有机化合物的衍生物：课件概览.pptVIP

*************************************第四章：羧酸及其衍生物1酰胺R-CONH?结构，稳定性最高2酯R-COOR结构，中等活性3酰氯R-COCl结构，高反应活性4羧酸R-COOH结构，基础羰基化合物本章我们将学习羧酸及其重要衍生物：酯、酰氯和酰胺。羧酸含有羧基(-COOH)，是一类重要的有机酸；其衍生物中羧基被转化为其他官能团，但保留羰基结构。这些化合物之间存在重要的转化关系，可按反应活性排序：酰氯酸酐酯酰胺羧酸盐。羧酸及其衍生物不仅在有机化学中占据核心地位，也是生物体内许多重要生化反应的参与者。例如，氨基酸（含羧基和氨基）是蛋白质的基本单元；脂肪酸酯是脂质的主要成分；酰胺键是蛋白质的关键结构；辅酶A含有硫代酯结构。通过本章学习，您将深入理解这一家族化合物的性质和应用。羧酸的定义和分类1定义与结构羧酸是分子中含有羧基(-COOH)的化合物，通式为R-COOH。羧基由羰基(C=O)和羟基(-OH)组成，羰基碳呈sp2杂化，整个羧基呈平面构型。羧基中羟基的氧原子与羰基氧形成共轭，使电子在两个氧原子间离域，增强了O-H键的极性，是羧酸酸性的来源。2按碳链结构分类脂肪酸：含直链或支链烷基的羧酸，如甲酸(HCOOH)、乙酸(CH?COOH)、丙酸(CH?CH?COOH)等。芳香酸：羧基直接连接在芳环上的羧酸，如苯甲酸(C?H?COOH)、水杨酸(2-羟基苯甲酸)等。不饱和酸：含有碳-碳双键或三键的羧酸，如丙烯酸(CH?=CHCOOH)、丙炔酸(HC≡CCOOH)等。3按羧基数目分类一元酸：含一个羧基的羧酸，如上述例子。二元酸：含两个羧基的羧酸，如草酸(HOOC-COOH)、丙二酸(HOOC-CH?-COOH)、琥珀酸(HOOC-(CH?)?-COOH)等。多元酸：含三个或更多羧基的羧酸，如柠檬酸(具有三个羧基)。二元和多元酸在生物化学中特别重要，如三羧酸循环中的中间体。羧酸的命名和物理性质IUPAC命名法羧酸的系统命名以对应烷烃名称为基础，将词尾-烷改为-酸，如CH?CH?COOH为丙酸。羧基碳原子为1号碳，沿最长碳链编号。对于含其他取代基的羧酸，用数字指明取代基位置。二元酸和多元酸分别用-二酸、-三酸等后缀，如HOOC-CH?-COOH为丙二酸。通俗命名法许多常见羧酸有约定俗成的通俗名称，这些名称通常反映其来源或特性。如甲酸(源自拉丁文formica，意为蚂蚁)、乙酸(醋酸)、苯甲酸(安息香酸)等。一些重要的二元酸如草酸、丙二酸(丙二酸)、丁二酸(琥珀酸)、戊二酸(戊二酸)等也常用通俗名称。物理性质低分子量羧酸(C?-C?)为具有刺激性气味的液体；中等分子量羧酸(C?-C?)为油状液体；高分子量羧酸(C??)为蜡状固体。羧酸的沸点和熔点远高于相应分子量的醇和烷烃，这是因为羧酸分子能通过羧基形成氢键二聚体。低分子量羧酸溶于水，随碳链增长溶解度降低；所有羧酸易溶于醇、醚等有机溶剂。羧酸的化学性质酸性羧酸是有机酸中最常见的一类，酸性较醇和酚强得多(pKa约4-5)。酸性源于羧基中电子离域使O-H键极化，同时羧酸根离子被稳定。羧酸与碱反应生成羧酸盐：RCOOH+NaOH→RCOONa+H?O。羧酸酸性受R基团电子效应影响，吸电子基增强酸性，给电子基减弱酸性。1酯化反应羧酸与醇在酸催化下反应生成酯和水：RCOOH+ROH?RCOOR+H?O。这是一个可逆反应，需移除水以提高收率。实验室中常用浓硫酸作催化剂，工业上可用离子交换树脂。酯化反应是合成酯的重要方法，酯是香料和药物的重要组成部分。2酰氯形成羧酸与SOCl?、PCl?或PCl?等氯化试剂反应生成酰氯：RCOOH+SOCl?→RCOCl+SO?+HCl。酰氯是高活性羧酸衍生物，可进一步转化为其他衍生物如酯、酰胺等。这种转化路径在有机合成中非常重要，因为直接从羧酸合成某些衍生物可能困难。3还原反应羧酸可被氢化铝锂(LiAlH?)等强还原剂还原为伯醇：RCOOH→RCH?OH。使用硼烷(BH?)也可实现这一转化。选择性还原羧酸为醛较为困难，通常需先转化为其他衍生物如酯或酰氯，再进行选择性还原。这一系列反应在有机合成中广泛应用。4羧酸的制备方法1醛和酮的氧化醛可被氧化为羧酸，常用氧化剂包括高锰酸钾(KMnO?)、重铬酸钾(K?Cr?O?)或温和氧化剂如Tollens试剂(Ag(NH?)??)。以乙醛氧化为例：CH?CHO+[O]→CH?COOH。酮通常需要强氧化条件才能氧化为羧酸，会伴随C-C键断裂，产物为碳原子数较少的羧酸。2格氏试剂与C