大學(xué)化學(xué)有機(jī)物醫(yī)學(xué)第十一章羧酸和取代羧酸

1、大學(xué)化學(xué)有機(jī)物醫(yī)學(xué)第十一章羧酸和取代羧酸二二三一一羧酸的命名羧酸的命名和化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)羥基酸的羥基酸的命名和化命名和化學(xué)性質(zhì)學(xué)性質(zhì)酮酸的命名酮酸的命名和化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容R CH CO2HOHR C CO2HOR CH COOHNH2羥基酸羰基酸氨基酸一、羧酸的命名和化學(xué)性質(zhì)一、羧酸的命名和化學(xué)性質(zhì)官能團(tuán)官能團(tuán) COOH 羧基羧基COHORHO販販HRCO136pm123pm醇的醇的CO 鍵長鍵長143pm 羧基不是羰基和羥基的簡單加合羧基不是羰基和羥基的簡單加合！OCHHC販販HOOR 鍵長鍵長 平均化平均化 羰基的正電性羰基的正電性 降低降低, 親核加成變難親核

2、加成變難 羥基羥基 H 的酸性的酸性 增加增加 -H 的活性的活性 降低降低導(dǎo)致結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的變化:122pmCH3OH143pm136pm123pm脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂環(huán)酸脂環(huán)酸脂環(huán)酸脂環(huán)酸芳香酸芳香酸芳香酸芳香酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂環(huán)酸脂環(huán)酸脂環(huán)酸脂環(huán)酸芳香酸芳香酸芳香酸芳香酸COOH COOH R R一元酸一元酸一元酸一元酸二元酸二元酸二元酸二元酸多元酸多元酸多元酸多元酸不管所連接的是脂肪烴基(飽和或不飽和)還是芳基,取代的還是未取代的,羧基的性質(zhì)基本上是相同的。飽和一元脂肪酸的通式：飽和酸飽和酸飽和酸飽和酸不不飽飽和和酸酸不不飽飽和和酸酸命名（與醛相同）HCOOH 甲酸甲酸

3、(蟻酸蟻酸 Formic acid)CH3COOH 乙酸乙酸(醋酸醋酸 Acetic acid)HOOC-COOH 乙二酸乙二酸(草酸草酸 Oxalic acid)C6H5CH=CHCO2H 肉桂酸肉桂酸(Cinnamic acid)常見的羧酸一般用俗名：常見的羧酸一般用俗名：系統(tǒng)命名法：羧酸的系統(tǒng)命名法與醛相似。對于簡單的脂肪酸也常用 、 等希臘字母表示取代基的位次；。5 4 3 21 g g b a b a3-甲基戊酸甲基戊酸-甲基戊酸甲基戊酸4 3 2 1g b ag b a2-甲基甲基-4-溴丁酸溴丁酸-甲基甲基-溴丁酸溴丁酸CH3CH3-CH2-CH-CH2-CO2HCH3Br-CH

4、2-CH2-CH-CO2H舉例說明：舉例說明：CH2CH CHCH3COOH2-甲基甲基-3-丁烯酸丁烯酸 CO2HHO2C反反-1,4-環(huán)己烷二甲酸環(huán)己烷二甲酸3-對氯苯基丁酸對氯苯基丁酸順順-9-十八碳烯酸（油酸）十八碳烯酸（油酸）10 9(Z)-9-十八碳烯酸十八碳烯酸CCHHCH3(CH2)7(CH2)7COOH順順-丁烯二酸（馬來酸）丁烯二酸（馬來酸）反反-丁烯二酸（富馬酸）丁烯二酸（富馬酸）的不飽和酸在碳數(shù)后加“碳”字！狀態(tài)：狀態(tài)： 19個個C液體（有味道），高級液體（有味道），高級固體固體 沸點：比相對分子質(zhì)量相近的醇高得多沸點：比相對分子質(zhì)量相近的醇高得多 甲酸甲酸(Mr=46

