《羧酸及其衍生物》PPT课件.ppt

OrganicChemistry(II)2011.4-2011.6,任课教师：汪谟贞联系方式：pstwmz3601597化学院高分子系辐射化学教研室（化学楼101）,第十二章羧酸及其衍生物,CarboxylicAcidanditsderivatives,12-3,课程内容,羧酸的结构、分类与命名羧酸的合成方法羧酸的物理性质羧酸的化学反应,羧酸衍生物的结构与命名羧酸衍生物的物理性质羧酸衍生物的化学反应,12-4,羧酸的结构通式,分子中含有基团(羧基)的有机化合物称为羧酸,常见的羧基(carboxyl)书写方式：,羧酸可看作是烃分子(RH)中的H被羧基取代后的生成物。因此，羧基是羧酸的官能团,羧酸的结构通式：R-COOH(R-=烷基或芳基),12-5,羧酸及其衍生物的重要性,广泛存在于自然界中，与人类生活密切相关,食品中有各种羧酸及其衍生物,食用的醋是乙酸的水溶液。食用油是高级脂肪酸的甘油酯食品调味剂中的酸味剂是柠檬酸、乳酸防腐剂是苯甲酸、山梨酸及其盐,日常生活离不开羧酸及其衍生物,常用的肥皂是高级脂肪酸钠盐。在高分子行业，绵纶、涤纶、不饱和树脂、增塑剂等都用到羧酸,医药卫生，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）,生命活动与之息息相关,生物体内大多数代谢反应都发生在羧基等官能团或强烈的受其影响的邻位上,12-6,羧酸的分类,羧酸(RCOOH)的分类方法,按照羧基连的烃基构造脂肪族羧酸（饱和及不饱和）脂环族羧酸芳香族羧酸,按照分子中羧基的数目一元羧酸二元羧酸多元羧酸,12-7,羧酸的分类,羧酸的分类方法,12-8,羧酸的命名,系统命名法,A饱和脂肪酸的命名,选择含有羧基的最长碳链为主链，并按主链碳数称“某酸”从羧基碳原子开始编号，用阿拉伯数字标明取代基的位置并将取代基的位次、数目、名称写于酸名前,12-9,羧酸的命名,系统命名法,B不饱和脂肪酸的命名,选择包括羧基碳原子和各C=C键的碳原子都在内的最长碳链为主链，根据主链上碳原子的数目称“某酸”或“某烯（炔）酸”从羧基碳原子开始编号在“某烯（炔）酸”前并注明取代基情况及双键的位置。,3-甲基-2丁烯酸,5-氯-3-戊烯酸,12-10,羧酸的命名,系统命名法,C脂环族羧酸的命名,羧基直接连在脂环上时，可在脂环烃的名称后加上“羧酸或二羧酸”等词尾。不论羧基直接连在脂环上还是在脂环侧链上，均可把脂环作为取代基来命名。,1,2-环戊烷二羧酸(1,2-环戊基二甲酸),环己烷羧酸（环己基甲酸）,环己烷丙酸(3-环己基丙酸),12-11,羧酸的命名,系统命名法,D芳香族羧酸的命名,以芳甲酸为母体若芳环上连有取代基，则从羧基所连的碳原子开始编号，并使取代基的位次最小,3-苯基丙烯酸,4-苯基戊酸,2-硝基-5-羟基苯甲酸,注意！羧基在芳烃侧链上，以脂肪酸为母体,12-12,羧酸的命名,系统命名法,E二元酸的命名,选包括两个羧基碳原子在内的最长碳链作为主链，按主链的碳原子数称为“某二酸”,丁二酸,2-甲基-3-乙基丁二酸,(Z)-2-丁烯二酸顺丁烯二酸,1,3-环己基二甲酸,邻苯二甲酸,12-13,羧酸的命名,普通命名法（适用于简单结构羧酸）,选含有羧基的最长的碳链为主链取代基的位置从羧基邻接的碳原子开始，用希腊字母表示，依次为，等，最末端碳原子可用表示,-甲基丁酸,-甲基-戊烯酸,-羟基戊酸,gba,w,dgba,12-14,羧酸的命名,俗名,许多羧酸可以从天然产物中获得，因此常根据最初的来源而有俗名,甲酸最初是由蒸馏赤蚁制得，称为蚁酸乙酸最初由食醋中得到，称为醋酸丁酸存在于奶油中，具有酸败牛奶气味，称为酪酸己酸、辛酸、癸酸又分别称为羊油酸、羊脂酸、羊蜡酸（都存在山羊脂肪中）十二酸月桂树皮中得到，称为月桂酸十八酸动物脂肪中得到的，称为硬脂酸苯甲酸存在于安息香胶中，称为安息香酸乙二酸大部分植物和草中都含有其盐，称为草酸丁二酸存在于琥珀中，又称琥珀酸,12-15,羧酸的合成反应,氧化反应高级脂肪烃氧化烯烃、炔烃的氧化断裂芳烃的侧链氧化1o醇、醛的氧化甲基酮的卤仿反应,水解反应腈的水解油脂的水解,羧化反应（插入CO2）格氏试剂与CO2反应苯酚钠盐与CO2反应(酚酸反应),12-16,羧酸的合成反应,氧化反应高级脂肪烃氧化烯烃、炔烃的氧化断裂芳烃的侧链氧化1o醇、醛的氧化甲基酮的卤仿反应,12-17,羧酸的合成反应,水解反应腈的水解油脂的水解,12-18,羧酸的合成反应,羧化反应（插入CO2）格氏试剂与CO2反应苯酚钠盐与CO2反应(酚酸反应),12-19,羧酸的物理性质,十个碳原子数以下的羧酸是液体低级脂肪酸（甲、乙、丙酸）有强烈的刺激性气味丁酸至壬酸是具有腐败气味的油状液体,性状,十个碳原子数以上正构羧酸为无味的蜡状固体,脂肪族二元羧酸和芳香族羧酸都是结晶固体；芳香族羧酸一般具有升华性，有些能随水蒸汽挥发。