第十一章羧酸衍生物
羧酸及其衍生物
羧酸的制备方法较多，常用的有氧化法、水解法和由有机金属化 合物制备等。
1.2.1由烃、醇、醛氧化
常用的氧化剂有K2Cr2O7+H2SO4, KMnO4, HNO3, CrO3 等。 芳烃支链的氧化常用于芳香族羧酸的合成：
CH3
K Mn O 4 / O H 回流
-
C OO H
C H 2 CH 2 C H 3 CH3
鉴定羧酸结构一个很有用的概念是中和当量，用酸碱滴定法 可测定中 和当量：
中和当量 = 羧 酸 样 品 重 量 （ g） × 1000
N N aO H × V N a O H (m L )
利用中和当量可以计算出羧酸的分子量： 羧酸分子量 = 中和当量×羧酸分子中羧基数
1.3.2 ―OH 的取代反应
-
稀 H 2S O 4
COOH COOH
草酸的主要用途是作为还原剂（除去铁屑和墨水痕迹）、媒染 剂和麦秸编织品的漂白剂，还用于提取稀有金属。草酸可被KMnO4 氧化成CO2。在定量分析中，草酸用来标定高锰酸钾溶液。
2 羧酸衍生物
羧酸分子中的羟基被C, H外的其它原子或原子团取代的产物。常 见的羧酸衍生物有酰卤、酸酐、酯、酰胺等。腈水解后生成羧酸，因 此有时也被认为是羧酸衍生物。
R C H 2 CN
H 2 SO 4 , H 2 O 或O H , H 2 O
N aC N , D M S O
-
R CH 2 C OOH
H 3O +
C 6H 5C H 2C l
C 6H 5C H 2C N
C 6H 5C H 2C O O H
(C H 3 ) 2 C H C H 2 C H 2 C l
二元羧酸的Ka1远大于Ka2。因为第一个羧基离解后，羧酸根成为给 电子基。
第十一章羧酸衍生物
三、酯的命名
一元醇与一元酸生成的酯称某酸某（醇
或酚）酯；多元醇酯称为某醇某酸酯；内酯 用希腊字母标明原羟基的位置，称某内酯。
O
COOCH3
CH2-O-Cll -CH3 l
COOH CH2-O-Cll-CH3
H3C
O
O
O
邻苯二甲酸甲酯 乙二醇二乙酸酯 γ-戊内酯
四、酰胺的命名
简单的酰胺是在酰基名称后加“胺”或
（三）酯缩合反应
具有α-H的酯，在醇钠的作用下能发生类 似醇醛缩合反应。——Claisen缩合反应
CH3COOCH2CH3CH3CH2ONa -CH2COOCH2CH3
OCH3C CH2COOCH2CH3
OCH2CH3
CH3CO CH2COOCH2CH3 + CH3CH2O-
COOC2H5 + CH3COOC2H5NaOC2H5 COCH2COOC2H5 + C2H5OH
第十一章 羧酸衍生物
酰卤 酸酐 酯 酰胺
O ll R-C-X
R-OCll -OOlCl R O
RCll -ORˊ
O ll R-C-
O R-Cll -NH2 (-NHR,-NR2)
酰基
第一节 羧酸衍生物的命名
酰基的名称是将其羧酸的名称的“酸” 字改成“酰基”。
O
CH3C OH 乙酸
O
CH3C 乙酰基
交叉Claisen酯缩合反应
三、碳酸衍生物
氨基甲酸酯 脲（尿素） 胍 丙二酰脲
四、尼龙和聚酯
CH3CONH2 + NH2CH3 CH3CONHCH3 + NH3
（二）酰基亲核取代反应的机制
O R-lCl —L+:Nu
羧酸衍生物知识点
羧酸衍生物知识点羧酸衍生物是一类化合物，它们在化学反应和有机合成中有着广泛的应用。
羧酸衍生物的结构中包含一个羧酸基团，它们的化学性质也与羧酸有关。
本文将从羧酸衍生物的性质、合成和应用三个方面进行阐述。
一、羧酸衍生物的性质羧酸衍生物中含有一个羧酸基团(-COOH)，这个基团可以参与许多化学反应。
例如，在碱性条件下，羧酸基团会失去一个质子，形成相应的负离子，即羧酸盐，这种反应叫做羧化反应。
