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羧酸的化学性质和制备

羧酸的化学性质和制备羧酸的主要化性示意图:CHα-氢的反应亲核试剂进攻发生酯化等反应(羟基取代反应)酸性一、酸性和成盐RCOOH++NaOHNaHCORCOONa H2ORCOONa CO2RCOOH+++↑H2O注1:有机酸酸性强于碳酸,故用NaHCO3可以区分有机酸与醇或酚:石碳酸水杨酸NaHCO3( )注2:羧酸酸性的影响因素(1)一元酸酸性影响因素:①连有吸电子基,酸性↑;吸电子基数目↑、与羧基间距↓,酸性↑↑;②连有给电子基,酸性↓;给电子基数目↑、与羧基间距↓,酸性↓↓;③苯甲酸的特殊性:COOH,苯基对羧基的电子效应是弱-I和+C,+C>–I,因此,苯甲酸的酸性比甲酸弱,但比一般的羧酸强(R电子效应是+I和+C):R-COOH﹤Ph-COOH﹤HCOOH例如:1、PKa 2.86 1.26 0.64ClCH2COOH Cl2CHCOOH Cl3CCOOH解释:Cl的强吸电子作用使得酸性随着同位Cl原子个数的增多而增强。

2、HCOOH CH3COOH ClCH2COOH EtCOOH PhCOOH Pka 3.77 4.74 2.86 4.88 4.20解释:Cl 的强吸电子作用使氯乙酸的酸性最强;其次为甲酸(H 对酸性无影响);甲基和乙基都是给电子基团,使酸性下降(两者作用相差不多);苯甲酸由于苯基的+C 大于-I ,使酸性弱于甲酸而大于乙酸和丙酸。

(2)取代苯甲酸的酸性影响因素:COOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHNO 2NO 2NO 2OHOHOHPka 4.202.213.493.422.984.084.57分析:①硝基是吸电子基,使硝基取代的苯甲酸酸性强于苯甲酸;间位时无共轭效应,因此间硝基苯甲酸酸性弱于邻对位;邻位诱导效应较强与对位,酸性应略强于对位,但数据显示邻位强于对位很多,原因在于邻位时硝基与羧基的空间位阻造成基团的扭转,破坏了共轭体系而削弱了苯环对羧基的给电子作用,使酸性增强,同时羧基负离子与硝基中显正电性的氮原子相互作用而稳定,使其酸性大大增强。

②羟基是给电子基,酸性应弱于苯甲酸,但只有对位符合,因为: 间位时无共轭,只有-I ,所以间位酸性反而强于苯甲酸;邻位时由于邻位基团间的空间位阻,削弱了共轭效应,使羟基的-I 效应起了主导作用,且邻位的羟基可与羧基负离子形成分子内内氢键,反而酸性大大增强。

C OOH OH-H+O COH O邻位效应——邻位基团对活性中心的影响,主要有两种:一是邻位的空间位阻使共轭减弱;二是邻位基团可起稳定化作用(如羟基与羧基负离子可形成内氢键)。

③邻位效应的影响使得邻羟基苯甲酸的酸性接近邻硝基苯甲酸,可见:邻位效应使邻位取代苯甲酸(吸电子基或给电子基,氨基/甲氧基除外)的酸性均↑↑。

COOHG2.21 2.98pka G= -NO 2 -OH(3)二元羧酸的酸性影响因素:一级电离时,要受到另一个羧基的影响,羧基是吸电子基,距离越近酸性增强越多,故二元酸中一级电离最大的是乙二酸(草酸)。

二级电离时要受到一级电离出的羧基负离子影响,后者是给电子基使酸性减弱,故二元酸的二级电离总是小于一级电离。

二、羧酸衍生物生成(-OH 取代反应)羧酸中羰基与羟基共轭,使C 上正电性下降,羰基亲核加成活性下降,反而易发生羟基的取代反应,生成一系列羧酸衍生物。

该反应由亲核试剂进攻酰基碳进行亲核加成形成四面体负离子,然后发生消除,最终羟基被亲核试剂取代。

总反应式:RCO OHNu-RCO NuRCNuO 亲核加成消除(Nu - = X, RCOO, RO, NH 2)一般都是酰氧断裂(叔醇除外):R C O OH HNu+R CONu +H 2O1、酰卤的生成(亚磷酸)RCOOH +PCl 3PCl 5SOCl 2RCOCl +H 3PO 3POCl 3SO 2HCl HCl ++↑↑↑(1)(2)(3)注:(1)共轭使反应不易进行,卤化条件 ,需要磷等参与催化(HX 不能反应); (2)根据产物物性选择相应的反应,一般常用反应(3),因其后处理便利。