,饱和一元脂肪酸，除甲酸、乙酸的相对密度大于外，其它羧酸的相对密度都小于。二元羧酸和芳酸的相对密度都大于。,12-20,羧酸的物理性质,由于羧酸分子之间能由两个氢键互相结合形成双分子缔合二聚体，羧酸的沸点和熔点比相同分子量的烷烃及其他极性分子的沸点与熔点都高,沸点和熔点,12-21,羧酸的物理性质,饱和一元羧酸的沸点随相对分子量的增加而升高,沸点和熔点,碳数相同的直链一元羧酸的沸点比支链的高,羧酸的熔点随着碳原子数的增加而呈锯齿状上升,12-22,羧酸的物理性质,羧酸具有比较广泛的溶解性,溶解性,甲酸至丁酸能与水混溶，从戊酸开始随相对分子质量增加，水溶性迅速降低，癸酸以上的羧酸不溶于水。,低级的饱和二元羧酸也可溶于水，并随碳链的增长而溶解度降低,芳酸的水溶性极微，常常在水中重结晶,脂肪族一元羧酸一般都能溶于乙醇、乙醚、卤仿等有机溶剂中,12-23,羧酸的物理性质,羧酸的波谱分析IR,vO-H缔合30002500cm-1（宽峰）vC=O缔合17601710cm-1,辅助：vC-O12101320cm-1和dO-H1400cm-1、920cm-1,12-24,羧酸的物理性质,羧酸的波谱分析NMR,：231013,12-25,羧酸的化学性质,羧基的结构特征,羧基碳原子为sp2杂化羧基中含处在同一平面的3个键碳p轨道与羰基氧原子的p轨道平行相互重叠形成一个键羟基氧原子的未共用电子对与羰基上的键形成p共轭,羰基不是碳氧双键，而是介于单双键之间；同样羰基碳与羟基氧的CO键也不是单键，而是介于单双键之间,醛酮中的C=O键长为1.22醇醚中的C-O键长为1.43,12-26,羧酸的化学性质,羧基中p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,羟基氧上的电子云密度降低，OH键变弱，容易断裂，电离出质子（H+），表现出一定的酸性（酸性比醇大）,醛酮的共振式:,羰基与亲核试剂的反应活性降低。不能再与HCN及含氮的亲核试剂进行加成反应，与醛酮的性质不同。,12-27,羧酸的化学性质,羧酸主要化学反应发生的位置,O-H键易断裂表现出酸性-OH被取代的反应羰基的亲核加成反应C-C键断裂发生脱羧反应。a-H的取代反应,12-28,羧酸的化学性质,羧酸的酸性,羧酸呈明显的酸性。在水溶液中，羧基中的氢氧键断裂，离解出的氢离子能与水结合成为水合质子。,羧酸根负离子的p-共轭效应，使氧上带的负电荷被平均分散在它的两个氧原子上，使离子比较稳定并且两个碳氧键是等同的,12-29,羧酸的化学性质,羧酸属于弱酸，但比碳酸的酸性要强些。所以：羧酸可与Na2CO3或NaHCO3溶液发生反应,加入无机强酸又可以使盐重新变为羧酸游离出来,可用于鉴别羧酸和苯酚,此性质可利用来分离羧酸与不溶于水的或易挥发的物质,羧酸的酸性,12-30,羧酸的化学性质,影响羧酸酸性的因素,削弱O-H键或使羧基负离子稳定的因素都会增强羧酸的酸性,电子效应,空间效应,氢键影响,温度,溶剂,空间结构,12-31,羧酸的化学性质,电子效应对羧酸酸性的影响,吸电子取代基G有利于羧基负离子上的负电荷的进一步分散，增加其稳定性，使酸性增大给电子取代基G使其负电荷相应集中，增强了吸引质子的能力，导致稳定性下降酸性减弱,12-32,羧酸的化学性质,电子效应对羧酸酸性的影响,氯原子的电负性较大，是个吸电子基，由于氯原子吸电诱导效应，使羟基氧原子上的电子云向氯原子方向偏移，有利于质子的解离，使酸性增强。由于同样的原因，使羧酸根负离子稳定，也有利于质子的解离，酸性增强。,例：羧酸分子烃基上的H被Cl取代后的酸性变化,12-33,羧酸的化学性质,电子效应对羧酸酸性的影响,氯原子距羧基的位置愈近，对羧基的影响愈大，酸性愈强,例：羧酸分子烃基上的H被Cl取代后的酸性变化,12-34,羧酸的化学性质,电子效应对羧酸酸性的影响,羧酸分子中引入氯原子的数目愈多，吸电子诱导效应愈强，酸性也愈强,例：羧酸分子烃基上的H被Cl取代后的酸性变化,12-35,羧酸的化学性质,电子效应对羧酸酸性的影响,羧酸分子中引入的取代原子电负性愈强，吸电子诱导效应愈强，酸性愈强。,例：羧酸分子烃基上的H被Cl取代后的酸性变化,12-36,羧酸的化学性质,电子效应对羧酸酸性的影响,由于供电子诱导效应使酸性减弱,例：羧酸分子烃基上的H被供电基团取代后的酸性变化,12-37,羧酸的化学性质,电子效应对羧酸酸性的影响,苯甲酸的酸性比甲酸弱。但是由于苯环对生成的苯甲酸根负离子的稳定化作用，却使苯甲酸的酸性比乙酸、丙酸和苯乙酸强,苯基具有吸电诱导效应和供电共轭效应，且供电共轭效应大于吸电诱导效应，因此苯基对羧基有供电子能力,12-38,羧酸的化学性质,电子效应对羧酸酸性的影响,间位和对位取代基的影响：取代基的吸电子作用(-I,-C效应)使酸性增强取代基的供电子作用(+I,+C)则使酸性减弱,影响取代苯甲酸酸性的因素比较复杂，需要综合分析。不仅与取代基的种类有关，而且与取代基在苯环上的位置有关。