醫(yī)學有機化學--第八章羧酸與其衍生物

1、第八章第八章 羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物 （Carboxylic acid and carboxylic acid derivatives ）分子中含有分子中含有羧基（羧基（COOH）的有機物稱為的有機物稱為羧酸羧酸。 羧酸分子中羧基上的羥基被取代后的產(chǎn)物稱為羧酸分子中羧基上的羥基被取代后的產(chǎn)物稱為羧羧酸衍生物。酸衍生物。第一節(jié)第一節(jié) 羧羧 酸酸 一、羧酸的結構、分類和命名一、羧酸的結構、分類和命名( (一一) )羧酸結構羧酸結構p-p-共軛共軛RCOOHRCOO H:（二）分類（二）分類除甲酸外，羧酸是由烴基和羧基兩部分構成。除甲酸外，羧酸是由烴基和羧基兩部分構成。1 1、根據(jù)烴基、根據(jù)烴

2、基R的不同分為的不同分為脂肪酸脂肪酸芳香酸芳香酸2 2、根據(jù)烴基是否飽和分為、根據(jù)烴基是否飽和分為 飽和酸飽和酸 不飽和酸不飽和酸 3 3、根據(jù)羧基的數(shù)目分為、根據(jù)羧基的數(shù)目分為一元酸一元酸多元酸多元酸（三）命名（三）命名羧酸的名稱常用俗名，一些俗名常由其來源而得，如：羧酸的名稱常用俗名，一些俗名常由其來源而得，如：蟻酸（甲酸）、醋酸（乙酸）。許多羧酸的俗名在實蟻酸（甲酸）、醋酸（乙酸）。許多羧酸的俗名在實際生活和工作中用的很普遍。際生活和工作中用的很普遍。軟脂酸（十六酸）軟脂酸（十六酸） 硬脂酸（十八酸）硬脂酸（十八酸） 安息香酸（苯甲酸）安息香酸（苯甲酸） 草酸（乙二酸）草酸（乙二酸）琥珀

3、酸（丁二酸）琥珀酸（丁二酸） 肉桂酸（肉桂酸（ 3-3-苯基丙烯酸）苯基丙烯酸）羧酸的系統(tǒng)命名與醛基本相同。羧酸的系統(tǒng)命名與醛基本相同。CH3CHCH2COOHCH33甲基丁酸甲基丁酸(甲基丁酸甲基丁酸) CH3CH2CHCH2COOHCH3 -甲基戊酸甲基戊酸1.飽和脂肪酸的命名飽和脂肪酸的命名選擇含有羧基的最長碳鏈為主鏈，從羧基開始編號選擇含有羧基的最長碳鏈為主鏈，從羧基開始編號3甲基戊酸甲基戊酸CCHOOCCOOHHH順丁烯二酸順丁烯二酸ClCH2- -CH= =CCH2CH2COOHCH2CH3CCHOOCHHCOOH反反-丁烯二酸丁烯二酸4-乙基乙基-6-氯氯-4-己烯酸己烯酸2.不

4、飽和脂肪酸不飽和脂肪酸選擇含有羧基和雙鍵的最長碳鏈選擇含有羧基和雙鍵的最長碳鏈,從羧基從羧基開始編號，并注明雙鍵的位置開始編號，并注明雙鍵的位置CH3CHCOOH2-2-苯基丙酸苯基丙酸COOH 環(huán)戊基甲酸環(huán)戊基甲酸CH2CH2CH2COOH - -環(huán)己基丁酸環(huán)己基丁酸3.含有脂環(huán)和芳環(huán)的羧酸含有脂環(huán)和芳環(huán)的羧酸把脂環(huán)和芳環(huán)作為取代基把脂環(huán)和芳環(huán)作為取代基4.二元羧酸二元羧酸選擇含兩個羧基的最長碳鏈為主鏈，稱為選擇含兩個羧基的最長碳鏈為主鏈，稱為“某二酸某二酸”HOOCCHCH2CH2COOHCH3COOHCOOHCHCH2CH2CH32-甲基戊二酸甲基戊二酸正丙基丙二酸正丙基丙二酸1. 1.

