羧酸及其衍生物

酸性解释：羧酸根负离子的共振杂化体，由于主要是由两个结构和能量完全相同的
共振结构组成，所以要比羧酸的稳定性大得多。
羧基负离子中的C-O键和C=O键并无不同 甲酸HCOOH 甲酸根HCOO¯
C-O 0.134nm 0.127nm C=O 0.120nm 0.127nm
诱导效应具有加和性。诱导效应是一种短程效应。

应用：利用酸性分离和提纯羧酸
六碳以上羧酸一般水中溶解度较小，但它们的碱金属盐在水中通常呈离子状 态，故能溶解于水。实验室分离提存羧酸可在碱性水溶液中萃叐羧酸，而后 水层酸化析出羧酸。 羧酸比碳酸的酸性（PKa=6.5）要强些。苯酚比碳酸酸性弱。碱性溶液中通 入CO2,苯酚析出，而羧酸仍以盐的形式存在于水溶液中。因此这个这个性质 可用来区别或分离酚和羧酸。
丁二酸 琥珀酸
顺丁烯二酸 马来酸
§11.2 羧酸制备方法
1. 氧化法
R R C H R
O C H H C R CH2OH O

[O] R
O C OH
卤仿反应 R C CH 3 芳烃侧链氧化
用什么氧化剂？

氧化剂的选择性？
邻苯二甲酸（2─乙基己基）二酯
塑化剂
塑化剂也是一种被广泛使用的增塑剂，在塑料加工中添加这种物质，可以使 其柔韧性增强，容易加工.
Nu or HNu R
O C Nu + L or HL
SP³ SP²
SP²
SP³
2.羧酸衍生物的水解、醇解、氨解的反应
①水解:酰卤很容易水解(甚至在冷水中）。酐酸也容易水解，但分子量较大的酰
氯和酸酐因溶解度小而水解缓慢。若加热或加入互溶的溶剂使之成为均相，反应 也可很快迚行
(RCO) 2O ＋ H2O --- RCOOH
CH2 O CO CH3 ∣ CH2 O C OCH3
乙二醇二乙酸酯 多元醇的酯的命名一般是酸名放在后面， 称为某醇某酸酯
§13.7羧酸及其衍生物的物理性质
羧酸衍生物的分子中都含有 >C=O基，它们都是极性的化合物。 低级的酰卤和酸酐都是有刺激性臭味的无色液体，高级的为白色固体。 酰卤的沸点较相应的羧酸低，因为酰卤的分子中没有羟基，不能通过 氢键缔合。酸酐的沸点较相对分子质量的羧酸低，但比相应的羧酸高。 酯的沸点相应的酸和醇都要低，而与含同碳数的醛或酮差不多。低级 的酯微溶于水，但酯均易溶于有机溶剂，具挥发性的酯有香味，许多 花、果的香味就是由于它们存在的缘故。高级酯是蜡状固体。 酰胺的氨基上的氢原子可在分子间形成氢键： 因此，酰胺的沸点比 相应的羧高。当氨基上的氢原子被烃基取代后，就不能发生氢键缔合 而使沸点降低。除甲酰胺外，其他酰胺都是结晶固体。低级酰胺可溶 于水。N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺能与水和大多数有 机溶剂以及许多无机液体混溶，它们都是合成纤维的优良溶剂。
一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸

羧酸的命名
选取含羧基碳原子在内的最长碳链——主链
从靠近羧基的一端开始编号有银镜反应 取代基、重键的位置用阿拉伯数字标出 也可从与羧基碳相连的碳原子用希腊字母（α、β、γ…）编 号 脂肪族二元酸选两个羧基碳原子在内的最长链为主链，称某二酸。 芳香族羧酸：羧基与苯环支链相连，以脂肪族为母体，芳基做取代基；羧基与 苯环相连，苯甲酸为母体，环上其他基团为取代基。
2. Grignard试剂与 CO2作用
制备比 RX 多一碳的羧酸
O 干醚 ∥ H2O RMgX + CO2 --- R－C －O MgX ↓--- RCOOH 低温 注：ArI、ArBr易制成栺氏试剂、ArCl较难。
将栺利雅试剂倒在干冰中 或将 CO2在低温下通入栺利雅试剂的干醚溶液中（低温可避免羧盐继续与 RMgX 反应生成叏醇），待CO2不再被吸收后，把所得的混合物水解，便得羧酸。
共轭碱分子内形成氢键，降低了共轭碱的碱性，增强了对应 的共轭酸的酸性
2. 羧酸 a-氢的卤代反应（赫尔-乌尔哈-泽林斯基反 应 ）：脂肪羧酸中a - 氢比其它碳原子的氢活泼，可 与氯或溴作用，生成a-卤代酸。但反应较慢，如在 日光或红磷催化下,a -氢可逐步被卤素叐代。
Ｃｌ2 CH3COOH + Cｌ2 ------ CｌCH2COOH -------- Cｌ2CHCOOH 少量红P 少量红P Cｌ 2 - ------- Ｃｌ3 C COOH 少量红P 磷的作用是首先与卤素生成卤化磷，卤化磷与羧酸作用成为酰卤，酰卤 的烯醇式互叒异物体与卤素容易収生反应，所生成的α-卤代酰卤再与羧 酸作用就得到卤代酸
分子中有两个部位可形成H-键，常以二聚体存在。
O R-C O-H H-O C-R
b.p很高（比M相近的醇高） 例： b.p M甲酸 100.7℃ = M乙醇 78.5℃ 易溶于水
与水形成H-键
C1—C4 的酸与水混溶，R增大，水溶性↓
O
§11.4羧酸的化学性质

