酸芳香酸COOHCOOHRR一元酸一元酸二元酸二元酸多元酸多元酸不管羧基所连接的是脂肪烃基(饱和或不饱和)还是芳基,取代的还是未取代的,羧基的性质基本上是相同的。饱和一元脂肪酸的通式：CnH2n+1CO2H饱和酸饱和酸不饱和酸不饱和酸6(三)羧酸的命名脂肪族和芳香族羧酸均以脂肪酸作母体命名。常见的羧酸多用俗名。HCOOH甲酸(蚁酸Formicacid)CH3COOH乙酸(醋酸Aceticacid)CH3CH2CH2CO2H丁酸(酪酸Butyricacid)HOOC-COOH乙二酸(草酸Oxalicacid)HO2CCH2CH2CO2H丁二酸(琥珀酸Succinicacid)C6H5CH=CHCO2H肉桂酸(Cinnamicacid)7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。54321gba3-甲基戊酸β-甲基戊酸4321gba2-甲基-4-溴丁酸α-甲基-γ-溴丁酸CH3CH3-CH2-CH-CH2-CO2HCH3Br-CH2-CH2-CH-CO2H8CH2CHCHCH3COOHCOOHClNO22-甲基-3-丁烯酸3-硝基-4-氯苯甲酸COOHCOOH邻苯二甲酸(酞酸)COOHα-萘甲酸1-萘甲酸命名举例：9COOH苯甲酸（安息香酸）二、羧酸的物理性质1.性状：常温下，1~9C饱和一元酸为具有强烈气味的液体;高级脂肪酸为无味无臭蜡状固体;二元酸和芳香酸是结晶固体。2.溶解性：低级脂肪酸易溶于水,但随相对分子质量的增加水溶度降低:甲、乙、丙、丁酸与水互溶,己酸0.96%,辛酸0.08%。高级一元酸不溶于水，但能溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂。多元酸的水溶性大于相同碳数的一元酸。芳酸的水溶性极微。10OCH3-CO—HH—OC-CH3OOCH3-CO—HOCH3-CO—HH—OC-CH3OH—OC-CH3O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：MW60605856Bp/℃117.982.356.5-6.9CH3CO2HCH3CHCH3OHCH3CHCH3OHCH3-CO-CH3CH3-C=CH2CH3CH3-C=CH2CH3形成双分子氢键缔合体问题问题::1.按沸点升高排序：C2H5OH,CH3CO2H,CH3CHO,HO2C-CO2H2.预测乙酸在CCl4中还是在水中形成双分子氢键缔合体的比例更大些?11(Ar)ROHOOCC三、羧酸的化学性质*3.α-H的反应1.酸性4.4.脱羧反应脱羧反应;;氧化与还原氧化与还原2.亲核取代RCO--XX酰卤酰卤RCOOCOROCOR酸酐酸酐RCO--OROR酯酯RCO--NHNH22酰胺酰胺12HRR+HH++HHRRRR(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。127pm127pm13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。NaOHNaHCO3CO2HCOONaH2OCO2NaH2OCO2羧酸盐与强的无机酸作用,又可转化为原来的羧酸。RCOONaHClRCOOHNaCl14无机酸RCOOHH2CO3H2OROH1-24-56.4(pka1)9-1015.716-19OH酸性比较（pKa）：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。15就电子效应而言，吸电子取代基使酸性增强,供电子取代基使酸性减弱。H－OO－HCGr:releasinggroup供电子基减弱酸性Gw:withdrawinggroup吸电子基增强酸性COGGrrOHCOGGwwOH16pKa3.774.761.68O2N－CH2COOHH－COOHCH3－COOHFCH2CO2HClCH2CO2HBrCH2CO2HICH2CO2HCH3CO2HpKa2.622.872.903.164.76CH3CH2CHCOOHCH3CHCH2COOHCH2CH2CH2COOHClClClpKa2.864.064.5217取代基具有吸电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：邻对间取代基具有供电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：邻间对原因：邻位：诱导、共轭、氢键效应、空间效应均要考虑对位：诱导效应很弱、共轭效应为主。间位：诱导效应为主、共轭效应很弱。芳香羧酸的情况分析18共扼效应对酸性的影响。苯甲酸分子中的苯基是吸电子基团，酸性应比甲酸强，但由于苯环大π键与羧基形成共轭体系，电子云稍向羧基偏移，因此苯甲酸的酸性比甲酸弱，但比其他脂肪族一元羧酸强。COOHHCOOH19CO2HCO2HNO2CO2HCO2HO2NNO2pKa4.173.493.422.21NCO-OOOδ+取代基具有-C效应时，酸性：邻邻对对间间取代基具有+C效应时，酸性：邻邻间间对对COOHCOOHCH3COOHCOOHH3CCH3pKa4.173.894.284.3520Ka15.9×10-21.6×10-36.8×10-5Ka24.0×10-51.4×10-62.3×10-6HO2C-CO2HHO2CCH2CO2HHO2CCH2CH2CO2H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。