有机化学羧酸省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一节第一节 羧酸分类和命名羧酸分类和命名第二节第二节 羧酸物理性质羧酸物理性质第三节第三节 羧酸光谱特征羧酸光谱特征第四节第四节 羧酸结构和酸性羧酸结构和酸性第五节第五节 羧酸制备羧酸制备第六节第六节 羧酸反应羧酸反应本本 章章 提提 纲纲第七节第七节 不饱和羧酸和取代羧酸不饱和羧酸和取代羧酸第1页第一节第一节 羧酸分类和命名羧酸分类和命名一元酸一元酸 系统命名系统命名 普通命名普通命名HCOOH 甲酸甲酸 蚁酸蚁酸CH3COOH 乙酸乙酸 醋酸醋酸CH3CH2COOH 丙酸丙酸 初油酸初油酸CH3CH2CH2COOH 丁酸丁酸 酪酸酪酸CH3(CH2)16COOH 十八（碳）酸十八（碳）酸 硬脂酸硬脂酸 只含有一个羧基羧酸称为一元酸。最常见酸，可依只含有一个羧基羧酸称为一元酸。最常见酸，可依据它起源命名。据它起源命名。第2页Common Names(Vollhardt)第3页 二元酸二元酸 系统命名系统命名 普通命名普通命名HOOCCOOH 乙二酸乙二酸 草酸草酸HOOCCH2COOH 丙二酸丙二酸 缩苹果酸缩苹果酸HOOC(CH2)2COOH 丁二酸丁二酸 琥珀酸琥珀酸(Z)-HOOCCH=CHCOOH 顺丁烯二酸顺丁烯二酸 马来酸马来酸(E)-HOOCCH=CHCOOH 反丁烯二酸反丁烯二酸 富马酸富马酸含有二个羧基羧酸称为二元酸。含有二个羧基羧酸称为二元酸。第4页Carboxylic acids take Carboxylic acids take precedenceprecedence over other groups:over other groups:Include as many functions as possible in stemInclude as many functions as possible in stem(Better than 4-acetylheptanoic acid)(Better than 4-acetylheptanoic acid)第5页第二节第二节 羧酸物理性质羧酸物理性质低级脂肪酸是液体，可溶于水，含有刺鼻气味。低级脂肪酸是液体，可溶于水，含有刺鼻气味。中级脂肪酸也是液体，部分地溶于水，含有难闻气味。中级脂肪酸也是液体，部分地溶于水，含有难闻气味。高级脂肪酸是蜡状固体。无味，在水中溶解度不大。高级脂肪酸是蜡状固体。无味，在水中溶解度不大。液态脂肪酸以二聚体形式存在。所以液态脂肪酸以二聚体形式存在。所以羧酸羧酸沸点比相对分子质量相当烷烃高。沸点比相对分子质量相当烷烃高。全部二元酸都是结晶化合物。全部二元酸都是结晶化合物。第6页第三节第三节 羧酸光谱特征羧酸光谱特征1HNMRR2CHCOOH H：1012 HCR2COOH H：22.6IR光谱光谱羧酸中羧酸中C=O：单体单体 二缔合体二缔合体RCOOH 17701750cm-1 1710cm-1CH2=CHCOOH 1720 cm-1 1690cm-1ArCOOH 1700-1690cm-羧酸中羧酸中OH：3550 cm-1 3000 2500cm-羧酸中羧酸中C-O 1250 cm-1 第7页羧酸光谱性质羧酸光谱性质第8页C4H8O正己烷正己烷乙酸乙酸醇羟基、羧酸羟基、烷基醇羟基、羧酸羟基、烷基IR吸收比较吸收比较第9页乙酸乙酸NMR谱谱第10页乙酸乙酸MS谱谱第11页第12页2-甲基丙酸甲基丙酸NMR图图第13页2-甲基丙酸甲基丙酸MS图图第14页两个碳氧键两个碳氧键不等长，部不等长，部分离域。分离域。两个碳氧两个碳氧键等长，键等长，完全离域。完全离域。第四节第四节 羧酸结构和酸性羧酸结构和酸性1.361.231.27醇中醇中C-O单键键长为单键键长为1.43一一 羧酸和羧酸根结构比较羧酸和羧酸根结构比较第15页2 多数羧酸是弱酸，多数羧酸是弱酸，pKa约为约为4-5（大部分羧酸是以未解（大部分羧酸是以未解离分子形式存在）离分子形式存在）1 羧酸根比较稳定，所以羧酸氢能解离而表现出酸性。羧酸根比较稳定，所以羧酸氢能解离而表现出酸性。3 取代基对羧酸酸性影响取代基对羧酸酸性影响232002320010105 55530553010105 513613610105 51.751.7510105 5KaKa1).诱导效应对羧酸酸性影响诱导效应对羧酸酸性影响取代基吸电子取代基吸电子(-I效应效应)取代基供电子取代基供电子(+I效应效应)2).