第十一章羧酸及其衍生物

第十章羧酸及其衍生物【教学重点】羧酸及其衍生物的化学性质、丙二酸二乙酯和乙酰乙酸乙酯在合成上的应用。

【教学难点】诱导效应、酰基上的亲核取代反应机理。

【教学基本内容】羧酸的结构；羧酸的制备方法；羧酸及其衍生物的物理性质；羧酸的化学性质——羧酸的酸性及影响酸性强度的因素（诱导效应、共轭效应和场效应）；羧酸衍生物的生成；羧基的还原反应；脱羧反应；α-氢原子的卤代反应。

羟基酸的制备方法（卤代酸水解、羟基腈水解、Refomatsky反应）、羟基酸的化学性质——酸性、脱水反应、α-羟基酸的分解。

羧酸衍生物的化学性质——酰基上的亲核取代反应（水解、醇解、氨解）及其反应机理；还原反应；与Grignard反应；酰胺氮原子上的反应（酰胺的酸碱性、脱水反应、Hofmann降解反应）。

乙酰乙酸乙酯的制备方法（Claisen酯缩合）；乙酰乙酸乙酯的化学性质——酮式-烯醇式互变异构、酸式分解和酮式分解；乙酰乙酸乙酯在合成上的应用。

丙二酸二乙酯的制备及在合成上的应用。

Ⅰ目的要求羧酸是含有羧基(—COOH)的含氧有机化合物，我们平常所说的有机酸就是指的这类化合物。

所谓羧酸衍生物，包括的化合物种类很多，诸如羧酸盐类、酰卤类、酯类(包括内酯、交酯、聚酯等)、酸酐类、酰胺类(包括酰亚胺、内酰胺)等都是羧酸衍生物，有人甚至把腈类也包括在羧酸衍生物的范围之内。

