大学有机化学第12章羧酸
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有机化学第12章 羧酸
此反应可用来合成比羧酸少一个碳的卤代烃。
四、α-H的卤代反应
羧酸的α-H可在光、碘、红磷、硫等催化剂存在下被溴 或氯取代生成卤代酸。
RCH2COOH
Br2 PΔ
RCHCOOH Br2
Br
PΔ
Br R-C-COOH
Br
控制条件，反应可停留在一取代阶段。
CH3CH2CH2CH2COOH + Br2
P Br2 70 ℃
实质上并非两者的简单组合
醛酮中 C O 键长 0.122nm
醇中
C OH 键长 0.143nm
O HC
OH
（甲酸）
0.1245nm 0.1312nm 电子衍射实验证明
O RC
O-H
P-π 共轭体系
RC sp2 杂化
O OH
O RC
OH O HC OH
O RC
O
O 0.127nm HC
O 0.127nm
O RC
O
O HC
O
羧酸的化学性质
H
脱羧反应
O
RCC
羟基断裂呈酸性
H
OH
α H 的反应
羟基被取代的反应
一、酸性
羧酸具有弱酸性，在水溶液中存在着如下平衡：
RCOOH
RCOO + H+
乙酸的离解常数Ka为1.75×10-5 , pKa =4.76 甲酸的Ka=2.1×10-4 , pKa =3.75 其他一元酸的Ka在1.1~1.8×10-5之间, pKa在4.7~5之间。 可见羧酸的酸性小于无机酸而大于碳酸（H2CO3 pKa1=6.73）。
oocoh形式上看羧基是由一个和一个组成coh实质上并非两者的简单组合醛酮中coo01245nm键长0122nmhc01312nmoh醇中coh甲酸电子衍射实验证明键长0143nmoorcohrc2ohp共轭体系sp杂化ooorcrcrcohoooo0127nmohchchcohoo0127nm羧酸的化学性质h脱羧反应orcc羟基断裂呈酸性ohhh的反应羟基被取代的反应一酸性?羧酸具有弱酸性在水溶液中存在着如下平衡
四、α-H的卤代反应
羧酸的α-H可在光、碘、红磷、硫等催化剂存在下被溴 或氯取代生成卤代酸。
RCH2COOH
Br2 PΔ
RCHCOOH Br2
Br
PΔ
Br R-C-COOH
Br
控制条件，反应可停留在一取代阶段。
CH3CH2CH2CH2COOH + Br2
P Br2 70 ℃
实质上并非两者的简单组合
醛酮中 C O 键长 0.122nm
醇中
C OH 键长 0.143nm
O HC
OH
（甲酸）
0.1245nm 0.1312nm 电子衍射实验证明
O RC
O-H
P-π 共轭体系
RC sp2 杂化
O OH
O RC
OH O HC OH
O RC
O
O 0.127nm HC
O 0.127nm
O RC
O
O HC
O
羧酸的化学性质
H
脱羧反应
O
RCC
羟基断裂呈酸性
H
OH
α H 的反应
羟基被取代的反应
一、酸性
羧酸具有弱酸性，在水溶液中存在着如下平衡：
RCOOH
RCOO + H+
乙酸的离解常数Ka为1.75×10-5 , pKa =4.76 甲酸的Ka=2.1×10-4 , pKa =3.75 其他一元酸的Ka在1.1~1.8×10-5之间, pKa在4.7~5之间。 可见羧酸的酸性小于无机酸而大于碳酸（H2CO3 pKa1=6.73）。
oocoh形式上看羧基是由一个和一个组成coh实质上并非两者的简单组合醛酮中coo01245nm键长0122nmhc01312nmoh醇中coh甲酸电子衍射实验证明键长0143nmoorcohrc2ohp共轭体系sp杂化ooorcrcrcohoooo0127nmohchchcohoo0127nm羧酸的化学性质h脱羧反应orcc羟基断裂呈酸性ohhh的反应羟基被取代的反应一酸性?羧酸具有弱酸性在水溶液中存在着如下平衡
课件有机化学第12章 羧酸及衍生物
O H3C C O
H H
O C O
6
CH3
乙酸的二缔合体
12.2 羧酸的化学性质
7
12.2 羧酸的化学性质
1. 酸性
R C O R C O
• 酸性比醇强得多 O O • 仍是一种弱酸 • 一元饱和脂肪族羧酸的pKa值一般在3~5之间
pKa
HCl -7
CH3COOH CH3CH2OH 4.72 16
H+
-H 2O
OH C OCH 2 CH 3
-H +
O C OCH 2 CH 3
14
加成－消除机理
Example
O C OH H2SO4 O C OC2 H5
+ C2H5OH
+ H2O
CH3 CH2 CH2 CH3COCl 或 (CH3CO)2O
O C ONa
+ CH3I
CH3 CH2 CH2 O C OC2 H5
酸性
8
取代基对羧酸酸性的影响
Structure pKa 1.26 2.85 4.72
• 吸电子取代基使酸性增强 • 给电子取代基使酸性减弱
Cl2CHCOOH ClCH2COOH CH3COOH
O
吸电子基
O
给电子基
C O
C O
吸电子取代基 提高羧酸盐稳定性
给电子取代基 降低羧酸盐稳定性
9
羧酸的酸性反应
H2SO4
CH3CO2CH2CH3 + H2O
O HOCH2CH2CH2COH
O O
13
反应机理（掌握）
O C OH H+ OH C OH 慢 OH C H OH 2 C OH OCH 2 CH 3 OH O CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 OH
有机化学：12 羧酸及羧酸衍生物
-
C
+
O C O
H
(二)羧基上羟基的取代反应
O 酰卤 O 酸酐 O O 酯 O 酰胺 R C X R C O C R R C O R R C NH2(R)
1.成酯反应
O R C OH + H OR' H
