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羧 酸 Carboxylic Acids Table of contents 一.结构特点 二.酸性及酸性的强弱与分子结构的关系 三.化学反应 四.羧酸的制备 概 论 羧酸是含有—COOH 一类官能团的化合物,在自然界中占有重要地位并广泛存在. 如醋酸CH3COOH是我们最熟知的有机酸;丁酸为酸黄油难闻气味的主要成分,山羊(goat)发出一些气味,部分是己酸(CH3(CH2)4COOH)的味道;胆酸是人胆汁的主要成分,油酸是构成动物脂肪的主要成分. 一、结构特点 由羧基结构知,它是由一个羰基和一个羟基组成,不难预料羧酸具有该两类化合物类似的性质,同时又有明显的差别。 象酮一样,羧基碳的轨道为SP2杂化,羧基上相连的三个基团(R,O,OH)都在同一平面上,C—C—O 和O—C—O之间的键角为120℃。 与醇相同,由于分子间的氢键,羧酸是高度缔合的,绝大多数羧酸通过两个氢键,形成二聚体. 分析羰基的特点,我们不难理解羰基可以发生如下反应: 二、酸性及酸性的强弱与分子结构的关系 在水溶液中,酸存在如下的电离平衡: Ka为酸的电离平衡常数,值越大,电离程度越大,酸性越强。 从路易士酸碱的概念来看,RCOO-是一种碱,又能结合水中的质子,形成RCOOH。 1.羧酸根负离子的结构 羧酸电离后,形成带一个负电荷 的羧酸根离子,负电荷将不局限于一 个氧原子上 ,而是通过共振,分布于 两个氧原子上,因而使羧酸根负离子 能够稳定存在,可用结构式代表。 这种共振结构式的存在,是羧酸具有酸性的原因。 共振结构式的存在可由甲酸负离子得到证实。 命名时,选择含羧基最长的碳链为主链,羧基所在的碳原子编号为1. 2.酸性与结构的关系 任何拉电子基团,能分散负电荷的,都使酸性增加,排电子基团,使负电荷集中,羧酸根负离子的稳定性降低,即碱性增强,酸性降低。这种影响是通过诱导效应和共振效应来完成的。 由上知,OH,CH3O,CH3在对位时,酸性降低(通过共振效应),在间位时,酸性增强,主要是诱导效应起作用,在邻位时,不管是拉,还是推电子基团,其酸性都增强,这是立体障碍的原因 三、化学反应 羧基由羰基和羟基组成,具有羰基和羟基的反应,可以总结如下: 1.生成酰氯 羧酸与SOCl2,PCl3或PCl5作用,产生-OH被氯取代的产 物,称为酰氯。 SOCl2(氯化亚砜)是常用的试剂,因为反应中的副产物为HCl和SO2,易与主产品分离,过量的SO2,易通过蒸馏方法除去(b.p. 79 0C )。 由于酰氯非常活泼,通常把羧酸转变成酰氯,并进一步制成其他化合物。 2.生成酯(Convension into esters) (1).常通过酰氯转变成酯 (2).酸直接与醇作用转变成酯 在少量酸的催化作用下,酸与醇直接作用,生成酯,通常的酸为浓H2SO4或干燥的HCl,反应是可逆的,当反应中,产物和起始原料的量达到一定浓度时,反应达到平衡. 如当1mol的醋酸和1mol的醇在少量H2SO4的催化作用 下,达到平衡时(数小时),得到2/3mol的酯和水,1/3mol 的酸和醇。在酯和H2O的混合物中,加入催化量的H2SO4,同 样可以达到平衡,得到大致相同量的酸、醇、酯、水。 为了充分利用原料,可根据化学平衡移动的原理,增加 某一易得原料的用量,或不断将反应产物从混合物中分离出 来,从而促进化学平衡不断向右移动 . Ex: 3.生成酰胺(Convension into annides) OH被NH2取代,通常用氨气与酰氯作用 可以用羧酸的铵盐加热脱水,生成酰胺,Ex 4.生成酸酐 羧酸与强脱水剂一起加热生成酐,Ex: 5.羧酸还原成醇 通常是把醇氧化成酸,因为醇一般比酸易得,但在某些特殊情况下,醇比酸更为有价值,如从脂肪水解可以直接得到长链的硬脂酸。 通常用的还原剂是LiAlH4,首先得到烷氧基铝锂,然后水解,得到醇, 由于产率极高,在实验室被广泛应用,工业上除了生产极贵的药物,激素外,一般尽量避免使用,因为LiAlH4较贵。 除了上述直接还原外,还可以把酸变成酯,再把酯进一步还原成醇(一系列方法) 6.卤化反应 在少量磷存在下,羧酸的α-H能顺利的被Cl2,Br2,所取代,生成α-卤代酸, 该反应称为Hell-volhand-Zelinsky反应 历程: 7.脱羧反应 一元羧酸加热失去羧基放出CO2,生成复杂的烃类混合 物,羧酸盐脱羧生成的产物与金属的性质及脱羧的条件有关 1)

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