共轭效应对羧酸酸性影响共轭效应对羧酸酸性影响取代基吸电子取代基吸电子(-C效应效应)取代基供电子取代基供电子(+C效应效应)第16页 共轭效应：共轭效应：X=OH OCHOH OCH3 3 CH CH3 3 H Cl NO H Cl NO2 2pKapKa 4.57 4.47 4.38 4.20 3.97 3.424.57 4.47 4.38 4.20 3.97 3.423).3).空间效应：空间效应：利于利于H+离解空间结构酸性强，不利于离解空间结构酸性强，不利于H+离解空间结构酸性离解空间结构酸性弱弱3.68 4.44第17页4).氢键：氢键：分子内氢键也能使羧酸酸性增强。分子内氢键也能使羧酸酸性增强。pka 2.98pKa1=2.0pKa2=6.5pKa1=3.0pKa2=4.55）.场效应场效应 场效应：场效应：是空间静电作是空间静电作用，即取代基在空间产用，即取代基在空间产生一个生一个电场电场，对另一个，对另一个反应中心影响反应中心影响-第18页4 芳香羧酸情况分析芳香羧酸情况分析取代基含有吸电子共轭效应时，酸性强弱次序为：取代基含有吸电子共轭效应时，酸性强弱次序为：邻邻 对对 间间取代基含有给电子共轭效应时，酸性强弱次序为：取代基含有给电子共轭效应时，酸性强弱次序为：邻邻 间间 对对详细分析：详细分析：邻邻 位（诱导、共轭、场、氢键效应、空间效应位（诱导、共轭、场、氢键效应、空间效应 均要考虑。）均要考虑。）对对 位（诱导很小、共轭为主。）位（诱导很小、共轭为主。）间间 位（诱导为主、共轭很小。）位（诱导为主、共轭很小。）第19页实实 例例诱导吸电子作用大、诱导吸电子作用大、共轭给电子作用大、共轭给电子作用大、氢键效应吸电子作用大。氢键效应吸电子作用大。邻邻 位位 间位间位 对位对位诱导吸电子作用中、诱导吸电子作用中、共轭给电子作用小共轭给电子作用小。诱导吸电子作用小、诱导吸电子作用小、共轭给电子作用大。共轭给电子作用大。pka 2.98 pka 4.08 pka 4.57Ref.苯甲酸苯甲酸pka 4.20第20页n n 应用：利用羧酸酸性分离和纯化化合物应用：利用羧酸酸性分离和纯化化合物应用：利用羧酸酸性分离和纯化化合物应用：利用羧酸酸性分离和纯化化合物第21页1.氧化法氧化法2.2.Grignard Grignard试剂试剂 +CO2 +CO23.3.腈类化合物水解腈类化合物水解 *有机锂试剂羧化有机锂试剂羧化4.丙二酸酯合成法（见羧酸衍生物）丙二酸酯合成法（见羧酸衍生物）5.酚酸特殊制法酚酸特殊制法 （见取代酸）（见取代酸）第五节第五节 羧酸制备羧酸制备第22页1.1.氧化法氧化法氧化法氧化法 用什么氧化剂？用什么氧化剂？用什么氧化剂？用什么氧化剂？氧化剂选择性？氧化剂选择性？氧化剂选择性？氧化剂选择性？第23页2.2.GrignardGrignard试剂试剂试剂试剂 +CO +CO2 2亲核加成机理亲核加成机理亲核加成机理亲核加成机理制备比制备比 RX 多一碳羧酸多一碳羧酸第24页3.3.腈类化合物水解（酸性水解和碱性水解）腈类化合物水解（酸性水解和碱性水解）腈类化合物水解（酸性水解和碱性水解）腈类化合物水解（酸性水解和碱性水解）例：例：例：例：丁二酸丁二酸丁二酸丁二酸丙二酸丙二酸丙二酸丙二酸第25页StreckerStrecker反应反应反应反应-羟基酸羟基酸羟基酸羟基酸-氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸第26页n n 腈酸催化水解机理：腈酸催化水解机理：腈酸催化水解机理：腈酸催化水解机理：第27页n n 腈碱催化水解机理腈碱催化水解机理腈碱催化水解机理腈碱催化水解机理第28页*有机锂试剂和有机锂试剂和CO2反应反应RLi +CO2 RCOOLi RCOOH RLi H2OH2O讨论：讨论：(1)(2)(3)同格氏试剂。同格氏试剂。(4)（注意：投料比对产物影响）注意：投料比对产物影响）实实 例例n-C4H9Li/Et2O-50 至至-60oCCO2H2O第29页*有机锂化合物烃基化反应在合成羧酸中应用有机锂化合物烃基化反应在合成羧酸中应用实例一和实例二实例一和实例二：从羧酸合成：从羧酸合成-取代羧取代羧酸酸RCH2COOH +2LiN(i-C3H7)2RRCHCOOHRCHCOO-Li+Li+RXH2O实例一实例一实例二实例二(CH3)2CHCOOH +2LiN(i-C3H7)2THF,C6H14,0oC(CH3)2CLiCOOLiBr(CH2)nBrH2O第30页LDA/THF-78oCCH3(CH2)3BrH2OCO2-78oCH2O实例三实例三从一元羧酸合从一元羧酸合成成二元羧酸二元羧酸从羧酸合成从羧酸合成取代羧酸取代羧酸第31页1.1.