+
O R C OR' + H2O
称酯化反应 反应特点：用酸做催化剂，反应可逆，速率慢
1.成酯反应
(1)诱导效应
HCOOH > CH3COOH > CH3CH2COOH
pKa 3.77 4.76 4.88
(一)酸性
如：卤素的位置——越靠近羧基影响越大
CH3CH2CHCOOH Cl
CH3CHCH2COOH CH2CH2CH2COOH Cl Cl
pKa
2.86
4.41
4.70
卤素的数目——越多，酸性越强
RCH2COOH + RCHCOX
X RCHCOOH
X X 该反应称为赫尔-佛尔哈德-泽林斯基(Hell-VolhardZelinsky)反应。 α-位如果还有H，可以进一步发生卤代反应，直至 所有α-H全部反应完。
问：
COOH CH3COOH 1 COOH 2 H2C COOH COOH 3
CH3COOH+SOCl2
pKa
4.20
3.83
4.09
4.10
2.电子效应的影响
邻位取代：
C和 I 都发挥作用，还有空间效应，情况复杂。
除氨基外，-X、-CH3、-OH、NO2酸性都比间 位或对位取代的强。邻位有取代时，羧基与 苯环不共平面，苯环电子云向羧基偏移少。
C
+
O C O
H
(二)羧基上羟基的取代反应
O 酰卤 O 酸酐 O O 酯 O 酰胺 R C X R C O C R R C O R R C NH2(R)
1.成酯反应
O R C OH + H OR' H
+
O R C OR' + H2O
称酯化反应 反应特点：用酸做催化剂，反应可逆，速率慢
1.成酯反应
(1)诱导效应
HCOOH > CH3COOH > CH3CH2COOH
pKa 3.77 4.76 4.88
(一)酸性
如：卤素的位置——越靠近羧基影响越大
CH3CH2CHCOOH Cl
CH3CHCH2COOH CH2CH2CH2COOH Cl Cl
pKa
2.86
4.41
4.70
卤素的数目——越多，酸性越强
RCH2COOH + RCHCOX
X RCHCOOH
X X 该反应称为赫尔-佛尔哈德-泽林斯基(Hell-VolhardZelinsky)反应。 α-位如果还有H，可以进一步发生卤代反应，直至 所有α-H全部反应完。
问：
COOH CH3COOH 1 COOH 2 H2C COOH COOH 3
CH3COOH+SOCl2
pKa
4.20
3.83
4.09
4.10
2.电子效应的影响
邻位取代：
C和 I 都发挥作用，还有空间效应，情况复杂。
除氨基外，-X、-CH3、-OH、NO2酸性都比间 位或对位取代的强。邻位有取代时，羧基与 苯环不共平面，苯环电子云向羧基偏移少。
第12章 羧酸和取代羧酸
b-酮酸
芳香酸的脱羧反应较脂肪酸容易，尤其是邻、对位 上连有吸电子基，如：
NO 2 O 2N CO2H NO 2
H2O
NO 2 O 2N NO 2 + CO2
六）二元酸的热解反应
二元酸受热后，由于两个羧基的位置不同，而发生不同的 化学反应，有的失水，有的失羧，有的同时失水失羧。
1、乙二酸和丙二酸------脱羧
3、烷基苯氧化：制备苯甲酸及其部分衍生物
CH3 KMnO4 Cl COOH Cl
4、格氏试剂与CO2反应后水解
O RMgX + O=C=O RCOMgX H 3 O+
RCOOH
5、羧酸衍生物水解：酰卤、酸酐、酯、酰胺、腈
O RC L H 2O O L=X, OCR, OR, NH2(R) O RC OH + HL
系统命名法原则与醛相同。
1. 选择含羧基在内的最长碳链为主链
2. 从羧基碳原子开始用阿拉伯数字标明取代基等的位置 3. 按所含碳原子数目称为某酸，取代基及位次写在某酸 之前。
对于简单的脂肪酸也常用 α、β、γ 等希腊字 母表示取代基的位次；羧基永远作为C-1。
CH3 CH3-CH2-CH-CH2-CO2H
15.7 16-19
羧酸酸性的强弱决定于电离后所成的羧酸根负离子 (即共轭碱)的相对稳定性。
诱导效应、共轭效应对酸性的影响
1. 诱导效应的影响
G CH2COOG
酸性增强
CH2COO-
酸性减弱
G CH2COO-
各取代基的吸电子诱导效应的强弱次序：
NO2> CN> F> Cl> Br> I> C≡CH> OCH 3> OH > C6H5> CH=CH2> H
有机化学：第12章 羧酸
RCOONa + HCl RCOOH + NaCl
应用：用于羧酸的鉴别，分离，提纯。
另外，C12~18的RCOONa是肥皂的主要成份。
RCOOH > H2CO3 > C6H5OH > H2O >
pka: 4 ~ 5
6.38
10 15.74
RCH2OH > RNH2
16 ~ 19
~ 34
例如： 用化学方法鉴别(酸、酚、醇)
共轭效应的影响受到阻碍。
吸电子共轭效应
(-C )只能传递
到邻、对位。
• 卤素原子具有-I和+C效应，-I > +C。
COOH
COOH Cl
COOH
Cl
pKa： 4.2
2.92
3.82
• 羟基具有-I和+C效应，-I < +C。
COOH COOH OH
COOH OH
pKa： 4.2
2.98
4.08
COOH
O R C CH3
OH R CH CH3
X2 NaOH
RCOOH + CHX3
O CH3(CH2)4CCH3 I2/NaOH CH3(CH2)4COOH
4、由腈的水解制备：制备比原料多一个碳的羧酸
R CN
H
H2O,
OH
H
R COOH
H2O
CH3(CH2)4CN H2O/H+ CH3(CH2)4COOH
O CH2CH3
O
HOCCH2CHCH2CH2CHCH2COH
CH3
3–甲基–6–乙基辛二酸
(3-ethyl-6-methyloctanedioic acid)
第十二章 羧 酸
