羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应
大学有机化学第十章 羧酸和取代羧酸
O R–C–OH + H OH R–C—O–R* H OH
HO R–C–OH + R*––OH OH R–C—O–R* OH2
–H2O
HO R–C–OR*
羧酸和醇位阻越大↑，反应速度↓，甚至不反应。
酯化的相对速度为
CH3OH ＞ R–CH2OH ＞ R–CHOH R
R ＞ R–C–OH R
CH
R R
KMnO4 /H+
COOH
CH3 R
[O] HOOC
COOH
提问： + R-Cl
AlCl3 0~25 º C
无水
R
δ+ δ－ AlCl3 CH2CH2CH2Cl （三）腈的水解 Ar–CH2CN H3O+ Ar–CH2COOH
（四）Grignard试剂法合成羧酸 CH3CH-CH3 CO2 CH3CH-CH3 H2SO4/H2O 低温 CH3CH-CH3 MgX COOMgX COOH
O C—OH
pka 1.46
2. HCOOH COOH COOH
3.77
(+) KMnO4 /H+
4.17
Tollens Ag(银镜) ( )
(+)
( )
CH3COOH
五、 羧酸的制备（补充） （一）伯醇和醛的氧化
RCH2OH [O] RCHO RCOOH
常用的氧化剂：K2Cr2O7、KMnO4、CrO3-冰醋酸 （二）芳烃侧链的氧化
（三）-氢的卤代
CH3COOH + P
Cl2
CH2COOH + HCl Cl CHCl2COOH Cl3CCOOH
提问：请用简便化学方法把它们鉴 别出来
羧酸与取代羧酸
伯醇和仲醇成酯以“酰氧键断裂的机理”：
O CH3 C
-H2O
消除
OH
H+
+ OH HOC2H5
CH3 C OH
CH3
OH C OH
亲核加成 H O+C2H5
Ⅰ
Ⅱ
+ OH
-H+
CH3 C OC2H5
O CH3 C OC2H5
Ⅳ
Ⅴ
OH
+
CH3 C OH2 OC2H5
Ⅲ
11-28
伯醇和仲醇与酸成酯反应的特点： ①反应总的结果是亲核试剂醇分子中的-OR基取代了羧基中的羟基，是羧基的 亲核取代反应。 ②空间位阻对酯化反应的速度影响很大。 上述反应的中间体（Ⅱ）和 （Ⅲ）都是四面体结构，比较拥挤，如果羧酸和醇的α碳上连接的基团越多， 越大，这些中间体越不稳定，酯化反应越难进行。 酸或醇的烃基体积小、数目少，速度快。反应活性顺序如下：
11-13
问题11-2 分离苯甲酸、苯甲醇和苯酚的混合物。
COOH OH CH2OH
NaOH水溶液
水层 通CO2
溶液 H+ 晶体（苯甲酸） 晶体（苯酚）
醇层（苯甲醇）
羧酸酸性的应用： 分离、鉴别羧酸与酚
在制药工业中将羧酸制成钾盐、钠盐增加 药物的水溶性，提高药效
11-14
问题11-3 乙酸中也含有CH3CO基团，但不发生碘仿反应。为 什么？
AC
OH
性增强
O
当D为推电子基团， 酸
D C O H 性减弱
11-15
(1) 诱导效应
酸性排列顺序
HCOOH > CH3COOH >CH3CH2COOH
pKa 3.77
第十四章 羧酸衍生物 酰基碳上的亲核取代反应
第十四章羧酸衍生物酰基碳上的亲核取代反应1.羧酸衍生物的结构酰胺中的C-N键较胺中的C-N键短，原因是：①酰胺中C-N键的碳是用sp2杂化轨道与氮成键，而胺中C-N键的碳是用sp3杂化轨道与氮成键，由于C sp2杂化轨道中s成分较多，故键长较短②由于羰基与氨基的氮共轭，从而使C-N键具有某些双键的性质而造成的，因此酰胺的结构可表示如下：酯中的羰基亦可与烷基氧的孤电子对共轭，因此酯中C-O键也具有某些双肩的性质。
酰氯中C-Cl键却并不比氯代烷中的C-Cl键短，这是因为氯有较强的电负性，在酰氯中主要表现为强的吸电子诱导效应，而与羰基的共轭效应很弱。
酰胺、酯、酰氯的共振式如下：在酰胺中具有相反电荷的偶系结构是主要的，酯中次之，而在酰氯中这种偶极结构很少。
2.羧酸衍生物的物理性质低级酰氯与酸酐是有刺激气味的液体。
高级的为固体。
低级酯具有芳香的气味，存在于水果中，可用作香料。
十四碳以下的甲酯/乙酯均为液体。
酰胺除甲酰胺外，均是固体，只是因为分子中形成氢键，如果氮上的氢逐个被取代，则氢键缔合减少，因此脂肪族的N-取代酰胺常为液体。
酰氯和酯的沸点因分子中没有缔合，比相应的羧酸低，酸酐与酰胺的沸点，比相应的羧酸高。
