制作:邓光耀 霍伟波
DESCRIPTION
羧酸. 制作:邓光耀 霍伟波. 目录. 1 :羧酸的简介 2 :羧酸的结构、分类和命名 3 : 羧酸的物理性质 4: 羧酸的化学性质 5 :羧酸的各种反应 6 :羧酸的来源和制备 7 :羧酸的应用(乙酸). 羧酸的简介. 什么是羧酸? 羧酸可以看成是是烃分子中的氢原子被羧基取代的产物。 R 可以是氢、链烃基、环烃基和芳烃基。 官能团羧基,是由一个羰基和一个羟基组成。. 羧酸的通式为 RCOOH ,官能团是羧基。. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
羧酸
制作:邓光耀 霍伟波
1:羧酸的简介2:羧酸的结构、分类和命名3
:羧酸的物理性质4:
羧酸的化学性质5:羧酸的各种反应6:羧酸的来源和制备7:羧酸的应用(乙酸)
目录
羧酸的简介
什么是羧酸?
羧酸可以看成是是烃分子中的氢原子被羧基取代的产物。
R 可以是氢、链烃基、环烃基和芳烃基。官能团羧基,是由一个羰基和一个羟基组
成。
羧酸的通式为 RCOOH ,官能团是羧基。
• 羧酸是许多有机物氧化的最后产物,它在自然界普遍存在(以酯的形式),在工业、农业、医药和人们的日常生活中有着广泛的应用。
羧酸的结构、分类和命名 羧酸的分子中都含有羧基官能团 -COOH
羧基碳杂化态: sp2 (键角约为 120 o ) 羟基氧与羰基形成 p- 共轭体系(故显酸性)
羧酸的分类• 按羧基数目可分为: 一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸按烃基的种类可分为: a .脂肪族羧酸:饱和羧酸、不饱和羧酸 b. 脂环族羧酸
分类举例
羧酸的命名• ① 按俗名或来源命名。 HCOOH 蚁酸 CH3COOH 醋酸 PhCOOH 安息香酸 CH3 ( CH2 ) 10COOH 肉豆蔻酸 CH3CH=CHCOOH 巴豆酸 PhCH=CHCOOH 月桂酸
• ② 系统命名 a .含羧基的最长碳链。 b .编号。从羧基 C 原子开始编号。(用阿
拉伯数字或希腊字母。) c. 如有不饱和键角要标明烯(或炔)键的
位次。并主链包括双键和叁键。 d. 脂环族羧酸。简单的在脂环烃后加羧酸二
字,复杂的环可作为取代基。 e. 芳香酸可作脂肪酸的芳基取代物命名。 f. 多元羧酸:选择含两个羧基的碳链为主链,
按 C 原子数目称为某二酸。
• 举例
COOH CH2CH2CH2COOH
»· ÒÑ»ù¼×Ëá 4¡ª »· ÒÑ»ù¶¡ Ëá
CH3£¨ CH2£©7CH=CH£¨ CH2£©7COOH 9¡ª Ê®°Ë̼ϩ¡ª Ëᣨ Ë׳ÆÓÍËᣩ
COOH CH2CH2CH2COOH
4¡ª ±½»ù¶¡ Ëá±½¼×Ëá
羧酸的物理性质
R CO
O H
HOHH
OH
R CO
O HC
O
OHR
羧酸是极性分子,能与水形成氢键,故低级一元酸可与水互溶,但随 M↑ ,在水中的溶解度↓,从正戊酸开始在水中的溶解度只有 3.7 % ,> C10 的羧酸不溶于水。
各碳原子数下的物态 低级脂肪酸是液体 (< C4) ,可溶于水,具
刺鼻的气味 . 中级脂肪酸也是液体 (C4 ~ C8) ,部分溶
于水,具有难闻的气味 . 高级脂肪酸是蜡状固体 (> C8) ,无味,在
水中溶解度不大 . 液态脂肪酸以二聚体形式存在 , 所以羧酸
的沸点比分子量相当 的烷烃、醇、醛高 . 所有的二元酸都是结晶化合物 .