,12-39,羧酸的化学性质,电子效应对羧酸酸性的影响,影响取代苯甲酸酸性的因素比较复杂，需要综合分析。不仅与取代基的种类有关，而且与取代基在苯环上的位置有关。,邻位取代基的影响除了有基团的电子效应外,还有：基团的场效应、立体效应、氢键的形成等,基团的场效应：具有强吸电子作用的邻位取代基（如F，NO2），由于它可在空间上对羧酸根施加空间诱导作用（通称场效应），使羧酸根上的负电荷通过空间场直接分散到邻位的吸电基上，结果使羧酸根的稳定性增加，因此使该取代酸的酸性比其间位和对位异构体的强。,12-40,羧酸的化学性质,电子效应对羧酸酸性的影响,邻位取代苯甲酸酸性的影响因素,基团的立体效应：邻位的CH3、C2H5由于空间的拥挤，取代基破坏了羧基与苯环的共平面性，苯环对羧基的+C效应减弱甚至消失，使其酸性接近甲酸，这种立体效应使酸性比间位或对位取代的苯甲酸强。,12-41,羧酸的化学性质,电子效应对羧酸酸性的影响,邻位取代苯甲酸酸性的影响因素,氢键的形成邻羟基苯甲酸（水杨酸），由于羧酸根负离子与相邻的羟基可以通过形成氢键而使其稳定性增强，所以邻羟基苯甲酸的酸性也比其间位和对位异构体都强,12-42,羧酸的化学性质,二元酸的酸性,二元酸分子中含有两个羧基，可以分两步离解：,酸性大小规律为：二元酸pKa2pKa1二元酸pKa1C=O，-COOR，-COCl，-NO2，SO2等则不受影响,12-64,羧酸的化学反应,羧酸主要化学反应发生的位置,O-H键的断裂烃基上的反应：-H的取代反应C-C键断裂发生脱羧反应羰基的亲核加成反应-OH被取代的反应,I,II,III,IV,V,12-65,羧酸的化学反应,亲核取代的影响因素：亲核试剂的亲核性大小和离去基团碱性大小,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,羧酸中的羟基被其他原子或基团取代后生成的化合物称为羧酸衍生物,同一周期的原子作为亲核中心时，试剂的亲核性与碱性有相同的强弱次序：,羧酸分子中的羟基可以被卤原子（-X）、酰氧基（RCOO-）、烷氧基（RO-）和氨基（-NH2）取代生成酰卤、酸酐、酯和酰胺,12-66,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,以上反应都是亲核加成消除反应:,12-67,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,A.酰卤化反应,已接触过的卤化剂：卤素，HX和SOX2、卤化磷等,除甲酸外，羧酸与PX3、PX5和SOX2作用，羧酸中的羟基被卤原子取代，生成酰卤,12-68,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,A.酰卤化反应,反应生成的酰氯的性质活泼，易水解，反应应在无水条件下进行，否则生成的酰氯就会水解,产物纯、易分离，因而产率高。是一种合成酰卤的好方法,bp:20576153,12-69,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,B.酸酐的生成,饱和的一元羧酸在脱水剂（如P2O5）存在下加热，发生分子间脱水生成酸酐。,乙酐也常用来做脱水剂以制取较高级的酸酐,12-70,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,B.酸酐的生成,12-71,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,B.酸酐的生成,甲酸一般不发生分子间的加热脱水生成酐，但在在脱水剂P2O5的存在下或在浓硫酸中受热时，分子内脱水生成CO和H2O。可用来制取高纯度的CO,12-72,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,B.酸酐的生成,有些二元酸，如丁二酸、戊二酸等，只需加热，分子内就可脱水形成五元环或六元环的酸酐(两个羧基间隔23个碳原子)，而不必使用脱水剂,但己二酸和庚二酸加热也不能生成酸酐,12-73,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,C.酰胺的生成,i）羧酸与氨或碳酸铵反应生成铵盐，铵盐加热后分解得到酰胺,高温时铵盐分解成氨和羧酸，然后是氨的亲核加成与消除水的反应,对羟基乙酰苯胺(“扑热息痛”),12-74,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,C.酰胺的生成,ii）酰氯、酸酐法得到酰胺,高温时铵盐分解成氨和羧酸，然后是氨的亲核加成与消除水的反应,12-75,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,D.