羧酸酸性羧酸酸性羧酸酸性羧酸酸性2.2.羧基上羟基取代羧基上羟基取代羧基上羟基取代羧基上羟基取代3.3.羧酸与金属有机试剂反应羧酸与金属有机试剂反应羧酸与金属有机试剂反应羧酸与金属有机试剂反应4.4.羧酸还原反应羧酸还原反应羧酸还原反应羧酸还原反应5.5.羧酸羧酸羧酸羧酸 -氢反应氢反应氢反应氢反应6.6.羧酸脱羧羧酸脱羧羧酸脱羧羧酸脱羧第六节第六节 羧酸反应羧酸反应第32页n n 羧酸结构及化学性质分析羧酸结构及化学性质分析羧酸结构及化学性质分析羧酸结构及化学性质分析H H有酸性有酸性有酸性有酸性羰基不饱和羰基不饱和羰基不饱和羰基不饱和,可加成、还原可加成、还原可加成、还原可加成、还原羰基羰基羰基羰基 -H H，有弱，有弱，有弱，有弱酸性，可取代酸性，可取代酸性，可取代酸性，可取代OH OH 可被取代可被取代可被取代可被取代羧基可脱去羧基可脱去羧基可脱去羧基可脱去 CO CO2 2羧酸化学性质羧酸化学性质羧酸化学性质羧酸化学性质第33页1.1.羧酸酸性羧酸酸性羧酸酸性羧酸酸性n n 几个活泼氢酸性比较几个活泼氢酸性比较几个活泼氢酸性比较几个活泼氢酸性比较羧酸羧酸羧酸羧酸酚酚酚酚醇醇醇醇pKapKa 5 5 10 10 16-19 16-19n n 羧酸根负离子共振式与稳定性羧酸根负离子共振式与稳定性羧酸根负离子共振式与稳定性羧酸根负离子共振式与稳定性有两个完全有两个完全等价共振式等价共振式第34页n n 吸电子基对羧酸酸性影响吸电子基对羧酸酸性影响吸电子基对羧酸酸性影响吸电子基对羧酸酸性影响232002320010105 55530553010105 513613610105 51.751.7510105 5KaKan n 应用：利用羧酸酸性分离和纯化化合物应用：利用羧酸酸性分离和纯化化合物应用：利用羧酸酸性分离和纯化化合物应用：利用羧酸酸性分离和纯化化合物第35页2.2.羧基上羟基取代羧基上羟基取代羧基上羟基取代羧基上羟基取代羧酸衍生物羧酸衍生物羧酸衍生物羧酸衍生物酰卤酰卤酰卤酰卤酸酐酸酐酸酐酸酐酯酯酯酯酰胺酰胺酰胺酰胺n n 取代羟基生成羧酸衍生物取代羟基生成羧酸衍生物取代羟基生成羧酸衍生物取代羟基生成羧酸衍生物羧酸羧酸羧酸羧酸第36页2.1 2.1 形成酰卤形成酰卤形成酰卤形成酰卤（下册，第（下册，第（下册，第（下册，第13.613.6节）节）节）节）酰酰酰酰(基基基基)氯氯氯氯酰酰酰酰(基基基基)溴溴溴溴比较比较比较比较:醇类卤代醇类卤代醇类卤代醇类卤代 羧酸羟基卤羧酸羟基卤羧酸羟基卤羧酸羟基卤代与醇类卤代有代与醇类卤代有代与醇类卤代有代与醇类卤代有相同性相同性相同性相同性第37页2.2 2.2 形成酸酐形成酸酐形成酸酐形成酸酐（下册，第（下册，第（下册，第（下册，第13.713.7节）节）节）节）可能机理可能机理可能机理可能机理:乙烯酮衍生物乙烯酮衍生物乙烯酮衍生物乙烯酮衍生物酸酐酸酐酸酐酸酐强除水剂强除水剂强除水剂强除水剂第38页n n 分子内二酸脱水（第分子内二酸脱水（第分子内二酸脱水（第分子内二酸脱水（第12.1412.14节）节）节）节）:正常反应正常反应正常反应正常反应:形成环状酸酐形成环状酸酐形成环状酸酐形成环状酸酐异常反应异常反应异常反应异常反应:形成环状酮形成环状酮形成环状酮形成环状酮加热反应即发生加热反应即发生第39页2.3 2.3 生成酯（酯化反应）生成酯（酯化反应）生成酯（酯化反应）生成酯（酯化反应）酯化反应特点：酯化反应特点：酯化反应特点：酯化反应特点：反应需要反应需要反应需要反应需要 H H+催化，无催化剂时反应很慢。催化，无催化剂时反应很慢。催化，无催化剂时反应很慢。催化，无催化剂时反应很慢。反应可逆（加大反应物用量或除去水使酯产率提升）反应可逆（加大反应物用量或除去水使酯产率提升）反应可逆（加大反应物用量或除去水使酯产率提升）反应可逆（加大反应物用量或除去水使酯产率提升）n n 酯化反应机理讨论酯化反应机理讨论酯化反应机理讨论酯化反应机理讨论 机理须说明问题：机理须说明问题：机理须说明问题：机理须说明问题：a.a.反应可逆性反应可逆性反应可逆性反应可逆性 b.b.H H+在反应中起什么作用？