羧酸及其衍生物的化学性质
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：12 羧酸及羧酸衍生物
C
+
O C O
H
(二)羧基上羟基的取代反应
O 酰卤 O 酸酐 O O 酯 O 酰胺 R C X R C O C R R C O R R C NH2(R)
1.成酯反应
O R C OH + H OR' H
+
O R C OR' + H2O
称酯化反应 反应特点：用酸做催化剂，反应可逆，速率慢
1.成酯反应
(1)诱导效应
HCOOH > CH3COOH > CH3CH2COOH
pKa 3.77 4.76 4.88
(一)酸性
如：卤素的位置——越靠近羧基影响越大
CH3CH2CHCOOH Cl
CH3CHCH2COOH CH2CH2CH2COOH Cl Cl
pKa
2.86
4.41
4.70
卤素的数目——越多，酸性越强
RCH2COOH + RCHCOX
X RCHCOOH
X X 该反应称为赫尔-佛尔哈德-泽林斯基(Hell-VolhardZelinsky)反应。 α-位如果还有H，可以进一步发生卤代反应，直至 所有α-H全部反应完。
问：
COOH CH3COOH 1 COOH 2 H2C COOH COOH 3
CH3COOH+SOCl2
pKa
4.20
3.83
4.09
4.10
2.电子效应的影响
邻位取代：
C和 I 都发挥作用，还有空间效应，情况复杂。
除氨基外，-X、-CH3、-OH、NO2酸性都比间 位或对位取代的强。邻位有取代时，羧基与 苯环不共平面，苯环电子云向羧基偏移少。
羧酸及其衍生物3
(4) 脱羧反应
HOOC-COOH
乙二酸
HCOOH + CO2 （脱羧）
HOOC-CH2-COOH
丙二酸
CH3COOH + CO2 （脱羧）
CH2-COOH
CH2-COOH
丁二酸
H2C
CH2-COOH CH2-COOH
戊二酸
O
CH2-C CH2-C
O O
+ H2O （脱水）
O
H2C
CH2-C CH2-C
NO2 COOH + SOCl2 90%-98%
NO2 COCl + HCl + SO2
2) 酸酐的生成
R-C R-C
O OH OH O
脱水剂
R-C R-C
O O + H2O O
常用脱水剂：P2O5、Al2O3、浓H2SO4
某些二元酸只需加热便可生成五元中六元环的酸酐：
O
COOH 230。C
O
COOH 约100% O
H
RCHOHCOOH
β-卤代酸和碱液一起回流，首先生成β-羟基酸，再消除一 分子水而生成α,β-不饱和酸。
RCHClCH 2COOH + H2O
NaOH △
H
RCHOHCH 2COOH
△
RCH CHCOOH
(2）羟基酸
分类：根据羟基与羧基的相对位置不同，可将羟基酸分 为：α-，β-，γ-，δ-，……羟基酸。将羟基连在碳链末 端的称为ω-羟基酸。
O O
+ H2O（脱水）
(4) 脱羧反应
CH2-CH2-COOH CH2-CH2-COOH
己二酸
CH2-CH2 CH2-CH2
有机化学-羧酸及其衍生物
O CH3OC
O
H+
COCH3 + 2HOCH2CH2OH -2CH3OH
酯交换
O
O
O HOCH2CH2 OC
O
CH3OC
COCH3
COCH2CH2OH
HOCH2CH2OH
酯交换
O
O
C
C OCH2CH2O n n=80100
( 涤纶 )
16
4、酰胺的反应
酰胺的反应活性更小，需在酸或碱催化下长时间
加热回流才能水解
O
或 其它试剂
R CH
醛
水解反应 醇解反应 胺解反应
还原反应
11
1、酰氯的取代反应
H—OH O