（乙酰氯bp：51℃乙酸酐bp：140℃乙酸乙酯bp：77℃乙酰胺bp：222℃）酰氯和酸酐不溶于水，低级的遇水分解；酯在水中的溶解度很小；低级的酰胺可溶于水，N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺是很好的非质子性溶剂，可与水以任何比例混合。
乙酸乙酯是很好的有机溶剂，大量用于油漆工业。
3．羧酸衍生物的反应1）酰基碳上的亲核取代反应①酰基碳上的亲核取代反应概述基团离去能力的次序是：I- > Br- > Cl- > -OCOOR > -OR > -OH > -NH2（氨基的碱性比氢氧根强）不管是酸催化还是碱催化的机理，羧酸衍生物亲核取代反应性顺序都是：卤酐醛酮（活泼）酯酸胺腈（较稳定）②羧酸衍生物的水解——形成羧酸a）酰卤的水解在羧酸衍生物中，酰卤的水解速率很快，低分子酰卤水解很猛烈，如乙酰氯在湿空气中会发烟，这是因为乙酰氯水解产生盐酸。
有机化学中的取代反应和消除反应
有机化学中的取代反应和消除反应有机化学是研究碳元素及其化合物的化学性质和变化规律的学科。
在有机化学中，取代反应和消除反应是两种常见的反应类型。
它们在有机合成和药物研发等领域中有着重要的应用。
本文将对取代反应和消除反应进行介绍和讨论。
一、取代反应1.1 取代反应的概念取代反应是指一个原子、离子或官能团被另一个原子、离子或官能团所取代的化学反应。
在有机化学中，常见的取代反应包括亲核取代反应和电子亲攻取代反应。
1.2 亲核取代反应亲核取代反应是指亲核试剂与有机分子中电子不足的部位发生反应，亲核试剂中的亲核试剂取代了有机分子中的某功能团或原子。
典型的亲核取代反应包括酯水解、醇醚化反应和酰基取代反应等。
1.3 电子亲攻取代反应电子亲攻取代反应是指亲电试剂与有机分子中的一个亲电中心发生反应，亲电试剂取代了有机分子中的某个官能团或原子。
典型的电子亲攻取代反应包括芳香取代反应和炔烃加成反应等。
二、消除反应2.1 消除反应的概念消除反应是指有机分子中两个官能团之间的化学键发生断裂，生成一个双键或三键的化学反应。
消除反应可以是单分子反应，也可以是双分子反应。
2.2 β-消除反应β-消除反应是指在有机分子中，发生在邻位（β位）碳上的消除反应。
典型的β-消除反应包括醇酸消除反应和芳香羧酸消除反应等。
2.3 δ-消除反应δ-消除反应是指在有机分子中，发生在δ位碳上的消除反应。
典型的δ-消除反应包括酮醇消除反应和烯烃酮消除反应等。
三、应用和进展3.1 应用领域取代反应和消除反应在有机合成中有广泛的应用。
它们可以用于构建复杂分子的骨架，引入特定官能团，改变分子的立体结构等。
这些反应在药物研发、材料科学和农药合成等领域中扮演着重要的角色。
3.2 进展和研究方向随着有机化学的发展，新的取代反应和消除反应不断被发现和探索。
研究人员不断提出新的催化剂、反应条件和底物设计，以改善反应效率、选择性和绿色性。
此外，有机合成中的计算化学方法和机器学习算法也得到了广泛的应用，为反应的理解和优化提供了新的思路和工具。
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
羧酸和取代羧酸
−CH3
4.34
钝化
−CN
3.55 −OCH3 4.46
活化 基团
基团
−CHO
3.75
−OH
4.48
−Cl
4.0
−H
4.19
有机化学（第9版）
三、化学性质
（一）酸性与成盐反应
3. 二元酸：其酸性与两个羧基的相对距离和空间位置有关，低级二元酸的
pKa2 ＞pKa1。
二元酸
pKa1
HOOCCOOH
1.46
一、羟基酸
（三）化学性质
3. 醇酸的脱水反应：δ、γ-羟基酸加热失水生成内酯。
有机化学（第9版）
一、羟基酸
（三）化学性质
4. 酚酸的脱羧反应：邻位或对位的酚酸加热至熔点以上时，易分解脱羧形成 相应的酚。
有机化学（第9版）
二、酮酸
（一）命名
2-氧丙酸 (α-丙酮酸) 2-oxopropanoic acid
HOOCCH2COOH HOOCCH2CH2COOH HOOC(CH2)3COOH HOOC(CH2)4COOH
2.80 4.17 4.33 4.4
有机化学（第9版）
三、化学性质
（一）酸性与成盐反应
4. 成盐：羧酸可与NaOH、NaHCO3、Na2CO3等碱反应成盐。
有机化学（第9版）
