13 第十三章 羧酸及其衍生物.ppt

第1页：第十三章羧酸及其衍生物封面

第十三章 羧酸及其衍生物

第2页：羧酸及其衍生物的定义

羧酸（R－COOH）是一类与制药关系十分密切的重要有机酸，有的药物就是羧酸或其衍生物。

• 布洛芬（抗炎镇痛药）
• 阿司匹林（解热镇痛药）

羧酸衍生物：RCO－L，可看作羧基中的羟基被其他原子或基团取代，如酰卤、酸酐、酯、酰胺等。

第3页：本章内容导览

本章内容导览

• 第一节 羧酸
• 第二节 羧酸衍生物

第4页：羧酸的结构

第一节 羧酸：一、羧酸的结构、分类和命名：1．羧酸的结构

• 官能团：羧基（－COOH）
• 羧基碳原子为 sp² 杂化，羧基中含处在同一平面的 3 个 σ 键
• 羧基碳 p 轨道与羰基氧原子的 p 轨道平行相互重叠形成一个 π 键
• 羟基氧原子上的未共用电子对与羰基上的 π 键形成 p-π 共轭，使羟基氧上的电子云密度降低，羰基碳原子上的电子云密度增高

第5页：羧基的整体性

羧基中 p-π 共轭体系的存在，使得羧基不是羰基和羟基的简单加合，而是两者相互影响的统一体。

第6页：按烃基结构分类

2．羧酸的分类：(1) 根据烃基结构分类

• 脂肪族羧酸／脂环族羧酸／芳香族羧酸
• 饱和羧酸／不饱和羧酸

第7页：按羧基数目分类

(2) 根据羧基数目分类

• 一元酸
• 二元酸
• 多元酸

第8页：羧酸的俗名

3．羧酸的命名：(1) 俗名

• 甲酸——俗称蚁酸
• 乙酸——俗称醋酸
• 丁酸——俗称酪酸
• 苯甲酸——俗称安息香酸

第9页：羧酸的系统命名法

(2) 系统命名法

1. 选主链：选择含有羧基的最长碳链作主链
2. 编号：从羧基中的碳原子开始给主链上的碳原子编号

注意事项：若分子中含有重键，则选含有羧基和重键的最长碳链为主链，根据主链上碳原子的数目称「某酸」或「某烯（炔）酸」。

第10页：羧酸命名示例

命名示例

• 2,3-二甲基丁酸
• 2-丁烯酸
• 3-苯基丙烯酸（肉桂酸）
• 邻羟基苯甲酸（水杨酸）

芳酸和脂环酸，可把芳环和脂环作为取代基来命名。

第11页：二元羧酸的命名

二元羧酸的命名

选择包含两个羧基的最长碳链为主链，根据主链碳原子的数目称为「某二酸」。

• 己二酸
• 顺丁烯二酸
• 邻苯二甲酸

第12页：烃的氧化制羧酸

二、羧酸的制法：1．氧化法 (1) 烃的氧化

烷烃、烯烃、炔烃以及烷基苯等经氧化可制得羧酸，其中芳烃侧链氧化是制备芳香族羧酸的常用方法。本页图示给出反应式。

第13页：伯醇或醛的氧化

(2) 伯醇或醛的氧化

伯醇或醛经氧化剂（如高锰酸钾、重铬酸钾）氧化可生成同碳原子数的羧酸。本页图示给出反应式。

第14页：腈的水解制羧酸

2．腈的水解

腈在酸性或碱性条件下水解生成羧酸，是由卤代烃增长一个碳原子制羧酸的方法。例如：苯乙腈 → 苯乙酸。

第15页：由格氏试剂制备

3．由格氏试剂制备

格氏试剂与二氧化碳（干冰）加成，水解后生成羧酸，产物比原料卤代烃多一个碳原子。本页图示给出反应式。

第16页：羧酸的物理性质

三、羧酸的物理性质

• 常温时 C1～C3 是有刺激性气味的无色透明液体，C4～C9 是具有腐败气味的油状液体，C10 以上的直链一元酸是无臭无味的白色蜡状固体
• 脂肪族二元酸和芳香族羧酸都是白色晶体
• 羧酸的沸点比相对分子质量相近的醇高：例如甲酸沸点 100.5 ℃，乙醇沸点 78.5 ℃
• 原因：羧酸分子间可以形成两个氢键而缔合成较稳定的二聚体