沸点和熔点
b.p : 羧酸 > M 相同的醇。
m.P : 随 M↑ 呈锯齿形上升。偶数碳原子羧酸的 m.p >相邻两个同系物的 m.p 。
羧酸的光谱性质 IR :反映出 -C=O 和 -OH 的两个官能团
COH
O C OOH
ÔÚ
¶þ¾ÛÌå
ÓÎÀë
1700~1725 cm-1
2500~3000
3100~3650
cm-1
cm-1
正葵酸的红外光谱图
• 1HNMR : -COO-H δ= 10.5 ~ 12
异丁酸的质子核磁共振谱
羧酸的化学性质• 羧酸是由羟基和羰基组成的,羧基是羧酸的官能团,因
此要讨论羧酸的性质,必须先剖析羧基的结构。
COH
O ÐÎʽÉÏ¿´ ôÈ»ùÊÇÓÉÒ»̧ö ºÍ Ò»̧ö ×é³É
ʵÖÊÉϲ¢ ·ÇÁ½Õߵļòµ¥×éºÏ
OHCO
C OH C
OH
O
C OH
ȩͪ ÖÐ
´¼ÖÐ
¼ü³¤
¼ü³¤ £¨ ¼×Ëᣩ µç×ÓÑÜÉäʵÑéÖ¤Ã÷
0.122nm
0.143nm
0.1245nm
0.1312nm
• 故羧基的结构为一 P-π 共轭体系。 R C
O-H
O
R CO
O
Hsp2ÔÓ»¯¹² éî Ìå ϵP-¦Ð
当羧基电离成负离子后,氧原子上带一个负电荷,更有利于共轭,故羧酸易离解成负离子。
R CO
OHR C
O
OR C
O
O
H CO
OHH C
O
OH C
O
O
0.127nm
0.127nm
• 由于共轭作用,使得羧基不是羰基和羟基的简单加合,所以羧基中既不存在典型的羰基,也不存在着典型的羟基,而是两者互相影响的统一体。
• 羧酸的性质可从结构上预测,有以下几类:
R C CO
OH
H
H
ôÇ»ù±»È¡´ú µÄ·´ Ó¦µÄ·´ Ó¦
ÍÑôÈ·´ Ó¦
¦Á H
ôÇ»ù¶Ï ÁѳÊËáÐÔ
羧酸的各种反应(一)、酸性与成盐反应(二)、羧酸衍生物的生成(三)、脱羧反应(四)、a-H的卤代反应(五)、羧酸的还原反应
由于羧基中的氢很容易离解,所以羧酸具有酸性,且酸性的强弱受到取代基的影响
( 1 )吸电子基团使酸性增强,斥电子基团使酸性减弱。
(一)、酸性与成盐反应
COOHCOOHCH3COOHO2N
PKa 4.39 4.17 3.43
ÔöÇ¿
HCOOH CH3COOH (CH3)2CHCOOH (CH3)3CCOOH
CH3 COOH CH2 COOH
Cl
CH
COOH
Cl
Cl C COOH
Cl
Cl
Cl
PKa 3.75 4.75 4.86 5.05
¼õÈõ
PKa 4.75 2.86 1.36 0.63
ÔöÇ¿
CH3 CH2
CH
COOH
Cl
CH3 CH
CH2
COOH
Cl
CH2
CH2
CH2
COOH
Cl
PKa 2.86 4.41 4.70
¼õÈõ
( 2 )当吸电子基团或斥电子基团离羧基的距离越大,其影响越小:
( 3 )多元酸酸性大于相应的一元羧酸:
CH3 COOHCOOH
COOH
PKa 4.751.27
羧酸一般能与强碱、碳酸盐、金属氧化物等反应生成盐:
COOH
NaOH
COONa
OH2
HAC NaHCO3NaAC CO2 OH2
HAC CaO Ca(AC)2OH2
+ +
+ + +
2 + +
(二)、羧酸衍生物的生成(羧基中 羟基的反应)
酯化反应历程 1° 、 2° 醇为酰氧断裂历程, 3° 醇(叔醇)为烷氧断裂历程。
R C
O
OH R C
O
OR'
CH3 C
O
OH CH3 C
O
OCH2CH3
R'OH OH2
CH3CH2OHH2SO4
OH2
+
+
+´ß»¯¼Á
+£¨Å¨£©
羧酸与卤化试剂反应生成相应的酰卤:
R C
O
OH PCl3 R C
O
Cl H3PO3
CH3 C
O
OH PCl3 CH3 C
O
Cl H3PO3
+3 3 +
+3 3 + 羧酸和氨反应生成酰胺:
R C
O
OH R C
O
NH2OH2NH3 R C
O