三、化学性质
(malic acid)
3-羧基-3-羟基戊二酸 (柠檬酸) 2-hydroxypropane-1,2,3-
tricarboxylic acid (citric acid)
有机化学（第9版）
一、羟基酸
（二）物理性质
醇酸比相应的羧酸或醇更易溶于水，酚酸为晶体，多以盐、酯等形式存在 于植物中，大多微溶于水。羟基酸的熔点比相同碳原子数的羧酸高。
第八章__羧酸和取代羧酸
在药物合成中常利用酯化反应将药物转变为前药 (prodrug)，以改变药物的生物利用度、稳定性等。
O N N S O N OH N H N S O N O N O C O CH7 3 N H
赛他洛尔
丁酰赛他洛尔
赛他洛尔（cetarnolol）为-肾上腺能阻断剂， 可治疗 青光眼和降低眼压，由于极性强和脂溶性差， 难于透过角膜。丁酰赛他洛尔的脂溶性增高，制成 的滴眼剂透过角膜的能力增加了4-6倍，进入眼球 后，经酶水解再生成赛他洛尔而起效。
无机酸 > RCOOH > H2CO3 >
1-2 4-5 6.4(pka1) 9-10
> H2O > ROH
15.7 16-19
羧酸酸性的强弱取决于电离后所形成的羧酸根 负离子(即共轭碱)的相对稳定性 。
HCOOH CH3COOH ClCH2COOH CH3CH2COOH C6H5COOH 3.77 4.74 2.86 4.88 4.20
A:代表各种基团
一般一元羧酸很难直接脱羧。当羧酸分子中-碳原 子上连有吸电子取代基时脱羧反应比较容易进行。
Cl3CCOOH 50℃ CHCl3 + CO2
NO 2 O 2N CO2H NO 2
H2O
NO 2 O 2N NO 2 + CO2
D
丙二酸型化合物的脱羧
Y CH2CO2H Y CH3 + CO 2 比较容易脱羧
P P
ClCH2COOH 一氯乙酸 Cl2CHCOOH 二氯乙酸 Cl3CCOOH 三氯乙酸
P
三卤化磷或红磷是催化量，否则-OH继续被溴取代（P494:147)
控制卤素用量可得一元或多元卤代酸。 - 碘代酸由- 氯（或溴）代酸与KI反应 来制备。 -卤代酸很活泼，常用来制备-羟基酸 和-氨基酸、丙二酸等。
13-2 羧酸衍生物化学性质讲解
NaCN P2O5
(CH3)3C CN (CH3)3C CN
2019/5/1
17
霍夫曼（Hofmann）酰胺降级反应
酰胺与次卤酸钠的碱溶液作用，脱去羰基生成比原 料少一个碳的胺的反应，称为霍夫曼酰胺降级反应。
O
R C NH2 + NaOX
应用：
+ NaOH
RNH2 + + Na2CO3 NaX + H2O
（十三） 羧酸衍生物
主讲教师：陈霞
1.亲核取代 (1)水解 (2)醇解 (3)氨解 (4)与RMgX反应 2.还原反应 (1)催化加氢 (2)化学试剂还原 3.酰胺N上的反应 (1)脱水反应 (2)霍夫曼酰胺降解反应
羧酸衍生物的化学性质
羧酸衍生物，结构相似，因此化学性质相似; 但四种羧酸衍生物又各自有各自的特点，则表现 为它们的化学性质，也有各自一些不同的性质。
R'MgBr 无水 醚
OMgBr
Br R'
O
－Mg
R C OR''
OR''
RC
R'
R'
R'MgBr 无水 醚
OMgBr R C R'
H3O+
OH R C R'
R'
R'
2019/5/1
11
与RMgX反应成醇
但若采用的是甲酸酯，则得到含两相同烷基的仲醇。
O H C OR
如制备５－壬醇
2 R'MgX 无水 醚
O
C O
NH3
C
O
丁二酸酐
O
C NH2 300℃
羧酸及其衍生物
羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物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 学习提要(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β α同。
γCH3－CH－CH2－COOH2 14 3 OH 芳香酸命名是把芳环视作取代基。
76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亲核取代O 还原R－C－C－O－H α-H反应H 脱羧酸性1、酸性?E O O O +?R－C H + R－C R－C E EO－H O OO O NaOH/Na2CO3/ NaHCO3H2O + R－C E R－C EH+ O－Na O－H应用：①鉴别：与酚不同，与非酸性物质不同。
羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应
R CH2OH
1. LiAlH4 2. H2O
直接还原羧酸： LiAlH4用量多， 反应开始剧烈， 后较慢，
先酯化再还原： 反应较易进行，产率较好， 反应条件相对比较温和， LiAlH4用量较少
➢ 合成上由羧酸 制备伯醇，宜先酯 化再还原
补充内容：能被LiAlH4还原的化合物及其产物类型
O R CH
✓ P-π共轭=> C=O键增长：120—>123 pm
✓
C—O键缩短：143—>136 pm
✓ 使得羧基碳原子上的正电性削弱 ✓ —>亲核加成比醛酮难
✓ O—H键极化加大，键变弱，H+易离去—>酸性
✓ α—H受C=O吸电子的影响，仍有酸性，但比醛酮弱
1、酸性：
羧酸根负离子的共振式与稳定性
O
B:
-溴十一碳酸
二、羧酸的物理性质：
1、分子中有两个部位可形成H-键，常以二聚体存在。
R-C
O H-O O-H
O
C-R
1）、b.p很高（比M相近的醇高）
例：
M甲酸 = M乙醇，
b.p 100.7℃ 78.5℃
2）、与水形成H-键=>易溶于水
C1—C4 的酸与水混溶，R增大，水溶性↓
波谱性质：
IR：特征吸收： νC=O： 缔合 1725-1700cm-1 不饱和芳香 1680-1700 cm-1
COOH OCOCH3
阿司匹林 (解热镇痛)
(CH3)2CHCH2—
CH3 CH-COOH
布洛芬(抗炎镇痛)
O CH2–C–NH—
O
S CH3
N
CH3 COOK
青霉素G钾(抗菌剂)
一、分类和命名： O
羧酸及羧酸衍生物的重要反应及重要反应机理
第六章羧酸及羧酸衍生物得性质及重要反应机理一、羧酸得化学性质1、酸性羧酸具有酸性,诱导、共轭、场效应等对酸性强弱有影响。
利用羧酸得酸性可以制备羧酸酯与羧酸盐。
2、亲核取代反应这就是羧酸在一定条件下转变成羧酸生物得反应。
大多数亲核取代反应就是通过加成-消除历程完成得。
3、还原反应羧酸能被LiAlH4与B2H6还原成相应得伯醇。
4、α-H得卤化(Hell-Volhard-Zelinsky反应)通过控制卤素得用量可以制备一元或多元得卤代羧酸,并进一步制备羟基酸与氨基酸。
5、脱羧反应羧酸在适当得条件下,一般都能发生脱羧反应,这就是缩短碳链得反应。
通常得脱羧反应表示如下:A为-COOH、-CN、-(C=O)R、-NO2、-CX3、-C=O、C6H5-等吸电子基团时,脱羧反应相当容易进行。
此外还有一些特殊得脱羧方法。
二元羧酸得脱羧规律就是:乙二酸、丙二酸、加热失羧,丁二酸、戊二酸加热就是水生成分子内酸酐,己二酸、庚二酸加热就是水、失羧生成环酮。
根据以上反应可以得出一个结论,在有机反应中有成环可能时,一般易形成五元环或六元环。
这称为布朗克(Blanc)规则。
二、羧酸衍生物得化学性质1、亲核取代反应这就是羧酸衍生物得转换反应。
转换得活性顺序为:RCOX>CRCOOOCR>RCOOR′>RCONR2酸与碱都能催化反应。
2、与有机金属化合物得反应选用空阻大得酰卤,反应能控制在酮得阶段。
选用甲酸酯,可以制备对称二级醇。
选用碳酸酯,可制备三个烃基相同得三级醇。
二元酸得环状酸酐可用来制备酮酸。
酰胺氮上有活泼氢,一般不宜使用。
3、还原反应反应物还原剂NaBH4LiAlH4催化氢化B2H6RCOCl Rosenmund法RCHO+ + RCH2OH RCOOOCR + + + + 2RCH2OHRCOOR′+ +特殊催化剂+ RCH2OHR′OHRCONH2+ +特殊催化剂+ RCH2NH2RCN + + RCH2NH2反应、Bouveault-Blanc反应、酮醇反应、酯得热裂等见重要反应机理。
(整理)专题总结1有机反应的分类
专题总结I——有机反应的分类一、取代根据反应历程可分为：自由基取代、亲电取代、亲核取代。
1．自由基取代【特点】有自由基参与，在光照、加热或过氧化物存在下进行。
【举例】①烷烃的卤代-氯代选择性差，溴代选择性好。
②烯烃或芳烃的α-卤代-选择性较好。
2．亲电取代芳环上的“四化”反应——卤化、硝化、磺化、烷基化或酰基化。
【特点】亲电试剂(E+)首先进攻。