酯的生成,酯化反应：羧酸与醇在酸催化下作用，生成羧酸酯和水。这是一个典型的可逆反应；反应速度一般很慢，需要加催化剂和加热来提高反应速度常用的催化剂有浓硫酸、干燥的氯化氢、对甲苯磺酸和强酸性离子交换树脂等。应用平衡移动的原理，可以得到较高产率的酯。,i)增加其中一种便宜原料的用量ii)可以不断除去反应生成的水(加进合适的脱水剂如无水、二环己基碳化二亚胺或恒沸去水iii)将生成的低沸点酯蒸出，使平衡向正反应方向移动。,1,2,？,12-76,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,D.酯的生成,酯化反应可以有两种脱水方式：,i)酰氧键断裂ii)烷氧键断裂,通过示踪原子的实验表明：大多数酯化反应是按照第（i）种方式脱水的。用含O18的醇与羧酸反应，结果发现生成的酯含有O18。,12-77,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,D.酯的生成,i)1020ROH：酰氧键断裂,12-78,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,D.酯的生成,酯化反应的活性：,R、R结构(空间效应)对加成-消除机制的酯化反应速度的影响,酯化反应的活性：,随着烃基R体积的增大，空间效应增强，阻碍了亲核试剂对羧酸的进攻，使酯化反应速度变慢,12-79,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,D.酯的生成,酯化反应的活性：,几种羧酸与甲醇酯化反应的相对速度,12-80,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,D.酯的生成,ii)30ROH：烷氧键断裂（SN1机制）,12-81,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,D.酯的生成,iii)酰基正离子机制（仅有少量空间位阻很大的羧酸）,2,4,6-三甲基苯甲酸的酯化时因空间位阻关系，醇分子难以接近羧基而不能反应,将羧酸先溶于100%H2SO4,使其形成酰基正离子，再将其倒入醇中就可以顺利实现酯化，这是由于酰基正离子是sp2杂化，并且与苯环共平面。,12-82,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,D.酯的生成,酯化反应的活性：,羧酸和酚类化合物的酯化较脂肪醇困难得多，故通常在酚和活性比羧酸强的酸酐或酰卤之间进行,12-83,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,D.酯的生成,酯化反应的活性：,芳香族羧酸的酯化反应要比脂肪族的难一些。对苯二甲酸与乙二醇或环氧乙烷作用可生成对苯二甲酸二羟乙酯，它是合成涤纶的中间体,12-84,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,D.酯的生成,酯化反应的活性：,其他制备酯的方法：1）乙酸酯还可通过醇与乙烯酮的反应,2）活泼的卤烃与羧酸根负离子的反应,3）重氮甲烷与羧酸反应：放出氮气而生成羧酸甲酯：,12-85,羧酸的化学反应,-OH被取代的反应羧酸衍生物的生成,D.酯的生成,酯化反应的活性：,其他制备酯的方法：4）通过酰氯法制得,5）多元酸与多元醇之间发生缩聚反应，可以生成大分子化合物-聚酯,12-86,羧酸衍生物的结构,羧酸衍生物的定义,羧酸衍生物羧基中的羟基被其他原子或基团(卤素X、酰氧基RCOO(羧酸根)、烷氧基OR、氨基NH2)取代后的生成物它们都含酰基RCO，统称酰基化合物,取代羧酸,-OH被不同基团L取代,R中的H被不同基团L取代,教科书：羧酸衍生物指那些经水解能转变成羧酸的化合物,腈是羧酸衍生物，但不是酰基化合物,12-87,羧酸衍生物的分类,羧酸衍生物的结构和分类,酰基中羰基碳原子为sp2杂化，具有平面结构，未参与杂化的p轨道与氧原子p轨道重叠形成键。与酰基直接相连的杂原子（X、O、N）上都具有未共用电子对，它们所占据的p轨道与羰基的轨道形成p-共轭体系，未共用电子对向羰基离域，使C-L键具有部分双键的性质。,12-88,羧酸衍生物的分类,羧酸衍生物的结构和分类,羧酸衍生物C-L键长与典型单键C-L键长比较,12-89,羧酸衍生物的命名,羧酸衍生物的命名,A酰基的命名,1。羧酸去掉羧基中的羟基后剩余的部分称为酰基2。酰基的名称是将相应的羧酸名称中的“酸”变成“酰”再加上“基”字即可,12-90,羧酸衍生物的命名,羧酸衍生物的命名,B酰卤的命名,命名时可作为酰基的卤化物，在酰基后加卤素的名称即可,2-溴丁酰溴(-溴丁酰溴),4-氯甲酰苯甲酸(对氯甲酰苯甲酸),12-91,羧酸衍生物的命名,羧酸衍生物的命名,C酰胺的命名,1。