第十二章羧酸和取代羧酸课件.ppt

1、1第十二章第十二章(carboxylic acids and substituted carboxylic acids)羧酸和取代羧酸羧酸和取代羧酸 2通式：通式：RCOHOorRCOOH羧基（羧基（carboxyl）:-COOH-COOH 酰基酰基(acyl):RCO第一节第一节 羧酸羧酸3OCCH3乙酰基乙酰基(acetyl)OCH3C 4-甲基苯甲酰基甲基苯甲酰基 4.分类和命分类和命名名(一一)分类分类1.1.与羧基相连的烃基结构分为与羧基相连的烃基结构分为 脂肪、芳香；饱和、不饱和脂肪、芳香；饱和、不饱和 2.2.羧基的数目羧基的数目 一元和多元羧酸一元和多元羧酸 3.3.取代羧酸取

2、代羧酸 卤代酸、羟基酸、氨基酸、卤代酸、羟基酸、氨基酸、氧代酸（酮酸氧代酸（酮酸、羰基酸）羰基酸）5（二）命名（二）命名许多羧酸根据其来源用俗名许多羧酸根据其来源用俗名:HCOOH HCOOH 甲酸甲酸(蚁酸蚁酸)CHCH3 3COOH COOH 乙酸乙酸(醋酸醋酸)COOH苯甲酸苯甲酸(安息香酸安息香酸)6系统命名法原则系统命名法原则:与醛相似与醛相似 选择含羧基的最长碳链作为主链选择含羧基的最长碳链作为主链 取代基位次可用希腊字母取代基位次可用希腊字母，、表示，最末端碳原子可用表示，最末端碳原子可用表示表示 CH3CH2CHCH2COOHCH33-甲基戊酸甲基戊酸或或-甲基戊酸甲基戊酸 7

3、(CH3)2CHCH2CHCOOHCH32-(4-异丁基苯基异丁基苯基)丙酸丙酸8(CH2)5COOH6-(2-萘基萘基)己酸己酸9 不饱和羧酸：称不饱和羧酸：称“某烯酸某烯酸”CHCOOHCH3CH2-丁烯酸（巴豆酸）丁烯酸（巴豆酸）(E)-3-苯基苯基-2-丙烯酸丙烯酸CCHCOOHH10 多元羧酸的命名：多元羧酸的命名：COOHCOOH(1R,3R)-1,3-环已烷二羧酸环已烷二羧酸 CCCOOHHCOOHH 顺丁烯二酸顺丁烯二酸（马来酸）（马来酸）11CH2COOHCOOHCCH2COOHHO3-羟基羟基-3-羧基戊二酸羧基戊二酸（枸橼酸或（枸橼酸或柠檬酸柠檬酸）1234512 取代羧

4、酸的命名取代羧酸的命名:COOHOH邻羟基苯甲酸邻羟基苯甲酸(水杨酸水杨酸)CH3CHCOOHOH-羟基丙酸羟基丙酸 (乳酸乳酸)13CH3CCH2CH2CHCH2COOHCH3O13-甲基甲基-6-氧代庚酸氧代庚酸a-a-氨基氨基-b-b-苯丙酸苯丙酸C6H5CH2CHCOOHNH214二、结构二、结构羧基的结构羧基的结构:P-共轭共轭P-共轭使共轭使C=O与与C-O的键长趋于平均化，在化学的键长趋于平均化，在化学性质上表现出羰基与羟基相互影响的特征性质上表现出羰基与羟基相互影响的特征15三、物理性质三、物理性质1物态物态 C1C3 有刺激性酸味的液体，溶于水。有刺激性酸味的液体，溶于水。C

5、4C9 有酸腐臭味的油状液体，难溶于水。有酸腐臭味的油状液体，难溶于水。C9 腊状固体，无味，不溶于水。腊状固体，无味，不溶于水。芳香酸芳香酸 为结晶固体，不溶于水为结晶固体，不溶于水2熔点熔点 乙酸熔点乙酸熔点16.6，又称为，又称为冰醋酸冰醋酸。163沸点沸点 羧酸的沸点比相应醇的沸点高。羧酸的沸点比相应醇的沸点高。原因：原因：通过氢键通过氢键形成二聚体。形成二聚体。RRCOOHCOOHHOOCR2乙酸沸点：乙酸沸点：11817四、化学反应四、化学反应RCHCOHOa酸性酸性C-OC-O键断裂键断裂,-OH-OH被取代被取代羧基被还原羧基被还原a a-H-H被卤代被卤代18（一）酸性与成盐