第17页：羧酸的反应部位

四、羧酸的化学性质

羧酸分子中易发生化学反应的主要部位：

• 羟基上的氢（酸性）
• 羟基被取代（生成羧酸衍生物）
• α-碳原子上的氢（卤代）
• 羧基整体脱去（脱羧）

第18页：羧酸的酸性

（一）酸性

• 羧酸具有酸性，能与碱生成羧酸盐；生成的盐为强碱弱酸盐，遇强酸则得到原羧酸
• 应用：醇、酚、酸的鉴别与分离——羧酸能溶于碳酸氢钠溶液并放出二氧化碳，酚溶于氢氧化钠而不溶于碳酸氢钠，醇两者都不溶

注：源文件此处鉴别表格文字缺失，已按醇、酚、酸的标准溶解性规律补写。

第19页：烃基结构对酸性的影响

烃基结构对羧酸酸性的影响：下列羧酸的 pKa 数据如下，pKa 越小酸性越强。

原因：诱导效应的影响。烷基有供电子效应，增加 －COOH 中 O 原子的电子云密度，H 原子不易离解而使酸性减弱；烃基越大、支化越多，酸性越弱。

第20页：酰卤的生成

（二）羧酸衍生物的生成：1．酰卤的生成

羧酸与三氯化磷、五氯化磷或亚硫酰氯（SOCl₂）作用生成酰卤。

三种方法中第三种方法的产物纯、易分离，因而产率高，是一种合成酰卤的好方法。

第21页：酸酐的生成

2．酸酐的生成

常见脱水剂：五氧化二磷、乙酐等。

• ① 一元酸酐：两分子一元羧酸脱水而成
• ② 二元酸酐：二元羧酸分子内脱水成环，如邻苯二甲酸酐

第22页：酯的生成

3．酯的生成（酯化反应）

羧酸与醇在浓硫酸催化下加热生成酯和水，反应可逆，常用过量醇或不断移出生成的水来提高酯的产率。本页图示给出反应式。

第23页：酰胺的生成

4．酰胺的生成

羧酸与氨或胺作用先生成铵盐，受热脱水生成酰胺。本页图示给出对羟基乙酰苯胺（「扑热息痛」）的制备。

本节共介绍了四种羧酸衍生物的生成：酰卤、酸酐、酯、酰胺。

第24页：脱羧反应

（三）脱羧反应

• 1．羧酸盐脱羧：羧酸钠与碱石灰共热脱去羧基生成烷烃
• 2．α-碳原子上连有吸电子基的羧酸，受热易脱羧

第25页：α-氢原子的卤代反应

（四）α-氢原子的卤代反应

• 原因：羧基的吸电子作用，使 α-氢原子比较活泼
• 反应条件：红磷、碘或硫等

第26页：乙酸

五、重要的羧酸：1．乙酸

乙酸俗称醋酸，是食醋的主要成分，一般食醋中含乙酸 6%～8%。乙酸为无色具有刺激性气味的液体，沸点 118 ℃，熔点 16.6 ℃。当室温低于 16.6 ℃ 时，无水乙酸很容易凝结成冰状固体，故常把无水乙酸称为冰醋酸。乙酸可与水、乙醇、乙醚混溶。