5、 格氏試劑法格氏試劑法2.2.水解法水解法RXRCNRCOOH KCNCH3CH2OHH2O/H+RMgBrRCOOHH2O/H+CO2低溫RCOOMgBrBrCOOHMgBrMg/乙醚H2O/H+CO2低溫COOMgBr二、羧酸的制備二、羧酸的制備羧酸的官能團是羧酸的官能團是COO H，由，由 C=OC=O和和 O-H O-H 直直接相連而成。接相連而成。斷斷O-H鍵鍵酸的酸的 離解作用離解作用羰基羰基生成生成 羧酸衍生物羧酸衍生物還原為亞甲基還原為亞甲基斷斷C-C鍵鍵 脫羧，失去脫羧，失去CO2氫氫鹵代鹵代羧酸的化學性質(zhì)羧酸的化學性質(zhì)四、羧酸的化學性質(zhì)四、羧酸的化學性質(zhì)斷斷C-O鍵鍵( (

6、一一) ) 羧酸的酸性與成鹽羧酸的酸性與成鹽 1 1、酸性、酸性-RCOO當羧基離解為負離子后，當羧基離解為負離子后，X射線衍射證明，甲酸根負射線衍射證明，甲酸根負離子的兩個離子的兩個CO鍵鍵長都是鍵鍵長都是127pm。負電荷完全均等地分布在負電荷完全均等地分布在OCO鏈上，即兩個鏈上，即兩個CO鍵鍵長完全平均化。鍵鍵長完全平均化。常見的一元羧酸常見的一元羧酸 pKa 為為35，因此它們是弱酸，因此它們是弱酸，但比但比碳酸碳酸（pKa為為6.5）酸性強酸性強。利用這一性質(zhì)可用溶解度實驗將不溶于水的利用這一性質(zhì)可用溶解度實驗將不溶于水的羧酸、酚類和醇類區(qū)別開來：羧酸、酚類和醇類區(qū)別開來：例例1

7、下列化合物的酸性由強到弱的順序是下列化合物的酸性由強到弱的順序是A 乙酸乙酸 碳酸碳酸 乙醇乙醇 苯酚苯酚 B乙酸乙酸 苯酚苯酚 碳酸碳酸 乙醇乙醇C碳酸碳酸 乙酸乙酸 苯酚苯酚 乙醇乙醇 D乙酸乙酸 碳酸碳酸 苯酚苯酚 乙醇乙醇羧酸酚醇NaOH 溶液溶解溶解（）NaHCO3 溶液（）影響羧酸酸性的因素：影響羧酸酸性的因素：(1)電子效應電子效應就電子效應來講，凡能使羧基電子云密度降低的吸電子就電子效應來講，凡能使羧基電子云密度降低的吸電子基團，將使羧酸酸性增強，如硝基、鹵素碳碳雙鍵和三基團，將使羧酸酸性增強，如硝基、鹵素碳碳雙鍵和三鍵等；反之斥電子基團，使酸性減弱如烷基。鍵等；反之斥電子基團

8、，使酸性減弱如烷基。RCOORCOO穩(wěn)定性穩(wěn)定性取代基對酸性強弱的影響不但與取代基的性質(zhì)有關，取代基對酸性強弱的影響不但與取代基的性質(zhì)有關，還與其數(shù)目以及和羧基的相對位置有關。以吸電子基還與其數(shù)目以及和羧基的相對位置有關。以吸電子基團鹵素為例說明酸性強弱順序如下：團鹵素為例說明酸性強弱順序如下：FCH2COOHClCH2COOHBrCH2COOHICH2COOHpKa2.672.872.903.16同位置取代，吸電子基的電負性愈強，羧酸的酸性愈強。同位置取代，吸電子基的電負性愈強，羧酸的酸性愈強。CH3COOHClCH2COOHCl2CHCOOHCl3CCOOHpKa4.762.871.360

9、.63不同位置同基團取代，吸電子基離羧基愈近，羧酸的酸性強。不同位置同基團取代，吸電子基離羧基愈近，羧酸的酸性強。羧酸分子中烴基氫原子被斥電子基取代后，由于斥電子羧酸分子中烴基氫原子被斥電子基取代后，由于斥電子基的基的+ +I效應，使羧酸根負電荷增加，因此負離子穩(wěn)定性效應，使羧酸根負電荷增加，因此負離子穩(wěn)定性降低，所以羧酸酸性隨烴基碳原子數(shù)和斥電子基個數(shù)增降低，所以羧酸酸性隨烴基碳原子數(shù)和斥電子基個數(shù)增加而酸性減弱。例如：加而酸性減弱。例如： 4.87 5.05HCOOHCH3COOHCH3CH2COOH(CH3)2CHCOOH(CH3)3CCOOHPka 3.77 4.76 4.86二元羧酸