除此之外，羧酸衍生物还能与醇、胺等反应，生成相应的酯、酰胺等衍生物。
二、羧酸衍生物的合成羧酸衍生物的合成方法非常多，下面介绍两种常用的方法：1.羧化反应羧化反应是一种重要的合成羧酸衍生物的方法。
在这种反应中，通常使用羧酸和一定量的碱反应，生成相应的羧酸盐。
羧酸盐再与酸反应，失去一个水分子，形成相应的酯。
这种反应常用的催化剂有酸性离子交换树脂、三氧化硫等。
2.加成反应加成反应是另一种合成羧酸衍生物的方法。
在这种反应中，羧酸衍生物的反应物通常是烯烃或炔烃。
它们与羧酸在催化剂的存在下发生加成反应，生成相应的羧酸衍生物。
加成反应的催化剂有酸性离子交换树脂、钯等。
三、羧酸衍生物的应用羧酸衍生物在有机合成、材料科学、生物化学等领域有着广泛的应用。
1.有机合成羧酸衍生物是有机合成中常用的反应物和中间体。
它们可以通过羧化反应、加成反应等多种方法进行合成。
羧酸衍生物可以与醇、胺等反应，生成相应的酯、酰胺等衍生物。
2.材料科学羧酸衍生物可以与金属离子、聚合物等反应，形成新的材料。
例如，聚丙烯酸可以与铁离子反应，生成Fe3O4/聚丙烯酸复合材料。
这种材料具有磁性，可以应用于磁性材料、制备催化剂等领域。
3.生物化学羧酸衍生物在生物化学中也有着重要的应用。
例如，羧酸基团是许多生物分子的一部分，例如脂肪酸、氨基酸等。
羧酸衍生物还可以用于制备生物活性分子，例如药物、抗生素等。
羧酸衍生物是一类重要的化合物，在化学反应和有机合成中有着广泛的应用。
通过羧化反应、加成反应等方法可以合成羧酸衍生物。
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。
《有机化学》第十一章 羧酸及其衍生物的结构与性质
第十一章羧酸及其衍生物的结构与性质引言羧基（）是羧酸的官能团，是由羰基和羟基组成的。
由于羰基的碳氧双键与羟基氧原子的共轭效应的作用，使羟基中氧原子电子向羰基转移，羟基的氢易离解而显酸性。
羧基中羟基也能被其它基团取代生成羧酸衍生物。
羧基是吸电子基，α－H具有活性，可以被卤代。
此外羧酸还能被还原和发生脱羧反应。
这里所讨论的羧酸衍生物主要是指羧基中羟基被取代后生成的酰卤（），酸酐（），酯（），酰胺（）以及由酰胺脱水后生成的产物腈（）。
在羧酸衍生物中羰基与卤素，酰胺基，烷氧基和氨基相连，由于卤素，氧原子和氮原子的负电性以及孤对电子的作用，使羰基碳上正电性不同，因此它们发生亲核反应性质也有差别。
羧酸衍生物还能发生还原反应。
11.1 羧酸的酸性羧酸是弱酸，能与强碱反应生成盐：羧酸酸性的强弱与所连的基团有关，连吸电子基团的羧酸酸性较强，而连供电子基团的酸性相对较弱。
如下列化合物酸性强弱顺序为：11.2 羧酸衍生物的生成羧基中的羟基被卤素、酰胺基、烷氧基和氨基取代形成酰卤、酸酐、酯和酰胺等羧酸衍生物。
1、酰卤的形成羧酸与SO2Cl，PCl5，PCl3等氯化剂直接反应生成酰卤：因为POCl3沸点低易除去，此法可制备高沸点的酰氯。
H3PO3沸点高，可制备低沸点的酰氯。
该法产生的SO2，HCl易除去，因此生成的酰氯纯度高，后处理容易。
2、酸酐的形成羧酸在脱水剂（如乙酰氯、乙酸酐）存在下加热，失去一分子水而生成酸酐。
二元酸可以分子内脱水生成二酸酐：3、酯化反应羧酸和醇在催化剂（H2SO4、HCl或苯磺酸等）作用下回流生成酯：酯化反应由多种机理，在大多数情况下，是羧酸中羟基与醇中羟基氢结合生成水，表观上看是一种亲核取代反应，实际上是一个亲核加成－消除反应的机理：决定反应速度的一步是亲核加成，因此羧基中碳的正电性以及羧基所连的基团大小核亲核试剂R'OH中R'体积大小都影响反应的速度，下列羧酸与甲醇酯化反应的相对速度的快慢顺序为：4、形成酰胺的反应羧酸与氨立即反应生成盐，在加热条件下，脱水生成酰胺，生成酰胺的反应是可逆的，如果把生成的水从反应体系中除去，反应可趋于完全。