2、酸酐的生成 ++ORCO CO R OH RCO HO C OR H 2OP 2O 5COOH C OCOOH C OO CH 2COOH CH 2CH 2COOHO OO-H 2O邻苯二甲酸酐(苯酐)2戊二酸酐注:两分子酸脱去一分子水即得到酸酐;分子间脱水形成链状酸酐,分子内脱水形成环酐。

3、酯的生成RCOOH HOR'+RCOOR'H 2O +注:(1)反应可逆,因此增加反应物浓度、蒸出生成物水,可使产率↑; (2)一般而言是酸脱羟基醇脱氢,但叔醇是脱羟基;H+R CO OH C +H 18OR'+OH R O +C18OR'+R COH 18OR'H +R CO 18OR'H 2+H 2O4、酰胺的生成+RCOOH +NH 3(NH 4)2CO 3RCOO -NH 42H 2O或()C 6H 5COOH +C 6H 5NH 2C 6H 5CONHC 6H 5H 2O+84%R C OH O3R C OHO ..NH3+R C OH 2O NH 2R C NH 2O H O三、羧基的还原 1、催化加氢还原法+H 2ORCOOH +H 2Cu RCH 2OH ,400℃注:(1)共轭使还原条件↑,产物为醇; (2)一般的催化加氢只还原C=C :+H 2PtCH 3CH 2CH 2COOH CH 2=CHCH 2COOH2、金属氢化物还原法CH 3CH 2CHCOOHCH 3LiAlH 4CH 3CH 2CHCH 2OHCH 3LiAlH 4CH 2=CHCH 2COOHCH 2=CHCH 2CH 2OH注:(1)可保留双键,还原产物为醇;(2)NaBH 4还原性弱,不能用来还原羧基、酯基、氰基。

3、乙硼烷还原法C 6H 5COOHC 6H 5CH 2OH HOOCCOOHHOH 2CCH 2OHB 2H 6B 2H 6注:可同时还原COOH 和C=C ,产物为醇。

四、α-H 的卤代+CH 3COOH Cl 2ClCH 2COOH P注:(1)羧酸的α-H 活性< 醛酮,使卤代条件↑,即使有3个α-H 也无卤仿反应; (2)产物为α-卤代酸,是一重要的合成中间体。

五、脱羧反应++CH 3COONa NaOH (S)CH 4Na 2CO 3热熔↑注:此为实验室制取少量甲烷的办法,实为脱羧反应。

+↑Cl 3CCOOH CHCl 3CH 3COCH 2COOH CH 3COCH 3CO2+↑CO2+↑CO 2C 6H 5C 6H 5CH=CH 2RCOOH+CO 2脱羧酶R-H ↑注:(1)甲酸以外的一元羧酸难直接脱羧; (2)α位有吸电子基、重键,易脱羧; (3)生物体内——脱羧酶作用下脱羧。

六、二元酸受热反应1、两个羧基间隔0~1个C ,脱羧→一元羧酸;2、两个羧基间隔2~3个C ,脱水→五、六元环酐;3、两个羧基间隔4~5个C ,脱羧+脱水→五、六元环酮;4、两个羧基间隔5个C 以上,分子间脱水→高分子链状酸酐。

↑CO 2+HOOC COOH HCOOH HOOC CH 2CH 3COOH ↑CO 2+OH+CH 2C O OH CH 2O C H 2OOOH+CH 2C O OH CH 2OOC O H 2OOHCH 3C H 3CO OOH+CH 2C OOH CH 2O C H 2O + CO 2CH 2CH 2OH+CH 2C OOH CH 2OC H 2O + CO 2H 2CCH 2CH 2七、羧酸的制备(详见P224~225)1、官能团转换法(1)醇、醛、芳基侧链氧化(2)烯炔氧化(3)卤仿反应、康尼扎罗反应等2、水解法(1)氰化物水解(2)油脂水解(3)羧酸衍生物水解(略,见第十章)3、有机金属化合物制备法(1)格氏试剂与二氧化碳的反应(2)烃基锂制备法4、乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯制备法(略,见第十章)。

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