10、二元羧酸二元羧酸的酸性大于相應一元羧酸二元羧酸的酸性大于相應一元羧酸, 兩個羧基之間的距兩個羧基之間的距離越大其酸性越弱。離越大其酸性越弱。 二元羧酸的酸性與兩個羧基的相對距離和在空間的位置二元羧酸的酸性與兩個羧基的相對距離和在空間的位置有關。如：有關。如：草酸丙二酸丁二酸草酸丙二酸丁二酸CCCCHHOHOOOH苯甲酸的酸性比甲酸弱，比其他脂肪族一元強。苯甲酸的酸性比甲酸弱，比其他脂肪族一元強。 原因原因：由于苯環(huán)大：由于苯環(huán)大 鍵與羧基形成共軛體系，電子云稍向羧基鍵與羧基形成共軛體系，電子云稍向羧基偏移，不利于偏移，不利于H解離，酸性較甲酸弱。解離，酸性較甲酸弱。 2.羧酸的成鹽反應羧酸的成

11、鹽反應羧酸能與羧酸能與Na2CO3、NaHCO3和和NaOH等物質(zhì)反應生成等物質(zhì)反應生成易溶于水的鹽。易溶于水的鹽。COOHNaHCO3COONaCO2H2O例如：例如： 羧酸的鈉、鉀和銨鹽一般都溶于水，在制藥工羧酸的鈉、鉀和銨鹽一般都溶于水，在制藥工業(yè)中常利用此性質(zhì)，將不溶于水的藥物變成水溶性的業(yè)中常利用此性質(zhì)，將不溶于水的藥物變成水溶性的鹽，以便配制水劑或注射液。例如常用的抗生素青霉鹽，以便配制水劑或注射液。例如常用的抗生素青霉素素G就是制成其鈉鹽或鉀鹽。就是制成其鈉鹽或鉀鹽。HNONSOO-OHNa青霉素的分子式青霉素的分子式（二）羧酸衍生物的生成（二）羧酸衍生物的生成羧基上的羥基被其他

12、原子或基團取代后產(chǎn)生的化合物羧基上的羥基被其他原子或基團取代后產(chǎn)生的化合物稱為羧酸衍生物。稱為羧酸衍生物。RCOX酰鹵酰鹵RCOOCRO酸酐酸酐RCOOR酯酯RCONH2(R)酰胺酰胺1.酰鹵的生成酰鹵的生成 羧酸與羧酸與PX3、PX5（X=Cl、Br ）SOCl2反反應生成酰鹵。應生成酰鹵。 CH3C OHO+ PCl3CH3CClO+ H3PO3C6H5C OHOPCl5+C6H5CClO+POCl3+HClCOOHOOO+SOCl2COClOOOSO2+HCl應用：藥物合成應用：藥物合成2.酸酐的生成酸酐的生成 羧酸在脫水劑（羧酸在脫水劑（P2O5）作用下）作用下 或加熱，或加熱， 羧基

13、間失水生成酸酐。羧基間失水生成酸酐。CH3COHOHO CCH3O+P2O5CH3COOCCH3O+H2OCOOHCOOH180OOO+H2O具有具有五元環(huán)或六元環(huán)五元環(huán)或六元環(huán)的酸酐，可由二元酸加熱分子內(nèi)的酸酐，可由二元酸加熱分子內(nèi)失水而得。失水而得。羧酸與伯醇和絕大多數(shù)仲醇反應生成酯時，羧酸與伯醇和絕大多數(shù)仲醇反應生成酯時，醇脫氫，羧醇脫氫，羧酸脫羥基。酸脫羥基。 羧酸與叔醇反應生成酯時，羧酸與叔醇反應生成酯時，醇脫羥基，羧酸脫氫醇脫羥基，羧酸脫氫。R C=OOHH OR18+H+R C=OOR18+H2O+H+H2OR C=OOHHOCR318R C=O18OCR33 3、酯的生成、酯的

