有机化学：第十三章羧酸及其衍生物

2. 酸酐的生成
用P2O5作脱水剂制备酸酐
O CH3 C OH O O P2O5 CH3 C O O C CH3
+
HO
C CH3
+
H2O
用低沸点酸酐作脱水剂制备较高沸点的酸酐
O 2 COOH + (CH3CO)2O
(
C
) 2O + 2 CH COOH
3
能形成五元、六元环酸酐的二元羧酸可直接加热制备酸酐
羧酸与PX3 、PCl5(X=Cl、Br)、SOCl2反应
3CH3COOH + PCl3
3 CH3 COCl + H3PO3
COOH+PCl5
(CH3)2CHCH2COOH + SOCl 2
COCl + POCl3+ HCl
(CH3)2CHCH2COCl
+
SO2
+ HCl
注：HX不能与羧酸反应生成酰卤 。 应用：酰卤的反应活性比较高，广泛应于药物合成中 。
（ 2）编号：从羧基碳原子开始用阿拉伯数字编号，按所含碳原
子数目称为某酸，取代基名称及位次写在某酸之前。
（ 3）简单的酸酸，常用希腊字母表明取代基的位置，从羧基相 邻碳原子开始编号为 ，依次为 、 、 等，将编号写在取代基 名称前面。
CH3CH2CHCH2COOH CH3
-甲基戊酸(3-甲基戊酸)
第十三章
羧酸及其衍生物 主要内容
1、掌握羧酸和取代羧酸的结构、命名和化学性质 2、掌握羧酸衍生物的结构、分类及命名和化学性质
3、熟悉羧酸和取代羧酸的物理性质
4、掌握羟基酸、酮酸的命名及主要化学性质。
羧酸：
分子中含有羧基（-COOH）的有机化合物。除甲酸外都 可以看作烃分子中的氢原子被羧基取代的烃衍生物。
>
>
4.20 4.31
pKa 3.40
4.03
（甲酸pKa=3.75; 乙酸pKa=4.75）
芳环上取代基位置的不同对酸性的影响:
取代基具有吸电子效应时，酸性强弱顺序为： 邻 > 对 > 间
取代基具有给电子效应时，酸性强弱顺序为：
邻 > 间 > 对 具体分析： 邻 位（诱导、共轭、氢键效应、空间效应 均要考虑。） 对 位（诱导很小、共轭为主。） 间 位（诱导为主、共轭很小。）
CH4
+ Na2CO3
（较易）
-C连有吸电子基时，较易脱羧。
CCl3COOH
CH2 COOH 140 ～ 160℃ COOH
COOH COOH
CCl3H + CO2
CO2
△ CO2
CH3COOH
CH3CH
CH3CH2COOH
O
O COOH C2H5
C2H5
二元羧酸受热后，易于脱水、脱羧，生成产物的结构
重要的一元羧酸
甲酸、乙酸、丙烯酸 P317
重要的二元羧酸
乙二酸、己二酸、邻苯二甲酸 P319
第二节：羧酸衍生物
一、羧酸衍生物的命名
1、酰卤和酰胺：按酰基命名
O CH3C Cl
O C Br
乙酰氯
O C NH2
苯甲酰溴
O C NH C O
苯甲酰胺
邻苯二甲酰亚胺
若酰胺氮原子上连有取代基，在取代基前面加字母 “N”，表示取代基的位置。 O C2H 5 O CH3C N H CH3 CH3C N CH3
OMgX RCOCl + R'MgX(1mol) R C Cl R' H2O RCOR' 产率不高
⑤羧酸衍生物的还原反应
A LiAlH4 酰卤、酸酐和酯被还原成伯醇;酰胺和腈被还原成胺。
O C15H31CCl O O O
CH3CH=CHCH2COOCH3
LiAlH4 LiAlH4
H2O H2O
1) LiAlH4 2) H2O
CH2CH2CH2COOHLeabharlann -环己基丁酸(4-环己基丁酸）
CH3CHCOOH
COOH C2H5
2-苯基丙酸
邻乙基苯甲酸
二、 羧酸的物理性质
常温下，低级脂肪酸是液体，可溶于水，具有刺鼻的气味。 中级脂肪酸也是液体，部分地溶于水，具有难闻的气味。 高级脂 肪酸是蜡状固体，无味，在水中溶解度不大。 羧酸的沸点随着相对分子质量的增加而升高。液态脂肪酸以二 聚体形式存在。所以羧酸的沸点比相对分子质量相当的醇要高。
命名 · 俗名
HCOOH CH3COOH HOOCCOOH HOOCC2H4COOH 蚁酸 Formic acid 醋酸 Acetic acid 草酸 Oxalic acid
琥珀酸 Succinic acid
C6H5COOH
安息香酸 Benzoic acid
· 系统命名（与醛的命名相同） （1）选主链：选择含有羧基在内的最长碳链作为主链。
4. 酰胺的生成
O RCOOH NH3 RCOONH4 △ H2O R C NH2
酰胺是一类重要的化合物，许多药物和化工产品中都
含有酰胺键。
（四） 羧酸的脱羧反应 羧酸失去羧基放出CO2的反应称为脱羧反应。
RCOOH
CO2
△
RH
（难）
CH3COOH
