第11章羧酸衍生物
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。
11羧酸衍生物
26
不 同点 1 催化剂用量不同。碱大于1 mol，酸只需要催化量。 2 碱催化反应是不可逆的，酸催化反应是可逆的。 3 吸电子取代剂对碱性催化有利。对酸性催化没有明
显的影响。 4 碱性催化：1oROH > 2oROH > 3oROH 酸性催化：3oROH > 1oROH > 2oROH
18
*1） 碱性水解（又称皂化反应）
O
O
C2H5CO18C2H5 + H2O NaOH CH3CONa + C2H5O18H
同位素跟踪结果表明： 碱性水解时，发生酰氧键断裂。
19
反应机理
O RCOR' + -OH
OR-C-OR'
OH
四面体中间体
是负离子
O RCOH + -OR'
O
O
ROH + RCO- Na+ RCONa
RCOOCOR + H2O
+
H
RCOOR' + H2O
皂化
RCOOR' + NaOH
2 RCOOH
RCOOH + R'OH
RCOONa + R'OH
17
O
H2O
R C NHR'
H+
O
H2O
R C NHR'
OH
O R C OH + H3NR'
O R C O + H2NR'
H+ or OH 的用量均须大于化学计量
《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。
11 章 思考题 习题答案
NaBH4
OH O CH3CH2CHCH COCH2CH3
CH3
HCN (5) HC CH
CH2 CHCN
H2O,H+
CH3OH H+
CH2
CHCOOCH3
O
(6)
CH3OH/H+ NaBH4 HO CO2H
CO2CH3
OH
(7)格式试剂与二氧化碳反应 CH3CHCH3 HBr
Mg/醚
1）CO2 CH3CHCOOH
COOC2H5 CH2=CHCH2-C-CH3
COOC2H5
(1) OH-,H2O (2) H3O+
CH2=CHCH2CHCOOH CH3
思考题 11-19 写出反应产物 O + NCCH2COOH CH3COONH4
答案：为活泼亚甲基与酮的 Knoevenagel 反应： O + NCCH2COOH CH3COONH4
CH3CCH3
CH3CHCH3
答案：β-二羰基的互变性。与 2,4-二硝基苯肼反应的为(a)、(b)，(a)使 Br2/CCl4
褪色。
思考题 11-17 由乙酰乙酸乙酯合成
O -C-CH3
答案：为乙酰乙酸乙酯合成环状取代丙酮的方法：
OO
OO
CH3CCH2COC2H5
(1)C2H5ONa (2)Br(CH2)4Br
HOCH2CH2CH2CH2OH
思考题 11-15 由对羟基苯胺合成药物泰诺林的有效成分对乙酰氨基酚
答案：为酰胺的制备 HO-
OO -NH2 + CH3COCCH3 吡啶 HO-
O -NH-CCH3
3
思考题 11-16 用化学方法鉴别下列化合物
第十一章 羧酸衍生物
选作母体化合物的优先次序如下：
RCOOH > RSO3H > （RCO） 2O > RCOOR′>
RCOX > RCONHR′> RCN > RCHO > RCOR′> ROH > ArOH > HNRR′> ROR′
2-氯甲酰基苯甲酸
3-甲酰基苯甲酰胺
第二节
物理性质
第三节
化学性质
一、水解、醇解和氨（胺）解反应
邻苯二甲酸酐
phthalic anhydride
乙（酸）丙（酸）酐 acetic propanoic anhydride
（4）酰胺的命名
• 酰胺的命名是在酰基名称后加上“胺”字。 • 当 N 上有取代基时，该取代基用斜体的“N ” 标出。
苯甲酰胺
benzamide
N-甲基苯甲酰胺 N-methylbenzamide
苯甲酰氯 benzyl chloride
4-甲基戊酰溴 4-methylpentanoyl
bromide
（2） 酯的命名
• 由生成酯的酸和醇的名称决定，称为某酸某酯。
内酯命名用内酯代替原来酸的 “酸” 并标明羟基
的位置。
乙酸乙酯 ethyl benzoate
苯甲酸乙酯
ethyl benzoate
3-甲基苯甲酸乙酯 ethyl 3-methylbenzoate
有机化学 Organic Chemistry
主讲 陈明
中国药科大学
Chapter 11 羧酸衍生物
Derivatives of Carboxylic Acids
• 羧酸分子中羧基发生变化所生成的化合物称为羧酸衍生 物。主要有酰卤（acylhalide）、酸酐（anhydride）、 酯（ester）、酰胺（amide）、和腈（nitrile）。
浙江大学有机化学课件讲义11
OH
CH3(CH2)14CO2H 棕榈酸
HO2CCH OH
CHCO2H OH