CH COOH 2 CH COOH CH CH COOH β -苯2 基 丙 烯酸 (肉 桂酸 )
丁二酸(琥珀酸)
CH3CH CHCOOH
CH3CHCH2COOH CH3 3-甲 基 丁酸
2-丁烯酸
书 P2 问题12-1
酰基： 羧酸分子中的羧基除去羟基后的基团；
酰氧基：羧酸分子中的羧基除去氢原子后的基团。
O
O18 CH3C-OC(CH3)3 + H2O
三、 脱羧反应
*1．强热脱羧 CH3COONa
*2．催化脱羧
2RCOOH
400—500℃
+
NaOH
CaO
强热
CH4
+
Na2CO3
ThO2
O
+
R
CO2
+
H2O
R
3．α-C原子连有吸电基的一元羧酸易脱羧
HOOCCH2COOH
O2N COOH NO2
H2O
O H3C C H3C O C O
乙 酰基
O PhCH2 C
乙 酰氧 基
O PhCH2 C O
苯 乙 酰基
O O
苯 乙 酰氧 基
O O
CH3CCH3CCH3 乙酰丙酮 CH3CCH3COCH2CH3 乙酰乙酸乙酯
第二节 羧酸的物理性质
1. 沸点：由于羧酸分子间及羧酸 分子与水分子间形成氢键,羧酸的 沸点高于分子量相近的醇。
5.比重：一元羧酸：甲酸、乙酸比重大于1； 其它羧酸的比重小于1。 二元羧酸、芳香羧酸的比重大于1。 6.状态： 十个碳原子以下的饱和一元酸是液体。 高级脂肪酸是蜡状固体。 二元脂肪酸和芳香酸都是结晶固体。
羧 烃 基 基
有机化学12羧酸衍生物
环状酸酐与氨或胺反应，先开环生成酰胺羧酸，然后很容易转变成环状酰亚胺。
酯的氨解，与氨反应不需加酸碱催化，氨本身就是碱。
酯的氨解反应比酸酐温和，与亲核性较弱的胺反应，常在碱催化剂存在下进行。
反应可用于酯的鉴别，酰卤和酸酐也呈正反应。
羟肟酸和FeCl3作用时，生成红色络合物。
氨的衍生物，也可以和羧酸衍生物发生氨解反应。
碳酸在结构上，可以看成羟基甲酸，碳酸在结构上可以看作是羟基甲酸，或共有一个羰基的二元酸。 由于二个羟基连在同一个碳上，H2CO3不稳定，不能以游离态存在，但它的许多的衍生物却很稳定。 碳酰氯(光气) 碳酰胺(尿素) 碳酸二乙酯
*
碳酸是二元酸，应有二种衍生物，即酸性衍生物和中性衍生物，但酸性衍生物都是不稳定的。 氯甲酸乙酯 氨基甲酸乙酯 Y为：卤素、RO、NH2等。 碳酸的混合衍生物是稳定的。
原因：酰胺分子中氨基上的氢原子可以形成氢键。
酰胺是有机物和无机物的良好溶剂。
N,N-二甲基甲酰胺，是常用的非质子极性溶剂。
第三节 化学反应
*
反应的活性和离去基团的性质有关，羧酸衍生物的离去基团L同时具有-I和+C效应。 第一步亲核加成，取决于羰基碳原子的亲电性。 电子效应：-I效应使羰基碳原子的电子密度减小，更容易与亲核试剂起加成反应； +C效应，使反应物的稳定性增加，羰基更不容易和亲核试剂起加成反应。 -I效应 +C效应
尿素与次卤酸钠溶液作用时，放出氮气，机理与霍夫曼反应相似。
尿素与亚硝酸作用，也能放出氮气和二氧化碳。 常用尿素在一些有机合成反应，如重氮化反应中， 除去过量的亚硝酸。
把固体尿素小心加热，分子间脱去一分子氨，生成双缩脲。 双缩脲反应：双缩脲和少量的CuSO4的碱性溶液生成紫红色。 分子链中含有不只一个酰胺键的化合物，都能发生这个显色反应，常用于蛋白质和多肽的定性检验。
第12章 羧酸
第12章 羧酸§12.1 羧酸的分类、结构与命名12.1.1 结构和分类 1、定义分子中含有C OH O基团(羧基)的有机化合物称为羧酸。
2、羧酸的结构通式：R-COOH (-R=烷基或芳基) 3、羧酸(RCOOH)的分类方法☐ 按照羧基连的烃基构造： ☐ 按照分子中羧基的数目：脂肪族羧酸（饱和及不饱和） 一元羧酸 脂环族羧酸 二元羧酸 芳香族羧酸 多元羧酸其中链状的一元羧酸（包括饱和的及不饱和的）通称为脂肪酸12.1.2 命名 1、系统命名法A 、饱和脂肪酸的命名1）选择含有羧基的最长碳链为主链，并按主链碳数称“某酸”； 2）从羧基碳原子开始编号，用阿拉伯数字标明取代基的位置； 3）并将取代基的位次、数目、名称写于酸名前。
如：C H 3 C H 2 C H 2 CO O H丁酸 C H 3 C H C H 3 C H C H 3C H 2 C O O H 3 , 4 - 二甲基戊酸 β , γ - 二甲基戊酸12 3 4 5 α β γB 、不饱和脂肪酸的命名1）选择包括羧基碳原子和各C=C 键的碳原子都在内的最长碳链为主链，根据主链上碳原子的数目称“某酸”或“某烯（炔）酸”；2）从羧基碳原子开始编号；3）在“某烯（炔）酸”前并注明取代基情况及双键的位置。
如：CH 3CCHCH CH 3CH 3COOHC CCOOHHOOCH H2, 4–二甲基–3–戊烯酸 (E ) –丁烯二酸 3-苯基丙烯酸C 、脂环族羧酸的命名1）羧基直接连在脂环上时，可在脂环烃的名称后加上“羧酸或二羧酸”等词尾； 2）不论羧基直接连在脂环上还是在脂环侧链上，均可把脂环作为取代基来命名。
如：D 、芳香族羧酸的命名1）以芳甲酸为母体；2）若芳环上连有取代基，则从羧基所连的碳原子开始编号，并使取代基的位次最小。
如：E 、二元酸的命名选包括两个羧基碳原子在内的最长碳链作为主链，按主链的碳原子数称为“某二酸”。
有机化学 第十二章 羧酸
王鹏
山东科技大学 化学与环境工程学院
12.3 羧酸的物理和波谱性质
二、1H-NMR：
-COOH： δ范围 10～14 邻近羧基的碳上的氢移向低场区， δ约2～2.6 O CH2 C O H
δ： 2~3
10~13
如p282 图13-2异丁酸的核磁图 羧酸核磁的另一特点是活性氢交换后低场区信号 减弱或消失
王鹏
12.4 羧酸的化学性质
酯化反应的亲核取代机理：
O R C OH + H
+
快
+OH
慢
OH R
快
R
快
C
OH
.. R'O H ..