6、（一）酸性与成盐+-RCO+H3OOH2OOHOCR羧基负离子羧基负离子-OCOCOO.-COO羧酸根负离子的结构羧酸根负离子的结构19 HCOOH CH3COOH H2CO3 C6H5OH ROH HCCH pKa 3.76 4.75 6.4 10 1619 25羧酸的酸性比羧酸的酸性比酚、醇、炔酚、醇、炔强，大多数羧酸强，大多数羧酸是弱酸是弱酸 20取代羧酸的酸性取代羧酸的酸性:1.脂肪族一元羧酸的酸性脂肪族一元羧酸的酸性 见书见书P341吸电子吸电子诱导效应：诱导效应：NONO2 2 CN F Cl Br CN F Cl Br I C I CCH OCHCH OCH3 3 OH C OH

7、 C6 6H H5 5 CH=CH CH=CH2 2 H H供电子供电子诱导效应：诱导效应：(CH(CH3 3)3 3C (CHC (CH3 3)2 2CH CH CH CH3 3CHCH2 2 CH CH3 3 H H21给电子基使酸性减弱给电子基使酸性减弱;吸电子基使酸性增强吸电子基使酸性增强 HCOOHHCOOH CHCH3 3COOH COOH CHCH3 3CHCH2 2COOH (CHCOOH (CH3 3)3 3CCOOHCCOOH p pK Ka:a:3.763.76 4.754.75 4.87 5.05 4.87 5.0522 ClCH2COOH Cl2CHCOOH Cl3C

8、COOHp pK Ka:2.86 1.29 0.65a:2.86 1.29 0.65p pK Ka:4.81 4.70 4.41 a:4.81 4.70 4.41 2.862.86C CH H3 3(C CH H2 2)2 2C CO O O O H H C CH H2 2(C CH H2 2)2 2C CO O O O H H C CH H3 3C CH H C CH H2 2C CO O O O H H C CH H3 3C CH H2 2C CH H C CO O O O H HC Cl lC Cl lC Cl l232.芳香族羧酸的酸性芳香族羧酸的酸性 p pK Ka a 4.174.

9、17 邻位取代邻位取代 不论是吸电子基团还是给电子基团（氨基除外），不论是吸电子基团还是给电子基团（氨基除外），都使酸性增强。都使酸性增强。COOHpKa 3.89 4.09 2.21 2.89COOHCH3COOHOCH3COOHNO2COOHCl24间位取代间位取代 吸电子基团，使酸性增强；吸电子基团，使酸性增强；给电子基团，使酸性减弱。给电子基团，使酸性减弱。pKa 4.28 4.09 3.82 3.46COOHCH3COOHOCH3COOHClCOOHNO2 25对位取代对位取代pKa 4.47 4.35 4.03 3.40COOHCH3COOHOCH3COOHClCOOHNO2 _N

10、+O-ON+OO-COOCOO_COO羧酸根负离子的稳定性羧酸根负离子的稳定性 273.二元羧酸的酸性二元羧酸的酸性 乙二酸乙二酸:p:pK Ka1 a1 为为1.231.23丙二酸丙二酸:p:pK Ka1 a1 为为2.832.83 p pK Ka1 pa1 RCH2OH R2CHOH酸酸:HCOOH CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH R3CCOOH空间位阻空间位阻对反应速度的影响很大对反应速度的影响很大40比较苯甲酸与下列醇在酸催化下比较苯甲酸与下列醇在酸催化下酯化反应的速度：酯化反应的速度：（A）CH3OH；（；（B）CH3CHOHCH2CH3；（C）CH3CH2CH2