命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可2。由酰基和胺或某胺组成。若氮原子上连有取代基，在取代基名称前加“N”标记，表示该取代基连在氮原子上3。分子中含有CONH结构的环状化合物称为内酰胺,12-92,羧酸衍生物的命名,羧酸衍生物的命名,C酰胺的命名,1。命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可2。由酰基和胺或某胺组成。若氮原子上连有取代基，在取代基名称前加“N”标记，表示该取代基连在氮原子上3。分子中含有CONH结构的环状化合物称为内酰胺，需标明N的位次。,2,N,3-二甲基戊酰胺,12-93,羧酸衍生物的命名,羧酸衍生物的命名,D酸酐的命名,由两个羧酸的名称加上“酐”字来命名。相同羧酸形成的酸酐称为单酐；不同羧酸形成的酸酐称为混酐。混酐命名时，通常简单的羧酸写在前面，复杂的羧酸写在后面。,12-94,羧酸衍生物的命名,羧酸衍生物的命名,D酯的命名,一元醇酯由相应的羧酸和醇中的烃基名称组合后加“酯”字来命名，酸的部分包括酰基C原子,12-95,羧酸衍生物的命名,羧酸衍生物的命名,D酯的命名,多元醇酯由先写醇名后面接酸名，最后加酯,乙二醇二乙酸酯,丙三醇三硝酸酯硝化甘油,季戊四醇四硝酸酯,12-96,羧酸衍生物的命名,羧酸衍生物的命名,D酯的命名,分子中含有COO结构的环状化合物称为内酯，内酯需标明羟基的位次。,-甲基-丁内酯(3-甲基-4-丁内酯),1,2(a),3(b),4(g),12-97,羧酸衍生物的命名,羧酸衍生物的命名,E腈的命名,1。命名时要把CN中的碳原子计算在内，并从此碳原子开始编号，根据腈分子中所含碳原子的数称为某腈；2。或以烃作为母体，氰基作为取代基，此时氰基碳原子不计在内。,3-甲基戊腈(-甲基戊腈),2-氰基丁酸(-氰基丁酸),己二腈,12-98,羧酸衍生物的物理性质,性状（相态，气味，熔沸点，溶解性）,低级的酰卤和酸酐是具有刺激性气味的无色液体；低级的酯则是具有芳香气味的易挥发性无色液体；酰胺除甲酰胺和某些N-取代酰胺外，由于分子内形成氢键，均是固体；低级腈为液体，高级腈为固体,12-99,羧酸衍生物的物理性质,性状（相态，气味，熔沸点，溶解性）,酰卤、酸酐和酯分子中无氢，不能形成分子间氢键，所以沸点较相近分子量的酸低；与分子量相近的醛酮大体相近；酰胺的熔点和沸点均比相应的羧酸高。当酰胺氮原子上的氢原子被烃基取代后，分子间不能形成氢键，熔点和沸点都降低；沸点：酰胺羧酸酸酐酯酰氯一般情况下，酰氯和酯的熔点比较低，酰胺的熔点较高，不同的酸酐的熔点变化是较大的。腈是较强的极性化合物，其沸点比相对分子质量相近的烃、醚、醛、酮和胺的沸点高，与醇相近，但比羧酸的沸点低。,12-100,羧酸衍生物的物理性质,性状（相态，气味，熔沸点，溶解性）,酰氯和酸酐不溶于水，低级的遇水分解；低级的酰胺（如N,N-二甲基甲酰胺）能与水混溶，是优良的非质子极性溶剂。随着相对分子质量增大，在水中溶解度逐渐降低低级腈易溶于水，随着碳原子数的增加，在水中溶解度降低。例如，乙腈与水混溶，丁腈以上难溶于水。所有羧酸衍生物均能溶于乙醚、氯仿、丙酮、苯等有机溶剂,12-101,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物化学性质分析,12-102,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,羧酸的亲核取代反应实际上是按加成消去(nucleophilicaddition-elimination)机理进行的，亲核试剂先对酰基进行亲核加成，然后再脱去一基团完成反应,sp2,sp3,12-103,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,影响反应速度的因素分析（电子效应和空间效应）：1。反应生成四面体中间体的步骤是关键，酰基碳的正电性越大，立体障碍越小，越有利于加成2。离去基团(:L)的碱性越弱，离去能力越强，越有利于消除,12-104,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,A。电子效应：R和L的-I越大，双键碳的正电性越强，增加反应活性L的+C越大，双键碳的正电性越弱，减小反应活性,12-105,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,A。