先作用在哪？在反应中起什么作用？先作用在哪？在反应中起什么作用？先作用在哪？在反应中起什么作用？先作用在哪？c.c.酯中酯中酯中酯中OROR中氧来自于酸还是醇？中氧来自于酸还是醇？中氧来自于酸还是醇？中氧来自于酸还是醇？第40页n n 两种可能酯化反应机理两种可能酯化反应机理两种可能酯化反应机理两种可能酯化反应机理(i)(i)经过酰基上亲核取代经过酰基上亲核取代经过酰基上亲核取代经过酰基上亲核取代 H H+先与羧基羰基氧结合（增强了羧基亲电性）先与羧基羰基氧结合（增强了羧基亲电性）先与羧基羰基氧结合（增强了羧基亲电性）先与羧基羰基氧结合（增强了羧基亲电性）OR OR 上氧原子来自于醇上氧原子来自于醇上氧原子来自于醇上氧原子来自于醇提醒：提醒：提醒：提醒：逆过程为酯逆过程为酯逆过程为酯逆过程为酯酸性水解机理酸性水解机理酸性水解机理酸性水解机理第41页(ii)(ii)经过烷基碳正离子中间体经过烷基碳正离子中间体经过烷基碳正离子中间体经过烷基碳正离子中间体 H H+先与醇羟基氧结合先与醇羟基氧结合先与醇羟基氧结合先与醇羟基氧结合 羧基羰基氧作为亲核试剂，羧基羰基氧作为亲核试剂，羧基羰基氧作为亲核试剂，羧基羰基氧作为亲核试剂，OROR上氧原子来自于酸上氧原子来自于酸上氧原子来自于酸上氧原子来自于酸第42页碳正离子中间体碳正离子中间体碳正离子中间体碳正离子中间体证据：证据：证据：证据：酸与酸与酸与酸与烯烃烯烃烯烃烯烃反应可生成酯反应可生成酯反应可生成酯反应可生成酯l l 机理机理机理机理(ii)(ii)关键关键关键关键 碳正离子碳正离子碳正离子碳正离子第43页n n 研究两种酯化反应机理试验室方法：研究两种酯化反应机理试验室方法：研究两种酯化反应机理试验室方法：研究两种酯化反应机理试验室方法：(i)(i)同位素标识法。如：用同位素标识法。如：用同位素标识法。如：用同位素标识法。如：用RORO1818H H确定烷氧基中氧起源确定烷氧基中氧起源确定烷氧基中氧起源确定烷氧基中氧起源(ii)(ii)旋光性醇酯化法。旋光性醇酯化法。旋光性醇酯化法。旋光性醇酯化法。总结：总结：总结：总结：伯醇、仲醇酯化经机理伯醇、仲醇酯化经机理伯醇、仲醇酯化经机理伯醇、仲醇酯化经机理(i)(i)。叔醇酯化经机理叔醇酯化经机理叔醇酯化经机理叔醇酯化经机理(ii)(ii)（关键（关键（关键（关键 ：R R+稳定，较易生成）稳定，较易生成）稳定，较易生成）稳定，较易生成）有旋光，有旋光，有旋光，有旋光，机理机理机理机理(i)(i)无旋光，无旋光，无旋光，无旋光，机理机理机理机理(ii)(ii)第44页n n 羟基酸酯化羟基酸酯化羟基酸酯化羟基酸酯化形成内酯和交酯形成内酯和交酯形成内酯和交酯形成内酯和交酯-羟基酸羟基酸羟基酸羟基酸-羟基酸羟基酸羟基酸羟基酸-羟基酸羟基酸羟基酸羟基酸-羟基酸羟基酸羟基酸羟基酸交酯交酯交酯交酯-内酯内酯内酯内酯-内酯内酯内酯内酯,不饱和酸不饱和酸不饱和酸不饱和酸第45页2.4 2.4 生成酰胺生成酰胺生成酰胺生成酰胺 提醒：合成上普通经过羧酸衍生物制备酰胺提醒：合成上普通经过羧酸衍生物制备酰胺提醒：合成上普通经过羧酸衍生物制备酰胺提醒：合成上普通经过羧酸衍生物制备酰胺（第（第（第（第1313章）章）章）章）第46页Cyclic amides:Imides from dioic acids,or lactams fom amino acidsImide formation:Imide formation:第47页Lactam formation:Lactam formation:Penicillins are lactams:Penicillins are lactams:ROH stands for transpeptidase,the ROH stands for transpeptidase,the enzyme necessary for all cell wall enzyme necessary for all cell wall construction.Osmotic pressure in a construction.Osmotic pressure in a cell is enormous,10-20 atm.Penicillin cell is enormous,10-20 atm.Penicillin causes literally an explosion.causes literally an explosion.