5、) 乙醇乙醇(Mr=46) b.p.() 100.5 78.3OCOHROCOHROCOHR多聚體多聚體2. 物理性質(zhì)物理性質(zhì)HOCROCOOHR二聚體二聚體3. 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)(Ar)ROHOOC C4 . 4 . 脫脫 羧羧 反反 應(yīng)應(yīng)脫脫 羧羧 反反 應(yīng)應(yīng); ;氧氧 化化 與與 還還 原原氧氧 化化 與與 還還 原原RCO- -X X酰酰鹵鹵酰酰鹵鹵RCOOCOROCOR 酸酸酐酐酸酸酐酐RCO- -OROR酯酯酯酯RCO- -NHNH2 2酰酰胺胺酰酰胺胺 羧酸的酸性羧酸的酸性RCOOH RCOO- + H+pKa 35p-共軛降低羰基碳原子的正電共軛降低羰基碳原子的正電性，不利于親

6、核加成性，不利于親核加成有利于氫原子的離解有利于氫原子的離解酸性酸性(1) 酸性與成鹽酸性與成鹽HRR+HH+ +HHR RR R 共軛大共軛大鍵的形成使羧酸根的鍵長完全平均化鍵的形成使羧酸根的鍵長完全平均化, 增加增加了羧基負(fù)離子的穩(wěn)定性了羧基負(fù)離子的穩(wěn)定性,有助于有助于H+的離解。的離解。127pm127pm羧酸的酸性強(qiáng)弱與羧酸分子的電子效應(yīng)、立體效應(yīng)和溶劑化效應(yīng)相關(guān)。就電子效應(yīng)而言，。H OO HCGr: releasing groupGw: withdrawing groupCOG Gr rOHCOG Gw wOHCOOHRCOOH+R-吸電子和斥電子基團(tuán)對羧酸酸性的影響吸電子和斥電子

7、基團(tuán)對羧酸酸性的影響由于受兩個羰基的吸電子作用，亞甲基上的氫特別由于受兩個羰基的吸電子作用，亞甲基上的氫特別活波，和堿作用可以形成穩(wěn)定的負(fù)離子?；畈?，和堿作用可以形成穩(wěn)定的負(fù)離子。氫碳酸：烷烴可以看作一個氫碳酸，碳上的氫以正氫碳酸：烷烴可以看作一個氫碳酸，碳上的氫以正離子解離下來的能力代表了氫碳酸的酸性。離子解離下來的能力代表了氫碳酸的酸性。取代基具有吸電子共軛效應(yīng)時，酸性強(qiáng)弱順序為： 取代基具有供電子共軛效應(yīng)時，酸性強(qiáng)弱順序為： ：誘導(dǎo)、共軛、氫鍵效應(yīng)、空間效應(yīng)均要考慮：誘導(dǎo)效應(yīng)很弱、共軛效應(yīng)為主。：誘導(dǎo)效應(yīng)為主、共軛效應(yīng)很弱。 對芳香羧酸來說對芳香羧酸來說強(qiáng)強(qiáng)弱弱CH3COOH ClCH2

8、COOH Cl2CHCOOH Cl3CCOOHpKa4.76 2.87 1.36 0.63想一想想一想試比較各組羧酸酸性的強(qiáng)弱試比較各組羧酸酸性的強(qiáng)弱FCH2COOH ClCH2COOH BrCH2COOH ICH2COOH 強(qiáng)強(qiáng)弱弱pKa2.67 2.87 2.90 3.16CH3CH2CHCOOH CH3CHCH2COOH CH2CH2CH2COOHClClClpKa2.86 4.06 4.52強(qiáng)強(qiáng)弱弱CH3COOH CH3CH2COOH (CH3)2CHCOOH (CH3)3CCOOHpKa4.76 4.86 4.87 5.05強(qiáng)強(qiáng)弱弱COOHCOOHCH2CH2COOHCH2CH2CO