第十一、十二章 羧酸及其衍生物
2. 溶解性(solubility) 低级羧酸与水混溶；高级羧酸不溶；一般二元和 多元酸易溶。
第18页，共109页。
羧酸的物理性质
3．熔点(melting point)
有一定规律，随着分子中碳原子数目的增加呈锯齿状的 变化。
乙酸熔点16.6℃，当室温低于此温度时，立即凝成冰状 结晶，故纯乙酸又称为冰醋酸。
COOH
CHCO2H OH
羧基 连在Ar或R
上都可
羟基酸
C CO2H O
羰基酸
CH COOH NH2
氨基酸
取代羧酸
第1页，共109页。
羧酸分子中烃基上的氢被取代后的产物称取代羧酸。
R CH COOH X
R CH COOH OH
R C COOH O
R CH COOH NH2
取代羧酸
R
O
R
R C OH
R
R
O CX O C OCOR O C OR O C NH2
羧酸衍生物
第2页，共109页。
DHA怎么补？
DHA
DHA，二十二碳六烯酸（docosahexenoic acid ），俗称脑 黄金，是一种对人体非常重要的多不饱和脂肪酸，属于 Omega-3不饱和脂肪酸家族中的重要成员。DHA是神经系统
细胞生长及维持的一种主要元素，是大脑和视网膜的重要
136pm
O···· H
羰基和羟基通过 p-π共轭 构成一个整 体, 故羧基不是羰基和羟基的简单加合。
第15页，共109页。
123pm
127pm
R
136pm 游离羧酸分子中的 p-π 共轭
R
H
127pm 羧酸根负离子的 p-π 共轭
羧酸衍生物-有机化学
/
HCl
水解反应的活性次序是： 酰卤 > 酸酐 > 酯 > 酰胺 [提示]
羧酸衍生物易水解，在使用和保存含有该类结构 的药物时应注意防止水解失效。某些易水解的药物， 如含有酰胺结构的氨苄西林钠注射剂，都是在临用 时再加水配成注射液。许多酯类和酰胺类药物在一 定的pH范围内较稳定，配成水溶液时，必须控制溶 液的pH。羧酸衍生物类药物的注射剂消毒灭菌时， 应注意控制温度和时间。
酮式
O H
烯醇式
O
CH3 C CH C OC2H5
★ 凡是具有 H-C-C=O 基本结构的化合物都可能 发生酮式-烯醇式互变异构现象。 ★互变异构现象在其它化合物中也常见。 例如：
H O C N OH C N
S H C N
SH C N
第十章
羧酸衍生物
（carboxylic acid derivatives） 指羧酸分子中的羟基被其他原子或基 团取代后所生成的化合物。 包括 酰卤(acylhalide) 酸酐(anhydride) 酯(ester) 酰胺（amide）等，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
它们的结构通式如下：
O R C O O R C OH R C O R C O R C NH2
CH3 C Cl ＋ H2O
O
O
CH3 C OH ＋ HCl↑
加热
CH3 CH3
C O C O ＋ H2O 2 CH3COOH
加热 酸碱 加热 回流
O R C OR ＋ H2O
O R C NH2 ＋ H2O
NaOH
/
O
NaOH
R C ONa ＋ ROH
O R C O R C ONa ＋ NH3↑ OH ＋ NH4Cl
第十一章_羧酸衍生物
例：
n-BuOH
H2C
CH COOCH3
TsOH
H2C
CH COOBun
+
CH3OH 蒸除
O CH3O C
O O CCH3
HOCH3 NaOCH3
O CH3O C OH + CH3COOCH3
选择性酯交换
CH
CH2 CH OAc
n
CH2
CH3OH OH
CH
CH2 CH OH