电子效应：离去基团(L)碱性越弱，越容易离去L的碱性为：ClR-COOHORONH2L的稳定性为：ClR-COORCOOHHCl,12-108,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,A羧酸衍生物的水解反应所有羧酸衍生物都能水解成羧酸,水解活性减弱,12-109,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,A羧酸衍生物的水解反应所有羧酸衍生物都能水解成羧酸,酯的水解机理：键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？,同位素实验证明：大多数2o和1o醇的羧酸酯水解发生酰氧键断裂；3o醇的羧酸酯的水解发生烷氧键断裂。,12-110,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,A羧酸衍生物的水解反应所有羧酸衍生物都能水解成羧酸,酯的水解机理：键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？,1）酸催化水解,12-111,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,A羧酸衍生物的水解反应所有羧酸衍生物都能水解成羧酸,酯的水解机理：键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？,2）碱催化水解,12-112,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,A羧酸衍生物的水解反应所有羧酸衍生物都能水解成羧酸,酯的水解机理：键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？,3）3o醇的羧酸酯水解：SN1机制,3,12-113,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,B羧酸衍生物的醇解反应酰氯、酸酐和酯都都能进行醇解,生成酯。酰胺却难于醇解.,特点：(1)醇解产物是酯。(2)反应活性：酰卤酸酐酯酰胺(3)酰氯和酸酐是活泼的酰基化剂。(4)酯的醇解为酯交换。,12-114,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,B羧酸衍生物的醇解反应,（1）酰氯的醇解反应（用于通过酰氯制备酯）,碱的作用:吸收产生的HCl和催化,12-115,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,B羧酸衍生物的醇解反应,（2）酸酐的醇解反应（合成上用于制备酯）,12-116,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,B羧酸衍生物的醇解反应,（3）酯的醇解反应（酯交换反应）,反应可逆，用过量的醇R”OH和除去生成的醇ROH使反应进行完全。酸或碱对反应是必需的反应机理？（参考酯的水解机理）,12-117,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,B羧酸衍生物的醇解反应,（4）酰胺的醇解反应,12-118,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,B羧酸衍生物的醇解反应的意义,由羧酸与醇反应难以制备的酯（酚酯和叔醇酯都不能用羧酸与酚或叔醇直接合成），可用活性较大的酰氯或酸酐与醇反应制取,酸酐比酰卤易于制备和保存，应用更广泛。例如乙酐与水杨酸作用生成乙酰水杨酸,12-119,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,B羧酸衍生物的醇解反应的意义,酯交换反应(transesterification)在有机合成上用途很广,常用来由价廉的酯、醇生产其他的酯、醇。,12-120,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,C羧酸衍生物的氨解反应酰氯、酸酐、酯及酰胺都与氨作用，生成酰胺。氨解反应是可逆反应，只有参与反应的伯或仲胺的碱性比离去的胺碱性强并且过量的情况下，才能得到N-烷基酰胺。叔胺不能与酰胺发生氨解反应,特点：(1)产物是酰胺。(2)反应活性:酰卤酸酐酯酰胺(3)重要的溴化试剂NBS,12-121,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,C羧酸衍生物的氨解反应,（1）酰氯的胺(氨)解,（2）酸酐的胺(氨)解,酰卤和酸酐与氨反应活性高，得到酰胺和铵盐。酰氯和酸酐的胺解是制备酰胺的主要方法,12-122,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,C羧酸衍生物的氨解反应,（3）酯的胺(氨)解：在无水条件下，用过量氨处理才能得到酰胺,（4）酰胺的胺解,12-123,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,C羧酸衍生物的氨解反应,丁二酰亚胺与溴作用生成N溴代丁二酰亚胺（NBS），是一重要的溴代试剂，常用于烯烃的位溴代。