【讨论】①定位规律苯环上已有一个取代基之后，新引入的取代基的位置取向受原有取代基的性质的影响。
原有基团分为以下两类。
第一类：致活基，新引入基团在它的邻、对位。
属于这类基团的有-O-、-NR2、-NHR、-OH、-OCH、-NHCOCH3、-OCOR、-C6H5、-R（CH3、-C2H5、(CH3)2CH）、-H、-X。
【特点】负电荷，孤对电子，饱和键。
第二类：致钝基，新引入的基团上间位。
属于这类基团的有-N+R3、-NO2、-CN、-COOH、-SO3H、-CHO、-COR等。
【特点】正电荷，不饱和键。
上述两类定位基定位能力的强弱是不同的，其大致次序如上所述。
②取代苯的定位规则当苯环上已有两个取代基时，第三个基团进入苯环位置主要由原来的两个取代基的性质决定。
(a)原有基团是同类时，以强者为主。
(b)原有基团不同类时，以第一类为主(不管Ⅱ类有多强，I类有多弱)，因为反应类型是亲电取代反应。
③磺化反应可逆有机合成中常利用磺化反应可逆性，来进行占位。
例：④芳环上有吸电子基取代时(如PhNO2、PhCN、PhCOOH、PhSO3H等)不发生付氏反应。
解：⑤酚的付氏反应特殊，一般用质子酸催化。
原因：例：⑥偶联反应的本质也是亲电取代反应。
例：3．亲核取代S N l和S N2【讨论】S N1和S N2是一对相互竞争的反应，究竟以何种历程进行取决于RX的结构、试剂的亲核性、溶剂的极性、离去基团的性质等因素。
①3°RX易进行单分子反应(3°C+稳定)；1°RX易进行双分子反应(1°RX空间障碍小)；烯丙型卤代烃既易于S N l，又易于S N2。
有机化学学习笔记 第十三章羧酸
CH2CH2COOH CH2 (CH3CO)2O CH2CH2COOH
O + CO2 + H 2O
如何将环己酮转化为环戊酮？
O HNO3 CH2CH2COOH CH2CH2COOH (CH3CO)2O O
3．羧酸的脱羧卤代反应
A. Hunsdiecker反应
O R-C-OH Ag2O
O R-C-O Ag O
O CH3 CH3C-C H CH3
COOH CH2 COOH
CH3COOH + CO2
O CH2COOH
n=2，3
CH2COOH (CH3CO)2O
O + H 2O O
CH2COOH CH2 (CH3CO)2O CH2COOH
O O + H2O O
n=4，5
O CH2CH2COOH CH2CH2COOH (CH3CO)2O + CO2 + H2O
BrCH2COOH 2.90
0.64
ICH2COOH 3.18
FCH2COOH ClCH2COOH 2.66 2.88
羧酸 pKa
羧酸 pKa
HCOOH CH3COOH CH3CH2COOH (CH3)2CHCOOH (CH3)3CCOOH 3.77 4.76 4.87 4.86
Cl CH2CH2CH2COOH 4.70
5.05
n-C3H7COOH 4.80
Cl Cl CH3CH2CHCOOH CH3CHCH2COOH 2.82 4.41
羧酸 pKa
CH=CCH2COOH 3.30
CH2COOH 4.31
CH2=CHCH2COOH 4.35
n-C3H7COOH 4.82
羧酸和取代羧酸
COOH CH3
邻甲基苯甲酸
14
CO2H
CO2H
O
乙二酸(草酸)
OHC CH2 C CH2 COOH 3－氧代戊醛酸
OH HOOC CH2 C CH2 COOH
COOH
3－羧基－3－羟基戊二酸（柠檬酸）
15
第二节 羧酸的物理性质及光谱性质
一、物理性质
饱和一元羧酸中： C1～C3的低分子量羧酸是具有强烈酸 味和刺激性的液体; C4～C9的羧酸是具有 腐败气味的油状液体。
R CH A
O C OH
-A=-X,-OH,-NH 2
3
羧基中的-OH被其它原子或基团取 代后生成的化合物称羧酸衍生物。
O R CL
O L = -X ,-OR , R C O , -NH2 -NHR, -NR2
4
第一节 羧酸的分类与命名
5
一、羧酸的结构 羧基是由羰基和羟基组合而成。
R——
p-p共轭体系
19
Ms:
O CH3CH2CH2CH2C OH
+.
O
+CH2CH2CH2C OH m/z 87
+
HO C O m/z 45
γ-H麦氏重排（麦克拉费蒂Mclafferty）：
H3C
H
CH2
+.
O
CH2
C
CH2
γH
OH
CH3
H O+.