14、生成C6H5CH2CH2CH2COOH+ CH3CH2OHH2SO4回流C6H5CH2CH2CH2COOC2H5+H2O影響酯化反應速率的因素影響酯化反應速率的因素羧酸結構的影響：羧酸結構的影響：HCOOH CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH R3CCOOH 醇的結構的影響：醇的結構的影響：CH3OH 1 ROH2 ROH3 ROH4.4.酰胺的生成酰胺的生成RCOOHNH3RCOONH4-H2O酰胺酰胺CRONH2酰鹵、酸酐和酯進行氨解，都可以得到酰胺。酰胺酰鹵、酸酐和酯進行氨解，都可以得到酰胺。酰胺分子中含有酰胺鍵分子中含有酰胺鍵 （CONHCONH），也叫作肽鍵。），也叫

15、作肽鍵。（三）（三） 脫羧反應脫羧反應CH3COO Na+ NaOHCaOCH4 + Na2CO3CH3C=OOCH3C O=OCaCH3C=OCH3+CaCO3 羧酸或其鹽脫去羧基羧酸或其鹽脫去羧基( (失去失去COCO2 2) )的反應，稱為脫羧反的反應，稱為脫羧反應。飽和一元羧酸在加熱下較難脫羧，但低級羧酸的金屬應。飽和一元羧酸在加熱下較難脫羧，但低級羧酸的金屬鹽在堿存在下加熱則可發(fā)生脫羧反應。如：鹽在堿存在下加熱則可發(fā)生脫羧反應。如： 當當-碳原子上連有碳原子上連有NONO2 2、CNCN、COCO、ClCl等強等強吸電子基時則容易脫羧。如：吸電子基時則容易脫羧。如：Cl3CCOOHC

16、HCl3 + CO2C=OCH2COOHC=OCH3 + CO2 某些芳香族羧酸不但可以脫羧，且比飽和一元酸容易。某些芳香族羧酸不但可以脫羧，且比飽和一元酸容易。如：如：O2NNO2NO2COOHO2NNO2NO2+ CO2 脂肪族羧酸的脂肪族羧酸的- - 氫原子也可被鹵原子取代，但其反氫原子也可被鹵原子取代，但其反應活性要比醛、酮低的多，通常要在少量紅磷存在下方可應活性要比醛、酮低的多，通常要在少量紅磷存在下方可進行。進行。（四）（四） - - 氫原子的反應氫原子的反應CH3CH2COOHBr2 / PCH3CHCOOHBrBr2 / PCH3CCOOHBrBr1.1.乙二酸、丙二酸乙二酸、

17、丙二酸COOHHOOCHCOOH + CO2H2CCOOHCOOHCH3COOH+ CO2脫羧脫羧（五）二元羧酸的反應（五）二元羧酸的反應2、丁二酸、戊二酸脫羧生成、丁二酸、戊二酸脫羧生成酸酐酸酐；CH2CH2COOOHOHCCH2CH2COOCOCOOCOCOOHCOOH+H2OH2O3.己二酸、庚二酸則既脫羧又脫水生成己二酸、庚二酸則既脫羧又脫水生成環(huán)酮環(huán)酮。CH2CH2COOHCH2CH2COOHCH2CH2CH3CH2C OCH2CH2COOHCH2CH2COOHCH2CH2CH2CH2CH2CH2C O羧基上的羥基被其他原子或基團取代后產(chǎn)生的化合物羧基上的羥基被其他原子或基團取代后產(chǎn)

18、生的化合物稱為稱為羧酸衍生物羧酸衍生物。RCOX酰鹵酰鹵RCOOCRO酸酐酸酐RCOOR酯酯RCONH2(R)酰胺酰胺第二節(jié)第二節(jié) 羧酸衍生物羧酸衍生物一、結構一、結構酰基：?；合鄳嵯鄳?酰加基字酰加基字 乙?；阴；?acetyl group) 苯甲?；郊柞；?benzoyl group)(Ar)RCO(Ar)RCOCH3COPhCO1、酰鹵和酰胺：按?；?、酰鹵和酰胺：按?；鸆H3COCl(acetyl chloride)乙酰氯(benzyl bromide)苯甲酰溴CONH2(benzyl aniline)苯甲酰胺COBr二、命名二、命名(phthalimide)鄰鄰苯苯二