9、OHCH2COOHCH2COOHpKa11.46 4.17 4.33 強(qiáng)強(qiáng)弱弱HCOOH CH3COOHCOOHpKa3.77 4.20 4.76強(qiáng)強(qiáng)弱弱pKa4.35 4.20 3.42強(qiáng)強(qiáng)弱弱COOHCOOHCH3COHOOHCOOOH-+ H+鄰羥基苯甲酸酸性強(qiáng)的解釋鄰羥基苯甲酸酸性強(qiáng)的解釋pKa2.98 4.572.21 3.42多元酸的問題：鄰位效應(yīng)多元酸的問題：鄰位效應(yīng)NaHCO3（常用于分離、鑒別羧酸和苯酚）（常用于分離、鑒別羧酸和苯酚） 氨芐青霉素氨芐青霉素（氨芐西林）（氨芐西林）COONa酸性順序：羧酸酸性順序：羧酸 碳酸碳酸 苯酚苯酚 乙醇乙醇COOHOHCO2( - )成

10、鹽及其在醫(yī)藥上的應(yīng)用成鹽及其在醫(yī)藥上的應(yīng)用羧酸的堿金屬鹽水溶性增大羧酸的堿金屬鹽水溶性增大羧酸鹽與強(qiáng)的無機(jī)酸作用羧酸鹽與強(qiáng)的無機(jī)酸作用, 又又可轉(zhuǎn)化為原來的羧酸?？赊D(zhuǎn)化為原來的羧酸。 RCOOH酰氧基酰氧基酸酐酸酐OCORRCOOCOR鹵原子鹵原子X酰鹵酰鹵CXROOR烷氧基烷氧基酯酯RCOOR氨基氨基酰胺酰胺NH2RCONH2(2) 羧酸衍生物的生成羧酸衍生物的生成離去基離去基CRO?；；然兹然讈喠姿醽喠姿酭COOHRCOCl+PCl3H3PO3回流回流RCOOHPCl5RCOClPOCl3HCl+五氯化磷五氯化磷三氯氧磷三氯氧磷回流回流RCOOHRCOClSOCl2SO2HCl

11、+氯化亞砜（亞硫酰氯）氯化亞砜（亞硫酰氯）回流回流酰鹵的生成酰鹵的生成酰鹵具有高度反應(yīng)活性，廣泛應(yīng)用于藥物合成中。酰鹵具有高度反應(yīng)活性，廣泛應(yīng)用于藥物合成中。 bp. 77 RCOOHHOCORRCOOCROP2O5或強(qiáng)熱H2O+COCOO酐鍵酐鍵COOHCOOH180+ H2OCCOOO酸酐的生成酸酐的生成5、6員環(huán)的環(huán)狀酸酐易通過加熱相應(yīng)二元羧酸得到：員環(huán)的環(huán)狀酸酐易通過加熱相應(yīng)二元羧酸得到：HHCOOHCOOHOOO H2OMaleic acidMaleic andydride馬來酸馬來酸 馬來酸酐馬來酸酐 COONa請指出氨芐青霉素中的酰胺鍵請指出氨芐青霉素中的酰胺鍵想一想想一想RCO

12、OHRCOONH4RCNH2ONH3H2OCNOH酰胺鍵酰胺鍵COOHH2NCONH+ H2ON-苯基苯甲酰胺苯基苯甲酰胺酰胺的生成酰胺的生成酰胺是一類很重要的化合物酰胺是一類很重要的化合物, 很多藥物和化很多藥物和化工產(chǎn)品的分子中都含有酰胺鍵工產(chǎn)品的分子中都含有酰胺鍵 。RCOOH + HOR RCOOR + H2OCOO酯鍵酯鍵酯的生成酯的生成COOHCOOH160180HCOOH + CO2(3) 乙二酸及丙二酸的脫羧反應(yīng)乙二酸及丙二酸的脫羧反應(yīng)H+140160CH3COOH + CO2HOOCCH2COOH幾乎所有羧酸或其鹽類在強(qiáng)烈的條件下都可脫羧，若 上有強(qiáng)吸電子基，則易脫羧。 酯化