CH +
C
CH2 CH2 OH
m/z60(基峰) 20
第三节 羧酸的化学性质
Gd:electron-donating group
Ga:electron-attracting group
有机化学羧酸及其衍生物讨论报告
一. 亲核加成消除反应机理 二.含活泼亚甲基化合物性质和应用
一. 亲核加成消除反应机理
• 羧酸中的羰基表现出与醛，酮中的羰基类似的反 应性；碳的亲核进攻和氢的亲电进攻。然而，羧 基结构中—OH基团的存在使得羧酸有着另一方面 的化学性质。如同在醇中一样，这个—OH可被转 变成离去基团。结果是，在羰基碳的亲核加成发 生后，离去基团离去，导致净的取代过程和新的 羰基化合物的生成。
二.含活泼亚甲基化合物性质和应用
1 . 什么是活泼亚甲基化合物
当一个饱和碳原子上连有硝基、羰基、氰基、酯基、苯基等吸电子基团时，与该碳 原子相连的氢原子就具有一定的酸性，也就是说这个碳原子被致活了，因此这类化合物 叫活泼亚甲基化合物。
2 . 常见的活泼亚甲基化合物
吸电子基及其活性次序 :活泼亚甲基化合物的酸性取 决于与之相连的吸电子集团的吸电效应。这种效应越强， 其a-氢的活性越高。 -NO2> -COR > -SO2R> -COOR> -CN > -C6H5> -CH=CH2
羰基碳受到亲核进攻
羰基碳是亲电性的，可能被亲核试剂进攻。在羧酸和羧酸衍生物（具有通式RCOL的底物，其 中L代表离去基团）中观察到了这类反应性。 羧酸衍生物 与醛和酮的加成产物不同，羧基碳上亲核进攻形成的中间体通过消除一个离去基团而分解。 总的结果是亲核剂通过所谓的加成消除过程而取代离去基团。在此转化中首先形成的物种含 有一个四面体的碳中心（与原料及产物不同），因此它被称为四面体中间体。羰基碳是亲电 性的，可能被亲核剂进攻。在羧酸和羧酸衍生物（具有通式RCOL的底物，其中L代表离去基团） 中观察到了这类反应性。 羧酸衍生物 与醛和酮的加成产物不同，羧基碳上亲核进攻形成的中间体通过消除一个离去基团而分解。 总的结果是亲核剂通过所谓的加成消除过程而取代离去基团。在此转化中首先形成的物种含 有一个四面体的碳中心（与原料及产物不同），因此它被称为四面体中间体。
有机化学：第十一章 羧酸和取代羧酸亲核加成-消除反应
3. 酸酐的生成
脱水剂：乙酰氯、乙酸酐、P2O5
O R—C—OH
O R—C—OH
例如：
P2O5
或强热
酐键
OO R—C C—R
O
+ H2O
2
COOH (CH3CO)2O
O
O
COC
+ 2 CH3COOH
甲酸与脱水剂共热，分解为一氧化碳和水。
HCOOH
H2SO4 60-80℃
CO + H2O
酸酐也可由羧酸盐与酰氯反应加热得到，此方法可以 制备混合酸酐。
羧酸的酸性强弱受整个分子结构的影响：
电子效应 场效应
凡能降低羧基电子云密度的基 团将使酸性增大。反之亦然。
取代基对RCOOH的酸性的影响：
G COOH
G
COO- + H+
酸性增强
G COOH
G COO- + H+
酸性减弱
（1）
CH3COOH < ClCH2COOH< Cl2CHCOOH < Cl3CCOOH
p,p-共轭体系
共平面
R—
O
—
H R—C O·· H
·
羰 基 和 羟 基 通 过 p,p- 共 轭 构 成 一 个 整 体 ，
故羧基不是羰基和羟基的简单加合。
O
R—C
P-π共轭的结果:
··O H ·
❖ 键长平均化； ❖ 羰基的正电性— 降低，亲核加成变难； ❖ 羟基 H 的酸性—增加； ❖ a-H 的活性—— 降低
HOOC-CH—CH-COOH OH OH
2,3-二羟基丁二酸 酒石酸
CH2-COOH HO— C—COOH
【基础有机化学】第14章 羧酸衍生物酰基碳上的亲核取代反应
RCOOR' + R''OH
RCOOR'' + R'OH
应用：
（1）从低沸点醇的酯来制取高沸点醇的酯：
CH2 CHCOOCH 3 + n-C4H9OH H+ CH2 CHCOOC 4H9-n + CH3OH
（2）可用于二酯化合物选择性地脱掉一个酯基：
O H3COC
O OCCH3
+
CH3OH
CH3ONa
14.3.3 羧酸衍生物的醇解－形成酯
酰卤、酸酐、酯、酰胺均能与醇作用并醇 解成酯 :
O
RCX
HX
OO
R C OCR O
R C OR' O
R''OH O R C OR'' +
RCOOH R'OH
R C NHR'
R'NH2
1、酰卤的醇解
这是合成酯的常用方法，比用羧酸直接与醇酯化 的效果好。特别是对那些不易与羧酸酯化的醇 或酚，可通过酰卤来完成。例如：
CH3COOH +
OH 难酯化
CH3COCl +
OH
O
CH3C O
CH3COCl
+
(CH3)3COH
Et2O
C6H5N(CH3)2
CH3COOC(CH3)3
练习：
(CH3)3COOH
SOCl2
O (CH3)3C
C6H5OH Cl 吡啶
O (CH3)3C OC6H5
2、酸酐的醇解
酸酐与醇反应比酰卤温和，加酸或碱可以是反应加 快。这也是制备酯的经典方法。例如：
有机化学 羧酸和取代羧酸 思维导图
