羧酸和取代羧酸课件

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1、 第十章第十章 羧羧 酸酸 和和 取取 代代 羧羧 酸酸 教学内容要求教学内容要求羧酸的结构特点羧酸的结构特点羧酸和取代羧酸的命名羧酸和取代羧酸的命名羧酸的酸性及其影响因素羧酸的酸性及其影响因素；羧酸衍生羧酸衍生物的生成反应物的生成反应；二元羧酸受热反应二元羧酸受热反应卤代酸、羟基酸的卤代酸、羟基酸的特征反应特征反应掌握：掌握：羧酸及其衍生物的物理性质羧酸及其衍生物的物理性质羧酸的还原反应羧酸的还原反应；脱羧反应脱羧反应；-氢活氢活性反应性反应邻基参与效应邻基参与效应了解：了解：*sp2一、羧酸的结构一、羧酸的结构Note：A.C=O和和CO键长趋于平均化；键长趋于平均化；B.羟基氢易电离；羟

2、基氢易电离；C.羰基碳正电性降低羰基碳正电性降低 第一节第一节 羧酸羧酸(Carboxylic acid)p-共轭共轭二、羧酸的分类和命名二、羧酸的分类和命名（一）分类（一）分类脂肪酸脂肪酸芳香酸芳香酸饱和脂肪酸饱和脂肪酸不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸一元酸一元酸多元酸多元酸（二）命名（二）命名2-甲基戊酸甲基戊酸（-甲基戊甲基戊酸）酸）CH3CH2CH2CHCOOHCH3环戊基乙酸环戊基乙酸 CH2COOH-萘乙酸萘乙酸 CH2COOH2-乙基乙基-3-丁烯酸丁烯酸3-苯基丙烯酸（肉桂酸）苯基丙烯酸（肉桂酸）CH3CH2CHCOOHCH CH2C6H5CH CHCOOHCCCOOHHHH3C(E)

3、-2-丁烯酸（巴豆酸）丁烯酸（巴豆酸）(1R,3R)-1,3-环己烷二羧酸环己烷二羧酸COOHCOOHCH3COR CO酰基酰基对甲基苯甲酰基对甲基苯甲酰基三、羧酸的化学性质三、羧酸的化学性质(一一)酸性酸性RCOOH+H2ORCOO-+H3O+1.影响酸性强弱的因素影响酸性强弱的因素 电子效应；场效应；芳香酸邻位效应电子效应；场效应；芳香酸邻位效应R CO-ORCOO-FCH2COOH ClCH2COOH BrCH2COOH ICH2COOH pKa2.67 2.87 2.90 3.16CH3COOH ClCH2COOH Cl2CHCOOH Cl3CCOOHpKa4.76 2.87 1.36

4、 0.36COOHCOOHCH2CH2COOHCH2CH2COOHCH2COOHCH2COOH1.46 4.17 4.43 pKa电子效应：电子效应：HOClClHHO场效应场效应(Field effect)：pKa=6.07pKa=5.69HOClClHHOpKa2.21 3.40 3.46 4.17COOHNO2COOHNO2COOHNO2COOHCOOHOHCOOHCOOHOHCOOHOHpKa3.00 4.12 4.17 4.54芳香酸邻位效应：芳香酸邻位效应：COONa羧酸的碱金属盐易溶于水羧酸的碱金属盐易溶于水2.羧酸酸性的应用：成盐；成酯；手性分子拆分羧酸酸性的应用：成盐；成酯；

5、手性分子拆分 氨苄青霉素氨苄青霉素（氨苄西林）（氨苄西林）CHCONHNH2NOSCH3CH3COOHC2H5CH2Cl+CH3COONaCH3COOHC2H5CH2OCCH3O(外消旋体外消旋体)(非对映异构体非对映异构体)(乙酸对乙基苄酯乙酸对乙基苄酯)1 1、酯化反应、酯化反应+RCOOHROHRCOORH2OH+通式：通式：Note:酯化反应为可逆反应酯化反应为可逆反应(二二)羧基中羟基的取代反应羧基中羟基的取代反应思考题思考题 1.增大反应收率的方法？增大反应收率的方法？2.对药物生物利用度的影响？对药物生物利用度的影响？+HOCH3H+C6H5COOCH3+H2OC6H5COOH1