11、OH 414生成酰胺（生成酰胺（amides）铵盐铵盐+NH3H2ONH2OCRRCOONH4RCOOHRCO+NR2RCOONH2R2HNR2H2ORCOOHC6H5COOH+NH2180C6H5CNHO+H2O42（三）还原反应（三）还原反应（羧酸难被还原羧酸难被还原）LiAlH4：羧酸羧酸被还原为被还原为相应的相应的伯醇伯醇；且分子中且分子中不饱和键不饱和键不被还原不被还原LiAlH4,Et2OHH3O+CH2CHCH2COOHCH2CHCH2CH2OHCOOHCH31)LiAlH4,Et2O2)H3+OCH3CH2OH43（四）（四）-氢的卤代反应氢的卤代反应+PBr3P或 红HBrB

12、rCH3CH2CHCOOHBr2CH3CH2CH2COOH较醛、酮较醛、酮活性弱活性弱，需加少量催化剂（，需加少量催化剂（P或或PX3）RCHCOOHClRCHCOOHHa+Cl2P(少量)-卤代酸卤代酸 应用应用:重要的合成中间体重要的合成中间体 44-酮酮(羰基羰基)酸易脱羧酸易脱羧（五）脱羧反应（五）脱羧反应（decarboxylation）RCCH2COOHOa ab bRCCH3 +CO2O机理机理:RCO2_RCCH2OHRCCH3OCH2COOOCH六元环过渡态六元环过渡态 45CH3C CH2COOHOCH3C CH3O+CO2COOHOO+CO2CH3C CHCOOHOCH3

13、C CH2O+CO246芳香酸：较脂肪酸易脱羧芳香酸：较脂肪酸易脱羧COOHNO2O2NNO2NO2O2NNO2+CO2邻、对位上连有邻、对位上连有吸电子基吸电子基易脱羧易脱羧47（六）二元酸的热解反应（六）二元酸的热解反应1.n=0,1-脱羧脱羧COOHCOOHCOOHCH3CH2COOHCHCH3CO2+CO2HCOOHCOOH通式:(CH2)nCOOHCOOHn:羧基间隔碳原子数羧基间隔碳原子数482.n=2,3-脱水得脱水得环状酸酐环状酸酐CH2COOH+(CH3CO)2OH2OCH2COOHOOO493.n=4,5-脱水、脱羧得脱水、脱羧得环酮环酮+OH2OCH3CHCH2COOHB

14、a(OH)2CH3CO2Ba(OH)2+OH2OCO2CH2CH2CH2COOHCH2CH2COOHCH2CH2COOH50五、制备五、制备（一）氧化法（一）氧化法1.碳原子数不变碳原子数不变伯醇和醛氧化：伯醇和醛氧化：RCH2OHKMnO4RCOOHRCHO51不饱和醛制备不饱和酸：不饱和醛制备不饱和酸：CCCH3CHOHH3CH2CAg2OH2O,OHHClCCCH3COOHHH3CH2C522.减少一个减少一个 碳原子数碳原子数RCCH3 OX2NaOHRCOO-+CX3RCHCH3 OH533.芳香族羧酸芳香族羧酸 a aCRHCOOHKMnO4H+54（二）腈水解法（二）腈水解法RC

15、l +NaCNRCN +NaCl1()制备比卤代烷增加一个碳原子的羧酸制备比卤代烷增加一个碳原子的羧酸此法可制备二元羧酸和不饱和羧酸此法可制备二元羧酸和不饱和羧酸RCN +H2OH+or OH-RCOOH55H3O+BrCH2CH2BrNaCNNCCH2CH2CNHOOCCH2CH2COOHH3O+NaCNCH2CH2CHCH2CNCH2CHCH2COOHCHCH2Cl56（三）格氏试剂法（三）格氏试剂法+-伯、仲、叔或芳香卤代烷伯、仲、叔或芳香卤代烷(RXRMgX)(RXRMgX)均可用此法均可用此法制备增加一个碳原子的羧酸制备增加一个碳原子的羧酸.(Ar)(Ar)(Ar)+-O MgXCR