ONH4
CH3 C
O
OH CH3 C
O
NH2OH2NH3 CH3 C
O
ONH4
+ +
+ +
(三)、脱羧反应
• 在特定的条件下,羧酸分子中脱去羧基放出二氧化碳的反应称为脱羧反应。
• 饱和一元羧酸与碱石灰( NaOH-CaO )共熔,可脱羧生成少一个碳原子的烷烃:
R-COONa NaOHCaO
R-H Na2CO3+ +¹²ÈÛ
• 一般来说,羧酸是一类较稳定的化合物,不容易进行脱羧反应,但某些特殊结构脱羧较容易。
• 当羧酸的 α- 碳上连有吸电子基团时,脱羧反应较容易进行:
CH3 C CH2
COOH
O
CH3 C CH3
O
CO2
Cl3CCOOH CHCl3 CO2
+
+500C
有些二元羧酸在加热下也能发生脱羧反应:COOH
COOHHCOOH CO2
CH2COOHCOOH CH3COOH CO2
+
+
在酶的作用下也可以进行脱羧:
CH4 CO2CH3COOH +
ÍÑËáø
(四)、 a-H 的卤代反应
• 羧酸分子中的 α- 氢在羧基的影响下,比烃基中的其他氢原子活泼,能够被卤原子取代:
CH3CH2COOHP
Cl2 CH3 CH
COOH
Cl
ClH+ +
• 但羧酸中的 α- 氢原子的活泼性比醛、酮的 α- 氢原子的活泼性较差,要在催化剂红磷、硫或碘的存在下,羧酸的 α- 氢原子才能被氯或溴逐步取代:
CH3COOHP
Cl2 CH2
COOH
Cl
P
Cl2CH COOH
Cl
ClP
Cl2C COOH
Cl
Cl
Cl+
我们可以控制反应条件得到一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸。氯乙酸为一种重要的工业原料。
(五)、羧酸的还原反应
• 羧酸分子中的羰基很难发生亲核加成反应,但用强还原剂氢化铝锂可将其还原成伯醇:
R-COOHLiAlH4
R-CH2OH
CH3CH2COOH
LiAlH4
CH3CH2CH2OH
羧酸的来源和制备• 来源: 羧酸广泛存在与自然界,常见的羧酸几乎都有俗名。自然界的羧酸大都以酯的形式存在于油、脂、蜡中。油、脂、蜡水解后可以得到多种羧酸的混合物。
制法:一、氧化法 醛、伯醇的氧化 烯烃的氧化(适用于对称烯烃和末端烯烃) 芳烃的氧化(有 α-H 芳烃氧化为苯甲酸) 碘仿反应制酸(用于制备特定结构的羧酸)
• 二、羧化法 1 :格式试剂合成法 格式试剂与二氧化碳加合后,酸化水解得羧酸。 1° 、 2° 、 3°RX 都可使用。
• 2 .烯烃羰基化法 烯烃在 Ni(CO)4催化剂的存在下吸收 CO 和 H2O而生成羧酸。
R MgX + CO2 RCOOMgXH
H2ORCOOH
RCH=CH2 + CO + H2ONi(CO)4 R CH CH2
C
O
H2OR CH COOH
CH3
三、水解法
RXNaCN RCN
H /H2ORCOOH
´¼
1 .睛的水解 (制备比原料多一个碳的羧酸)
2. 此法仅适用于 1°RX ( 2° 、 3°RX 与 NaCN作用易发生消除反应)。羧酸衍生物的水解油脂和羧酸衍生物得羧酸,及副产物甘油和醇。3 .通过丙二酸二乙酯合成各种羧酸。
羧酸的应用• 举例:乙酸
乙酸又称醋酸,广泛存在于自然界,它是一种有机化合物,是典型的脂肪酸。被公认为食醋内酸味及刺激性气味的来源。在家庭中,乙酸稀溶液常被用作除垢剂。食品工业方面,在食品添加剂列表 E260 中,乙酸是规定的一种酸度调节剂。
乙酸的分子结构
• 醋酸是最重要的有机酸之一 . 主要用于醋酸乙烯、醋酐、醋酸纤维、醋酸酯和金属醋酸盐等 , 也用作农药、医药和染料等工业的溶剂和原料 , 在照相药品制造、织物印染和橡胶工业中都有广泛用途 . 冰醋酸是重要的有机化工原料之一,它在有机化学工业中处于重要地位 . 醋酸广泛用于合成纤维、涂料、医药、农药、食品添加剂、染织等工业,是国民经济的一个重要组成部分 。
醋的食品应用
醋酸胶布
谢谢