13、反應(yīng)的機(jī)理酯化反應(yīng)的機(jī)理加成消除機(jī)理碳正離子機(jī)理酰基正離子機(jī)理羧酸與一級、二級醇酯化時，基本屬于這個機(jī)制，先進(jìn)行親核加成，然后進(jìn)行消除，脫水羧酸與三級醇酯化時，由于三級醇體積大，不易加成，而是先脫水形成正離子，與羰基氧結(jié)合，完成酯化過程。特點：產(chǎn)率較低比如：2,4,6-三甲基苯甲酸，僅僅少數(shù)的酯化反應(yīng)屬于這個機(jī)理酯化：酯化：?；x子機(jī)理酰基正離子機(jī)理乙二酸&高錳酸鉀溶液CCOOOHOH乙二酸乙二酸草酸草酸取代羧酸取代羧酸鹵代酸鹵代酸羥基酸羥基酸醇酸醇酸酚酸酚酸羰基酸羰基酸醛酸醛酸酮酸酮酸氨基酸氨基酸二、羥基酸的命名和化學(xué)性質(zhì)二、羥基酸的命名和化學(xué)性質(zhì)3-羧基羧基-2-羥基戊二酸羥基戊二酸（異

14、檸檬酸（異檸檬酸 或或 異枸櫞酸）異枸櫞酸）（檸檬酸（檸檬酸 或或 枸櫞酸）枸櫞酸）jyun3-羧基羧基-3-羥基戊二酸羥基戊二酸 記！記！HOCOOHHHOHCOOH2S,3S-2,3-二羥基丁二酸二羥基丁二酸（2S,3S-酒石酸）酒石酸）1. 命名命名COOHHO3,4,5-三羥基苯甲酸三羥基苯甲酸（沒食子酸沒食子酸）順順-3-羥基環(huán)己烷甲酸羥基環(huán)己烷甲酸COOHOH水楊酸水楊酸(salicylic acid) 鄰鄰-羥基苯甲酸羥基苯甲酸 強(qiáng)強(qiáng)弱弱HOCH2COOH HOCH2CH2COOH CH3COOHpKa3.83 4.51 4.76 2. 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)(1) 醇酸的酸性醇酸的酸

15、性共性：羥基酸具有羥基和羧基的典型反應(yīng)共性：羥基酸具有羥基和羧基的典型反應(yīng)特性：根據(jù)羥基和羧基的相對位置不同而有所不同特性：根據(jù)羥基和羧基的相對位置不同而有所不同 羥基：氧化羥基：氧化, 鹵代鹵代, 脫水脫水, 成酯成酯, 等等 酚羥基：與酚羥基：與FeCl3顯色顯色, 等等 羧基：酸性，成鹽，成酯羧基：酸性，成鹽，成酯, 等等 相互影響相互影響: 受熱脫水受熱脫水, 易于氧化易于氧化, 等等HOCH2COOHOHCCOOHHOOCCOOH稀稀HNO3稀稀HNO3CH3CHCH2COOHOHCH3CCH2COOHO稀稀HNO3CH3CHCOOHOHCH3CCOOHOAg+Tollens試劑試劑

16、-羥基酸羥基酸-酮酸酮酸與稀硝酸作用與稀硝酸作用與與Tollens試劑作用試劑作用(2) 醇酸的氧化反應(yīng)醇酸的氧化反應(yīng)受羧基吸電子效應(yīng)的影響，醇酸分子中的羥受羧基吸電子效應(yīng)的影響，醇酸分子中的羥基比醇的羥基容易被氧化。一般情況下，稀基比醇的羥基容易被氧化。一般情況下，稀硝酸一般不能氧化醇，硝酸一般不能氧化醇，Tollens 試劑不與醇試劑不與醇反應(yīng)反應(yīng)-醇酸醇酸 交酯交酯- H2OCH3CH COOHOHOHCHCH3CHOOOOOOCH3H3C-2H2O-羥基丙酸羥基丙酸丙交酯丙交酯+OOOOH2O+CH2COOHOH2H+OH -或乙交酯乙交酯羥基乙酸羥基乙酸(3) 醇酸的脫水反應(yīng)醇酸的脫