NaOH ,△ CaO
CH3COONa
NaOH CaO,△
O ......... H R C O H .........O O C R
所有的二元酸都是结晶化合物。
三、 羧酸的化学反应
O C
酸性
R
O
H
羰基的亲核加 成，还原。
羟基的取代
（一）羧酸的酸性与成盐
RCOOH RCOO + H
+
O R C O R C
O
P-共轭
O
羧酸 pKa：4～5 （碳酸 6.35, 苯酚 10）
①
水解反应
所有羧酸衍生物都能发生水解生成相应的羧酸。反应 活性：酰卤 酸酐 酯 酰胺。
O CH3C Cl + H2O O CH3C O RC OR' RCONH2 + H2 O + H2O O O C CH3 + H2O H+ or OHOH2CH3COOH O RC OH + R'OH CH3COOH + HCl
COOH NO2
COOH
COOH
NO2
NO2
pKa
2.21
COOH OH
3.49
COOH
3.42
COOH
OH OH
pKa 2.98
4.08
4.57
二元羧酸的酸性比较:
1. 两个羧基的距离越短,酸性越强。 2.一般二元羧酸的酸性大于一元羧酸。
草酸 > 丙二酸 > 丁二酸
（二）羧酸的还原
羧酸在一般条件下不易被还原，只能被强烈的还原剂 还原(LiAlH4)或高温高压下催化剂加氢。
RCOOH + NaOH
RCOOH +NaHCO3
RCOONa + H2O
RCOONa +CO2
+H2O
（鉴别羧酸和酚）
其它基团对酸性的影响:
1. 吸电子基使酸性增大。 2.吸电子基(-X)离COOH越近，酸性越大。 3. 给电子基使酸性降低。
COOH
COOH
COOH
CH2COOH
>
NO2 Cl
O OH OH O 180。 C
O O O
O CH2 CH2COOH CH2COOH 3000C H2O O O
3.酯的生成
O R C OH
+
H
O R C OR'
+
HOR'
+
H2O
O C
18 OH + H OCH3
H
+
O 18 C O CH3 + H2O
反应条件：无水HCl、浓H2SO4、苯磺酸。
C15H31CH2OH CH2OH CH2OH
CH3CH=CHCH2CH2OH + CH3OH
H2O
O CN(CH3)2 CH2CN
LiAlH4
CH2N(CH3)2 CH2CH2NH2
LiAlH4
O O or OH Ar C OH
取代羧酸：
C R
羧酸分子中烃基上的的氢原子被其他原子或原子团 取代后的化合物。
自然界中存在形式
以游离态、羧酸盐或羧酸衍生物的形式。
羧酸衍生物：羧酸中羧基上的羟基被取代后的产物。
O RC X
酰卤
O RC O
O CR
O RC
酯
O
OR' RC
NH2(R)
酸酐
酰胺
羧酸是许多有机化合物氧化的最终产物，常以盐和酯的 形式广泛存在于自然界，许多羧酸在生物体的代谢过程中起 着重要作用。羧酸对于人们的日常生活非常重要，也是重要 的化工原料和有机合成中间体。
取决于两个羧基的位置。

1、C2 ~C3 的羧酸
COOH COOH
HCOOH
O
+ CO2

2、C4 ~C5的羧酸
CH2 COOH CH2 COOH
O O
+
H2O + CO2

3、C6 ~C7 的羧酸
CH2CH2 CH2CH2 COOH COOH
O +
H2O + CO2
（五） 羧酸的α -H 的氯代反应
RCOOR'' + NH3
③氨解反应
酰卤、酸酐、酯和酰胺与氨作用生成酰胺的反应称为 氨解反应。
由于氨（或胺）的亲核性比水强，因此氨解比水解容易进行。
O RC X + NH3 (RNH2、R2NH) O O RC NH2 + HX (NHR、NR2) O CH3 C H N Ph + CH3COOH
COOH OCCH3 O
CH2CONH
阿司匹林 （解热镇痛药）
S N
CH3 CH3
O
COONa
青霉素G钠
H2N
O + CH C O CH2 CH2 N C2 H5 Cl H 2 5
盐酸普鲁卡因
O NH C CH3
扑热息痛
OH
第一节
羧酸
一、 羧酸的结构、分类和命名
（一）羧酸的结构
羧酸和羧酸根的结构比较 两个碳氧键 不等长，部 分离域。
CH3C O CCH3
CH3C O
CCH2CH3
乙酸酐
乙丙酸酐
O C O C O
邻苯二甲酸酐
O C O O C
苯甲酸酐
3、酯：按水解生成的酸和醇命名，先酸后醇。通常“醇”字 省略。
O CH3C O C2H5
O C OC2H5
乙酸乙酯
苯甲酸乙酯
二元羧酸与一元醇生成的酯有中性和酸性酯。
O C2H5O C O C OH
。
。
C
3.熔沸点
2、化学性质
结构
.