C
+.. O R'
OH H O R C OR'
OH
快
+ OH OR'
H2O 快 慢
R
C
R
C
OR'
H
+
+ OH2
快
叔醇更倾向于酸碱中和机理，即酸失去H+，叔醇 失去OH－，剩余部分结合成酯
溶解性：
低级脂肪酸是极性分子，易溶于水（因为易与水成分子间 氢键）。随着碳原子数增加，水溶性逐渐降低
熔沸点：
羧酸的熔沸点比分子量相近的其他化合物高许多
王鹏
山东科技大学 化学与环境工程学院
12.3 羧酸的物理和波谱性质
一、IR：
O-H：3560～3500（单体）3000～2500（二聚） C=O：1720，C-O：1250 羧酸的红外特征是强而宽的羧基峰和羰基峰
王鹏
山东科技大学 化学与环境工程学院
12.2 羧酸的分类和命名
有机化学第十二章 羧酸
“烯”字前加一个“碳”字
2020/1/31
C H 2C O O H
C H 2C O O H C H 3(C H 2)7C H =H C (C H 2)7C O O H
α -萘基乙酸 β -萘基乙酸 9-十八碳烯酸
也可以用△表示双键的位次，把双键碳 原子的位次写在△的右上角。例如 △9-十八 碳2、烯俗酸名法：根据来源命名
由于P-Π 共轭的结果，使得C=O双键与 C-OH单键的键长平均化：
羧基λ C=O 0.125nm 醛酮：λ C=O 0.122nm λ C-O 0.131nm 醇 ：λ C-O 0.143nm
2020/1/31
醛 酮 中CO 键 长 0.122nm
醇 中 COH 键 长 0.143nm
O 0.1245nm HCOH0.1312nm
§12-2 羧酸的物理性质
一、物理性质 强调：
1、沸点：由于羧酸是极性化合物，它的 沸点比相应的醇高
甲酸(46)：100.7
乙醇(46)： 78.5
乙酸(60)：bp. 118 丙醇(60)： 97
2020/1/31
2、熔点：从丁酸开始，羧酸的熔点随分子 量的增大呈交替上升，一般偶数碳原子比相 邻的奇数的酸的熔点高，原因P3。例如
即HCOOH > 1°RCOOH > 2°RCOOH > 3°RCOOH 2．酰卤的生成 被卤素所取代生成酰卤
羧酸与PX3、PX5、SOCl2作用则生成酰卤
2020/1/31
（1） 与PX3作用
R C O O H+P X 3
R C O X+H 3 P O 320 D e 0 c .
此法适用于：低沸点的酰卤的制备。例如
（2）除去反应生成的水。可以用分水 器或202加0/1/31入浓硫酸吸水；
2020/1/31
C H 2C O O H
C H 2C O O H C H 3(C H 2)7C H =H C (C H 2)7C O O H
α -萘基乙酸 β -萘基乙酸 9-十八碳烯酸
也可以用△表示双键的位次，把双键碳 原子的位次写在△的右上角。例如 △9-十八 碳2、烯俗酸名法：根据来源命名
由于P-Π 共轭的结果，使得C=O双键与 C-OH单键的键长平均化：
羧基λ C=O 0.125nm 醛酮：λ C=O 0.122nm λ C-O 0.131nm 醇 ：λ C-O 0.143nm
2020/1/31
醛 酮 中CO 键 长 0.122nm
醇 中 COH 键 长 0.143nm
O 0.1245nm HCOH0.1312nm
§12-2 羧酸的物理性质
一、物理性质 强调：
1、沸点：由于羧酸是极性化合物，它的 沸点比相应的醇高
甲酸(46)：100.7
乙醇(46)： 78.5
乙酸(60)：bp. 118 丙醇(60)： 97
2020/1/31
2、熔点：从丁酸开始，羧酸的熔点随分子 量的增大呈交替上升，一般偶数碳原子比相 邻的奇数的酸的熔点高，原因P3。例如
即HCOOH > 1°RCOOH > 2°RCOOH > 3°RCOOH 2．酰卤的生成 被卤素所取代生成酰卤
羧酸与PX3、PX5、SOCl2作用则生成酰卤
2020/1/31
（1） 与PX3作用
R C O O H+P X 3
R C O X+H 3 P O 320 D e 0 c .