17、水反應(yīng)交酯多為結(jié)晶物質(zhì)交酯多為結(jié)晶物質(zhì),在酸或堿存在下易水解成原來的醇酸。在酸或堿存在下易水解成原來的醇酸。 -醇酸醇酸 ,-不飽和酸不飽和酸- H2O -醇酸和醇酸和-醇酸醇酸 5元或元或6元環(huán)內(nèi)酯元環(huán)內(nèi)酯- H2OCH3CHCHCOOHOHHCH3CHCHCOOHH2O+-羥基丁酸羥基丁酸2-丁烯酸丁烯酸微熱微熱CH2CH2COCH2OHOHOOH2O+-羥基丁酸羥基丁酸-丁內(nèi)酯（丁內(nèi)酯（1,4-丁內(nèi)酯）丁內(nèi)酯）室溫室溫HOCH2(CH2)3COOH-羥基戊酸羥基戊酸OOH2O+-戊內(nèi)酯戊內(nèi)酯受熱易脫水常溫可自動脫水游離的-醇酸很難存在,通常以-醇酸鹽的形式保存。多發(fā)生于羥基在羧基鄰位或?qū)?/p>

18、位的酚酸多發(fā)生于羥基在羧基鄰位或?qū)ξ坏姆铀酑OOHOHOHCO2+200220OHCOOHOHHOOHOHHOCO2+200(4) 酚酸的脫羧反應(yīng)酚酸的脫羧反應(yīng)常見的?；撼Ｒ姷孽；篊H3COOHCH3CO HOOC COOHHOOC CO 乙酸乙酸乙?；阴；菟岵菟岵蒗；蒗；⊥岫⊥酘OOCCH2CCOOHOC CH2COOHCH3O-丁酮酸丁酮酸（乙酰乙酸）（乙酰乙酸）（草酰乙酸）（草酰乙酸）三、酮酸的命名和化學(xué)性質(zhì)三、酮酸的命名和化學(xué)性質(zhì)1. 命名命名強(qiáng)強(qiáng)弱弱COCOOH對苯甲酰苯甲酸對苯甲酰苯甲酸酮酸酮酸 醇酸醇酸 醇酸醇酸 羧酸羧酸CH3CCOOHOCH3CHCOOHO

19、HCH3CH2COOHHOCH2CH2COOH草酰琥珀酸草酰琥珀酸pKa2.49 3.86 4.51 4.882. 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)(1) 酸性酸性RCOCOOHRCHOCO2+稀稀H2SO4-酮酸酮酸 生成少一個碳原子的醛生成少一個碳原子的醛-酮酸酮酸 易脫羧，低溫保存易脫羧，低溫保存酮式分解酮式分解酸式分解酸式分解RCOCH2COOHRCOCH3CO2+常溫或微熱常溫或微熱(2) 脫羧反應(yīng)脫羧反應(yīng)RCOCH2COOHRCOONaCH3COONa+2NaOH想一想想一想OHCCH2CH2COOHHOOCOHOOCCCHCH2COOHOCOOHCO2脫羧酶草酰琥珀酸草酰琥珀酸CO2脫羧酶氧化酶氧化酶HOOCCH2CH2COOH琥珀酸琥珀酸HOOCCCH2CH2COOHO-酮戊二酸酮戊二酸COOHHOOCO 酮體：酮體：-羥基丁酸、羥基丁酸、-丁酮酸和丙酮丁酮酸和丙酮酮體其重要性：由于血腦屏障的存在，除葡萄糖和酮體外的物質(zhì)無法進(jìn)入腦為腦組織提供能量。饑餓時酮體可占腦能量來源的25%-75%。酮體合成酮體合成CH3COCH2COOHCH3COCH3CO2丙酮丙酮酮體酮