场效应：场效应的大小与距离的平方 成反比，距离越远，作用越小
成盐反应
羧酸具有酸性，能与碱（碳酸钠，氢 氧化钠、碳酸氢钠）中和成盐。
羧酸与醇在酸（硫酸、氯化氢或苯磺 酸等）催化下反应生成酯和水的反 应。
酯化反应为可逆反应
(i) 通过酰基上的亲核取代
酯化反应
酯化反应反应机理
(ii) 通过烷基碳正离子中间体
羧酸的沸点比分子量相近的醇的沸点 高很多
羧酸的酸性强弱取决于电离后所生成 的羧酸根负离子的稳定性。总的原则 是：若烃基上的取代基有利于负电荷 的分离，羧酸根负离子稳定; 反之，则 会使酸性减弱。取代基对酸性强弱的 影响与取代基的性质，数目以及相对 位置有关。
邻位效应：取代基在邻位，不论是吸 电子基团还是给电子基团（氨基除 外），都使酸性增强。
低级的饱和一元羧酸为液体（C1C3)，C4-C10的羧酸都具有强烈的刺 鼻气味或恶臭。
高级的饱和一元羧酸为蜡状固体，挥 发性低，没有气味。
脂肪族二元羧酸和芳香羧酸都是结晶 固体
一.物理性质
羧酸分子间可以形成氢键，液态甚至 气态羧酸都有可能有二聚体存在
羧酸与水也能形成很强的氢键，比相 应的醇溶解度大
二分子缔合体
(iii) 酰基正离子机理
总结：伯醇、仲醇酯化经机理 (i)。叔醇酯化经机理( ii) （关键 ：R+ 稳定，较易生成）
PPT扩充
羧基中羟基的取代反应 生成酰卤 羧酸和亚硫酰氯的反应机理（亲核加成-消除）
羧酸：分子中含有羧基的一类有机化合物。
羧酸和取代羧酸
二.化学性质
生成酸酐
可能机理
生成酰胺
提示：合成上一般通过羧酸衍生物制备酰胺
氧化法
三.羧酸的制备
羧酸和取代羧酸
RCOOH + NaHCO 3
RCOONa + CO2 + H2O
共轭大π键的形成使羧酸根的键长完全平均化, 共轭大π键的形成使羧酸根的键长完全平均化, 增加了羧 基负离子的稳定性,有助于H 的离解。 基负离子的稳定性,有助于H+的离解。
127pm
HOOC-CH2-COOH
丙二酸
CH2-COOH CH2-COOH
丁二酸
O
CH2-COOH H2C CH2-COOH
戊二酸
CH2-CH2-COOH CH2-CH2-COOH
己二酸
CH2-CH2 C O + CO2 + H2O CH2-CH2 （脱羧、脱水）
CH2-CH2 C O + CO2 + H2O H2C CH2-CH2 （脱羧、脱水）
加成--消除机制 加成--消除机制 -O CH3C-OH
+
H+
OH
OH
CH3C-OH
+
HOC2H5
CH3-C-OH HOC2H5
+
质子转移
OH CH3-C-OH2 OC2H5
+
-H2O
OH
CH3C-OC2H5
-H+
O CH3C-OC2H5
随着羧酸和醇的结构以及反应条件的不同， 随着羧酸和醇的结构以及反应条件的不同，酯化反应 的机理不同。伯醇和仲醇按上面机理进行。 的机理不同。伯醇和仲醇按上面机理进行。
二元羧酸的酸性与两个羧基的相对距离和在空间的位置有关。 二元羧酸的酸性与两个羧基的相对距离和在空间的位置有关。
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O C NHR
➢ 提示：合成上一般通过羧酸衍生物制备酰胺（第12章）
O R C OH
SOCl2
O
R C Cl
P2O5
O
O
R COC R
R'NH2
O R C NHR'
3、羧酸的还原反应
提示：➢ 羧基较难被还原
用 LiAlH4 还原羧酸至醇
O
LiAlH4 R C OH
pKa 3.75
4.76
4.86
Cl
Cl
H
Cl C CO2H Cl C CO2H Cl C CO2H
Cl
H
H
H
H C CO2H
H
Ka 23200×10－5
5530×10－5
136×10－5
1.75×10－5
应用：利用羧酸的酸性分离和纯化化合物
混合物
R CO2H +
非酸性化合物
OH 有机溶剂萃取
OO
RCH2
OEt
R'
NaOH
OO
RCH2
ONa
R'
OO
H+
RCH2
OH
R'
- CO2 RCH2
O CH2 R'
酯基的作用: 活化、 定位
6、二元酸的热解反应
COOH
HCOOH +
COOH
CO2
COOH H2C
COOH
O
COOH
O + H2O
COOH
O
O COOH
COOH
O + H2O O
COOH COOH
HO
(ii) 制备-卤代酯（制备Reformatsky试剂的原料）
O
酯化
R CH C OH
X
O Zn
R CH C OR'
X
酯难直接卤代
O R CH C OR'
ZnX
Reformatsky试剂
5、脱羧反应
通过羧酸钠盐脱羧
O R C OH
(1) NaOH
(2)
R H + CO2
-羰基酸或 ,-烯基酸的脱羧
4、α-H的反应
O RHC C OH
H
X2 / P or S X = Br , Cl
O RHC C OH
X
-卤代羧酸
2 P + X2 3 RCH2COOH + PX3
3 PX3 O
3 RCH2 C X + P(OH)3
O
H+
RCH2 C X 烯醇化