此法适用于：低沸点的酰卤的制备。例如
（2）除去反应生成的水。可以用分水 器或202加0/1/31入浓硫酸吸水；
第十二章 羧酸
此性质可用于醇、酚、酸的鉴别和分离，不溶于 水的羧酸既溶于NaOH也溶于NaHCO3，不溶于水的酚 能溶于NaOH不溶于NaHCO3，不溶于水的醇既不溶于 NaOH也溶于NaHCO3。 RCOOH + NH4OH RCOONH4 + H2O 高级脂肪酸高级脂肪酸的钠、钾盐是肥皂的主 要成分，高级脂肪酸的铵盐是雪花膏的主要成分， 镁盐可用于医药工业，钙盐用于油墨工业。
影响羧酸酸性的因素： 影响羧酸酸性的因素复杂，这里主要讨论电 子效应和空间效应。 1． 电子效应对酸性的影响 1）诱导效应 1°吸电子诱导效应使酸性增强。 FCH2COOH > ClCH2COOH > BrCH2COOH > ICH2COOH > CH3COOH pKa值 2.66 2.86 2.89 3.16 4.76 2°供电子诱导效应使酸性减弱。 CH3COOH > CH3CH2COOH > (CH3)3CCOOH pKa值 4.76 4.87 5.05
3°吸电子基增多酸性增强。 ClCH2COOH < Cl2CHCOOH < Cl3CCOOH pKa值 2.86 1.29 0.65 4°取代基的位置距羧基越远，酸性越小。
2) 共轭效应 当能与基团共轭时,则酸性增强，例如： CH3COOH Ph-COOH pKa值 4.76 4.20
2．取代基位置对苯甲酸酸性的影响 取代苯甲酸的酸性与取代基的位置、共轭效 应与诱导效应的同时存在和影响有关，还有场效 应的影响，情况比较复杂。 可大致归纳如下： a 邻位取代基（氨基除外）都使苯甲酸的酸 性增强（位阻作用破坏了羧基与苯环的共轭）。 b 间位取代基使其酸性增强。 c 对位上是第一类定位基时，酸性减弱；是 第二类定位基时，酸性增强。见P7表12-3。
有机化学(第二版)第十二章 羧酸及其衍生物
CH2COOC2H5 CH2 CH2COOC2H5
CH2=CHOCOC2H5
丙二酸二乙酯
醋酸乙烯酯
12.9 羧酸衍生物的化学性质 12.
一、羧酸衍生物的亲核取代反应 • 加成-消除历程：
O 1) R C L O
+
Nu
R C Nu L 亲 亲亲 亲
O 2) R C Nu L:-X,-OCOR,-OR,-NH 2 L R
O C OH HO
O C
O C OH
pKa
4.76
3.75
1.23
2、α-H卤代
• 赫尔－乌尔哈－泽林斯基反应
Br2/P
Br CH2COOH CH2COOH Cl
CH3COOH
Cl2/S
CN
NaCN
CN
H+/H 2 O
RCHCOOH X
① OH
+
-
RCHCOONa OH RCHCOONa RCHCOONa NH 2
②羧酸氯化水解
RCH2COOH Cl2 P RCHCOOH Cl OH .H2O RCHCOOH OH
2、β-羟基酸
• ① 通过次卤酸(p.55)
OH
HOCl
OH Cl
NaCN
OH
R
R
R
CN
1) NaOH
2) H
+
R
COOH
② Reformasky反应
Zn+BrCH2COOC2H5 RCHCH2COOC2H5 OZnBr 无 RCHO ZnBrCH2COOC2H5 .H2O RCHCH2COOH OH
.H2O H
+
三、化学性质
1、酸性
CH2=CHOCOC2H5
丙二酸二乙酯
醋酸乙烯酯
12.9 羧酸衍生物的化学性质 12.
一、羧酸衍生物的亲核取代反应 • 加成-消除历程：
O 1) R C L O
+
Nu
R C Nu L 亲 亲亲 亲
O 2) R C Nu L:-X,-OCOR,-OR,-NH 2 L R
O C OH HO
O C
O C OH
pKa
4.76
3.75
1.23
2、α-H卤代
• 赫尔－乌尔哈－泽林斯基反应
Br2/P
Br CH2COOH CH2COOH Cl
CH3COOH
Cl2/S
CN
NaCN
CN
H+/H 2 O
RCHCOOH X
① OH
+
-
RCHCOONa OH RCHCOONa RCHCOONa NH 2
②羧酸氯化水解
RCH2COOH Cl2 P RCHCOOH Cl OH .H2O RCHCOOH OH
2、β-羟基酸
• ① 通过次卤酸(p.55)
OH
HOCl
OH Cl
NaCN
OH
R
R
R
CN
1) NaOH
2) H
+
R
COOH
② Reformasky反应
Zn+BrCH2COOC2H5 RCHCH2COOC2H5 OZnBr 无 RCHO ZnBrCH2COOC2H5 .H2O RCHCH2COOH OH
.H2O H
+
三、化学性质
1、酸性
第十二章 羧酸
OH R C OH R'O+ H
- H+ O R C OR'
OH slow R C OH
HO R'
..
加成
OH + OH fast + R C OH2 R C OR' 消除 H 2O OR'
..
H2O中无O18，说明反应为酰氧断裂。
（4）酯化反应历程
1°、2°醇为酰氧断裂历程，
O R C OH
OH
O C OH
1700~1725 cm C O 在 -1 OH 二聚体 2500~3000 cm -1 3100~3650 cm 游离
-1
1HNMR：RCOOH
δH
=10.5~13
RCH2COOH
R2CHCOOH
δH = 2~2.6
第三节 羧 酸 的 化 学 性 质
4. 脱羧反应; 氧化与还原
*3.α-H 的反应
CH3COOH
酯键 O C2H5OH H2 O 110～120℃ CH3C-O-C2H5
浓H2SO4
乙酸乙酯
O O H2SO4 C6H5-C—OH + H O-CH3 C6H5-C—O-CH3 +H2O
苯甲酸甲酯 (85-95%) (1) 酯化反应是可逆反应，Kc≈4，一般只有2/3的转化率 提高酯化率的方法： 增加反应物之一，或不断从反应体系中移去一种生成物,可促 使平衡右移,提高酯的收率。
C
δ+
N O O
O-
COOH
COOH CH3 CH3
COOH H3C
COOH
pKa
4.17
3.89
4.28
4.35
- H+ O R C OR'
OH slow R C OH
HO R'
..