第27页：苯甲酸

2．苯甲酸

苯甲酸存在于安息香胶及其他一些树脂中，故俗称安息香酸。是白色晶体，熔点 121.7 ℃，受热易升华，微溶于热水、乙醇和乙醚中。

第28页：羧酸衍生物的分类和命名

第二节 羧酸衍生物：一、羧酸衍生物的分类和命名

重要的羧酸衍生物有：酰卤、酸酐、酯和酰胺。

羧酸衍生物在结构上的共同特点：都含有酰基（RCO－），酰基与其所连的基团都能形成 p-π 共轭体系。

第29页：酰卤的命名

1．酰卤

通式：RCO－X（X＝F、Cl、Br、I）。命名由相应的酰基名加卤素名构成，例如：

• 丙酰氯
• 丙烯酰氯
• 苯甲酰溴

第30页：酸酐的命名

2．酸酐

命名：由相应的羧酸加「酐」字。

• 乙酸酐（单纯酐）
• 乙丙酐（混酐）
• 顺丁烯二酸酐（内酐）
• 邻苯二甲酸酐（内酐）

第31页：酯的命名

3．酯

命名：根据形成它的酸和醇称为「某酸某酯」。

• 甲酸乙酯
• 苯甲酸异丙酯

第32页：酰胺的命名

4．酰胺

命名：某酰胺（与酰卤的命名相似）。

（1）非取代酰胺：

• 乙酰胺
• 苯甲酰胺

第33页：取代酰胺的命名

（2）取代酰胺

把氮原子上所连的烃基作为取代基，写名称时用「N」表示其位次。

• N-乙基乙酰胺
• N,N-二甲基甲酰胺（简称 DMF）

第34页：羧酸衍生物的物理性质

二、羧酸衍生物的物理性质

• 低级酰氯是具有刺激性气味的无色液体，高级酰氯为白色固体
• 酰氯的沸点比相应的羧酸低（分子间不能形成氢键）
• 酰氯不溶于水，易溶于有机溶剂，低级酰氯遇水易分解
• 酰氯对黏膜有刺激性

第35页：反应活性强弱顺序

三、羧酸衍生物的化学性质

反应活性强弱顺序是：

酰卤 ＞ 酸酐 ＞ 酯 ＞ 酰胺（水解、醇解、氨解均按此顺序递减）。

第36页：羧酸衍生物的水解

1．水解

四类羧酸衍生物水解都生成相应的羧酸。

酰氯最易水解：乙酰氯暴露在空气中即吸湿分解，放出的氯化氢气体立即形成白雾，故酰氯须密封储存。

第37页：

第38页：醇解反应

2．醇解

酰卤、酸酐与醇作用生成酯，反应比酯化法容易进行。本页图示给出通式与反应式。

第39页：醇解的应用

醇解的应用

工业上常用此方法制取一些难以用羧酸酯化法得到的酯。本页图示给出具体实例。

第40页：酯交换反应

酯交换反应

酯与醇反应，生成另外的酯和醇，称为酯交换反应，常用于制备难以直接酯化得到的酯。本页图示给出实例。

第41页：氨解反应

3．氨解

酰卤、酸酐、酯与氨（或胺）作用生成酰胺。本页图示给出通式与反应式。

第42页：酰基化反应

酰基化反应

• 酰胺与过量的胺作用可得到 N-取代酰胺
• 以上水解、醇解、氨解也可称为酰基化反应，即向其他分子中引入酰基的反应
• 酰基化剂：提供酰基的试剂，常用酰氯、酸酐

第43页：酯的还原反应

4．酯的还原反应

酯比羧酸易还原，可用多种方法（催化氢化、LiAlH₄、Na＋C₂H₅OH等还原剂）还原，还原产物为两分子醇。

例如：月桂酸甲酯 → 月桂醇（十二醇）。

第44页：克莱森酯缩合反应

5．克莱森酯缩合反应

有 α-H 的酯在强碱（一般是用乙醇钠）的作用下与另一分子酯发生缩合反应，失去一分子醇，生成 β-羰基酯的反应叫做酯缩合反应，又称为克莱森（Claisen）缩合。

第45页：酰胺的酸碱性

6．酰胺的特性：(1) 酸碱性

• 酰胺的碱性很弱，接近于中性。原因：氮原子上的未共用电子对与碳氧双键形成 p-π 共轭
• 酰亚胺显弱酸性，能与强碱的水溶液生成盐，如邻苯二甲酰亚胺 → 邻苯二甲酰亚胺钾

第46页：酰胺的脱水反应

(2) 脱水反应

• 脱水剂：P₂O₅、PCl₅、SOCl₂、(CH₃CO)₂O 等
• 生成物：腈——水解得到酸，还原得到胺

第47页：霍夫曼降级反应

(3) 霍夫曼（Hofmann）降级反应

酰胺与次卤酸钠的碱溶液作用，脱去羧基生成比原料少一个碳的胺的反应，称为霍夫曼降级反应。

例如：2-甲基-3-苯基丙酰胺 → 苯异丙胺（安非他明）。

注意：此反应不适合取代酰胺。