6、818CH3COOH+HOH(CH2)5CH3CH3H+CH3COO C(CH2)5CH3CH3+H2OCH实验事实：实验事实：酯化反应机理：酯化反应机理：A.A.亲核加成亲核加成-消除（酰氧断键，大多数酯化反应）消除（酰氧断键，大多数酯化反应）反应速率：反应速率：醇：醇：酸：酸：CH3OH 1 2 3HCOOHCH3COOHRCH2COOHR2CHCOOHR3CCOOH+CROHOH+CROHOH+HORCROHOROHH+COH2OROH+RH2OCROROH+CROROH+_（关关键键步步骤骤）B.B.碳正离子机理（烷氧断键，叔醇）碳正离子机理（烷氧断键，叔醇）+R3C OHH+R3C

7、OH2+R3C+RC O CR3OH+RC OCR3OH+C ROHOH2O_C.C.酰基正离子机理（部分取代芳酸）酰基正离子机理（部分取代芳酸）CCH3CH3CH3OHOCH3OHH2SO4H2O+CCH3CH3CH3OH2OCCH3CH3CH3O+CCH3CH3CH3OCCH3CH3CH3OCH3OCCH3CH3CH3OCH3OH+HSO4-2 2、生成酰卤、生成酰卤R COOHPCl5RCOClPOCl3HCl+五氯化磷五氯化磷三氯氧磷三氯氧磷RCOOHRCOClSOCl2SO2HCl+氯化亚砜（亚硫酰氯）氯化亚砜（亚硫酰氯）三氯化磷三氯化磷亚磷酸亚磷酸RCOOHRCOCl+PCl3H3

8、PO33 3、生成酸酐、生成酸酐RCOOHHOCORRCOOCROP2O5或强热+RCOONa+RCOClRCOCROO制备混酐：制备混酐：制备环酐：制备环酐：COOHCOOHOOO4 4、生成酰胺、生成酰胺RCOOHRCOONH4RCNH2ONH3H2OCNOH酰胺键酰胺键NNH2CHCONHOSCH3CH3COOH请指出氨苄青霉素中的酰胺键请指出氨苄青霉素中的酰胺键RCOOHRCOXX卤素卤素酰卤酰卤R COOROR烷氧基烷氧基酯酯H2N氨基氨基酰胺酰胺CNH2ROOCRO酰氧基酰氧基酸酐酸酐OCROCRO羧酸衍生物制备小结：羧酸衍生物制备小结：(三三)还原反应还原反应RCOOHLiAlH

9、4C2H5OC2H5H3O+RCH2OH(1)(2)H3O+LiAlH4,Et2OCH2CHCH2COOHCH2CHCH2CH2OHO2NCOOH1.B2H6/四四氢氢呋呋喃喃2.H3O+O2NCH2OHNote:硼氢化钠不能还原羧酸硼氢化钠不能还原羧酸(四四)H 的卤代反应的卤代反应RCH2COOHPX3RCH2C XORCH C XOHX2RCHXC+XOH机理：机理：RCH2COOH+X2 or PX3PRCHCOOHXRCH CXOHX+-H+RCHXC XORCH2COOHRCHXC OHORCH2CXO+RCHCOOHCNRCHCOOHX-OHNH3CN-RCHCOOHOH-羟基酸

10、羟基酸RCHCOOHNH2-氨基酸氨基酸RCHCOOHCOOHH2O/H+二元酸二元酸合成意义：合成意义：CH3CHCH2CHOCH3CH3CHCHCOOHCH3NH2完成下列转化：完成下列转化：CH3CHCH2CHOCH3KMnO4H+CH3CHCH2COOHCH3Cl2PCH3CHCHCOOHCH3ClCH3CHCHCOOHCH3NH2NH3（五）脱羧反应（五）脱羧反应Note:A.-碳上连有吸电子基的羧酸易脱羧碳上连有吸电子基的羧酸易脱羧 B.邻、对位连有吸电子基的芳酸易脱羧邻、对位连有吸电子基的芳酸易脱羧 CH3CCH2COOHO CH3CCH3O+CO2-酮酸易脱羧酮酸易脱羧RCHC

