第15章羧酸及其衍生物和取代羧酸 下载本文

(1)酸性 羟基连在脂肪烃基上时,由于羟基是吸电子基团,因此醇酸的酸性比相应的羧酸强,羟基距羧基越近,对酸性的影响就越大。

CH3CH(OH)COOH HOCH2CH2COOH CH3CH2COOH

PKa 3.87 4.50 4.88

在酚酸中,由于羟基与芳环之间既有吸电子诱导效应又有供电子共轭效应,所以几种酚酸异构体的酸性强弱有所不同。

羟基处于羧基的邻位时,其氢原子能与羧基氧原子形成分子内氢键,降低了羧基中羟基氧原子的电子云密度,使氢原子更易解离,同时也使形成的羧酸负离子稳定化。这是邻羟基苯甲酸酸性增强的主要原因。 (2)α-醇酸的分解反应 α-羟基酸与稀硫酸一起加热,则分解为醛(或酮)和甲酸。

(3)醇酸的脱水反应:

α-羟基酸受热时,两分子间相互酯化,生成交酯。

β-羟基酸受热发生分子内脱水,主要生成α-β不饱和羧酸。

γ-和δ-羟基酸受热,生成五元和六元环内酯。

羟基与羧基间的距离大于四个碳原子时,受热则生成长链的高分子聚酯。α-和β-羟基酸还有羟基被氧化后再脱羧的性质。

(4)酚酸的脱羧反应:羟基处于邻对位的酚酸,对热不稳定,当加热到熔点以上时,则脱去羧基生成相应的酚。

3.重要的羟基酸

(1)乳酸(α-羟基丙酸) 乳酸最初是从酸牛奶中获得的,为无色粘稠液体,有很强的吸湿性和酸味,溶于水、乙醇、甘油和乙醚,不溶于氯仿和油脂。

人体运动时由于氧气供应不足,肌肉中的糖类代谢就能产生乳酸。工业上由糖经乳酸菌发酵而制得。乳酸具有消毒防腐作用,临床上乳酸钙用来治疗佝偻病等一般缺钙症,乳酸钠用作酸中毒的解毒剂,此外化学工业、食品工业中也大量使用乳酸。

(2)酒石酸(2,3-二羟基丁二酸) 酒石酸或其盐广泛存在于自然界。葡萄发酵制酒时,析出的酒石酸主要是无色半透明结晶粉末,熔点170℃,易溶于水,不溶于有机溶剂。酒石酸有很强的酸味,常用于配制饮料,酒石酸锑钾曾用于治疗血吸虫病,酒石酸钾钠用于配制斐林试剂。

(3)苹果酸(α-羟基丁二酸) 苹果酸最初从苹果中取得,因此而得名。它广泛存在于未成熟的果实中,也存在于一些植物的叶子中。自然界产生的苹果酸是左旋体,它是无色结晶,熔点100℃,易溶于水和乙醇。苹果酸是糖代谢的中间产物,在酶的催化下脱氢生成草酰乙酸。

苹果酸在食品工业中用作酸味剂。苹果酸钠为白色粉末,易溶于水,可作为禁盐病人的食盐代用品。

(4)柠檬酸(3-羟基-3-羧基戊二酸) 又名枸橼酸,广泛存在于植物果实中,柠檬和柑橘类的果实中含量尤富。它是无色结晶,熔点153℃,带有一分子结晶水的柠檬酸熔点是100℃。柠檬酸常用于配制清凉饮料和作糖果的调味剂,其镁盐是温和的泻药,柠檬酸铁铵用作补血剂,柠檬酸钠为抗凝血剂。