羧酸的结构及化学性质分析
羰基不饱和, 可加成、还 原 羧基可脱去 CO2
△
酯的水解比酰氯或酸酐困难，需酸催化或在碱溶液中加热迚行完全。 H+或OH一 RCOOR/ ＋ H2O ------- RCOOH ＋ R/OH △ 酰胺水解更困难，需要在酸或碱溶液中加热回流 (N- 烷基酰胺则更困难 ) 由于酰胺在水溶液中的稳定性，常用水作溶剂对它迚行重结晶。
第十一章 羧酸及其衍生物
(一) 羧酸
§11.1、羧酸的结构、分类和命名
羰基中的碳原子、氧原子是sp2杂化，通式：
酰 基 (acyl)
O R C OH
羧 基 (carboxyl)
有银镜反应

羧酸的分类
芳基
饱和烷基
O O R OH R' R"

O R C OH Ar
C OH
C
脂肪酸
芳香酸
不饱和酸
pKa值 HCOOH > CH3COOH > CH3CH2COOH > (CH3)3CCOOH 3.75 4.76 4.87 5.05
pKa
pKa值
HCOOH > 3.75
> CH3COOH
取代基具有吸电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：
邻 > 对 > 间
取代基具有给电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：
邻 > 间 > 对 邻 位（诱导、共轭、场、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）
§11.8羧酸衍生物化学性质

性质分析
O C O X O O C R
RCH2
羰基：可加成至饱和
L：可被亲核试剂取代
RCH2
C O
O RCH C L
RCH2
C O
OR'
H
离去基团
(Leaving group)
RCH2
C
NH2(R)
-H：有弱酸性
1.酰基碳上的亲核叐代（加成-消除）反应
通式
R
O C L
脂肪族或芳香族醛、酮都可发生这一反应，但空间阻碍太大时， 与 ＞C=O基反应可能发生困难。这个反应不能用镁代替锌，因镁太活 泼，可与酯基中的 ＞ C=O发生反应。有机锌试剂比较稳定，只与醛、酮中的羰基反应， 而不与酯基反应。
其它生产β -羟基酸的方法
4.羟基酸的反应
α，β，γ，δ-羟基酸
(二） 羧酸衍生物
类型
O R C O O R C OH R R C O C O R C NH2(R) OR' O X O C R
酰卤
酸酐 酯
羧酸
酰胺
§11.6羧酸衍生物的命名
1. 酰氯和酰胺——根据酰基来命名（去掉"酸"字）
O CH2 CH—C—Cl 丙烯酰氯 O C—NH2 苯甲酰胺
2. 酸酐和酯——根据水解后生成的酸（和醇）来命名：
亲核加成机理：
讨 论
3. 腈类化合物的水解（酸性水解和碱性水解）
H H2O, R CN OH H2O H R COOH
反应注意事项 1 应用于一级RX制腈，产率很好。 2 芳香卤代烷不易制成芳腈。 3 如用卤代酸与NaCN反应制二元酸，卤代酸应先制成羧酸盐
§11.3 羧酸的物理性质
脂肪族饱和一元羧酸中，甲酸、乙酸、丙酸是具有刺激性 臭味的液体，直链的正丁酸至正壬酸是具有腐败气味的油 状液体，癸酸以上的正构羧酸是无臭的固体。脂肪族二元 羧酸和芳香族羧酸都是结晶固体。 在饱和一元羧酸中，由于羧基是一个亲水基团，甲酸至丁 酸都可与水混溶。从戊酸开始，随相对分子质量增加，水 溶性迅速降低，六碳以上羧酸难溶于水，癸酸以上的不溶 于水。但脂肪族一元羧酸一般都能溶解于乙醇、乙醚、氯 仿等有机溶剂中。低级的饱和二元羧酸也可溶于水，并随 碳链的增长而溶解度降低。芳酸的水溶性极微。
a-卤代羧酸在合成上的应用
制备a-卤代酯（制备Reformatsky试剂的原料）
O R CH X C OH
酯化
R CH X
O C OR' Zn R CH ZnX
O C OR'
酯难直接卤代
Reformatsky试剂
a-卤代酸的卤素象在卤代烷中一样，可収生亲核叐代 反应，转叒为-CN、-NH2、-OH等，由此得到各种a-叐代酸； 也可収生消除反应得到α，β-不饱和酸。 在合成上很重要。
酸酐
羧酸
R
C O
OR'
酯
R
C
NH2(R)
酰胺
羧酸衍来自百度文库物
4. 羧酸的还原反应