加成
OH + OH fast + R C OH2 R C OR' 消除 H 2O OR'
..
H2O中无O18，说明反应为酰氧断裂。
（4）酯化反应历程
1°、2°醇为酰氧断裂历程，
O R C OH
OH
O C OH
1700~1725 cm C O 在 -1 OH 二聚体 2500~3000 cm -1 3100~3650 cm 游离
-1
1HNMR：RCOOH
δH
=10.5~13
RCH2COOH
R2CHCOOH
δH = 2~2.6
第三节 羧 酸 的 化 学 性 质
4. 脱羧反应; 氧化与还原
*3.α-H 的反应
CH3COOH
酯键 O C2H5OH H2 O 110～120℃ CH3C-O-C2H5
浓H2SO4
乙酸乙酯
O O H2SO4 C6H5-C—OH + H O-CH3 C6H5-C—O-CH3 +H2O
苯甲酸甲酯 (85-95%) (1) 酯化反应是可逆反应，Kc≈4，一般只有2/3的转化率 提高酯化率的方法： 增加反应物之一，或不断从反应体系中移去一种生成物,可促 使平衡右移,提高酯的收率。
C
δ+
N O O
O-
COOH
COOH CH3 CH3
COOH H3C
COOH
pKa
4.17
3.89
4.28
4.35
有机化学 第十二章+羧酸
pka 1 HOOCCOOH HOOCCH 2 COOH 1.27 4.21
pka 2 4.27 5.64
24
2. 酸性顺序
影响RCOOH酸性强弱的因素
(2) 共轭效应 －C越大，酸性越大（使－COO-负电荷分散） O2 N pKa 3.42 COOH CH3O 4.47 COOH COOH 4.20
34
(二)羧基中羟基被取代的反应
2. 酯化反应 (esterification) (★) (2) 催化剂 (catalyst)
C H3C O O H + H O C2H5 H+ C H3C O O C 2H5 + H2O
催化剂对平衡时间的影响
编号 1 2 3
反应温度（℃） 室温（25℃） 150℃ 室温（25℃）
类型 间位(m-)
对位(p-) 邻位(o-)
距羟基距离 中等
最远 最近
诱导效应 (-I)中
(-I) 小 (-I)大
共轭效应 无(-C)
(-C) (-C)
氢键 无
分子间 分子内
酸性
小 大 中
30
(二)羧基中羟基被取代的反应
31
(二)羧基中羟基被取代的反应
1. 酰卤
比较：醇类的卤代
SOCl2 R R OH PBr3 R Cl Br
R' R－ CH ＝ C R"
R'
KMnO4 △
R－ C＝ O ＋O ＝ C OH R"
2
一.羧酸的制备
1. 氧化反应 (1) 烯烃、炔烃的氧化断裂 ◆ 烯烃：用热的或酸性KMnO4 ◆ 炔烃：用碱性KMnO4
CH3CH2CH2CH2C CH
有机化学 第十二章 羧酸衍生物和碳酸衍生物
第十二章 羧酸衍生物和碳酸衍生物
第一节 第二节 第三节 羧酸衍生物 羧酸衍生物涉及碳负离子的反应及其 在合成中的应用 碳酸衍生物、油脂和原酸酯
第一节
一、结构
羧酸衍生物
O O O O O R C X R C O C R' R C OR' R C NH2
酰卤
酸酐
酯
酰胺
羧基中羟基被置换生成羧酸衍生物，它们经简单 的水解反应可转变为羧酸. 腈 ( RCN ) 水解生成羧酸,故也在本章予以讨论.
NHCOCH3
5-乙酰氨基-7-(2氧代丙基)-2-萘甲酸
2-乙酰氧基苯甲酸
乙酸(3-甲氧基-4氰基苯基)酯
三、物理性质
酰氯酸酐：低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体， 高级的为固体。 酯：低级的酯具有芳香的气味，可作为香料。乙酸 异戊酯（香蕉味）；丁酸甲酯（菠萝味）； -辛內酯（椰子味）。十四碳酸以下的甲酯和 乙酯均为液体。 酰胺： 由于形成分子间氢键，沸点高。除甲酰胺外均是
4-Chlorocarbonylbezioc acid
普通命名法： -溴丁酰溴 IUPAC 命名法： 2-溴丁酰溴 对氯甲酰基苯甲酸 对甲氧基苯甲酰氯
4-氯甲酰基苯甲酸
2 酸酐的命名
单酐：在羧酸的名称后加酐字； 混酐：将简单的酸放前面，复杂的酸放后面再加酐字 O 环酐：在二元酸的名称后加酐字。
O O CH3COCCH3 Acetic anhydride O O CH3COCCH2CH3 O Aceticpropionic anhydride Succinic anhydride O
快
R'OH +RCO-
2. 酸性下水解
O C2H5CO18C2H5 + H2O
第一节 第二节 第三节 羧酸衍生物 羧酸衍生物涉及碳负离子的反应及其 在合成中的应用 碳酸衍生物、油脂和原酸酯
第一节
一、结构
羧酸衍生物
O O O O O R C X R C O C R' R C OR' R C NH2
酰卤
酸酐
酯
酰胺
羧基中羟基被置换生成羧酸衍生物，它们经简单 的水解反应可转变为羧酸. 腈 ( RCN ) 水解生成羧酸,故也在本章予以讨论.