其实，比较常见的而又比较重要的是酰卤、酸酐、酯和酰胺这四类化合物。

羧酸盐与一般无机酸盐在键价类型上没大区别，不作专门介绍。

至于腈类，将放在含氮化合物中加以介绍。

这四类化合物都是羧酸分子中，因酰基转移而产生的衍生物，所以又叫羧酸的酰基衍生物。

羧酸及其衍生物RCOL(L：－OH、－X、－OOCR′、－OR′、－NH2)在许多重要天然产物的构成以及在生物代谢过程中均占有重要地位。

本章将以饱和一元脂肪酸为重点，讨论羧酸及其衍生物的结构和性质。

鉴于乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有机合成上的重要地位，本章作概括介绍。

希望学生在此基础上，探讨设计合成路线的一般方法。

本章学习的具体要求1、掌握羧酸的结构与性质之间的关系。

2、掌握羧酸衍生物的主要化学性质。

3、了解羧酸衍生物的亲核取代反应机理。

4、掌握羧酸与羧酸衍生物之间相互转变条件。

5、了解卤代酸、羟基酸的特性。

6、掌握乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯的制法、性质和在有机合成上的应用。

这也是本章的重点之一。

Ⅱ教学内容(一)羧酸一、概述羧酸往往有俗名，希望学生有所了解，尽可能记忆一些，脂肪酸的系统命名原则和醛相同。

芳香酸命名是把芳环视作取代基。

羧酸的沸点比分子量相近的其它有机物高，这是由于羧酸能以氢键缔合。

同时，即使在气态时，羧酸也是双分子缔合的，所以羧酸的沸点比分子量相近的醇还要高。

二、羧酸结构和化学性质1、酸性应用：①鉴别：与酚不同，与非酸性物质不同。

②分离提纯。

取代脂肪酸：Cl 2CH －COOH ＞ClCH 2－COOHCH 3CH(Cl)－COOH ＞ClCH 2CH 2－COOH ； FCH 2－COOH ＞ClCH 2－COOH H －COOH ＞CH 3－COOHHOOC －COOH ＞H －COOH ＞OOC －COOH取代芳酸：CH 3－CH －CH 2－COOHOHγ βα4 3 2 1α-H H + + R －C O O ‥ R －C OO‥R －C O O －H ‥ R －C O －Na ‥ R －C O O －H ‥ NaOH/Na 2CO 3/ NaHCO 3 H + H 2O + G GR －COOH ＞R －COOH ＞R －COOHCOOH ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ COOH NO 2COOH NO 2 NO 2 ＞2、羧基中羟基的置换反应(S N )酯化反应3、还原反应4、脱羧反应CH 3COONa + NaOH CH 4 + Na 2CO 3(CH 3COO)2Ca CH 3COCH 3 + CaCO 32RCOOH RCOR + CO 2 + H 2O取代芳酸，特别是邻对位有给电子基团存在或邻位有大的立体位阻基团存在时，易脱羧或羧基重排β位有双键时，也易脱羧。

因脱羧反应经过一个六元环过渡态，所以不能形成烯醇双键的β-羰基羧酸不能脱羧。

β,γ-双键脱羧后重排到α,β-位之间 R －CH 2CH ＝CHR ′O R －C －OH + Nu －E OR －C －Cl O R －C －NuPX 3,PX 5,SOCl 2 OR －C －OH O R －C －NH 2(NH 2R,NHR 2) O R －－O －－R OR －C －OH O Nu OR －C －OR ′ R ′OH NH 3(NH 2R,NHR 2) O R －C －O －H +10,20醇 酰氧键断裂OR －C －O －H + HO －CR 3 烷氧键断裂OR －C － (C ＝C ，C ≡C 不还原) －CH 2－OH CaO△△ThO 2 400-500℃O CH 2＝CH －CH －－OH (α-C 上连有重键时易脱羧) O HO －－CH －－OH (α-C 上连有强吸电子基时易脱羧)(NO 2,X,CO,CN 等) OCOOH R R R R R R △ OH COOK OHCOOK△ R ＝NO 2 NH 2HO O COOHOH O R R ′H O -CO 2△ × O R －－CH 2R ′5、α-H 取代反应(Hell-V olhard-Zelins 反应)R －R －CHCOOH R －CHCOOH R －CHCOOH R －CH ＝CHCOOHR －CHCOOH R －C －COOH6、二元酸受热反应失羧 HOOC －COOH CO 2 + HCOOHHOOC －CH 2－COOH CO 2 + CH 3COOH失水(相应的铵盐受热300°C 发生分子内失水脱氨，生成五元或六元环状酰亚胺)失羧失水含八个碳原子以上的脂肪族二元羧酸在加热的情况下，得到的是分子间失水而成的酸酐。

取代二元酸和芳香二元酸也能进行上述反应。

7、羟基酸的受热反应α－： (交酯)β－：R －CH －CH 2－COOH R －CH ＝CH －COOHγ－：R －CH －CH 2CH 2－COOH (γ-内酯)δ－：R －CH －CH 2CH 2－COOH (δ-内酯)δ以远：nHO －(CH 2)m －COOH [－O －(CH 2)m －C －]n (聚酯) 大环内酯用作香料及合成(自学) 羟基酸遇氧化剂则分解脱羧。

Br 2 Br 2NH 2CN OH ［O ］ H + COOH O 160-180℃ 140-160℃C C O + H 2OOOC C O + H 2OOCH 2－COOH2－COOH 300℃ CH 2－COOH CH 2－COOH CH 2 CH 2－CH 2－COOH2－CH 2－COOHCH 2－CH 2－COOH CH 2－CH 2－COOHCH 2 300℃ 300℃ BaO ＝O ＝OR －CH －C CH －R O C －O HO －C CH －R OH －O R －CH C －OH O －H △△△CH 2-CH 2R －CH －COO △CH 2-CH 2R －CH －CCH 2 O O -nH 2OO三、羧酸制法1、有机物氧化 ⑴烃氧化⑵伯醇或醛氧化 2、水解反应⑴R －CN R －COOH⑵油脂 R －COOH + 甘油⑶3、R －MgX + CO 2 R －COOH4、酚酸合成5、三乙合成法6、丙二酸酯合成法四、重要羧酸1、甲酸甲酸是脂肪酸中唯一在羧基上连有氢原子的酸。