第48页3.3.羧酸与金属有机试剂反应羧酸与金属有机试剂反应羧酸与金属有机试剂反应羧酸与金属有机试剂反应n n 与与与与RMgXRMgX反应反应反应反应n n 与与与与RLiRLi反应反应反应反应一个制备酮方法一个制备酮方法作为亲作为亲作为亲作为亲核试剂核试剂核试剂核试剂作为碱作为碱作为碱作为碱（优先进行）（优先进行）（优先进行）（优先进行）不溶性盐，不溶性盐，不溶性盐，不溶性盐，羰基不活泼羰基不活泼羰基不活泼羰基不活泼难深入难深入难深入难深入反应反应反应反应溶解性很好，溶解性很好，溶解性很好，溶解性很好，可深入反应可深入反应可深入反应可深入反应第49页4.4.羧酸还原反应羧酸还原反应羧酸还原反应羧酸还原反应n n 用用用用 LiAlH LiAlH4 4 还原羧酸至醇还原羧酸至醇还原羧酸至醇还原羧酸至醇 羧基较难被还原羧基较难被还原羧基较难被还原羧基较难被还原 强还原剂可还原至强还原剂可还原至强还原剂可还原至强还原剂可还原至伯醇伯醇伯醇伯醇提醒：提醒：提醒：提醒：还原机理：还原机理：还原机理：还原机理：经过中间体经过中间体经过中间体经过中间体醛醛醛醛醛醛醛醛1 1o o醇醇醇醇第50页n n 合成上应用合成上应用合成上应用合成上应用 制备伯醇制备伯醇制备伯醇制备伯醇 合成上由羧酸合成上由羧酸制备伯醇，宜先酯制备伯醇，宜先酯化再还原化再还原直接还原羧酸：直接还原羧酸：直接还原羧酸：直接还原羧酸：LiAlHLiAlH4 4用量多，用量多，用量多，用量多，反应开始猛烈，反应开始猛烈，反应开始猛烈，反应开始猛烈，后较慢，后较慢，后较慢，后较慢，先酯化再还原：先酯化再还原：先酯化再还原：先酯化再还原：反应较易进行，产率很好，反应较易进行，产率很好，反应较易进行，产率很好，反应较易进行，产率很好，反应条件相对比较温和，反应条件相对比较温和，反应条件相对比较温和，反应条件相对比较温和，LiAlHLiAlH4 4用量较少用量较少用量较少用量较少第51页l l 补充内容：能被补充内容：能被补充内容：能被补充内容：能被LiAlHLiAlH4 4还原化合物及其产物类型还原化合物及其产物类型还原化合物及其产物类型还原化合物及其产物类型提醒：大多数基团能被提醒：大多数基团能被提醒：大多数基团能被提醒：大多数基团能被LiAlHLiAlH4 4还原还原还原还原第52页n n 其它能还原羧基试剂其它能还原羧基试剂其它能还原羧基试剂其它能还原羧基试剂例：例：例：例：-NONO2 2未受影响未受影响未受影响未受影响第53页5.5.羧酸羧酸羧酸羧酸 氢反应氢反应氢反应氢反应机理机理机理机理：-卤代羧酸卤代羧酸卤代羧酸卤代羧酸第54页P+BrP+Br2 2 PBr PBr3 3Jakob Volhard Jakob Volhard(1834-1910)(1834-1910)Nikolaj Zelinski(1861-1953)Carl Magnus von Hell(1849-1926)第55页Mechanism:Mechanism:As in the acid catalyzed halogenation of aldehydes and ketones,As in the acid catalyzed halogenation of aldehydes and ketones,this needs this needs enolizationenolization of RCH of RCH2 2COOH.However,the COOH group COOH.However,the COOH group is too stable to enolize sufficiently,hence it requires is too stable to enolize sufficiently,hence it requires activationactivation to RCHto RCH2 2C(O)Br.C(O)Br.pKa 16!第56页第57页Detailed mechanisms of steps 2 and 3:第58页n n -卤代羧酸在合成上应用卤代羧酸在合成上应用卤代羧酸在合成上应用卤代羧酸在合成上应用(i)(i)制备制备制备制备-卤代酯卤代酯卤代酯卤代酯（制备（制备（制备（制备ReformatskyReformatsky试剂原料）试剂原料）试剂原料）试剂原料）(ii)(ii)制备制备制备制备-氨基酸或氨基酸或氨基酸或氨基酸或 -羟基酸羟基酸羟基酸羟基酸ReformatskyReformatsky试剂试剂试剂试剂酯难直接卤代酯难直接卤代酯难直接卤代酯难直接卤代（P616P616，第，第，第，第13.1813.18节）节）节）节）亲核取代亲核取代亲核取代亲核取代第59页6.6.