11、OOHOHH2SO4RCHOHCOOH+-羟基酸羟基酸CO2+CH3CCOOHOAg(NH3)2+CH3COO-酮酸酮酸HOOCCH2CCOOHO脱脱羧羧酶酶CH3CCOOHO+CO2NO2O2NNO2COOH H2O+CO2NO2O2NNO2(六六)脂肪族二元羧酸的脱水和脱羧反应脂肪族二元羧酸的脱水和脱羧反应HOOCCH2COOHCH3COOHCO2140160COOHCOOHHCOOHCO2160180+23个个C45个个CCH2COOHCH2COOHCH2COOCH2COH2O300+CH2COOHCH2CH2COOHH2OCH2COOCH2CH2CO+300CH2CH2COOHCH2C

12、H2COOHCH2CH2CH2CH2CO300CO2+H2O+CH2CH2CH2CH2CH2COCO2+H2O+67个个CnC(CH2)COC(CH2)COOOOOnn(n6)nHOOC(CH2)nCOOH高温高温7个个CCH2CH2COOHCH2CH2CH2COOH300(七七)甲酸及草酸的特殊反应甲酸及草酸的特殊反应H2OHC OHOHO C OHOCO2+O+KMnO4+H2SO4K2SO4+MnSO4CO2H2O+COOHCOOH四、羧酸的制备四、羧酸的制备1 1、氧化法、氧化法RCH2OHRCOOHRCHORCOOHOO2 2、腈水解、腈水解3 3、格氏试剂羧化、格氏试剂羧化BrCH

13、2CH2BrNaCNNCCH2CH2CNH3O+HOOCCH2CH2COOHBrCOOHMgBrMgEt2OCO2H3O+一、取代羧酸的分类和命名一、取代羧酸的分类和命名(R)-2-羟基丁二酸（苹果酸）羟基丁二酸（苹果酸）CH3SCH2CH2CHCOOHNH22-氨基氨基-4-甲硫基丁酸甲硫基丁酸CH3CCOOHO丙酮酸（丙酮酸（-氧代丙酸）氧代丙酸）CH3CHCH2COOHOH-羟基丁酸羟基丁酸第二节第二节 取代羧酸取代羧酸(Substituted carboxylic acid)HOHCOOHCH2COOH2,3-二羟基丁二酸（酒石酸）二羟基丁二酸（酒石酸）3-羧基羧基-3-羟基戊二酸（柠

14、檬酸）羟基戊二酸（柠檬酸）2-羟基丙烷羟基丙烷-1,2,3-三羧酸三羧酸-酮戊二酸酮戊二酸 HOOCCHCHCOOHOHOHHOOCCH2CCH2COOHCOOHOHHOOCCCH2CH2COOHO二、取代羧酸的化学性质二、取代羧酸的化学性质（一）卤代酸的化学性质（一）卤代酸的化学性质1.-卤代酸的消除反应卤代酸的消除反应2.-,-卤代酸的成酯反应卤代酸的成酯反应RCHCH2COOHXNaOH/H2ORCH CHCOOHRCHCH2CH2COOHXNaOH/H2OOOR3.-卤代酸的水解卤代酸的水解HOOCCBrCH3HNaOHHCH3BrHOCCOOH+HCH3HOCCOOHCH3HOCCO

15、OHNaOHH+CH3CHCOOHBrCH3CHCOO-OHCH3CHCOOHOHSN2机理，构型翻转机理，构型翻转邻基参与效应邻基参与效应(Neighboring group participation)CHOOCBrHCH3NaOHAg2OCOOCOHHCH3-H+CHOOCOHHCH3OH-COOCCH3HBrAg+-AgBrCOCCH3HOCOOCCH3HOH-机理：机理：构型保持构型保持实验事实实验事实CCLG:-LCCG:Nu:CCNuG:CCNuG:abab构型保持构型保持产物重排产物重排邻基参与发生的特点：邻基参与发生的特点：环状中间体生成；环状中间体生成；立体化学特征；立体化