这个氢原子可以被氧化为羟基，因此甲酸为同系列中唯一有还原性的酸，它可以还原斐林试剂及托伦试剂。

2、草酸有还原性，使KMnO 4褪色。

3、苯二甲酸、邻苯二甲酸用于制造染料、树脂、药物和增塑剂等。

如邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯是常用的人造革及聚氯乙烯等的增塑剂。

对苯二甲酸是制造涤纶的主要原料之一。

4、 乳酸、柠檬酸、草酸均可以由淀粉制造。

它们在工业上广泛应用。

(二)羧酸衍生物一、概述(L ：－OH 、－X 、－OOCR ′、－OR ′、－NH 2) 由分子量不太大的酸和醇形成的酯大多数具有好闻的水果香味。

酰氯、酸酐和酯由于失去酸性氢原子，因而分子间没有缔合作用；酰胺则由于分子间能通过氨基上的氢原子形成分子间氢键，因而可以缔合，所以沸点高。

酰胺一般多为固体，只有氨基上的氢原子被羟基取代的酰胺，由于失去缔合作用而为液体。

二、化学性质H 3+OH 2O高温,高压CCl 3 CH 3 COOHCl 2 光 H 2O,ZnCl 2 108-115℃ H 2OOR －C －L C α-H 反应三、β-二羧基化合物1、乙酰乙酸乙酯 ⑴制备 ⑵性质 ① ②互变异构 加HCN,NaHSO 3 Br 2/C 2H 5OH 褪色 H 2N －OH,C 6H 5－NH －NH 2 Na H 2↑ ……… FeCl 3 显色 被NaBH 4还原③分解反应(A)酮式分解(成酮分解) (B)酸式分解(成酸分解)⑶应用 合成酮类、酸、酮酸。

2、 丙二酸二乙酯 ⑴制备： ⑵性质：⑶应用： 合成羧酸(见补充说明) 3、活泼亚甲基化合物的其它反应 ⑴Knoevenagel 反应 ⑵Stobbe 反应 ⑶Michael 反应Ⅲ 补充说明一、羧酸及其衍生物的分析方法羧酸可根据其酸性来识别，能溶于NaOH 和NaHCO 3的水溶液，和NaHCO 3反应时，C 2H 5ONa△2CH 3COOC 2H 5 O OCH 3－C －CH 2－C －OC 2H 5O O3－－CH －－OC 2H 5 Na⊕ O CH 3－C ＝CH －－OC 2H 5O －H ①氢键②共轭稳定 OCH 3－－OHCl 2,PCH 2－COOH Cl NaOH CH 2－COONa Cl NaCN CH 2－COOH CNCOOC 2H 5 COOC 2H 5 CH 2 2CH 3CH 2OH,H 2SO 4(水解，酯化同时进行) COOC 2H 5 COOC 2H 5 CH 2 C 2H 5ONaCOOC 2H 5 COOC 2H 5 CHNa ⊕ H +,H 2O COOC 2H 5 COOC 2H 5 CH 2 COOH COOH CH 2△ CH 3COOH + CO 2 + H 2O O O －－CH 2－－、NC －CH 2－CN 、CH 3C －CH 2－CN 、O 2N －CH 2－CN 、O 2N －CH 2－NO 2等O1,4共轭加成①H 3+O α,β不饱和羰基化合物 + 活泼亚甲基化合物 ②△,H 2ONaOHα,β-不饱和羰基 (腈基,硝基)化合物物（醛、酮、腈、酯、酰胺、硝基化合物）物 1,5-二羰基化合物C 2H 5ONa ,季铵碱N有CO 2放出。