HOOCCH2COOHOOCCH2COOH21问题:比较酸性强弱pKa3.374.204.73HCO2HC6H5-CO2HCH3CO2HHCOOHCH3COOHCH3CH2COOH(CH3)2CHCOOHpKa3.774.764.864.87(3)CH3-CO2HFCH2-CO2HF2CH-CO2HF3C-CO2H(1)(2)pKa4.672.661.240.2322(二)羧酸衍生物的生成羧基中的–OH被其它原子或基团取代后生成的化合物称羧酸衍生物(derivativesofcarboxylicacid)。酰基离去基酰卤(Acylhalide)酸酐(Anhydride)酯(Ester)酰胺(Amide)RCOOHRCOOHL=-O-R(Ar)alkoxy—Xhalogen—NH2aminoO-O-C-R(Ar)acyloxyL=-O-R(Ar)alkoxy—Xhalogen—NH2aminoO-O-C-R(Ar)acyloxy231．酰卤的生成mp.112℃bp.197℃bp.77℃CCH3OOHPCl3H3PO3回流乙酰氯CCH3OClPCl5POCl3HCl回流苯甲酰氯COHOCClO酰卤具有高度反应活性，广泛应用于药物合成中。COH＋SOCl2C-Cl＋SO2↑＋HCl↑OO242．酸酐的生成羧酸(除甲酸外)在脱水剂(如乙酰氯、乙酸酐、P2O5等)作用下或加热，分子间失去一分子水生成酸酐(acidanhydride)。CCH3OOHCHOOCH3P2O5CCH3OOCOCH3H2O或强热乙酸乙酸酐乙酸甲酸与脱水剂共热，分解为一氧化碳和水：HCOOHH2SO4COH2O60~80℃酐键25HHCOOHCOOHOOO＋H2OMaleicacidMaleicandydride马来酸马来酸酐COOHCOOHOOO180℃H2O邻苯二甲酸邻苯二甲酸酐5、6员环的环状酸酐易通过加热相应二元羧酸得到。26H2OCH3C-O-C2H5O3．酯的生成羧酸与醇在酸催化下加热反应生成酯(ester)和水，这个反应称为酯化反应(esterification)。同样条件下，酯水解又可生成羧酸和醇。所以酯化反应是可逆反应。CH3COOH浓H2SO4110～120℃C2H5OH苯甲酸甲酯(85-95%)C6H5-C—OH+HO-CH3OH2SO4C6H5-C—OH+HO-CH3OC6H5-C—OH+HO-CH3OOH2SO4C6H5-C—O-CH3+H2OOC6H5-C—O-CH3+H2OOO乙酸乙酯增加反应物之一，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。酯键27RCOHOH2OR'..+HOR'..伯醇、仲醇与羧酸的酯化反应，通常是按酸脱羟基醇脱氢的方式生成酯。CH3-C—OH+HO18-C2H5CH3-C—O18-C2H5+HO-HOOCH3-C—OH+HO18-C2H5CH3-C—O18-C2H5+HO-HOOOORCOOH+H+RC+OHOHRCOHOHR'O+slow加成HRC+OHOR'-H+RCOOR'fast消除H2O28问题:解释酯化反应的活性顺序CH3OH＞CH3CH2OH＞(CH3)2CH-OH＞(CH3)3C-OH不同醇的酯化反应由易到难:不同酸的酯化反应由易到难:HCO2H＞CH3CO2H＞(CH3)2CHCO2H＞(CH3)3CCO2H29COOHNH3C-NH2H2O△O4．酰胺的生成羧酸与氨(或胺)反应首先形成铵盐,然后加热脱水得到酰胺(amide)。RCOOHNH3NH3R-C-O-NH4+OR-C-O-NH4+O-H2O△-H2O△R-C—NH2OR-C—NH2O酰胺键酰胺是一类很重要的化合物,很多药物和化工产品的分子中都含有酰胺键。首页30(三)二元羧酸的热解反应1.乙二酸及丙二酸的脱羧反应羧酸失去羧基放出CO2的反应称脱羧反应(decarboxylation)。几乎所有羧酸或其盐类在强烈的条件下都可脱羧:CH3COONa+NaOHCH4+Na2CO3若α-C上有强吸电子基，则易脱羧。COOHHOOCH-COOHCO2+160~180℃乙二酸甲酸HOOCCH2COOHCH3COOH+CO2-℃140160丙二酸乙酸312.丁二酸及戊二酸的脱水反应32CH2COOHCH2COOH300℃OOO+H2OCH2COOHH2CCH2COOH300℃OOO+H2O丁二酸戊二酸丁二酸酐戊二酸酐3.己二酸及庚二酸的脱水反应33己二酸庚二酸环戊酮环己酮CH2CH2COOHCH2CH2COOH300℃+CO2Ba(OH)2+H2OOCH2CH2COOHH2CCH2CH2COOH300℃+H2OO小结：•乙、丙二酸酸+CO2•丁、戊二酸环酐+H2O•己、庚二酸环酮+H2O+CO2二元羧酸热解产物与碳链长度有关：CH3-CH2-CH2-COOH+LiAlH4CH3-CH2-CH2-CH2OH(四)还原反应OHCOR第二节取代羧酸羧酸分子中烃基上的氢被取代后的产物称取代羧酸。COCOOHCHNH2RCOOHRCOOHCHOHRCOOHCHXRCOCOOHCHNH2RCOOHRCOOHCHOHRCOOHCHXRNH2OROCORCORCORCORXCORNH2OROCORCORCORCORXCOR取代羧酸羧酸衍生物36一、羟基酸命名：系统命名法，更常用俗名。羟基酸分子中具有羧基和羟基两种官能团。(一)分类与命名分类:醇酸(α,β,γ,δ…);酚酸CH3CHOHCOOHHOCHCH2COOHCOOH俗名:乳酸(Lacticacid)苹果酸(Malicacid