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生物科技行业有机化学竞赛辅导教案第章羧酸及其衍生物
有机化学竞赛辅导教案
第八章羧酸及其衍生物
第壹节羧酸
由烃基(或氢原子)和羧基相连所组成的化合物称为羧酸,其通式为RCOOH,羧基(-COOH)是羧酸的官能团。
壹、分类和命名
按羧酸分子中烃基的种类将羧酸分为脂肪族羧酸和芳香族羧酸。按羧酸分子中所含的羧基数目不同将羧酸分为壹元酸和多元酸。壹些常见的羧酸多用俗名,这是根据它们的来源命名的。如:
HCOOH蚁酸CH3COOH醋酸HOOC─COOH草酸
脂肪族羧酸的系统命名原则和醛相同,即选择含有羧基的最长的碳链作主链,从羧基中的碳原子开始给主链上的碳原子编号。取代基的位次用阿拉伯数字表明。有时也用希腊字母来表示取代基的位次,从和羧基相邻的碳原子开始,依次为α、β、γ等。例如:
CH3CH═CHCOOH2-丁烯酸
2,3-二甲基戊酸α-丁烯酸(巴豆酸)
对甲基环已基乙酸3-苯丙烯酸(肉桂酸)4-甲基-3-(2-萘)HCH2COOH
对甲基环已基乙酸3-苯丙烯酸(肉桂酸)4-甲基-3-(2-萘)HCH2COOH
命名脂肪族二元羧酸时,则应选择包含俩个羧基的最长碳3主链,叫某二酸。如:
、-、基丙二酸2CH2CH3
高级脂肪烃(如石蜡)在加热至120℃-150℃和催化剂存在的条件下通入空气,可被氧化生成多种脂肪酸的混合物。
RCH2CH2R1RCOOH+R1COOH
伯醇氧化成醛,醛易氧化成羧酸,因此伯醇可作为氧化法制羧酸的原料。含α-氢的烷基苯用高锰酸钾氧化时,产物均为苯甲酸。例如:
格氏试剂和二氧化碳反应,再将产物用酸水解可制得相应的羧酸。例如:RMgX+CO2RCOOMgXRCOOH水解2、格氏试C2合C3法
格氏试剂和二氧化碳反应,再将产物用酸水解可制得相应的羧酸。例如:RMgX+CO2RCOOMgXRCOOH水解
1、腈水解法
在酸或碱的催化下,腈水解可制得羧酸。RCN+H2O+HClRCOOH+NH4Cl
RCN+H2O+NaOHRCOONa+NH3
三、物理性质
1、状态甲酸、乙酸、丙酸是具有刺激性气味的液体,含4-9个碳原子的羧酸是有腐败恶臭气味的油状液体,含10个碳原子之上的羧酸为无味石蜡状固体。脂肪族二元酸和芳香酸都是结晶形固体。
2、沸点羧酸的沸点比分子量相近的醇仍高。这是由于羧酸分子间能够形成俩个氢键而缔合成较稳定的二聚体。
3、水溶性羧酸分子可和水形成氢键,所以低级羧酸能和水混溶,随着分子量的增加,非极性的烃基愈来愈大,使羧酸的溶解度逐渐减小,6个碳原子之上的羧酸则难溶于水而易溶于有机溶剂。
四、化学性质
1、酸性
羧酸具有酸性,因为羧基能离解出氢离子。RCOOHRCOO-+H+
因此,羧酸能和氢氧化钠反应生成羧酸盐和水。RCOOH+NaOHRCOONa+H2O
羧酸的酸性比苯酚和碳酸的酸性强,因此羧酸能和碳酸钠、碳酸氢钠反应生成羧酸盐。RCOOH+NaHCO3(Na2CO3)RCOONa+H2O+CO2↑
但羧酸的酸性比无机酸弱,所以在羧酸盐中加入无机酸时,羧酸又游离出来。利用这壹性质,不仅能够鉴别羧酸和苯酚,仍能够用来分离提纯有关化合物。
例如:欲鉴别苯甲酸、苯甲醇和对-甲苯酚,可按如下步骤进行,在这三者中加入碳酸氢钠溶液,能溶解且有气体产生的是苯甲酸;再在剩下的二个中加入氢氧化钠溶液,溶解的是对-甲苯酚,不溶解的是苯甲醇。
当羧酸的烃基上(特别是α-碳原子上)连有电负性大的基团时,由于它们的吸电子诱导效应,使氢氧间电子云偏向氧原子,氢氧键的极性增强,促进解离,使酸性增大。基团的电负性愈大,取代基的数目愈多,距羧基的位置愈近,吸电子诱导效应愈强,则使羧酸的酸性更强。如:
三氯乙酸二氯乙酸氯乙酸pKa0.0281.292.81
因此,低级的二元酸的酸性比饱和壹元酸强,特别是乙二酸,它是由俩个电负性大的羧基直接相连而成的,由于俩个羧基的相互影响,使酸性显著增强,乙二酸的pKa1=1.46,其酸性比磷酸的pKa1=1.59仍强。
取代基对芳香酸酸性的影响也有同样的规律。当羧基的对位连有硝基、卤素原子等吸电子基时,酸性增强;而对位连有甲基、甲氧基等斥电子基时,则酸性减弱。至于邻位取代基的影响,因受位阻影响比较复杂,间位取代基的影响不能在共轭体系内传递,影响较小。
对硝基苯甲酸对氯苯甲酸对甲氧基苯甲酸对甲基苯甲酸
pKa3.423
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