第11章 羧酸衍生物
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。
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。
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
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：
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一、羧酸衍生物的分类 羧酸衍生物——羧酸分子中-COOH中-OH被其他 基团取代后的产物。
O R C O O R C OH R R C O C O R C NH2(R) OR' O X O C R 酸酐
第11.1节
羧酸衍生物分类与命名
酰卤
酯 酰胺
羧酸衍生物结构共同点：
O R C OR'
酯
羧酸衍生物结构通式：
乙酰氯 乙酰基 苯甲酰基 α-溴丁酰溴
苯磺酸 苯磺酰基
C6H5-SO2OH C6H5-SO2-
苯甲酰氯
草酰氯
2．酸酐的命名 根据生成酸酐的羧酸 名称，当2分子酸相同时， 称为“某酸酐”；
3．酯的命名 根据生成酯的原料羧酸和醇的名称，先酸后 醇，即称为“某酸某(醇)酯”，其中醇字省略。
O
C H 3 C H (C H 3 )C O O C H (C H 3 ) 2
O R C OH
O
+ R'O-
R
C
O-
+ HOR'
羧酸衍生物的水解、醇解和氨解 水解、醇解和氨解反应的活性顺序： 酰卤 酸酐 酯 酰胺
第2步：消除烷氧基，羧基质子转移，形成羧酸负离子和醇
酯的酸性水解
第1步 酯中酰基质子化，增加羰基C正电性，有利于亲核试剂进攻
H or OH O R C OR'' + R'OH 新的酯 新的醇
O R C OR' + R''OH 酯 醇
在医药工业上通过酯交换反应可以将一 些易得的或药用价值较小的酯转变为药用价 值较大的酯。例如：
酯醇解的反应特征： 酯交换反应；需 需 H＋ 或 HO- 催 化；可逆反应，蒸出易挥发的产物，将反应进行到底。 化；可逆反应，
第11章 羧酸衍生物 （ derivatives of carboxylic acid ）
主要内容 羧酸衍生物的分类和命名 羧酸衍生物酰基上的亲核取代反应 羧酸衍生物酰基上的亲核取代反应 羧酸衍生物的亲核取代反应机制
酯缩合反应
学习要求
1. 掌握羧酸衍生物的结构及命名； 2. 掌握羧酸衍生物的化学性质：水解、醇 解、氨解反应及其活性的强弱顺序。 3. 熟悉羧酸衍生物酰基的亲核取代反应机理； 酯的缩合反应及其在生物体内的应用； 4. 了解碳酸衍生物的结构类型及其主要性质。
C 6H 5 CON
CH 3 CH 2CH 3
C
O
C NH
戊内酰胺
O
N-甲基-N-乙基苯甲酰胺
NH
-丁内酰胺
己内酰胺
与医学有关的羧酸衍生物
CH2CONH N O S CH3 CH3 COONa
O H3C CH3 CH3 OH O O CH3 O O OH HO O O
COOH OCCH3 O
乙酰水杨酸（阿司匹 林）（解热镇痛药）
甲胺
N-甲基乙酰胺
★
酰基亲核取代反应的机制
O
羧酸衍生物酰基上的亲核取代反应通式
O Nu L or HNu R O C Nu + L or HL
R C L
羧酸衍生物
+ Nu亲核试剂
亲核 加成
OR C Nu L
负电荷的四面体结构中间体
R
C
第1步：亲核试剂进攻酰基C，发生亲核加成，形成负 电荷的四面体结构中间体 ；
酯
O R C NH 2 (R)
O
H 2O H or OH NH 3 (R)
H 3C C
乙酰氯
+ H2 O
水解
猛烈、 放热反应
Cl
CH 3COOH
+
HCl
酰胺
产生HCl的缘故
4
酸酐的水解
O O O C R O H2O
△
酯的水解
O O H2 O OR' H H2 O R OH O C O R C OH + HOR'
醋酐
乙酸酐
当2分子酸不同时，”简单的羧酸+复杂的羧 酸”——“某某酸酐”。酸字可省略。例如：
H
C
甲酸甲酯
OCH3
异丁酸异丙酯
乙丙酐
乙酸丙酸酐
顺丁烯二酸酐
苯甲酸乙酯
乙酰乙酸乙酯