安息香酸
水杨酸
酒石酸
对于比较复杂的羧酸，常用系统命名法命名。选含有羧基的最长碳链为主链，从羧基碳
原子开始编号，称为“某酸”，如有取代基，将取代基的名称与位次放在前面。例如：
CH3CHCH2CHCH2CO2H CH3 CH2CH3
吸收在 1640 和 1600 cm-1 处，是伯酰胺的另一特征吸收。图 11-1、11-2、11-3 分别是乙酸乙
4
酯、苯甲酸、乙酸酐和 N, N-二甲基甲酰胺（DMF）的红外光谱图。 图 11-1 乙酸乙酯的红外光谱 图 11-2 苯甲酸的红外光谱
5
图 11-3 乙酸酐的红外光谱
图 11-4 N, N-二甲基甲酰胺的红外光谱 羧基上的质子因受羰基的去屏蔽作用以及氧电负性的影响，其化学位移出现在低场δ 10~12ppm 处。伯酰胺和仲酰胺氮上的质子在δ 5~8ppm（通常是一个宽峰）。羧酸及其衍生 物的α-位质子因受羰基的吸电子作用影响，化学位移稍向低场移动，一般在δ 2~3ppm 处。
H
CO2H
CH3
CH2CH3
5-甲基-3-乙基己酸
(E)-2-乙基-2-丁烯酸
环直接与羧基相连称为环烷酸，编号从羧基所连接的碳原子开始，例如：
CO2H
CO2H
CO2H H
CH3
H
CO2H
4-甲基环己烷甲酸
2-环戊烯甲酸
反-1, 3-环戊烷二甲酸
芳香酸则常用苯甲酸作为母体，加上取代基的名称与位置，例如：
酰胺是由酰基和“胺”组成其名称的，如果氮上有取代基，则在取代基名称前加“N”
标出，例如：
有机化学-第六版-第11章-羧酸衍生物
包括酰卤、酸酐、酯和酰胺类的化合物
羧酸衍生物通式
O
(Ar)R C L
－X
卤素
－OR
L
O
OC R
烷氧基 酰氧基
－NH2、－NHR、－NR2 胺基
第一节 羧 酸 衍 生 物 的 命 名
酰
酸分子中
基
去掉 OH
后的基团
O
H3 C C OH
乙酸
O
(Ar)R C
O H3 C C
乙酰基
酰基的命名：某酸
某酰基
O H3C C OH
O C OH
O H3C C
O C
乙酰基 苯甲酰基
OO
OO
HO C C
HO C C OH
草酸
OO CC
酸性草酰基 草酰基
一、酰卤的命名
O H3C C Cl
某酰基 + 卤素 乙酰氯
O C Cl
苯甲酰氯
CH3 O H3C CH C Cl
O CH3CH2 C Br
（一） 氨基甲酸酯
O
ROH
+ C NR
酰胺键
O
H ROCNR
酯键
（二） 胍
NH
H2N
NH2
胍 胍基 脒基
NH H2N C NH2
NH H2N C NH
NH H2N C
水解反应
H2N
NH C NH2
+H2O Ba(OH)2
NH
H2N C NH2 +NH3
（三） 丙二酰脲---丙二酸酯与脲缩合而成
δ+
－OR1
Nu：
－NHR1
I. 亲核取代反应
第十一、十二章 羧酸及其衍生物
酸 + CO2
环酐 + H2O
己、庚二酸
环酮 + H2O+CO2
几种常见的羧酸
甲酸(formic acid) 草酸(dicarboxyl) 乙酸(acetic acid)
苯甲酸(benzoic acid)
O
甲酸的结构 H C OH
醛基
羧基
甲酸
甲酸既具有一般羧酸的通性，还具有还原 性。能和托伦试剂、高锰酸钾等试剂反应 HCOOH+KMnO4+H2SO4
H2C
CH2COOH CH2COOH
O O + H2O O
己二酸和庚二酸受热脱水和二氧化碳
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
O + CO2 + H 2O
H2C
O + CO2 + H 2O
小结：
二元羧酸热解产物与碳链长度有关：
乙、丙二酸
丁、戊二酸
CH2CH2CH2COOH Cl
CH3CH2CHCOOH Cl
CH3CHCH2COOH Cl
pKa
2.86
4.06
4.52
(二) 羧酸衍生物的生成
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(derivatives of carboxylic acid)。
O R C OH
离去基
O C O C O C O C
R
X OCOR OR NH 2
R
O C
R
OH
R R
羧酸衍生物
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构成成分，在人体大脑皮层中含 量高达20%，在眼睛视网膜中所占比例最大，约占 50%，因此，对胎婴儿智力和视力发育至关重要。
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烯醇式
紫红色
（缩二脲反应） 缩二脲反应）
NH NH NH NH N H N H
二甲双胍 降血糖药） （降血糖药）
H3C HO
HO
O CH2OH NHCH3 OH