16、学特征；反应速率明显加快反应速率明显加快GClGOHGOC2H5H2O/C2H5OH+G:反式反式C6H5S H 顺式顺式C6H5S相对反应速率相对反应速率 7000 1 0.16 反式异构体存在邻基参与效应反式异构体存在邻基参与效应乙交酯乙交酯羟基乙酸羟基乙酸(1)-醇酸脱水得交酯醇酸脱水得交酯1.受热脱水反应受热脱水反应（二）醇酸的化学性质（二）醇酸的化学性质-羟基丙酸羟基丙酸H3COHOHOCH3HOOHO+丙交酯丙交酯OOOOCH3H3CCH2COOHOHOOOOH2OH+or OH-(2)-醇酸脱水得醇酸脱水得,-不饱和酸不饱和酸CH3CHCHCOOHOHHCH3CHCHCOOHH2

17、O+-羟基丁酸羟基丁酸2-丁烯酸丁烯酸-丁内酯（丁内酯（1,4-丁内酯）丁内酯）(3)-醇酸和醇酸和-醇酸脱水得醇酸脱水得 5员或员或6员环内酯员环内酯-羟基丁酸钠羟基丁酸钠（麻醉药）（麻醉药）-羟基丁酸羟基丁酸CH2CH2CH2COHOOHOO+H2OOONaOHCH2CH2CH2COONaOHHOCH2(CH2)3COOH-羟基戊酸羟基戊酸(3-甲基甲基-5-羟基羟基己酸钠己酸钠)-甲基甲基-羟基羟基己酸钠己酸钠CH3CHCH2CHCH2COONaOHCH3-戊内酯戊内酯H2O+OOOOCH3CH3NaOH(3-甲基甲基-1,5-己内酯己内酯)-甲基甲基-己内酯己内酯2.氧化反应氧化反应三

18、、取代羧酸的制备三、取代羧酸的制备（一）卤代酸（一）卤代酸 CH3CH2CHCOOHBrCH3CH2CH2COOHBr2PRCH CHCOOH+HXRCHCH2COOHX（二）羟基酸（二）羟基酸 RCHCOOHClNaOHRCHCOO-OHH+RCHCOOHOHRCHO+HCNRCHOHCNH3O+RCHCOOHOHNote:Reformatsky Reaction；有机锌试剂不与酯反应。；有机锌试剂不与酯反应。+BrCH2COC2H5OOZnC6H6OZnBrCH2COOC2H5H2OOHCH2COOC2H5知识扩展：酮体与糖尿病知识扩展：酮体与糖尿病酮体是酮体是-丁丁酮酮酸、酸、-羟基丁酸

19、及羟基丁酸及丙酮丙酮的统称。它是的统称。它是脂肪脂肪酸在肝脏线粒体中酸在肝脏线粒体中氧化分解氧化分解的产物。的产物。-丁丁酮酮酸在脱氢酶的催酸在脱氢酶的催化下还原生成化下还原生成-羟基丁酸；羟基丁酸；-丁丁酮酮酸酸经经脱羧脱羧反应反应生成丙酮生成丙酮。丙酮随肺呼吸排出体外，丙酮随肺呼吸排出体外，-丁丁酮酮酸、酸、-羟基丁酸进入血液，羟基丁酸进入血液，成为肌肉组织，尤其是脑细胞能量的重要来源。健康人体成为肌肉组织，尤其是脑细胞能量的重要来源。健康人体血液中酮体的浓度血液中酮体的浓度约约为为10mg/L，当饥饿、禁食或胰岛素不，当饥饿、禁食或胰岛素不足时酮体的浓度可高达正常健康人体的足时酮体的浓度可高达正常健康人体的500倍以上。倍以上。-丁丁酮酮酸和酸和-羟基丁酸都是酸性化合物，血液中酮体的浓度过高将羟基丁酸都是酸性化合物，血液中酮体的浓度过高将导致酮体导致酮体酸中毒酸中毒。酮体酸中毒常会发生在未治疗的。酮体酸中毒常会发生在未治疗的型型糖糖尿病尿病和血糖控制和血糖控制不好不好的的型糖尿病患者中。通过检测血液型糖尿病患者中。通过检测血液中酮体的水平可以作为中酮体的水平可以作为型型糖尿病糖尿病辅助诊断的手段以及辅助诊断的手段以及型糖尿病患者血糖控制好坏的依据。型糖尿病患者血糖控制好坏的依据。