.
O
.. 。 。
L
R
平面
－L为负性基团,作为其相应酸的酸性越强，其活性 越大。
故其反应活性顺序一般： 酰卤＞酸酐＞酯＞酰胺 (1) 酰基的亲核取代反应
羧酸衍生物的主要化学性质是可以发生水解、醇解和氨解， 其产物是羧酸衍生物中的酰基取代了水、醇、氨中的氢原子，形 成羧酸、酯、酰胺等取代产物。
1)无水乙醚 2）水解
CH3COOH + LiAlH4
CH3CH2OH
CH3O COOH CH3O
CH3O
+ LiAlH4
1)无水乙醚 2）水解 CH3O
CH2OH
（三）羧酸衍生物的生成
O R C X
酰卤
O
O O
O
O R C OH
R
C
C
R
酸酐
R
C OR'
羧酸酯
O R C NH2
酰胺
1. 酰卤的生成
O
CH3 C O C CH3 + H2N Ph
RCOOR' + NH2R'' RCONH2 + H2NR
RCONHR'' + R'OH RCONHR + NH3
NH2 + CH3COCl
NHCOCH3 + HCl
④与格氏试剂反应
酰卤、酸酐、酯和酰胺都可以与格氏试剂反应生成叔醇。
O R C OC2H5 R'MgX OMgX R C OC2H5 R' 1,R'MgX 2,H2O OH R C R' R' O H2O R C R'
CO2CH2CH3 CO2CH2CH3
乙二酸二乙酯
乙二酸氢乙酯
CO2CH3 CO2CH2CH3
CO2CH3 CO2CH2CH3
乙二酸甲乙酯
邻苯二甲酸甲乙酯
环状内酯则用希腊字母标明原羟基的位置，并在“酯”字 前加“内”字。
H 3C O O
3-甲基-γ-丁内酯
二、 羧酸衍生物的性质
1、物理性质
1.气味； 2.溶解性；
两个碳氧键 等长，完全 离域。
（二）羧酸的分类和命名
分类
•按R不同分类：脂肪、脂环、芳香羧酸
HCOOH
CH3(CH2)16COOH
COOH
COOH
CH 2COOH
•按-COOH多少分类:
一元酸和多元酸
H HOOC
H C C COOH
CH2COOH CH2COOH
H HOOC
C
C
COOH H
COOH COOH
CH3 C O Ph + CH3COOH
该反应应用范围较为广泛，酸酐可以与所有的醇或酚反应，生 成酯和羧酸。
RCOOR' + R''OH H+ RCOOR'' + R'OH
酯在酸存在下发生醇解反应，生成新的酯和醇，所以酯的醇解又称 酯交换反应。有机合成中常用来从低级醇制备高级醇。
RCONH2 + R''OH
N-甲基乙酰胺
N-甲基-N-乙基乙酰胺
环状内酰胺则用希腊字母标明原氨基的位置，并在“酰” 字前加“内”字。
H3C N H O
H3C
N H
O
δ-己内酰胺
4-甲基-δ-戊内酰胺
2、酸酐：在相对应的羧酸名称后加“酐”，“酸”字可以省 略，为某酐。相同羧酸形成的酸酐，“二”字可以省略；不同 羧酸形成的酸酐，简单羧酸写在前面，复杂的写在后面。 O O O O
RCOOH + NH3
②
醇解反应
羧酸衍生物与醇反应生成酯，称为羧酸衍生物的醇解。
O CH3C Cl + (CH3)3COH O CH3C OC(CH3)3
Et2O 胺
用途： 酰卤与醇很快反应生成酯，利用这个反应来制备某些醇或 酚不能与羧酸直接生成的酯。
O
O
O
H2SO4
CH3 C O C CH3 + HO Ph