16、.H3O+-MgXROCORCOOHO(CH3)3CCl(CH3)3CCOOH由制备?57Br+Mg无水乙醚（）CO2H2OH+（）58（四）丙二酸酯法（四）丙二酸酯法-制备制备取代乙酸取代乙酸羧酸衍生物羧酸衍生物(第第13章章)中介绍中介绍59（五）通过羰基化合物的缩合反应（五）通过羰基化合物的缩合反应克脑文格尔克脑文格尔（KnoevenagelKnoevenagel）反应反应:-制备制备,-不饱和羧酸不饱和羧酸,-不饱和羧酸不饱和羧酸 RCHO+CH2(COOC2H5)2NHNRCHC(COOC2H5)21)HO-/H2O2)H+/RCHCHCOOH60具活泼亚甲基的化合物具活泼亚甲基的化

17、合物:丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯、丙二酸、丙二酸、乙酰乙酸乙酯、氰乙酸酯等乙酰乙酸乙酯、氰乙酸酯等 反应条件反应条件:弱碱（如胺、吡啶等）弱碱（如胺、吡啶等）61NCHO+CH3CCH2COOC2H5OCHCCCH3COOC2H5ONH +CH2(COOC2H5)2 C6H6 /CHOCHC(COOC2H5)262排列下列化合物的酸性:AECDBCOOHCH3COOHOCH3COOHClCOOHNO2COOHA.B.C.D.E.63完成反应式：完成反应式：COOHCOOHH+C2H5OHSOCl21.2.COOHCOOH3.645.6.COOHCOOH4.CH2COOHCH2COOHOO+2H2

18、NNHCNH2O65第二节第二节 取代羧酸取代羧酸RCH(CH2)nCOOHZn=0,1,2.Z:X 卤代酸OH 羟基酸NH2 氨基酸RC(CH2)nCOOHO酮酸酮酸(氧代酸、羰基酸氧代酸、羰基酸)酸性增强酸性增强66一、卤代酸一、卤代酸（一）化学性质（一）化学性质1 1、-卤代酸卤代酸-取代产物取代产物-羟基酸羟基酸CH3CHCOOHBr(1)NaOH(2)H+CH3CHCOOHOHNa2CO3CH3CHCOONaBr(1)NaCN(2)H+CH3CHCOOHCNNH3CH3CHCOOH+NH3Br-OH-CH3CHCOOHNH22 2、b b-卤代酸卤代酸-生成生成,-不饱和酸不饱和酸-

19、共轭体系共轭体系3 3、或或-卤代酸卤代酸-生成五元或六元环内酯生成五元或六元环内酯 CH3CHCH2COOHBrH+NaOHCHCOOHCH3CHH2OClCH2CH2CH2COOHNa2CO3H2OOOu u丁内酯丁内酯ClCH2CH2CH2CH2COOHNa2CO3H2OOOd d戊内酯戊内酯68（二）制备（二）制备+RCH CHCOOHHXRCHCH2COOHXRCHCOOHClRCHCOOHHa+Cl2P(少量)69二、羟基酸二、羟基酸（一）化学特性（一）化学特性 -受热后的反应受热后的反应 1 1、-羟基酸羟基酸-生成交酯生成交酯 OOOORR+2H2ORCHCO HOOHCHRH

20、 OCOHO交酯交酯702 2、b b-羟基酸羟基酸-生成生成,-不饱和酸不饱和酸 RCHCH2COOHOHRCHCHCOOH+H2O-共轭体系共轭体系3 3、或或羟基酸羟基酸-生成五元或六元生成五元或六元 环内酯环内酯 RCHCH2CH2CH2COOHOHOOR d d u u b b a aa ab bu ud d71（二）制备（二）制备 1、水解法、水解法-制备制备-羟基酸羟基酸 CHH3O+COOHCNCHNaCNNaHSO3OHOHCHO722、雷福尔马茨基、雷福尔马茨基 （Reformatsky）反应）反应 H(R)CRH3O+醚乙+Zn/OHROC(R)HBrCH2COORCH2