,应用：NBS合成,12-124,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,D羧酸衍生物与格氏试剂反应制醇,酰氯、酸酐、酯和酰胺都可与格利雅试剂作用经酮的步骤最终生成叔醇和仲醇（以甲酸酯为原料）,酯与格利雅试剂反应最重要，是制备两个相同烷基的叔醇和仲醇的方法。酸酐和酰胺与格氏试剂反应的合成意义不大,12-125,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,D羧酸衍生物与格氏试剂反应制醇,机理负碳离子对羰基的亲核加成反应,（1）可制得两个烃基相同的叔醇。（2）RMgX过量，则主要产物为三级醇。,12-126,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,D羧酸衍生物与格氏试剂反应制醇,（1）酰卤与格氏试剂反应,低温且控制RMgX不过量，由于酰卤与Grignard试剂反应的活性比酮高，反应可以停止在生成酮的阶段。,12-127,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,D羧酸衍生物与格氏试剂反应制醇,（2）酸酐和酯与格氏试剂反应,由于酮分子中的羰基比酸酐和酯分子中的羰基活性高，生成的酮会继续与Grignard试剂反应生成叔醇，但甲酸酯则生成一个对称的仲醇。,12-128,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,D羧酸衍生物与格氏试剂反应制醇,（2）酸酐和酯与格氏试剂反应,具有位阻酯可以停留在酮阶段：,内酯则得二醇：,12-129,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,D羧酸衍生物与格氏试剂反应制醇,（3）酰胺与格氏试剂反应,酰胺与Grignard试剂的反应在有机合成上应用较少，含活泼氢的酰胺还有分解Grignard试剂的性质。,12-130,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,E羧酸衍生物与R2Cd和与R2CuLi（不活泼金属试剂）的反应,12-131,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,F羧酸衍生物的还原,羧酸衍生物比羧酸易还原，还原方法可采用催化加氢或用LiAlH4、NaBH4或Na/C2H5OH等化学还原剂还原。,F1催化加氢：羧酸衍生物在催化加氢条件下都可以被还原，但有制备意义的是酰卤的选择性还原和酯的还原。A。酰卤的还原罗森门德（Rosenmund）反应酰卤选择性加氢的催化体系是Pd/BaSO4-硫-喹啉（或硫脲），可使酰卤的加氢反应停止在生成醛的阶段,不影响酯基,12-132,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,F羧酸衍生物的还原,F1催化加氢：羧酸衍生物在催化加氢条件下都可以被还原，但有制备意义的是酰卤的选择性还原和酯的还原。B。酯的催化加氢催化剂是CuOCuCrO4，在高温高压下反应，酯被还原成两分子醇。若羧酸酯分子中具有不饱和烃基或烃基上连有其它不饱和基团时，在反应过程中将同时被加氢还原，但苯环不受影响。,12-133,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,F羧酸衍生物的还原,F1B。酯的催化加氢酯也可以采用金属钠-乙醇还原体系还原为醇，分子中碳碳双键或三键不受影响，可用于不饱和脂肪酸酯的选择性还原,12-134,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,F1B。酯的催化加氢在非质子性溶剂中(如二甲苯)，生成的游离基负离子二聚成双负离子，酯在金属和非质子中，生成酮醇。这是用二元酯合成大环羟基环酮的重要方法,12-135,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,极性酯基,12-136,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,F羧酸衍生物的还原,F2LiAlH4还原：羧酸及其衍生物都可以被LiAlH4还原。还原反应的实质是LiAlH4分子中的H离子对羰基的加成反应。采用LiAlH4还原，反应不能停留在醛酮，会直接还原到醇，但分子中的双键、叁键保留，不会被还原。