聚乙烯醇
n
CH2
OAc
OH
不溶于水, 不能直接水解
（4）酰胺的醇解反应
O
R
R"OH
O
R
C
NHR'
H+ or R"O
C
OR"
+
R'NH2
* 反应相对不易进行 （因为
NHR' 的离去能力比 OR' 差）
* 合成上意义不大（合成酯类化合物的方法有更好的方法）
3、羧酸衍生物的胺解反应
（1）酰氯的胺(氨)解
O
R R'NH2
O
R
C
Cl
O
+
HOR'
碱用量 > 化学计量，反应可进行完全。
（4）酰胺的水解
O
R
C
NHR'
H2O H+
O
R
C
OH
+
H3NR'
O
R
C
NHR'
H2O OH
O
R
C
O
+
H2NR'
H+ or OH
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（1）酰氯的水解
O R CC l
H 2O
O R CO H+ HC l
机理：
O R C Cl
H2O
易进行
- Cl
O
R C Cl
H2O Cl
OH
- HCl
R C OH
OH R C Cl
OH
O R C OH
（2）酸酐的水解
OO R COCR
H 2O
O
2R C O H
H +orO H 使 反 应 加 快
第三节 羧酸衍生物的化学反应
羧酸衍生物化学性质分析
RCH2
O CX
O
O
RCH2 C O C R
O RCH2 C OR'
O RCH2 C NH2(R)
O RCH C
H
有弱酸性
可加成至 饱和
L
可被亲核 试剂取代
L: 离去基团 (Leaving group)
（I）酰基上的亲核取代（实质上是亲核加成然后再消除）
O RCL
O N u
R C N u + L
取代过程：
O RCL
Nu
亲核加成
O RCL
Nu
消除
O
R C Nu
+
L
亲核取代的速度：
O OO
O
O
R C X R C O C RR C O R ' R C N H 2 ( R )
从两方面进行分析（ 即分别考虑加成和消除二步） ： 1、由羰基的亲电性分析（亲核加成步骤）
C H 3
C N
C H 3C H 2C H C H 2C NC H 3C H 2C H C O O H N C (C H 2)4C N
3-M eth ylp en tan en itrile 2-C yan ob u tan oicacid 1,6-H exan ed in itrile
普通命名法：
个酯字。内酯命名时，用内酯二字代替酸字并标明羟基的
位置。 O
O
H3C
CH3COCH2C6H5
O
Benzyl acetate 2-Methyl-4-butyrolactone
普通命名法： 醋酸苯甲酯
IUPAC 命名法： 乙酸苯甲酯
-甲基--丁内酯 2-甲基-4-丁内酯
4 酰胺的命名
命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可；
第十一章羧酸衍生物
主要内容
第一节 羧酸衍生物的结构和命名 第二节 羧酸衍生物的物理性质 第三节 羧酸及其衍生物的化学反应 第四节 羧酸衍生物在生物体内的分布
第一节 羧酸衍生物的结构和命名
(一) 分类与结构
(1)分类
O R C OH
O
R CX
O
O
Байду номын сангаас
R C O CR
O
R C OR'
O
R C NH2(R)
机理 (b)；
O
H
R C OR'
HO R C O R'
O R'
R C OH
R'
HOR'
烯烃
• 这两种机理分别适合于何种结构的酯类？ • 如何证明这两种可能的机理？
• 酯的碱性水解机理（皂化反应）
O R C OR'
OH
O R C OR'
OH
O R CO +
CH3COCCH2CH3