羧酸脱羧羧酸脱羧羧酸脱羧羧酸脱羧n n经过羧酸钠盐脱羧经过羧酸钠盐脱羧经过羧酸钠盐脱羧经过羧酸钠盐脱羧n n -羰基酸或羰基酸或羰基酸或羰基酸或 ,-,-,-,-烯基酸脱羧烯基酸脱羧烯基酸脱羧烯基酸脱羧注意比较产物与原注意比较产物与原料双键位置料双键位置提醒：羧基位提醒：羧基位提醒：羧基位提醒：羧基位有不饱和基团有不饱和基团有不饱和基团有不饱和基团时易发生脱羧时易发生脱羧时易发生脱羧时易发生脱羧!产率普通较低产率普通较低产率普通较低产率普通较低-羰基酸羰基酸羰基酸羰基酸,-,-,-,-烯基酸烯基酸烯基酸烯基酸第60页l l -羰基酸羰基酸羰基酸羰基酸 和和和和 ,-,-,-,-烯基酸脱羧机理烯基酸脱羧机理烯基酸脱羧机理烯基酸脱羧机理桥头碳难桥头碳难桥头碳难桥头碳难成平面型成平面型成平面型成平面型试验证据：试验证据：试验证据：试验证据：-羰基酸羰基酸羰基酸羰基酸第61页六员环过渡态六员环过渡态六员环过渡态六员环过渡态,-,-,-,-烯基酸烯基酸烯基酸烯基酸第62页l l -羰基酸脱羧在合成中应用羰基酸脱羧在合成中应用羰基酸脱羧在合成中应用羰基酸脱羧在合成中应用例：例：例：例：合成难点合成难点合成难点合成难点:位置选择性不好位置选择性不好位置选择性不好位置选择性不好 反应较难操作反应较难操作反应较难操作反应较难操作用用用用-羰基酯进行反应羰基酯进行反应羰基酯进行反应羰基酯进行反应双活化位双活化位双活化位双活化位酯基作用酯基作用酯基作用酯基作用:活化、活化、活化、活化、定位定位定位定位第63页n n Hunsdiecker Hunsdiecker 反应反应反应反应适合用于制备伯溴代适合用于制备伯溴代适合用于制备伯溴代适合用于制备伯溴代烷烷烷烷反应机理（自由基机理）反应机理（自由基机理）反应机理（自由基机理）反应机理（自由基机理）第64页第七节第七节 不饱和羧酸和取代羧酸不饱和羧酸和取代羧酸一一 不饱和羧酸不饱和羧酸二二 卤代酸卤代酸三三 醇醇 酸酸四四 酚酚 酸酸五五 羰羰 基基 酸酸第65页 一一 不饱和羧酸不饱和羧酸 不饱和羧酸包含烯酸和炔酸，不饱和羧酸包含烯酸和炔酸，就是分子内含有烯键和炔就是分子内含有烯键和炔键羧酸。分子内含有两类官能团，即：键羧酸。分子内含有两类官能团，即：C=C，CC 和和 COOH.依据不饱和键和羧基相对位置不一样，依据不饱和键和羧基相对位置不一样，不饱和羧酸可不饱和羧酸可分为分为,-和和,-不不饱和和羧酸酸等，等，我我们们主要主要讨论讨论羧基和烯键羧基和烯键直接相连直接相连,-不饱和羧酸不饱和羧酸。第66页1.不饱和羧酸结构不饱和羧酸结构交叉共轭体系交叉共轭体系(,共共轭轭和和 P,共共轭轭)因为羟基氧原子上P 电子已与 C=O 共轭，使其不再与烯键共轭，而使稳定性增加不是十分显著。,-不饱和羧酸不饱和羧酸酯酯,-不饱和羧酸酯不饱和羧酸酯Hf (KJ/mol)-387.7-389.4第67页一些一些,-不饱和羧酸有顺反异构体：不饱和羧酸有顺反异构体：反式比顺式能更紧密地排列在晶格中，所以其熔点较高。反式比顺式能更紧密地排列在晶格中，所以其熔点较高。(巴豆酸巴豆酸 m.p.72)(异巴豆酸异巴豆酸 m.p.15)(肉桂酸肉桂酸 m.p.133)(异肉桂酸异肉桂酸 m.p.68)第68页2.不饱和羧酸制备：不饱和羧酸制备：（1）.水解法水解法（2）.卤代酸酯去卤化氢卤代酸酯去卤化氢（3）.芳香醛酮缩合反应：类似于羟醛缩和反应芳香醛酮缩合反应：类似于羟醛缩和反应Perkin 反应，反应，Knoevenagel反应，反应，Witting 反应反应参见缩合反应参见缩合反应第69页3.不饱和羧酸反应不饱和羧酸反应分子中含有共轭双键体系，轻易起分子中含有共轭双键体系，轻易起1,4 加成加成反应和反应和 Diels-Alder 反应反应（1）共轭加成反应：共轭加成反应：第70页（2）.Diels-Alder 反应：反应：4.不饱和羧酸用途不饱和羧酸用途丁炔二酸丁炔二酸是良好亲二烯体，能够用来合成结构特殊化合物。是良好亲二烯体，能够用来合成结构特殊化合物。第71页第72页 二二 卤代酸卤代酸 本节只讨论卤素在碳链上卤代酸。