,12-137,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,F羧酸衍生物的还原,F2LiAlH4还原：A.酰卤、酸酐和酯的还原产物是醇,12-138,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,F羧酸衍生物的还原,F2LiAlH4还原：B.酰胺的还原需要过量的LiAlH4，产物可以是不同类型的胺,12-139,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,F羧酸衍生物的还原,F3酰胺的还原霍夫曼(Hofmann)降解得到少一个碳原子的胺,12-140,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,F羧酸衍生物的还原,F4酯的还原：其产物为两分子醇，一分子来自酯中酸的部分，另一分子来自酯中醇的部分鲍维特-勃朗克还原,12-141,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物的亲核取代反应,F羧酸衍生物的还原,F5腈的还原：产物为胺,12-142,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物上a-H的反应,酯缩合反应Claisen缩合反应,具有H的酯，在醇钠作用下能发生类似醇醛缩合反应。即一分子酯的H被另一分子酯的酰基取代生成酮酸酯，称为酯缩合反应或Claisen缩合反应,12-143,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物上a-H的反应,酯缩合反应Claisen缩合反应,机理：,-,12-144,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物上a-H的反应,酯缩合反应Claisen缩合反应,应用：在有机和药物合成方面具有重要价值。乙酰乙酸乙酯可以用来合成甲基酮和取代乙酸,注意：1、缩合所用的酯一般要具有两个a-H。,2、只有一个a-H的酯只能在三苯甲基钠存在下才能发生该反应。,3、两种不同的具有a-H酯间的缩合没有意义。,12-145,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物上a-H的反应,酯缩合反应Claisen缩合反应,4、若两个不同的酯只有一个具有-氢原子，交叉酯缩合反应有制备意义。,5、芳香酸酯的羰基不活泼，需要在强碱的作用下，反应才能顺利进行。,12-146,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物上a-H的反应,酯缩合反应Claisen缩合反应,6、酮的-氢比酯的-氢活泼，酮与酯进行缩合反应时，结果是酯羰基受到进攻，生成-羰基酮。,12-147,羧酸衍生物的化学性质,羧酸衍生物上a-H的反应,酯缩合反应Claisen缩合反应,它是合成五元环、六元碳环的一个方法。（并不是所有的二元酸酯都能发生环缩合，一般局限于生成稳定的五、六碳环。所以，只是有氢的己二酸酯和庚二酸酯才能起Dieckmann缩合）,7、二元酸酯可以发生分子内和分子间的酯缩合反应。己二酸酯和庚二酸酯在醇钠的作用下，形成五元或六元环-酮酸酯，这种分子内的酯缩合反应称为狄克曼（Dieckmann）缩合反应,12-148,羧酸衍生物的化学性质,酰胺的特性反应,A酸碱性受酰基的影响，碱性变弱，酸性变强,碱性：酰胺分子中氮与酰基相连，氮原子上未共有电子对与酰基碳氧双键形成pp共轭，降低了氮的电子云密度，减弱了它接受质子的能力。故酰胺的碱性极弱或不显碱性，不能使石蕊变色，但遇强酸（盐酸、硫酸）能成盐（产物为不溶于乙醚的沉淀）CH3CONH2HClCH3CONH2HCl,酸性：由于酰基的强吸电性，增加了NH键的极性，使酰胺表现出弱酸性，尤其是氮原子同时与两个酰基相连的二酰亚胺酸性更强（pKa为910），可与强碱作用生成盐,12-149,羧酸衍生物的化学性质,酰胺的特性反应,B脱水反应,非取代酰胺与强脱水剂共热或高温加热，则分子内脱水生成腈，这是合成腈最常用的方法之一（尤其是用卤代烃和NaCN反应难以制备的腈）,常用的脱水剂：五氧化二磷、亚硫酰氯、乙酸酐,12-150,羧酸衍生物的化学性质,酰胺的特性反应,C与HNO2的反应,氮原子未取代的酰胺与HNO2（NaNO2+HCl）反应生成羧酸，同时定量放出N2。,这个反应可用于酰胺的鉴别和定量分析,12-151,羧酸衍生物的化学性质,酯的热裂解,酯在400500的高温进行热裂，产生烯和相应羧酸的反应,12-152,羧酸衍生物的化学性质,酯的热裂解,部分重叠式构象比全重叠式构象稳定，因此以部分重叠式构象进行顺式消除而得到的反型产物占多数。,当-C两侧都有-H时，以空阻小，酸性大的-H被消除为主要产物.,