4．由二元羧酸生成的酯的命名 只有1个-COOH被酯化的称酸性酯；2个 -COOH都被酯化的称中性酯。 多元酸的几个-COOH可以和相同的几分子醇成 酯，也可以和不同的醇成酯，在命名时要加以体 现。
亲核试剂
H 2O R H or O H O R H or O H O R C NHR' C OR' O C OH
反应类型
性质分析
O
水解反应
RCH2
C O
X O O C R
酰基中的-C=O-：可加成至饱和
O R C L R 'O H
醇解反应
RCH2
C O
O RCH C L
L：可被亲核试剂取代
RCH2
C O
O
Δ
+
R C O C R' H OH
O R C OH
羧酸
H+或 OHΔ
R'OH NH 3
(L=X, O C O R'', O R'', N R 2 '')
酰卤
酸酐 酯
酰胺
羧酸衍生物发生水解反应的活性顺序：
羧酸衍生物和醇反应生成酯，称为羧酸衍 生物的醇解（alcoholysis） 。
递减
5
酰氯的醇解反应
COOCH3 + 2HOCH2CH2OH COOCH3
对苯二甲酸二甲酯 乙二醇
COOCH2CH2OH H COOCH2CH2OH
对苯二甲酸二乙二醇酯 甲醇
+ 2CH3OH
对氨基苯甲酸乙酯
N,N-二乙基-2-羟基乙胺
普鲁卡因(局部麻醉剂)
乙醇
酰胺的醇解反应
O H or OH NHR' + R"OH R O C OR" + R'NH2
O C2H5O C O C OH
乙二酸甲乙酯 乙二酸二乙酯
5、酰胺的命名
羧酸分子中-OH 被-NH2或烃氨基取代 后的化合物，称为酰 胺。
(1)酰胺N上没有其它取代基的简单酰胺， 酰基名称 + “胺” —— “某酰胺”。
乙二酸氢乙酯 (ethyl hydrogen ethanedioate)
乙酰胺
乙酰苯胺
沸点
一、羧酸衍生物的物理性质
低级酰卤和酸酐有刺激气味。挥发性酯具有令人愉 快的气味，可用于制造香料。
酰卤、酸酐和酯没有-OH，分 子间不存在氢键，其沸点比 相对分子质量相近的羧酸、 酰胺沸点低得多。
酯在水中的溶解度较小，但能溶于一般的有机溶剂。
二、羧酸衍生物的化学性质
★
酰基的亲核取代反应(Nucleophilic Substitution)
2
(2) 酰胺N上连有取代基时， “N-”或“N,N-” + 取代基 + 某酰胺
取代基直接与N原子相连接
(3) 若同一个N原子上连有2个酰基时，则称为“酰亚 胺”。 O O
C NH C O
C O C NH
丁二酰亚胺 N, NN-二甲基甲酰胺 N, NN-二甲基乙酰胺
邻-苯二甲酰亚胺
(4) 分子的环状结构中含有(-CO-NH-)的酰胺称为内酰 胺。
用于解热、镇痛、抗风湿、促 进痛风患者尿酸的排泄，抗血 小板聚集、肠道蛔虫的治疗
H3C HO H3CH2C H
由链霉菌产生的碱性抗生
N(CH3)2 CH3 OCH3 CH3 OH
素，抗菌谱与青霉素类似，对 军团菌肺炎和支原体肺炎可做 首选药
青霉素G钠（抗生素）
适用于葡萄球菌、链球菌、肺炎 球菌、淋球菌、脑膜炎菌等
R
C
2 R
C
OH
R
C
酸酐活性比酰卤略差，较易反应，需加热。
H3C C H3C C
乙酐
O O O
+ H2 O
水解 △
CH 3COOH
乙酸
+
CH 3 COOH
酯较稳定，水解反应需 需 H＋或 OH－催化，并 催化， － 加热，当 当OH 用量大于化学计量时，反应完全。
乙酸乙酯
乙酸
乙醇
酯水解是醇酯化的逆反应。
生物体内也有酯交换反应:
O CH3
R C
C
S
CoA
+
HOCH2CH2N（CH3）3OH
乙酰辅酶A
O CH3
胆碱
反应相对不易进行 离去能力: 离去能力:
HS CoA
NHR'
C
OCH2CH2N（CH3）3OH
+
<
OR"
乙酰胆碱
辅酶A
合成上意义不大（合成酯类化合物的方法有更 合成上意义不大（合成酯类化合物的方法有更 好的方法）
O R C X H 2O
HX
酰氯的水解
O R C Cl H2O O R C OH
羧酸
O
酰卤
O R C O O C R H or OH or H 2O R C OH O HO C R
+酸酐
O R C OR'
+
H 2O H or OH R O C O HOR'
乙酰氯在潮湿的空气里立即冒白烟？
O R C OR' + H2O H NaOH O R C OH + R'OH 酯化的逆反应