19、二甲甲酰酰亞亞胺胺CNHCOOCNHCOOCH3COHNCH3(N-methyl acetamide)N-甲甲基基乙乙酰酰胺胺CH3CONC2H5CH3CH3CONC2H5CH3(N-ethyl -N-methyl acetamide)N- -甲甲基基- -N- -乙乙基基乙乙酰酰胺胺2、酸酐：按其水解產(chǎn)物命名、酸酐：按其水解產(chǎn)物命名CH3COOCCH3O 乙酸酐乙酸酐(acetic anhydride)CH3COOCCH2CH3O 乙丙酸酐乙丙酸酐(acetic propanoic anhydride)COCOOCCOOO 鄰苯二甲酸酐鄰苯二甲酸酐(phthalic anhydride) 苯

20、甲酸酐苯甲酸酐(benzoic anhydride)3、酯：按水解生成的酸和醇命名，先酸后醇。、酯：按水解生成的酸和醇命名，先酸后醇。CH3COOC2H5 乙酸乙酯乙酸乙酯(ethyl acetate)C2H5OCCOOHO 乙二酸氫乙酯（酸性酯）乙二酸氫乙酯（酸性酯）(ethyl hydrogen ethanedioate)COC2H5O 苯甲酸乙酯苯甲酸乙酯(ethyl benzoate)OH3CO 3-甲基甲基-4-丁內(nèi)酯丁內(nèi)酯(3-methyl-4-butanolide)CH2OOCCH3CH2OOCCH3CH2OOCCH3CH2OOCCH3CH2OOCCH3多元醇羧酸酯多元醇羧酸酯乙

21、二醇二乙酸酯乙二醇二乙酸酯甘油三乙酸酯甘油三乙酸酯三、三、 羧酸衍生物的化學性質(zhì)羧酸衍生物的化學性質(zhì)( (一一) )、?；挠H核取代反應、酰基的親核取代反應(加成加成-消去消去)反應反應RCO=L+NuRCLONu加 成Nu：=H2O、：ROH、：NH3、：RNH2：RCLONuRCO=Nu+L消 除L=ROO、RO、X、NH2CH3COOCOCH3+ H2O2CH3COOH1 1、 水解反應水解反應+ H2OCH3COOH + HCl所有羧酸衍生物都能發(fā)生水解生成相應的所有羧酸衍生物都能發(fā)生水解生成相應的羧酸羧酸。加熱加熱CH3CClORCOOR+ H2OH+或OHRCOOH+ ROHRCO

22、NH2 H2O+OH -RCOOH+NH3CH3CClO+ (CH3)3COHEt2O胺CH3COC(CH3)3O+銨銨鹽鹽用途：用途： 酰鹵與醇很快反應生成酯，利用這個反應酰鹵與醇很快反應生成酯，利用這個反應來制備某些醇或酚不能與羧酸直接生成的酯。來制備某些醇或酚不能與羧酸直接生成的酯。2 2、醇解反應、醇解反應 羧酸衍生物與醇反應生成酯，稱為羧酸衍生物與醇反應生成酯，稱為羧酸衍生物羧酸衍生物的醇解（的醇解（alcoholysis）。）。CH3COOCOCH3HOPh+H2SO4CH3COOPh+ CH3COOH 該反應應用范圍較為廣泛，該反應應用范圍較為廣泛，酸酐可以與絕大多數(shù)酸酐可以與絕

23、大多數(shù)的醇或酚反應，生成酯和羧酸的醇或酚反應，生成酯和羧酸 酯在酸存在下發(fā)生醇解反應，生成新的酯和醇，酯在酸存在下發(fā)生醇解反應，生成新的酯和醇，所以酯的醇解所以酯的醇解又稱酯交換反應。有機合成中常用來從又稱酯交換反應。有機合成中常用來從低級醇制備高級醇。低級醇制備高級醇。RCOOR+ ROH酸酸RCOOR ROH+3、氨解反應、氨解反應 酰鹵、酸酐、酯和酰胺與氨作用生成酰胺的反應酰鹵、酸酐、酯和酰胺與氨作用生成酰胺的反應稱為氨解反應（稱為氨解反應（ammonolysis）。）。+ NH3RCNH2O HX+RCXO(RNH2、R2NH)(NHR、NR2)CH3COOCOCH3H2NPh+CH3COHN