21、COOR-羟基酸酯羟基酸酯 反应条件反应条件:醛（酮）醛（酮）,-卤代酸酯卤代酸酯/Zn粉粉产物产物:-羟基酸酯羟基酸酯 73反应机理反应机理:Zn+醚乙BrCH2COORBrZnCH2COORd d+d d-d d+d d-RCO+BrZnCH2COOR(R)HRCOZnBr(R)HCH2COORRCOH(R)HCH2COORH3O+74O +BrCH2COOC2H5ZnC6H6OZnBrCH2COOC2H5H2OOHCH2COOC2H5b b75COOCH3H3CCH2COOCH3OHa ab b有机锌化合物活性较格氏试剂活性低，有机锌化合物活性较格氏试剂活性低，不与酯反应：不与酯反应：H

22、3O+OCOOCH3H3C+BrCH2COOCH31)Zn/乙醚76三、酚酸三、酚酸COOHOH邻羟基苯甲酸邻羟基苯甲酸(水杨酸水杨酸)反应：反应：乙酰水杨酸乙酰水杨酸（阿司匹林（阿司匹林,Aspirin）COOHOH(CH3CO)2OH2SO4,70-75COOHOCCH3OPKa=2.98PKa=3.4977制备：制备：柯尔柏一施密特柯尔柏一施密特（Kolbe-R.Schmitt）反应：）反应：ONa+CO2125-1500.5MPaOHCOONaH+OHCOOH78四、酮酸四、酮酸脱羧反应：脱羧反应：b b羰基酸易脱羧羰基酸易脱羧 CH3CCCOOHOCH3CH3OCOOHC2H5CH3

23、CCHCH3OCH3+CO2OHC2H5+CO2五、氨基酸五、氨基酸、多肽、蛋白质、多肽、蛋白质（一）（一）氨基酸氨基酸 1 1、结构、分类、命名结构、分类、命名 组成蛋白质的几乎都是组成蛋白质的几乎都是-氨基酸：氨基酸：-氨基酸氨基酸 RCHCOOHNH2CH2COOHNH2甘氨酸甘氨酸（Gly）CHCOOHNH2CH3丙氨酸丙氨酸（Ala）CHCOOHNH2CH2HOOC天冬氨酸天冬氨酸（Asp）CHCOOHNH2CH2CH2HOOC谷氨酸谷氨酸（Glu）CHCOOHNH2(CH2)4H2N*赖氨酸赖氨酸（Lys）必需氨基酸必需氨基酸：不能由人体从其它物质合成，而必需从：不能由人体从其它物

24、质合成，而必需从饮食中获得，这些氨基酸称为饮食中获得，这些氨基酸称为必需氨基酸必需氨基酸 根据分子中氨基和羧基的数目分：根据分子中氨基和羧基的数目分：中性氨基酸中性氨基酸：氨基和羧基：氨基和羧基数目相同数目相同 如如甘氨酸甘氨酸 碱性氨基酸碱性氨基酸：氨基数目大于羧基数目：氨基数目大于羧基数目 如如赖氨酸赖氨酸酸性氨基酸酸性氨基酸：羧基数目大于氨基数目：羧基数目大于氨基数目 如如谷氨酸谷氨酸 CH2COOHNH2CHCOOHNH2CH2CH2HOOCCHCOOHNH2(CH2)4H2N氨基酸氨基酸-碳碳原子构型的标定原子构型的标定 采用采用D/L标记法标记法HOHCHOCH2OHHCHOCH2

25、OHOHL-甘油醛甘油醛 D-甘油醛甘油醛 D型：羟基在右侧；型：羟基在右侧；L型：羟基在左侧型：羟基在左侧84(S)L 丙氨酸丙氨酸氨基酸侧链若含手性碳原子，其构型按氨基酸侧链若含手性碳原子，其构型按R/S标记法标定标记法标定 H2NHCOOHCH385氨基酸既含有碱性基团又含有酸性基团，具有氨基酸既含有碱性基团又含有酸性基团，具有两性，与强酸、强碱都能成盐两性，与强酸、强碱都能成盐RCHCOOHNH2RCHCOOHNH3+HClRCHCOONaNH2NaOHCl-+H2O2.偶极离子偶极离子86RCHCOO-NH3+内盐内盐（Zwitterion）也称：偶极离子也称：偶极离子 内盐的性质：