柠檬酸加热至150℃,分子内脱水而成顺乌头酸,顺乌头酸加水又可变回为柠檬酸或异柠檬酸。

生物体内,在顺乌头酸酶的催化下,也有上述柠檬酸和异柠檬酸相互转化,在糖、脂肪、蛋白质的代谢中,都要经过这个过程。

(5)乙酰水杨酸 俗称阿司匹林,为白色针状结晶,熔点155℃,微溶于水,易溶于乙醇、乙醚及氯仿。它可用水杨酸和乙酐(或乙酰氯)在少量硫酸存在下制得。

乙酰水杨酸分子中无游离的酚羟基,故其纯品与三氯化铁不显色。但在潮湿的空气中,其易水解为水杨酸和乙酸,因此应密闭于干燥处贮存。 15.3.2羰基酸

1.羰基酸的分类和命名

分子中既含有羰基又含有羧基的化合物称为羰基酸。根据所含的是醛基还是酮基,将其分为醛酸和酮酸。还可根据羰基与羧基的相对位置,分为α-、β-、γ-…羰基酸等。

羰基酸的命名与醇酸相似,也是以羧酸为母体,羰基的位次用阿拉伯数字或希腊字母表示。

2.羰基酸的性质

α-酮酸与稀硫酸共热时,脱羧生成醛;与浓硫酸共热时,脱羰生成少一个碳原子的羧酸。

β-酮酸在高于室温的情况下,即脱去羧基生成酮,此反应称为酮式分解。

β-酮酸与浓碱共热时,α-和β-碳原子间的键发生断裂,生成两分子羧酸盐,此反应称为酸式分解。

α-酮酸很容易被氧化,托伦试剂就能将其氧化成羧酸和二氧化碳。

3.重要的羰基酸

(1)乙醛酸:乙醛酸是最简单的醛酸,存在于未成熟的水果中。它是糖浆状液体,易溶于水形成水合物。乙醛酸兼具醛和酸的性质,例如它能还原托伦试剂、生成苯腙和发生康尼札罗反应。

(2)丙酮酸:丙酮酸是最简单的酮酸,可由乳酸氧化得到。它是具有刺激性气味的液体,沸点165℃(分解),可与水混溶,酸性(PKa=2.25)比丙酮和乳酸都强。丙酮酸是生物体内糖代谢的重要中间产物之一。

习 题

1. 命名下列化合物

(1) CH3CH2COOH (2)ICH2CH2CH2COOH

2. 写出下列化合物的结构式

(1)2,4-二甲基戊酸 (2)间苯二甲酸 (3)邻羟基苯甲酸乙酯 (4)丙醛酸 (5)尿素 (6)甲乙酐 (7)乙酰氯 (8)乙酸异丙酯 3.写出下列反应的主要产物

4.试将下列各组化合物按酸性由强至弱的顺序排列

(1)CH3COOH,H2O,CH3CH2OH,C6H5OH,NH3,H2CO3

(2)FCH2COOH ,ClCH2COOH ,BrCH2COOH ,ICH2COOH ,CH3COOH (3)HCOOH,CH3COOH,HOOC-COOH,HOOC-CH2-COOH

5.有一种无色液态化合物,分子量为88,具有下列性质,与镁反应放出氢气;能进行酯化反应,生成有香味的液体;能与碳酸钠反应。根据上述性质推断:

(1)该物质属于哪类有机化合物; (2)写出该物质的分子式;

(3)写出该物质可能有的同分异构体。

6.试设计分离苯甲酸、对甲苯酚和环已醇混合物的步骤,并写出有关反应式。 7.化合物A、B、C的分子式都是C3H6O2,只有A能与碳酸钠作用放出CO2。B和C可在NaOH溶液中水解。B的水解产物之一能起碘仿反应,而C的不能。推测A、B、C的结构。

8.化合物A分子式为C6H8O4,能使溴水退色,用臭气氧化然后用锌粉水解得到唯一的产物B(C3H4O3),B能与碳酸氢钠反应放出二氧化碳,也能与碘的氢氧化钠溶液发生碘仿反应。A受热即失水生成C6H6O3。写出A、B、C的结构式并写出有关反应方程式。