用 LiAlH4 还原羧酸至醇
O C OH LiAlH4 H2O R CH2OH
R
1o醇
①无水乙醚 RCOOH + LiAl H4 ——→ RC H2OH ②水解

能被LiAlH4还原的化合物及其产物类型
大多数的基团能被LiAlH4还原
5. 脱羧反应
羧酸一般是很稳定的，但在一定条件下可放出CO2 ，称为 脱羧。因副产物多，该反应一般不用来制备烷烃
O R C OH (1) NaOH (2) R H
+
CO2

α-卤代羧酸
提示：α位C上有强吸电子基的一元羧酸不稳定，容易脱羧
提示：羧基的β位有不饱和基团时易发生脱羧!!
-羰基酸
羧基是一个强的吸电子基团
COOH | CH2
二元酸酸性更强

CO2 + CH3 COOH
| △ COOH 丙二酸脱羧反应在有机合成中有很多应用 芳香酸比脂肪酸脱羧容易也同理：
Blanc (布朗克)规则：在可能形成环状化合物的条件下，总是比较容易 形成五元或六元环状化合物(即五、六元环容易形成)
§11.5 取代羧酸
O CH H
OH 可被取 代
R
C
O
H
H有酸性
羰基-H，有 弱酸性，可取 代
1. 羧酸的酸性

几种活泼氢的酸性比较
R COOH

ArOH

ROH
H2CO3
羧酸 pKa 5
酚 10
醇 16-19 6.37
羧酸呈明显的弱酸性。在水溶液中，羧基中的氢氧键断裂 ，离解出的氢离子 能与水结合成为水合氢离子。 RCOOH + H2O == RCOO― + H3O+ 一般羧酸的PKa约在内4一5之间，属于弱酸

合成上应用 —— 制备伯醇
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
注：R—中若有双键存在时，还原剂对双键无影响
硼烷也是一个非常有用的还原羧基的还原剂,反应条件温和, 选择性好.而且对硝基、酯基等官能团没有影响
羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或原子团取代后形 成的化合物称为取代酸。 取代酸有卤代酸、羟基酸、氨基酸、羰基酸等，其中卤代 酸、氨基酸将在有关章节中讨论，这里只讨论羟基酸 1.羟基酸的分类与命名 2. α-羟基羧酸的合成
3.β–羟基酸合成 Reformatsky,S. (瑞福马斯基)反应
将醛或酮与α–溴代酸酯的混合物在惰性溶剂（如醚、苯）中与锌粉作用，α–溴 代酸酯就先生成有机锌化合物。所得到的有机锌化合物与醛或酮羰基发生亲核加 成后再水解，就生成β–羟基酸酯。酯再水解，就得到β–羟基酸。这个合成反应 称为雷福尔马茨基反应。(类似格式试剂的反应）
COOH H3C
OH COOH O COOH
CH2CH2COOH
反-2-丁烯酸 巴豆酸
邻羟基苯甲酸 水杨酸
ɑ-呋喃甲 酸
3-苯基丙酸
CH3-C CH-COOH CH3
3-甲基-2-丁烯酸
4
3
2
1
COOH NO2
3-硝基苯甲酸（或间-）
CH3CH2CHCH2COOH CH3
β-甲基戊酸（3-甲基戊酸）
制备 a-氨基酸或 a-羟基酸
O 2 NH3 O RHC X C OH 2 NaOH RCH HO H2N O C ONa + NaX + H2O RCH C OH + NH4X
亲核取代
3. 羧酸衍生物的生成

取代羟基生成羧酸衍生物
O R C O X O O C R
酰卤
O R C OH
R
C O