NHCOCH3
5-乙酰氨基-7-(2氧代丙基)-2-萘甲酸
2-乙酰氧基苯甲酸
乙酸(3-甲氧基-4氰基苯基)酯
三、物理性质
酰氯酸酐：低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体， 高级的为固体。 酯：低级的酯具有芳香的气味，可作为香料。乙酸 异戊酯（香蕉味）；丁酸甲酯（菠萝味）； -辛內酯（椰子味）。十四碳酸以下的甲酯和 乙酯均为液体。 酰胺： 由于形成分子间氢键，沸点高。除甲酰胺外均是
4-Chlorocarbonylbezioc acid
普通命名法： -溴丁酰溴 IUPAC 命名法： 2-溴丁酰溴 对氯甲酰基苯甲酸 对甲氧基苯甲酰氯
4-氯甲酰基苯甲酸
2 酸酐的命名
单酐：在羧酸的名称后加酐字； 混酐：将简单的酸放前面，复杂的酸放后面再加酐字 O 环酐：在二元酸的名称后加酐字。
O O CH3COCCH3 Acetic anhydride O O CH3COCCH2CH3 O Aceticpropionic anhydride Succinic anhydride O
快
R'OH +RCO-
2. 酸性下水解
O C2H5CO18C2H5 + H2O
华中科技大学有机化学第十二章 羧酸及其衍生物
工业上应用这个反应合成聚酰胺纤维：
三、还原反应 羧酸是许多有机物氧化的最终产物，性质稳定，催化加氢和一般的还 原剂都不能使羧酸还原。但用氢化铝锂可以顺利地将羧酸还原成伯醇。
由于LiAIH4价格昂贵且使用不便，常用间接的方法使羧酸还原， 即先把羧酸转变成酯然后再用适当的还原剂还原。 四、-卤代反应 脂肪族羧酸中的-氢在红磷的催化下能被卤素取代。例如
生成酸酐的反应机理是一分子羧酸对另一分子羧酸的亲核加成-消去反应
3．生成酯 羧酸和醇或在强酸(硫酸，对甲苯磺酸等)催化下分子间脱水生成酯， 这个反应叫做酯化反应(esterification)。 酯化反应是可逆反应。为了提高产率，一般采用的方法是增加某 一种反应物的用量，或不断从体系中移去某一种产物。 实验证明，羧酸酯化时生成的水分子中的氧原子一般是来自羧酸 的羟基。例如，用同位素标记的醇与羧酸反应，其结果是同位素标记 的氧原子留在酯分子中。
命名含有多官能团的羧酸衍生物时，要先确定主官能团并写出主 官能团为母体的名称，然后把其它官能团作为取代基，连同它们在母 体碳架上的位次写在母体名称之前。 常见羧酸衍生物功能基作为取代基的名称如下：
3. 酸衍生物的物理性质 一些羧酸衍生物的物理性质见下表。 C14以下的直链酰氯、甲酯和乙酯在室温下为液体。壬酸酐以上的酸酐 在室温下是固体。 甲酯、乙酯和酰氯的沸点比相应的羧酸低，酸酐和酰胺的沸点比相应 的羧酸高。除甲酰胺外，其它的酰胺RCONH2在室温下都是固体。 具有氢键给予体(N-H)和氢键受体(C=O)的酰胺可以通过氢键互相缔 合：
二、羧酸的命名 根据与羧基相连的烃基的种类，可将羧酸分为芳香族羧酸和脂肪 族羧酸、饱和羧酸和不饱和羧酸；根据羧基数目的不同，又可分为 一元羧酸、二元羧酸和多元羧酸。 羧酸的系统命名原则与醛类似，即选择含有羧基的最长碳链为 主链，从羧基的碳原子开始编号，用阿拉伯数字表示取代基的位次。 简单的羧酸习惯上也使用希腊字母来编号，从羧基相邻碳原子起， 分别用、、、……字母表示，末端碳原子用表示。
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C O + H2O
C
O
邻苯二甲酸
邻苯二O 甲酸酐(100%)
羧酸的钠盐 酰氯 共热
O
O
OO
CH3 C O Na + CH3CH2 C Cl CH3 C O C CH2CH3 + NaCl
混合酸酐的生成
(3) 酯的生成和酯化反应机理 羧酸 醇 在强酸催化下 酯
酯化反应(esterification) O
+ H2O
(92%)
制备乙酸、苯甲酸的工业方法
(2) 由一氧化碳、甲醇或醛制备
CO与NaOH水溶液作用，生成HCOOH:
CO + NaOH
~210℃ ~0.8 MPa
HCOONa H2SO4
丙醛氧化法：
HCOOH
CH3CH2CHO +
1/2
O2
(CH3CH2COO)2 0.1 MPa,
Mn
甲醇法：
CH3 CN
H2O, H2SO4 ~85%
CH3 COOH
12.3.4 Grignard 试剂与CO2作用
Grignard 试剂的羧化作用 (carbonation)
(CH3)3C MgCl + O C O
O
C(CH3)3
H3O+
C O MgCl
(CH3)3CCOOH
反应特点:
• RX RCOOH
• 增长1个C的碳链
O C6H5 C 18OCH3 + H2O
羧酸
醇
酯化反应机理：
第一步 羰基质子化：
O R C OH H+
OH R C OH
酯
OH R C OH
第二步 醇分子对质子化羰基的亲核进攻：
OH
R'OH
R C OH
OH R C OH R' O H
四面体中间体
第三步 质子转移与脱水：
OH R C OH R' O H
•
限制：底物分子中不能含有–OH, –SH 或C=O等基团
–
NH2,
Mg
Br 乙醚
MgBr
①CO2 ②H3O+
COOH
12.3.5 酚酸的合成
Kolbe–Schmitt 反应
酚钠、CO2 水杨酸
ONa
OH
OH
+ CO2
150℃ 0.5MPa
COONa H3O+
90%
COOH
水杨酸
(邻羟基苯甲酸)
OK
取代酸：
酰胺
RCHCOOH RCHCH2COOH RCHCOOH
X
卤代酸
OH
羟基酸
NH2
氨基酸
