有机化学-第11章 羧酸及其衍生物
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羧酸及其衍生物的化学性质:1.羧酸酸性羧酸能与金属氧化物和金属氢氧化物等反应生成盐,能与碳酸盐作用生成羧酸盐并放出二氧化碳。
羧酸的碱金属盐如钠盐、钾盐等,都能溶于水。
不溶于水的羧酸转化为盐后就可以溶于水,利用这个性质,可以将羧酸和其他不溶于水的非酸性有机物分离。
利用碳酸氢钠可以将羧酸和酚分离。
2.羧基中的羧基取代反应:羧基中的—OH可作为一个基团被酸根(R—COO—)、卤素、烷氧基(—OR)或氨基(—NH2)置换,分别生成酸酐、酰酐、酯或酰胺等羧酸的衍生物。
①酸酐的生成:羧酸在脱水剂如五氧化二磷的存在下加热,两分子羧酸间能失去一分子水而形成酸酐。
②酰卤的生成:羧酸与PX3、PX5、亚硫酰氯(SOCl2)作用生成酰卤。
③酯的生成:在强酸如浓硫酸的催化下,羧酸能和醇反应生成酯。
有机酸和醇的反应是可逆的。
④酰胺的生成:在羧酸中通入氨气或加入碳酸铵,可得到羧酸铵盐,铵盐热失水而生成酰胺。
酰胺在加热则进一步失水生成氰。
氰水解则可通过酰胺而转化成羧酸,这实际上是羧酸盐失水的逆反应。
3.羧酸的还原:羧酸很难被还原,只能用LiAlH4才能将其还原为相应的伯醇。
H2/Ni、NaBH4等都不能使羧酸还原。
4.羧酸的α-H的卤代反应:①α-H的卤代作用:羧酸的α-H可在少量红磷、硫等催化剂存在下被溴或氯取代生成卤代酸。
②芳香环的取代反应:羧基属于间位定位基,所以苯甲酸在进行苯环上的亲电取代反应时,取代基将主要进入羧基的间位。
5.二元羧酸受热反应的规律①乙二酸、丙二酸受热脱羧生成一元酸,丙二酸的脱羧反应是所有在β-位有羰基的化合,如烷丙基、酮酸等共有的反应。
②丁二酸、戊二酸受热脱水(不脱羧)生成环状酸酐。
③己二酸、庚二酸受热既脱水又脱羧生成环酮。
④两个羧基间隔来5个以上的碳原子的脂肪二元羧酸在加热的情况下,得到的产物是分子间失水而形成的酸酐。
6.羧酸的衍生物的水解四种羧酸衍生物在化学性质上的一个主要共同点是他们都能水解生成相应的酸,酰氯、酸酐容易水解,而酯、酰胺的水解需要酸或碱作催化剂,并且还要加热。
第十章羧酸及其衍生物【教学重点】羧酸及其衍生物的化学性质、丙二酸二乙酯和乙酰乙酸乙酯在合成上的应用。
【教学难点】诱导效应、酰基上的亲核取代反应机理。
【教学基本内容】羧酸的结构;羧酸的制备方法;羧酸及其衍生物的物理性质;羧酸的化学性质——羧酸的酸性及影响酸性强度的因素(诱导效应、共轭效应和场效应);羧酸衍生物的生成;羧基的还原反应;脱羧反应;α-氢原子的卤代反应。
羟基酸的制备方法(卤代酸水解、羟基腈水解、Refomatsky反应)、羟基酸的化学性质——酸性、脱水反应、α-羟基酸的分解。
羧酸衍生物的化学性质——酰基上的亲核取代反应(水解、醇解、氨解)及其反应机理;还原反应;与Grignard反应;酰胺氮原子上的反应(酰胺的酸碱性、脱水反应、Hofmann降解反应)。
乙酰乙酸乙酯的制备方法(Claisen酯缩合);乙酰乙酸乙酯的化学性质——酮式-烯醇式互变异构、酸式分解和酮式分解;乙酰乙酸乙酯在合成上的应用。
丙二酸二乙酯的制备及在合成上的应用。
Ⅰ目的要求羧酸是含有羧基(—COOH)的含氧有机化合物,我们平常所说的有机酸就是指的这类化合物。
所谓羧酸衍生物,包括的化合物种类很多,诸如羧酸盐类、酰卤类、酯类(包括内酯、交酯、聚酯等)、酸酐类、酰胺类(包括酰亚胺、内酰胺)等都是羧酸衍生物,有人甚至把腈类也包括在羧酸衍生物的范围之内。
其实,比较常见的而又比较重要的是酰卤、酸酐、酯和酰胺这四类化合物。
羧酸盐与一般无机酸盐在键价类型上没大区别,不作专门介绍。
至于腈类,将放在含氮化合物中加以介绍。
这四类化合物都是羧酸分子中,因酰基转移而产生的衍生物,所以又叫羧酸的酰基衍生物。
羧酸及其衍生物RCOL(L:-OH、-X、-OOCR′、-OR′、-NH2)在许多重要天然产物的构成以及在生物代谢过程中均占有重要地位。
本章将以饱和一元脂肪酸为重点,讨论羧酸及其衍生物的结构和性质。