OH RHC C X
XX
OH
-H
RCH2 C X
X
COONa
CO2
ONa
水
COONa
OH 油
电子效应对酸性的影响：
诱导效应：X—CH2COOH
➢ -I使酸性增强
X= F Cl Br I CHO NO2 N(CH3)3
pKa 2.66 2.86 2.90 3.18 3.53 1.68
1.83
➢ +I使酸性减弱
HCOOH CH3COOH (CH3)2CHCOOH
O O + H2O
O O
O + H2O O
正常反应: 形成环状酸酐
加热反应即发生
3）、酯化：
O
H+
O
R C OH + HOR'
R C OR' + H2O
酯化反应特点： ➢反应需要 H+ 催化，无催化剂时反应很慢。 ➢反应可逆（加大反应物用量或除去水使酯的产率提高）
酯化反应机理的讨论
机理须说明的问题： a. 反应可逆性 b. H+ 在反应中起什么的作用？先作用在哪？ c. 酯中OR‘中氧的来自于酸还是醇？
CH2COOH HO CHCOOH
CH2COOH
柠檬酸
b) 系统命名法 IUPAC命名法：
选取含取代基的最长碳链——主链 从靠近羧基的一端开始编号 取代基、重键的位置用阿拉伯数字（或希腊字母）标出
4
32
1
CH3-C CH-COOH
CH3
COOH NO2
3-甲基-2-丁烯酸
3-硝基苯甲酸（或间-）
O + H2O + CO2
COOH COOH
O + H2O + CO2
CH3COOH + CO2
四、羧酸的制备：
(ii) 旋光性醇酯化法。
R1
O
C* OH + HO C R H
R3
R2
R1
O
* R3 C O C R
R2
有旋光，机理(i)
R1
O
() R3 C O C R
总结：
➢ 伯醇、仲醇酯化经机理 (i)。 ➢ 叔醇酯化经机理(ii) （关键 ：R+ 稳
定，较易生成）
R2
无旋光，机理(ii)
羟基酸的酯化——形成内酯和交酯
(ii) 通过烷基碳正离子中间体
H HOR'
H2O R'
- H2O
R'
O
R C OH
O R' R C OH
OR' R C O+
OR' R C OH
H2O
H3O
➢ H+先与醇羟基氧结合 ➢ 羧基羰基氧作为亲核试剂，OR'上的氧原子来自于酸
机理 (ii)的关键 ——碳正离子
O R C OH + R'
O R C OR'
碳正离子中间体证据：酸与烯烃反应可生成酯
O
H3C
H
R C OH +
C CH2
H3C
O
CH3
R C O C CH3
CH3
H
-H
O
H3C
R C OH
OH
CH3
C CH3
R C O C CH3
H3C
CH3
研究两种酯化反应机理的实验室方法：
(i) 同位素标记法。如：用RO18H确定烷氧基中氧的来源
R CH2OH
1. LiAlH4 2. H2O
直接还原羧酸： LiAlH4用量多， 反应开始剧烈， 后较慢，
先酯化再还原： 反应较易进行，产率较好， 反应条件相对比较温和， LiAlH4用量较少
➢ 合成上由羧酸 制备伯醇，宜先酯 化再还原
补充内容：能被LiAlH4还原的化合物及其产物类型
O R CH
O C
SO2
R
+HC l
酸酐
O
O
R—C —O— C —R'
R C OR'
O
酯
H —NH2 O
R—C —NH2
HOR'
R C NH2(R)
O H+
羧酸衍生物 R—C —OR' +
酰胺
H2O
O R—C—OH
O
O
+ Nu
R —C—OH
O
消除
R—C—Nu + OH 取代产物
Nu =X, R—C—O , NH2 , OR'
强除水剂
O RCH2 C O
O C CH2R +
H2O
酸酐
➢ 可能机理:
O
P2O5
RCH C OH
-H2O H
OH
RHC C O
O RCH2 C OH O
RHC C O C CH2R
RHC
O
OH
C O C CH2R
RCH2
O
O
C O C CH2R
分子内二酸的脱水:COOHCOOHCOOH COOH
产率一般较低
OO
R
OH
R' R"
-羰基酸
COOH
R
,-烯基酸
O R
R'
H
+ CO2
R"
提示：羧基的位有 不饱和基团时易发 生脱羧!!
H
R
+ CO2
注意比较产物与原 料的双键的位置
-羰基酸 和 ,-烯基酸的脱羧机理
OO
R
OH
R' R"
H OO
R
O
R' R"
H
O
R
R" + CO2
R'
重排
H OO
R
✓ P-π共轭=> C=O键增长：120—>123 pm
✓
C—O键缩短：143—>136 pm
✓ 使得羧基碳原子上的正电性削弱 ✓ —>亲核加成比醛酮难
✓ O—H键极化加大，键变弱，H+易离去—>酸性
✓ α—H受C=O吸电子的影响，仍有酸性，但比醛酮弱
1、酸性：
羧酸根负离子的共振式与稳定性
O
B:
-羟基酸 -羟基酸
O
2R
OH
OH
OH O
H+
R
OH
R
O
O
O
O
R
O
R
OH
交酯 ,－不饱和酸
-羟基酸 -羟基酸
O
R
H+
OH
OH
OH
O
H+
R
OH
O
O
R O
O R
- 内酯 - 内酯
4）、生成酰胺的反应：