第十章 羧酸和羧酸衍生物（课件）-《有机化学》同步教学（武汉大学出版社）

第十章 羧酸和羧酸衍生物 学习目标： 1.掌握羧酸及其衍生物的分类及命名方法； 2.掌握羧酸及其衍生物的的性质及其变化规律； 3.掌握常见羧酸及其衍生物的特征反应和鉴别方法； 4.熟悉重要羧酸及其衍生物的制法和用途。 10.1羧酸 定义：羧酸是指分子中含有羧基（-COOH）官能团的有机化合物。羧酸的通式为R-COOH或Ar-COOH。 10.1.1羧酸的分类 根据羧酸分子中与羧基相连的烃基结构的不同分为脂肪酸、脂环酸和芳香酸。按烃基是否饱和分为饱和酸和不饱和酸。例如：脂肪族羧酸：甲酸 脂环族羧酸： 环己基羧酸 芳香族羧酸： 苯甲酸 根据分子中所含羧基的数目不同,可以分为一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸等，二元以上的羧酸统称为多元羧酸。 一元羧酸：丁酸　　　　　　　　 二元羧酸： 乙二酸　 　　　　 　　　　 多元羧酸： 1,3,5-苯三甲酸 10.1.2羧酸的命名 羧酸在自然界广泛存在且被人们熟知，因此许多羧酸的名称最初由其来源得到。如甲酸最初来自蚂蚁，故叫蚁酸；乙酸最初存在于食醋中，故叫醋酸，苯甲酸最初由安息香胶制得，称为安息香酸。 羧酸的系统命名法 （1）选择包括羧基碳原子在内的最长碳链作为主链，根据主链碳原子数称为某酸。编号时从羧基碳原子开始编号，书写名称时，取代基的名称和位次写在某酸之前。例如： 2，3-二甲基戊酸 （2） 取代基的位次除了用阿拉伯数字表示外，还可以用希腊字母表示，即与羧酸直接相连的碳原子依次用α、β、γ……表示，这与阿拉伯数字表示是不同的。例如： α , β-二甲基丁酸(又称 2,4-二甲基丁酸) （3）对于芳香酸，当羧基直接与芳环相连时，以苯甲酸为母体，环上其他基团作为取代基；如羧基连在芳环侧链上，则把芳环作为取代基来命名。例如： 间甲苯甲酸 对于二元羧酸，选择包含两个羧基在内的最长碳链为主连，根据主链的碳原子数叫做“某二酸”；芳香族二元羧酸则需注明两个羧基的位次。例如： 对于不饱和酸，选择包含羧基和重键在内的最长碳链为主连，并根据主链碳原子数称为“某烯酸”或“某炔酸”，不饱和键的位次用阿拉伯数字表示在某烯（炔）的前面，并用短线与某烯“（炔）相连”。例如： 10.1.3羧酸的性质 1.物理性质 (1) 物态 在常温常压下，甲酸、乙酸、丙酸都是具有刺激性气味的液体，C4~C9的直链脂肪酸是具有腐败气味的油状液体，正癸酸以上为无臭固体。芳香酸和脂肪族二元酸都是结晶固体。 (2) 熔点和沸点： 直链饱和一元羧酸的熔点随碳原子数的增加而呈锯齿状升高。一般是含偶数碳原子的羧酸，比其前后相邻的含奇数碳原子羧酸的熔点高。这是因为含偶数碳原子的羧酸分子的对称性高，分子之间的引力较大引起的。 (3)溶解性 C1~C4的低级羧酸可以与水形成氢键，都易溶于水，可以与水任意比例互溶。随着羧酸分子中碳链的增长，分子中烃基部分增加，羧酸与水分子之间的氢键不易生成，溶解度明显下降，十二酸和十四酸等不溶于水。C10以上的羧酸易溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂中。 2.化学性质 羧基是羧酸的官能团，羧酸的化学性质主要由羧基决定。 (1) 酸性与成盐 羧酸的官能团---羧基由羟基和羰基组成，羟基氧原子2p轨道上未共用电子对与羰基π电子形成p-π 共轭体系，电子离域的结果，使羟基中O－H 键减弱，在水溶液中羧酸可以解离成负离子RCOO-和质子H+，因此羧酸具有酸性。 羧酸能与氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠作用，生成羧酸盐 。 羧酸盐具有一般盐的性质，羧酸盐与无机强酸作用，又转变成羧酸。 (2) 羧酸衍生物的生成 在一定条件下，羧酸分子中的羟基可以被卤原子（Cl、Br、I）、酰氧基（）、烷氧基（-OR）、氨基（-NH2）等原子或基团取代，分别生成酰卤、酸酐、酯和酰胺。 10.1.4羧酸的制法和重要的羧酸 1. 羧酸的制法 (1) 伯醇或醛氧化法 由伯醇和醛氧化法制备羧酸是一种常用的方法。伯醇首先被氧化生成醛，醛进一步被氧化成羧酸。 例如，工业上由正丁醇或正丁醛直接氧化制备丁酸。 工业上利用乙醛空气氧化（或氧气氧化）制备乙酸： (2) 烃氧化法 石油的高沸点馏分即高级脂肪烃（含C20 ~C30）,在二氧化锰等催化下，用空气或氧气氧化，可制的高级脂肪酸。 (3) 腈水解法 在酸或碱溶液中，腈水解得到相应羧酸。 例如：在工业上，可由苯乙腈经酸或碱水解制备苯乙酸。 (4) 由格氏试剂制备法 在低温条件下，将CO2 气体通入格氏试剂的乙醚溶液中，或将格氏试剂倾到于干冰上，即可发生加成反应，在将加成产物进行水解，得到羧酸。此反应适合制备增加一个碳原子的羧酸。例如： 2.重要的羧酸 (1) 甲酸(HCOOH) 甲酸俗名蚁酸，具有刺激性气味的无色透明液体，沸点100.8℃，可与