卤代酸我们并不陌生。本节只讨论卤素在碳链上卤代酸。卤代酸我们并不陌生。比如：比如：ClCH2COOH 是工业上惯用合成中间体；杀鼠剂（已是工业上惯用合成中间体；杀鼠剂（已禁用）禁用）FCH2COONa,(FCH2CONH2)等。等。人们习惯于用希腊字母来表示卤素在碳链上位置。如：人们习惯于用希腊字母来表示卤素在碳链上位置。如：,-卤卤代酸代酸。卤素在羧基另一端，称为卤素在羧基另一端，称为-卤卤代酸。代酸。2,3 二溴丁酸二溴丁酸,-二溴丁酸二溴丁酸4 溴丁酸溴丁酸-溴丁酸溴丁酸第73页1.卤代酸合成卤代酸合成（1）.-卤代酸合成卤代酸合成：1).Hell-Volhard-Zelinski 反应：反应：反应是经过酰卤进行反应是经过酰卤进行2).（2）.-卤代酸合成：卤代酸合成：第74页1）-卤代酸合成卤代酸合成 (赫尔赫尔-乌尔哈乌尔哈-泽林斯基反应泽林斯基反应)（3）小节）小节2）-卤代酸合成卤代酸合成3）、等等卤代酸合成卤代酸合成(二元羧酸单酯用汉斯狄克反应）二元羧酸单酯用汉斯狄克反应）RCH=CH-COOH +HBrRCHCH2COOH Br第75页2.卤代酸反应卤代酸反应 卤代酸含有卤代烃和羧酸双重反应，彼此又相互影响。因为卤卤代酸含有卤代烃和羧酸双重反应，彼此又相互影响。因为卤素影响，卤代酸酸性比对应羧酸素影响，卤代酸酸性比对应羧酸强强。-C 上卤原子累积使上卤原子累积使羧基更轻羧基更轻易失去易失去；在羧基影响下，卤原子性质也有一些改变，；在羧基影响下，卤原子性质也有一些改变，卤素更轻易被卤素更轻易被取代取代。如：如：五元环内酯最稳定五元环内酯最稳定双分子亲核取代双分子亲核取代第76页（1）-卤代酸反应（复习邻基参加）卤代酸反应（复习邻基参加）R-CH-COOHBrR-CH-COOHNaOHH2OH+OHR-CH-COONaR-CH(COOH)2 NaHCO3 NaCNCNH3O+R-CH-COOHNH3NH2H+第77页在在Ag2O存在存在下，用稀碱下，用稀碱作用，构型作用，构型保持。保持。浓碱作用浓碱作用下，构型下，构型翻转。翻转。实实 例例-浓浓第78页（2）-卤代酸反应卤代酸反应（3）-卤代酸反应（略）卤代酸反应（略）有有 -H，在碱作用下，生成，在碱作用下，生成 ,-不饱和酸不饱和酸反应机制反应机制：（：（请学生自己完成）请学生自己完成）无无 -H，在碱性，在碱性CCl4溶液中，生成溶液中，生成-丙内酯丙内酯，在在碱水中，碱水中，-丙内酯开环。丙内酯开环。CH3CH2CHBrCH2COOHCH3CH2CH=CHCOOHCH3CH2CH=CHCOONaNaOH-H2OH+第79页 （4 4）*-卤代羧酸在合成上应用卤代羧酸在合成上应用卤代羧酸在合成上应用卤代羧酸在合成上应用(i)(i)制备制备制备制备-卤代酯卤代酯卤代酯卤代酯（制备（制备（制备（制备ReformatskyReformatsky试剂原料）试剂原料）试剂原料）试剂原料）(ii)(ii)制备制备制备制备-氨基酸或氨基酸或氨基酸或氨基酸或 -羟基酸羟基酸羟基酸羟基酸ReformatskyReformatsky试剂试剂试剂试剂酯难直接卤代酯难直接卤代酯难直接卤代酯难直接卤代亲核取代亲核取代亲核取代亲核取代第80页 三三 醇醇 酸酸 羧酸分子中饱和碳原子上有羟基酸成为醇酸。除羧酸分子中饱和碳原子上有羟基酸成为醇酸。除IUPAC 命名法则外，命名法则外，醇酸可依据羟基与羧基相对位置称为醇酸可依据羟基与羧基相对位置称为-,-和和-羟基酸羟基酸。与卤代酸一样，。与卤代酸一样，羟基连在碳链末端时，称为羟基连在碳链末端时，称为羟基酸。因为许多醇酸做为生化过程中间羟基酸。因为许多醇酸做为生化过程中间体而存在于天然产物中，所以，在生物科学中，以体而存在于天然产物中，所以，在生物科学中，以俗名命名俗名命名也很常见。也很常见。2-羟基丙酸羟基丙酸-羟基丙酸羟基丙酸 乳酸乳酸3-羟基羟基-3-羧基戊二酸羧基戊二酸-羟基羟基-羧基戊二酸羧基戊二酸 柠檬酸柠檬酸第81页1.醇酸合成醇酸合成（小节）（小节）（1）.二元醇控制氧化二元醇控制氧化（2）.卤代酸水解卤代酸水解（3）.羟基睛水解羟基睛水解分子中同时含有分子中同时含有-OH 和和-CN,怎样制备？怎样制备？第82页（5）.环酮氧化环酮氧化练习练习（4）.Reformatsky 反应反应（合成（合成-羟基酸酯和羟基酸酯和-羟基酸主要方法）羟基酸主要方法）参见羧酸衍生物参见羧酸衍生物第83页 将二元酸单酯酯基还原成醇将二元酸单酯酯基还原成醇（6）.