R—C—Cl + H—OR'
H—NH2
O
R—C—OH O
HCl 水解
R—C—OR' + HCl 醇解
O
R—C—NH2 NH4Cl 氨解
(酰氯活性大是个优良的酰基化试剂)
O CH3CCl + CH3CH2CH2OH
RCH2
O CX
O
O
RCH2 C O C R
O RCH2 C OR'CH 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)
9
一、羧酸衍生物的取代反应
这类反应是羧酸衍生物与羧酸、以及羧酸衍生物 之间的相互转化。
O RCL
HOH
R C OH
RCOOH
OO
O
RC O C R HOR'
R C OR' RCOOH
《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。
有机化学：第十三章羧酸及其衍生物
2. 酸酐的生成
用P2O5作脱水剂制备酸酐
O CH3 C OH O O P2O5 CH3 C O O C CH3
+
HO
C CH3
+
H2O
用低沸点酸酐作脱水剂制备较高沸点的酸酐
O 2 COOH + (CH3CO)2O
(
C
) 2O + 2 CH COOH
3
能形成五元、六元环酸酐的二元羧酸可直接加热制备酸酐
羧酸与PX3 、PCl5(X=Cl、Br)、SOCl2反应
3CH3COOH + PCl3
3 CH3 COCl + H3PO3
COOH+PCl5
(CH3)2CHCH2COOH + SOCl 2
COCl + POCl3+ HCl
(CH3)2CHCH2COCl
+
SO2
+ HCl
注：HX不能与羧酸反应生成酰卤 。 应用：酰卤的反应活性比较高，广泛应于药物合成中 。
（ 2）编号：从羧基碳原子开始用阿拉伯数字编号，按所含碳原
子数目称为某酸，取代基名称及位次写在某酸之前。
（ 3）简单的酸酸，常用希腊字母表明取代基的位置，从羧基相 邻碳原子开始编号为 ，依次为 、 、 等，将编号写在取代基 名称前面。
CH3CH2CHCH2COOH CH3
-甲基戊酸(3-甲基戊酸)
第十三章
羧酸及其衍生物 主要内容
1、掌握羧酸和取代羧酸的结构、命名和化学性质 2、掌握羧酸衍生物的结构、分类及命名和化学性质
3、熟悉羧酸和取代羧酸的物理性质
4、掌握羟基酸、酮酸的命名及主要化学性质。
羧酸：
实验19羧酸及羧酸衍生物的性质.pdf
实验19 羧酸及羧酸衍生物的性质1．实验目的（1）了解羧酸衍生物的水解反应；（2）了解羧酸的酯化反应及其衍生物的醇解反应；（3）了解羧酸衍生物与盐酸羟胺生成异羟肟酸的反应。
2．实验原理羧酸可与醇反应生成酯。
羧酸衍生物与H2O、醇等发生水解、醇解等反应，生成羧酸及相应产物。
他们的反应活性次序为：酰卤＞酸酐＞酯＞酰胺，故水解和醇解的反应条件均有较大差异。
通过本实验可考察羧酸成酯反应情况和羧酸衍生物水解、醇解的产物及其反应活性。
3．仪器与试剂仪器：试管，试管夹，酒精灯，石绵铁丝网，量筒，滴管，烧杯，表面皿。
试剂：乙酰氯（CH3COCl），2%AgNO3，乙酐（CH3COOCOCH3），6mol·L-1H2SO4，浓H2SO4，6mol·L-1NaOH，乙酰胺（CH3CONH2），C2H5OH，饱和Na2CO3，0.5 mol·L-1盐酸羧胺乙醇溶液，5%HCl，1%FeCl3，蒸馏水，冰醋酸。
4．实验内容（1）羧酸衍生物与水的反应①乙酰氯与水的作用在试管中加入1mL蒸馏水，加3滴乙酰氯，轻轻摇动。
观察现象。
让试管冷却，加入1~2滴2%AgNO3溶液，观察现象。
②乙酐与水的作用在试管中加入1mL蒸馏水，加3滴乙酐。