O Aceticanhydride AceticpropionicanhydrideSuccinicanhydride
普通命名法： 醋酸酐
乙丙酸酐
丁二酸酐
IUPAC 命名法：
乙酸酐
乙丙酸酐
丁二酸酐
3 酯的命名
酯可看作将羧酸的羧基氢原子被烃基取代的产物。命
名时把羧酸名称放在前面，烃基的名称放在后面，再加一
R CN
酰卤 酸酐 酯
酰胺 腈
(二) 羧酸衍生物的命名 官能团在命名时的优先级别（酸酯酰腈醛酮醇胺 炔烯烷）
1 酰卤的命名:
在命名时可作为酰基的卤化物，在酰基后加卤素的名称即可。
B rO C H 3C H 2C H C B r
H O O C
C O C l
2-B rom obutyryl brom ide
羰基的亲电性（与亲核试剂的反应活性）次序：
O
OO
O
O
R C X R C O C RR C O R ' R C N H 2 ( R )
诱导作用
O RCL
电 负 性 ： Cl > O > N
共轭作用 O
R CX
O R C OR'
O R C NH2
O R CX （贡献较小）
O R C OR'
O R C NH2
（贡献较大）
2、由离去基团的性质分析（消除步骤）
羰基的亲电 能力减小
X
O O C R
O R '
N H 2 ( R )
羧酸衍生物酰基上的亲核取代反应
O R CL
H2O H+ or OH
R'OH H+ or OR'
R'NH2
O
R C OH
酸
O
R C OR'
酯
O R C NHR' 酰胺
R' M
一定条件
O
O (CH3)CHCNH2
O CH3CH2CHCH2CN(CH3)2
2-Methylpropanamide
N,N,3- dimethylpentanamide
普通命名法： 异丁酰胺
IUPAC 命名法： 2-甲基丙酰胺
N,N,-二甲基戊酰胺 N,N,3-二甲基戊酰胺
5 腈的命名
腈命名时要把CN中的碳原子计算在内，并从此碳原子开 始编号；氰基作为取代基时，氰基碳原子不计在内。
-甲基戊腈 IUPAC 命名法：
3-甲基戊腈
-氰基丁酸 2-氰基丁酸
己二腈 己二腈
第二节 羧酸衍生物的物理性质(了解)
低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体，高级的为固体 低级的酯具有芳香的气味，可作为香料 酰胺除甲酰胺外，由于分子内形成氢键，均是固体； 而当酰胺的氮上有取代基时为液体； 酰氯和酸酐不溶于水，遇水分解； 酯在水中溶解度很小
（3）酯的水解
O R C O R '
H 2O H + or O H
O R CO H + H O R '
• 酯的酸性水解机理（羧酸酯化反应的逆反应）
机理 (a):
O
H
R C OR'
OH R C OR'
H2O
OH R C OR'
H2O
OH
R C OR' H
HO
- HOR'
OH
-H
R C OH
O R C OH
R C R'
酮
还原
O
LiHAl(OPri )3
R CH
醛
水解反应 醇解反应 胺解反应
还原反应
1、羧酸衍生物的水解反应
O
H 2O
R CL
H + o r O H
O R CO H+ HL
酰氯
易反应，直接与水反应
酸酐 酯 酰胺
较易反应，H+ 或OH 催化更快
需H+ 或OH 催化, OH 用量> 化学计量时, 反应进行完全 需使用化学计量的 H+
4-C hlorocarbonylbeziocacid
普通命名法： -溴丁酰溴
IUPAC 命名法： 2-溴丁酰溴
对氯甲酰苯甲酸 4-氯甲酰苯甲酸
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； 环酐：在二元酸的名称后加酐字。
O
OO
OO
O
CH3COCCH3