-羟基酸合成羟基酸合成HOOC(CH2)nCOOC2H5HOOC(CH2)nCH2OHNa+C2H5OHor LiBH4H2O1)醛醛（羟醛缩和）（羟醛缩和）-羟基醛羟基醛（选择性氧化）（选择性氧化）-羟基酸羟基酸2)-氯醇与氯醇与NaCN反应，再水解。反应，再水解。3)用瑞佛尔马斯基反应，然后将酯基水解。用瑞佛尔马斯基反应，然后将酯基水解。4)用用-羰基酯还原，水解合成。羰基酯还原，水解合成。（7）.-羟基酸合成羟基酸合成第84页（8）.-羟基酸合成（总结）羟基酸合成（总结）1）由羰基化合物加由羰基化合物加HCN，然后水解合成。，然后水解合成。2）由由-卤代酸合成。卤代酸合成。3）分子内发生分子内发生Cannizzaro反应。反应。4）二苯乙醇酸重排二苯乙醇酸重排（参见缩合反应）（参见缩合反应）第85页2.醇酸性质和反应醇酸性质和反应（1）酸性：醇酸含有羟基和羧基两种官能团，因为羟基含有）酸性：醇酸含有羟基和羧基两种官能团，因为羟基含有吸电子效吸电子效应应并能生成并能生成氢键氢键，醇酸酸性较母体羧酸，醇酸酸性较母体羧酸强强，水溶性也较大。羟基，水溶性也较大。羟基离羧基越近，其酸性越强。离羧基越近，其酸性越强。pKa：4.863.874.51（2）与醛反应：与醛反应：-和和-醇酸醇酸与醛一起加热，生成环状化合物与醛一起加热，生成环状化合物相当于生成缩醛相当于生成缩醛第86页-羟基酸羟基酸-羟基酸羟基酸*若无若无-H，则形，则形成成-丙内酯丙内酯-羟基酸羟基酸-羟基酸羟基酸(C9)在极稀溶液内，可形成大环内酯。在极稀溶液内，可形成大环内酯。-丁内丁内酯酯-戊内戊内酯酯（3）.脱脱 水水 反反 应应*1）分）分 子子 内内 第87页2）分分 子子 间间nHO(CH2)8COOHSb2O3聚聚 酯酯 ii.-醇酸醇酸：两分子相互酯化，生成六元环交酯：两分子相互酯化，生成六元环交酯i.生成聚酯生成聚酯第88页（4）-醇酸降解醇酸降解（合成比原料少一个碳原子醛酮）（合成比原料少一个碳原子醛酮）？第89页3.醇酸用途醇酸用途乳酸乳酸苹果酸苹果酸酒石酸酒石酸柠檬酸柠檬酸第90页 四四 酚酚 酸酸 羟基和羧基连在芳环上羟基酸称为酚酸。命名时酚羟基和羧基连在芳环上羟基酸称为酚酸。命名时酚酸以芳香酸为母体，羟基作为取代基。酸以芳香酸为母体，羟基作为取代基。酸性比较：酸性比较：羟基和羧基邻位效应；共轭羟基和羧基邻位效应；共轭碱能生成份子内氢键，其稳碱能生成份子内氢键，其稳定性增加。定性增加。pKa=2.69第91页1.酚酸合成：酚酸合成：Kolbe-Schmidt 反应反应2.酚酸反应酚酸反应脱羧反应脱羧反应酰化反应酰化反应阿斯匹林阿斯匹林第92页五五.羰羰 基基 酸酸羰基酸是分子中同时含有羰基和羧基一类化合物。羰基酸是分子中同时含有羰基和羧基一类化合物。1.羰基酸分类和命名羰基酸分类和命名 依据羰基结构，羰基酸可分为依据羰基结构，羰基酸可分为醛酸醛酸和和酮酸酮酸；按照羰基；按照羰基和羧基相对位置，酮酸又可分为和羧基相对位置，酮酸又可分为-酮酸和酮酸和-酮酸。酮酸。羰基酸普通命名，是羰基酸普通命名，是选择包含羰基和羧基最长链为主选择包含羰基和羧基最长链为主链，链，称为称为“某酮（醛）酸某酮（醛）酸”。若是酮酸，需用阿拉伯数字或希腊。若是酮酸，需用阿拉伯数字或希腊字母字母标识羰基位置标识羰基位置（习惯上多用希腊字母）。也可用酰基（习惯上多用希腊字母）。也可用酰基命名，称为命名，称为“某酰某酸某酰某酸”。比如：。比如：-丁酮酸丁酮酸,乙酰乙酸乙酰乙酸乙醛酸乙醛酸第93页2.羰基酸化学性质羰基酸化学性质（1）.-酮酸酮酸：丙酮酸是最简单丙酮酸是最简单-酮酸酮酸-酮酸特征反应酮酸特征反应人体内，丙酮酸在缺氧时，在酶作用下会发生还原反应生成乳酸（微人体内，丙酮酸在缺氧时，在酶作用下会发生还原反应生成乳酸（微生物发酵产生酒精，是由丙酮酸脱羧生成乙醛还原所得）。生物发酵产生酒精，是由丙酮酸脱羧生成乙醛还原所得）。第94页（2）.-酮酸酮酸 最简单最简单-酮酸是酮酸是乙酰乙酸乙酰乙酸。-酮酸是不稳定化合物，酮酸是不稳定化合物，轻易脱羧成酮。轻易脱羧成酮。-酮酸酯是稳定，在合成上有主要用途。酮酸酯是稳定，在合成上有主要用途。第95页（3 3 3 3）-羰基酸脱羧在合成中应用羰基酸脱羧在合成中应用羰基酸脱羧在合成中应用羰基酸脱羧在合成中应用例：例：例：例：合成难点合成难点合成难点合成难