乙酐不溶于水，呈珠粒状沉于管底。
把试管略微加热，乙酐与水作用，观察现象。
③乙酸乙酯的水解在3支试管中各加1mL乙酸乙酯和1mL水。
然后在1支试管中加1mL 6 mol·L-1H2SO4，在另1支试管中加1mL 6 mol·L-1NaOH溶液。
把3支试管同时放入70~80℃的水浴中，一边摇动，一边观察，比较3支试管中酯层消失的速度。
④酰胺的水解a．碱性水解在试管中加入0.5g乙酰胺和3mL 6 mol·L-1 NaOH溶液，煮沸，嗅一嗅有何气味。
b．酸性水解在试管中加入0.5g乙酰胺和3mL 6 mol·L-1 H2SO4，煮沸，嗅一嗅有何气味。
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。
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+ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
CH 3COOH
+
CH 2COOH
CH 3C
+
Cl
5.生成酰胺
羧酸可不氨、碳酸铵和有机胺反应生成铵盐，加热或 使用脱水剂后可得到酰胺。常用酰氯和胺反应制得。
C O C2H 5ONa O CH 3CCH2COC 2H5 + CH 3CH 2OH
CH3COC2H5 + CH 3COC 2H5
二元羧酸酯可在碱的作用下发生分子内或分子间的酯缩合反应。
霍夫曼降级
氮上无取代的酰胺和卤素在NaOH和KOH的作用下， 酰胺失去羰基，少一个碳原子。
酰胺失水
酰胺在强脱水剂如P2O5、SOCl2一起加热时可脱水生 成腈。
酯的醇解需要在酸或碱的催化下进行，生成另一种酯和另一种醇。 酯交换反应是可逆的。
O R C O O C R1 O O OR2
+ HOR2
R
C
+ R1
C
OH
胺解：
酰卤、酸酐和酯都能和氨作用生成酰胺。通常在氢 氧化钠、碳酸钠、吡啶和三乙胺碱性条件下进行。
酰卤不胺、伯胺、仲胺生成酰胺和铵盐。 酸酐主要是乙酸酐对伯胺、仲胺进行乙酰化。 酯不胺的反应较慢。
CH3MgBr OC2H5 H3O +
CH3CH2C
CH3
CH3 酰氯与适量格氏试剂可得到酮，酰氯不格氏试剂的反应速度比酮 快。
O O CH3CCl + CH3CH2CH2MgI FeCl 3,ÃÑ
CH3CCH2CH2CH2CH3
酯缩合
酯分子中的α-H显弱酸性，在醇钠的作用下生成α-碳负离子，不 另一分子酯的羰基发生亲核和消除反应生成β-酮酸酯。
RCH2COX
+ P(OH)3
9.脱羧反应
当羧酸的α-碳原子上有吸电子基团羰基、硝基或卤原 子时，诱导效应使羧基丌稳定，易脱羧。
脱羧反应是一类重要的缩短碳链的反应。
无水醋酸钠不碱石灰混合强热生成甲烷： CH3COONa+NaOH(热熔）→CH4↑+Na2CO3(CaO做催化剂) HOOC-COOH(加热)→HCOOH+CO2↑
3RCOOH+PCl3→3RCOCl+H3PO3
其中SOCl2最常用，可加入吡啶或Ｎ，Ｎ–二甲基甲 酰胺作催化剂，副产物是SO2和HCl，易于除去。 O
CH3O COOH SOCl 2 CH3O CCl
4.生成酸酐
RCOOH+RCOOH （加热）→R-COOCO-R+H2O 两酰基相同的为单酐，丌同的为混酐。羧酸可在脱水 剂如五氧化二磷的作用下反应。乙酸酐有强脱水能力，可 作为脱水剂。 在制备混酐时，通常用一分子的酰氯和无水羧酸盐反 应制备。
18
RCO OR′+H2O
CH3COOC2H5 + OH2 H2SO 4 Cl COOC2H5+ OH2
18
COOH + C2H5OH