26、内盐的性质：熔点高，难溶于非极性溶剂熔点高，难溶于非极性溶剂氨基酸分子中的氨基和羧基也可相互作用成盐：氨基酸分子中的氨基和羧基也可相互作用成盐：87在水溶液中，氨基酸的两性离子存在下列平衡：在水溶液中，氨基酸的两性离子存在下列平衡：RCHCOO-NH2RCHCOO-NH3+RCHCOOHNH3+H+OH-H+OH-3 3、等电点、等电点(PI)(PI)水溶度最小水溶度最小阴离子阴离子等电点等电点(PI)(PI)：在溶液中偶极离子浓度最大时：在溶液中偶极离子浓度最大时溶液的溶液的 pHpH值值称为该氨基酸的等电点称为该氨基酸的等电点阳离子阳离子偶极离子偶极离子CH3CHCOO-NH2CH3CHC

27、OO-NH3+CH3CHCOOHNH3+OH-+H3O+H2OH2O（数目多）（数目多）不同种类不同种类氨基酸的等电点：氨基酸的等电点：中性氨基酸中性氨基酸：PI PI 5.5-6.35.5-6.3（偏酸）（偏酸）酸性氨基酸酸性氨基酸：PI PI 2.8-3.22.8-3.2碱性氨基酸碱性氨基酸：PI PI 7.6-10.67.6-10.6应用：应用：利用氨基酸在等电点时水溶度最小的性质，通过利用氨基酸在等电点时水溶度最小的性质，通过 调节溶液的酸碱度，可调节溶液的酸碱度，可分离和纯化氨基酸分离和纯化氨基酸。90 4、氨基酸的化学反应、氨基酸的化学反应 -氨基酸受热后的变化氨基酸受热后的变化a

28、.a.a a-氨基酸分子间脱水得氨基酸分子间脱水得交酰胺交酰胺(二酮吡嗪类二酮吡嗪类)RCHCOOHNH2NNOORR+2H2OHH2b.b.b b-氨基酸氨基酸得得a a，b b-不饱和羧酸不饱和羧酸c.c.u,du,d-氨基酸氨基酸得内酰胺得内酰胺RCHCH2COOHNH2RCHCHCOOH+NH3HCH2CH2CH2COOHNH2NO+H2O5 5、与茚三酮的显色反应、与茚三酮的显色反应-氨基酸氨基酸 水合茚三酮水合茚三酮 蓝紫色蓝紫色用途：检验用途：检验-氨基酸的灵敏方法氨基酸的灵敏方法（二）多肽和蛋白质（二）多肽和蛋白质肽（肽（peptides）:由氨基酸相互由氨基酸相互脱水脱水形成

29、的形成的聚酰胺聚酰胺 肽键：肽分子中的酰胺键肽键：肽分子中的酰胺键H2NCHCOOHRH2NCHCOOHR+-H2OH2NCHCORNHCHCOOHR肽键肽键二肽二肽二肽：含有二肽：含有两个两个氨基酸单体氨基酸单体三肽：含有三肽：含有三个三个氨基酸单体氨基酸单体寡肽：寡肽：1010个以内个以内氨基酸相连而成的肽氨基酸相连而成的肽 多肽：多肽：更多氨基酸构成的肽，分子量在更多氨基酸构成的肽，分子量在一万一万以下以下 蛋白质：分子量更高，与多肽并无明显界限蛋白质：分子量更高，与多肽并无明显界限95肽的命名：称肽的命名：称“某氨酰某氨基酸某氨酰某氨基酸”CH3CHCONHCHCONHCHCOOHNH2CH2C6H5丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸丙氨酰甘氨酰苯丙氨酸(丙丙.甘甘.苯丙苯丙)（Ala-Gly-Phe）96作业作业:课本课本:练习题练习题:12.1 12.2 12.3 12.4习题习题:1.2.3.4.7.8.9.学习指导学习指导:1.3.4.5.6.9.10.11.97End of Chapter 12