氯已定 或 洗必泰 （消毒防腐药） 消毒防腐药）
链霉素 （抗结核病药） 抗结核病药）
小
结
1. 命名（注意环状酸酐、内酯、内酰胺及 － 命名（注意环状酸酐、内酯、内酰胺及N－ 取代酰胺的命名） 取代酰胺的命名） 2. 酰基的亲核取代反应（水解、氨解、醇解） 酰基的亲核取代反应（水解、氨解、醇解） 3. 酸碱性：丙二酰脲(酸性)、脲(弱碱性)、胍(强碱性) 酸碱性： 酸性) 弱碱性) 强碱性) 4. 巴比妥酸（丙二酰脲）：酮式 巴比妥酸（丙二酰脲）： ）：酮式 5. 脲的鉴别： 脲的鉴别：
第十一章 羧酸衍生物
你 知 道 吗 ？ 阿司匹林 (aspirin) 复方阿司匹林
(APC)
非那西丁 (phenacetin) 咖啡因 (caffeine)
CH3CH2O NHCOCH3
非那西丁
使用时间最长的解热镇痛药 新用途：治疗心脏病、 新用途：治疗心脏病、冠心 病和老年痴呆症等
亲核取代反应活泼性: 亲核取代反应活泼性: 酰卤 > 酸酐 > 酯 > 酰胺
N
之间，碳氧键比一般
O
H2N C
NH2
H2N
H N
H N
NH2
+
H N
OCN
NCO
DMF, 70oC
H N
H N
H H N C N O
O N C H
n
生成缩二脲和缩二脲反应
肽键
O H O
O
150~160℃ ℃
O
H2N C NH2 + HN C NH2
H2N C NH C NH2 + NH 3
缩二脲
NH3
R C NH2 O
NH3
R C NH2
+ R′ OH
想一想
O O +
NH2
O C NH C OH O
O
小结 酰基的亲核取代反应
水解
羧酸 酯 酰胺 HX 羧酸 醇 氨、胺
酰卤、 酰卤、酸酐 酯、酰胺 酰卤 酸酐 酯 酰胺
醇解 氨解
酰卤>酸酐 酰卤 酸酐 >酯>酰胺 酯 酰胺
水解、醇解、氨解 水解、醇解、 水解、醇解、 水解、醇解、氨解 水解、醇解、 水解、醇解、氨解 水解
3. 胍(gua)
O H2N C NH2
NH H2N C NH
NH
脲
H2N C NH2
NH
胍
胍基
H2N C
脒基
） 强碱性（pKa=13.8）
实例
NH NH NH C NH2 OH O OH OH
CH3 CH3
NH
NH
H2N C NH
H N Cl Cl N H
H N
Hale Waihona Puke H NN C NH C NH2
O CHO O
O O
CuSO4 NaOH
H2N C NH C NH2
缩二脲反应） 紫红色 （缩二脲反应）
反应条件： 反应条件：含两个或两个以上酰胺键
实验
缩二脲的生成和缩二脲反应
加尿素至大试管中
加热后放出的气体使 红色石蕊试纸变蓝
继续加热
加入氢氧化钠
加入硫酸铜
溶液显紫色
2. 丙二酰脲 丙二酰脲的生成
O C Cl H2C C Cl O
O R C Cl
O
O
R C O C R' O R C OR'
O R C NH2
后者不能直接转换成前者
酰卤和酸酐是优良的酰化剂
氨解反应（胺的酰化反应， 氨解反应（胺的酰化反应，比水解容易）
O R C X +
O
NH3
R C NH2 O
+ HX + R′ COOH
O
O
R C O C R′ + O R C O R' +
O H CH2 CHCH2 CH3(CH2)2 CH CH3 C N C C N O H C O
苯巴比妥（长时） 苯巴比妥（长时）
司可巴比妥（短时） 司可巴比妥（短时）
1. 苯巴比妥能发生缩二脲反应吗？ 苯巴比妥能发生缩二脲反应吗？ 2. 为什么注射用的苯巴比妥钠须制 成粉针剂且临用时才溶解？(1?,2?) 成粉针剂且临用时才溶解？
O NH2 C NH2 + HNO2
与亚硝酸反应——定量测定尿素的常用方法之一 与亚硝酸反应——定量测定尿素的常用方法之一 ——
N2 + CO2 + H2O
脲素的结构
多数动物和人类蛋白质的新陈代谢的最后产物； 最早由人体排泄物中取得的一个纯有机化合物； 然而，其结构目前还有争论： 碳氮键键长介于 C N 和 C 的羰基长，一般以下式表示：
四、碳酸衍生物 1. 脲
O HO C OH 碳酸
O
原碳酸
尿素） H2N C NH2 脲（尿素）
弱碱性（不能使石蕊试纸变色） 弱碱性（不能使石蕊试纸变色） 水解
H2O/HCl
O H2N C NH2
H2O/NaOH 脲酶
CO2↑ + NH4Cl Na2CO3 + NH3↑ NH3 ↑ + CO2 ↑ + H2O
H2N
O C NH C O + HCl C NH O
+
H2N
C O
NaOH
H2C
丙二酰氯
丙二酰脲 巴比妥酸
O C NH C O C NH O
HC C N OH OH C N C OH
酮式-烯醇式互变 酮式 烯醇式互变
H2C
pKa=3.85
镇静催眠药） 巴比妥类药 （镇静催眠药）
O H C2H5 C6H5 C N C C N O H C O