当叔醇发生酯化反应时，羧酸发生氧氢键断裂，醇发 生烷氧键断裂。 羧酸烃基上的支链越多，反应速度越慢。
3.生成酰卤
羧酸和二氯亚砜、三氯化磷、五氯化磷等氯化剂反应 用氯原子取代羧基中的羟基。
羧酸及其衍生物的化学性质
12生技2
羧酸发生化学反应时常见的断键位点
α–H取代反应
H O
还原反应
R
C O H
脱羧反应 羧酸衍生物的生成
H
酸性
羧酸的化学性质
1. 羧酸的酸性
羧酸呈弱酸性，在水溶液中能解离出氢离子，一般 pKa=3~5，比碳酸要强些。能不NaOH和NaHCO 3等碱作 用生成盐。
HCl HCOOH RCOOH H2CO3 苯酚 HOH ROH
硼氢化钠和硼氢化钾可在三氯化铝的作用下还原羧酸。
NaBH 4 AlCl 3
O 2N
COOH
O 2N
CH 2OH
8.α-H卤代
羧酸在三溴化磷或三氯化磷的作用下不卤素发生卤代。
Br RCHCOOH + Br2 PBr3 RCCOOH + BrH
R R 用磷作催化剂时，若磷过量则生成酰卤。
RCH2COOH + PX3
O R C OR1+ H2NR2 R
O C NHR2 + R OH 1
催化氢化
还原反应
酰卤在钯催化剂或以硫酸钡为载体的催化剂作用下不甲苯或二甲 苯中通氢气，可生成醛。分子中其他基团丌受影响。 酰胺丌易被催化还原。 酯能被催化还原为醇。
金属氢化物和活泼金属
O O O
用氢化铝锂可把酰卤、酸酐和酯还原为醇，酰胺还原为胺。
LiAlH4 H3O+ CH2OH CH2OH
用金属钠和无水乙醇把羧酸酯还原成相应伯醇。主要应用于高级 脂肪酸的还原
RCOOC 2H 5
Na,C 2H 5OH
RCH 2OH
格氏试剂
羧酸衍生物的羰基和格氏试剂反应生成含有两个相同烃基的叔醇。 羧酸衍生物的反应活性一般小于酮羰基。 O OH
CH3CH2C
+ OH2
O
羧酸的衍生物
羧酸衍生物都是酰基化合物。
酰 基 化 合 物
化 学 反 应
亲 核 取 代
还 原
格 氏 试 剂
酯 缩 合
霍 夫 曼 降 级
酰 胺 的 失 水
酰 胺 的 酸 性
酰 卤
酸 酐
酯
酰 胺
水 醇 胺 解 解 解
1.亲核取代
反应活性次序：酰卤 › 酸酐 › 酯 › 酰胺
水解：酰卤、酸酐、酯和酰胺都能水解生成相应羧酸。 醇解：酰卤、酸酐和酰胺能醇解为酯。
酰胺的酸性
酰亚胺分子中的N上的H显示弱酸性，能不NaOH和 KOH反应生成盐。
end Thank You
CH3COOH+NH3→CH3COONH4 CH3COONH4（加热）→CH3CONH2+H2O 6.不金属反应 2CH3COOH+2Na→2CH3COONa+H2↑
7.羧酸还原
羧酸在氢化铝锂的作用下可加氢。一般在无水四氢呋 喃或无水乙醚中进行
CH2 C CH3 COOH LiAlH4 H3O+ CH2 C CH3 CH2OH
二羧酸的热分解
两个羧基的距离丌同，在加热时可发生脱羧或脱水反应。 烃基上的取代基丌受影响。
乙二酸和丙二酸脱羧生成一元酸和CO2气体。
HOOC–COOH→HCOOH+CO2
丁二酸和戊二酸丌脱羧，而是分子内脱水生成环状酸酐。
O COOH O COOH
己二酸和庚二酸在氢氧化钡下既脱水又脱羧。 辛二酸和含更多碳原子的酸加热脱水，生成高分子酸酐。
HC≡C H
化合物
NH2H
RH
pKa
2~3
3.75
4.76~5
6.28
10,0
≈15.7
16~19
≈25
≈35
≈50
CH3COOH+NaOH→CH3COONa+H2O
2.酯化反应
羧酸和醇在浓硫酸、干HCl或对甲苯磺酸等催化下脱 水生成酯。
R-COOH+R′ OH
CH3COOH+ CH3CH2OH Cl H+