鉴于乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有机合成上的重要地位,本章作概括介绍。
第十一章羧酸及其衍生物的结构与性质引言羧基()是羧酸的官能团,是由羰基和羟基组成的。
由于羰基的碳氧双键与羟基氧原子的共轭效应的作用,使羟基中氧原子电子向羰基转移,羟基的氢易离解而显酸性。
羧基中羟基也能被其它基团取代生成羧酸衍生物。
羧基是吸电子基,α-H具有活性,可以被卤代。
此外羧酸还能被还原和发生脱羧反应。
这里所讨论的羧酸衍生物主要是指羧基中羟基被取代后生成的酰卤(),酸酐(),酯(),酰胺()以及由酰胺脱水后生成的产物腈()。
在羧酸衍生物中羰基与卤素,酰胺基,烷氧基和氨基相连,由于卤素,氧原子和氮原子的负电性以及孤对电子的作用,使羰基碳上正电性不同,因此它们发生亲核反应性质也有差别。
羧酸衍生物还能发生还原反应。
11.1 羧酸的酸性羧酸是弱酸,能与强碱反应生成盐:羧酸酸性的强弱与所连的基团有关,连吸电子基团的羧酸酸性较强,而连供电子基团的酸性相对较弱。
如下列化合物酸性强弱顺序为:11.2 羧酸衍生物的生成羧基中的羟基被卤素、酰胺基、烷氧基和氨基取代形成酰卤、酸酐、酯和酰胺等羧酸衍生物。
1、酰卤的形成羧酸与SO2Cl,PCl5,PCl3等氯化剂直接反应生成酰卤:因为POCl3沸点低易除去,此法可制备高沸点的酰氯。
H3PO3沸点高,可制备低沸点的酰氯。
该法产生的SO2,HCl易除去,因此生成的酰氯纯度高,后处理容易。
2、酸酐的形成羧酸在脱水剂(如乙酰氯、乙酸酐)存在下加热,失去一分子水而生成酸酐。
二元酸可以分子内脱水生成二酸酐:3、酯化反应羧酸和醇在催化剂(H2SO4、HCl或苯磺酸等)作用下回流生成酯:酯化反应由多种机理,在大多数情况下,是羧酸中羟基与醇中羟基氢结合生成水,表观上看是一种亲核取代反应,实际上是一个亲核加成-消除反应的机理:决定反应速度的一步是亲核加成,因此羧基中碳的正电性以及羧基所连的基团大小核亲核试剂R'OH中R'体积大小都影响反应的速度,下列羧酸与甲醇酯化反应的相对速度的快慢顺序为:4、形成酰胺的反应羧酸与氨立即反应生成盐,在加热条件下,脱水生成酰胺,生成酰胺的反应是可逆的,如果把生成的水从反应体系中除去,反应可趋于完全。
《有机化学》考研2021年考点归纳与考研真题第11章羧酸衍生物11.1 考点归纳一、羧酸衍生物的结构1.酰卤羧酸分子中的羟基被卤原子取代后的生成物,通式为:2.酸酐两个羧酸分子间脱水后的生成物,通式为:羧酸还可以与另一分子无机酸脱水而成混酐。
某些二元羧酸脱水后生成环状的酸酐。
3.酯有机酸酯中的羧酸酯是羧酸和醇脱水的产物,通式为:4.酰胺羧酸分子中的羟基被氨基(-NH2)或烃氨基(-NHR,—NR2)取代后的生成物,通式为:5.结构特点(1)酰胺中的C—N键较胺中的C—N键短,主要因为:①酰胺与胺中C—N键的碳分别采用是sp2与sp3杂化轨道与氮成键,前者杂化轨道中的s成分比后者多;②羰基与氨基的氮共轭,从而使C—N键具有某些双键的性质。
(2)由于共轭作用,酯基中的C—O键也比醇中的C—O键短。
(3)酰氯中C—Cl键比氯代烷中的C—Cl键长,这是因为氯在酰氯中的吸电子诱导效应远远强于与羰基的共轭效应。
(4)这种具有相反电荷的偶极结构在羧酸衍生物中的重要性:酰胺>酯>酰氯。
二、羧酸衍生物的命名1.酰卤将相应的酰基(acyl)的名称放在前面,卤素的名称放在后面合起来命名。
英文名称是把相应羧酸的词尾“-ic acid”换成“-yl halide”。
例如:2.酰胺、酸酐酰胺的名称和酰卤相似,也可以从相应的羧酸名称导出。
英文名称是把相应羧酸的词尾“-oic acid”或俗名字尾“-ic acid”换成“amide”。
例如:3.酸酐酸酐常将相应的羧酸的名称之后加一“酐”字。
英文名称是把相应羧酸的“acid”换成“anhydride”。
例如:4.酯酸的名称在前,烃基的名称在后,再加“酯”字。
英文名称是将相应羧酸的词尾“-ic acid”换成“-ate”,并在前面加上烃基名称。
例如:三、羧酸衍生物的物理性质羧酸衍生物的分子中都含有基,因此,它们都是极性的化合物。
1.低级的酰卤和酸酐都是有刺激性臭味的无色液体,高级的为白色固体。