12.1 羧酸的分类和命名
羧酸的命名： • 选择含羧基的最长的C链为主链，称“某酸” • 二元酸：称“某二酸” • 含脂环和芳环的羧酸：当羧基直接与环相
连时，“环的名称 + 甲酸”；当羧基与侧链 相连时，环作为取代基；当环上和侧链都 连有羧基时，以脂肪酸为母体
NR3 > NO2 > SO2R > CN > SO2Ar >COOH >
F > Cl > Br > I >OAr > COOR > OR > COR > SH > OH
> C CR > C6H5 > CH CH2 > H
+I: O- > COO- > (CH3)3C > (CH3)2CH > CH3CH2 > CH3 >H
T/%
σ/ cm-1
图 12.1 正癸酸的红外光谱图
图12.2 异丁酸的核磁共振谱图
12.6 羧酸的化学性质 反应部位：
酰基上的 亲核取代反应
酸性
O
RC COH
H
还原成 CH2
α–H 反应
脱羧反应
12.6.1 羧酸的酸性和极化效应
(1) 羧酸的酸性
RCOOH + NaOH RCOO Na + H2O RCOOH + NaHCO3 RCOO Na + CO2 + H2O RCOONa + HCl RCOOH + NaCl
二元羧酸的酸性：
HOOCCH2COOH pKa1 = 2.9
HOOCCH2COO pKa2 = 5.7
HOOCCH2COO + H+ OOCCH2COO + H+
pKa1 < pKa2, 解离常数 Ka1 > Ka2
OOC CH2 COOH
羧基的-I效应利于羧酸的第一次解离。
O 场效应：通过空间传递的电子效应。
CHCOOH OH
2–苯基–2–羟基乙酸
(扁桃酸)
CH2COOH CH2COOH
1,2–苯二乙酸
12.2 羧酸的结构
甲酸：
124 ° O 125 ° HCO H
111 °
C: sp2 杂化 平面结构 键角：~120℃ C O : 一个σ键，
一个π键
12.3 羧酸的制法 12.3.1 羧酸的工业制合成
①LiAlH4 ②H2O
CH3O CH3O
CH2OH
(93%)
12.6.4 脱羧反应 (decarboxylation)
羧酸或羧酸盐分子 ―CO2 脱羧反应
吸电基团: NO2, C N, C O, Cl
加热 脱羧
△
Cl3CCOOH
CHCl3 + CO2
CH3CH2CHCOOH
Cl
pKa
2.86
CH3CHCH2COOH Cl
4.0
CH2CH2CH2COOH Cl
4.52
CH3CH2CH2COOH 4.82
供电基:
CH3
H COOH CH3 COOH CH3CH2 COOH CH3 C COOH
pKa 3.75
4.75
4.87
CH3
5.07
–I:
+
第十二章 羧酸
12.1 羧酸的分类和命名 12.2 羧酸的结构 12.3 羧酸的制法 12.3.1 羧酸的工业合成 (1)烃的氧化 (2) 由一氧化碳、甲醇或醛制备 12.3.2 伯醇和醛的氧化 12.3.3 腈水解 12.3.4 Grignard 试剂与二氧化碳作用 12.3.5 酚酸的合成 12.4 羧酸的物理性质 12.5 羧酸的波谱性质
(1) 烃的氧化 烷烃的氧化：
CH3CH2CH2CH3
O2, 醋酸钴 ~95℃
CH3COOH + HCOOH + CH2CH2COOH
(57%)
(1~2%)
(2~3%)
1.01~5.47MPa
+ CO + CO2 +酯和酮
烃基芳烃的氧化： (17%) (22%)
CH3
COOH
钴盐或锰盐
+ 3/2 O2 165℃,0.88MPa,
HY > RCOOH > H2CO3 >C6H5OH > H2O > RCH2OH >
pka: 4 ~ 5 6.38
10 15.74 16 ~ 19
C CH > RNH2 > RH
~ 25 ~ 34 ~50
HY:无机酸
由此可把羧酸与中性、碱性化合物及酚分离。
思考题：如何将以下三种化合物进行分离：
COOH OH
O
BrCH2CH2CH2COOH CH3CH CHCH2CH2C OH
4–溴丁酸
4–己烯酸
HOOC COOH
乙二酸(草酸)
COOH
CH3
对甲基苯甲酸
O CH2CH3
O
HOCCH2CHCH2CH2CHCH2COH
CH3
3–甲基–6–乙基辛二酸
COOH
1 52
43
1–环戊烯甲酸
COOH
H 反–1,2–环戊烷二甲酸 H COOH
OH
OH
R C OH2 -H2O R C O R'
R' O
第四步 脱质子：
OH
O
R
C
O
R'
-H+
R
C
O R'
叔醇的酯化反应是断裂醇中的C―O键：
O R C OH + HO CR'3
O R C O CR'3
酯化反应机理： 第一步：
图 12.3 羰基质子化步骤示意图
第二步：
图 12.4 醇分子亲核进攻步骤示意图
羧酸
O
(carboxylic acid) 羧基(carboxyl group)
R
C
OH
酰基(acyl group) 羧酸衍生物(carboxylic acid derivatives)：
O
O
O
O
R C X R C O C R R C OR' RC N
酰卤
酸酐
酯
腈
O
O
O
R C NH2 R C NHR R C NR2
pKa 2.66
2.81
2.87
3.31
不同数目
Cl3CCOOH Cl2CHCOOH ClCH2COOH CH3COOH
pKa 0.70
1.29
2.81
4.75
不同杂化
HC CCH2COOH
CH2COOH H2C CHCH2COOH CH3CH2COOH
pKa 3.32
4.31
4.35
4.82