第十二章羧酸取代酸及羧酸衍生物作业(1)
羧酸及其衍生物
12.1 羧酸的分类和命名法
• 羧酸分子中的羧基除去羟基后的基团
按原来酸的名称
而称为某酰基。对于除去氢原子后的基团，则称为某酰氧基。例如：
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12.2 羧酸的制备方法
• 在自然界中，羧酸常以游离态、羧酸盐或其衍生物形式广泛存在于动 植物中。许多羧酸及其衍生物是动植物代谢的中间产物；有些参与动 植物的生命过程；有些具有强烈的生物活性，能防病治病；有些是工 农业和医药工业的重要原料。羧酸可以通过如下途径来制备。
(CH3)3CCOOH (CH3)2CHCOOH CH3CH2COOH CH3COOH
pKa 5.05
4.87
4.86
4.76
• 芳环是吸电子基，所以芳香羧酸的酸性比一般饱和一元酸的酸性强。 但大多数芳香羧酸的酸性比甲酸弱(苯甲酸的pKa＝4.17，甲酸 pKa＝3.77)。虽然苯环是吸电子基团，但苯环的大π键与羧基可以 形成π-π共轭体系，使环上的电子云向羧基方向转移。其结果是苯甲 酸羧基上的O—H 键极性减弱，氢的离解能力降低，
性药物制成盐，以增大其溶解度。例如常用的抗生素——青霉素C就 是制成它的钾盐和钠盐。
• 12.4.2 羟基被取代的反应
• 羧酸分子中羧基中的羟基被其他原子或基团取代后的产物，称为羧酸 衍生物。羧酸分子中除去羟基后剩余的基团(RCO-)称为酰基，因此， 羧酸的衍生物又称为酰基化合物。常见的羧酸衍生物有酰卤、酸酐、 酯和酰胺。例如：
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12.4 羧酸的化学性质
• 失水生成酰胺。很多药物的分子结构中都含有酰胺的结构。所以酰胺 是一类很重要的有机化合物。这是一个可逆反应，反应过程中不断蒸 出所生成的水使平衡右移，产率很高。例如：
第12章羧酸和取代羧酸
• 给主链编号 • 书写母体化合物名称，羧基总在第1位，不必标出。 • 标明构型及取代基情况
CH3CH2CHCOOH CH3
CH2CH3 HOOCCHCOOH
2-甲基丁酸
2-乙基丙二酸
HOOCCH=CHCOOH
丁烯二酸
顺丁烯二酸：马来酸 反丁烯二酸：富马酸
CO2H CO2H
环己烷羧酸 2-环戊烯羧酸
H+
O R C OR'
H2O
a. 影响酯化反应速度的因素 1OROH，2OROH酯化时按加成--消除机制进行， 且反应速率为：
醇：CH3OH>伯醇 > 仲醇 酸：HCO2H > CH3CO2H > RCH2CO2H
> R2CHCO2H > R3CCO2H
Cl2CHCOOH > ClCH2COOH > CH3COOH
第三节
结构和酸性
一、结构和酸性的关系
O R C O sp2
H
O
0.123nm
H
C
0.136nm
OH
羧酸、醛酮及醇的典型键长比较：
键长 化合物 羧酸 醛酮 醇 C=O 0.123nm 0.12nm 0.143nm C O 0.136nm
R
C
=
O O H 羧 酸 R C
O R OH O H 醇
RCOOH + CH3OH CH3COOH CH3CH2COOH (CH3)2CHCOOH (CH3)3CCOOH
H
+
相对速率 1 0.84 0.33 0.037 0.00016
(CH3CH2)3CCOOH
b.
反应机理的证明
①羧酸与光活性醇的反应实验 ②同位素跟踪实验
华中科技大学有机化学第十二章 羧酸及其衍生物
Kochi反应便宜，对一级，二级，三级卤化烷的产率均好。
10.3 羧酸的合成反应
1. 烯或炔烃的氧化。
2. 醇或醛的氧化。 3. 烷基苯的侧链氧化。 4. 甲基酮的氧化(卤仿反应)。 5. 腈化合物的水解。 6. 格氏试剂与二氧化碳反应。 7. 苯酚钠盐与二氧化碳反应。
9.4 羧酸衍生物的结构与命名 1.羧酸衍生物的结构 羧酸衍生物的结构通式为RCOL （L＝ OR , NH2, NHR , NR2, X, OCOR等)．这些化合物都具有酰基(RCO)，因此又称酰基化合物．它们的 结构与羧酸相似，都具有羰基的键。并与L的一对未共用电子共扼．其电 子共轭与共振式如下：
丁二酸和戊二酸在单独加热或与乙酐共热时脱水生成环酐己二酸和庚二酸受热时同时发生脱水和脱羧生成较为稳定的失羧卤化将羧酸与ago反应得羧酸的银盐然后加等摩尔的溴或碘在无水四氯化碳中回流即可失羧得到溴代或碘代烷hunsdiecker反应
第十二章 羧酸及其衍生物
分子中含有羧基(-COOH，carboxyI group)的化合物叫做羧酸 (carboxyIic acid)。羧基是羧酸的官能团，除甲酸(HCOOH)外，羧酸 可看作是烃分子中的氢原子被羧基取代的产物。
生成酸酐的反应机理是一分子羧酸对另一分子羧酸的亲核加成-消去反应
3．生成酯 羧酸和醇或在强酸(硫酸，对甲苯磺酸等)催化下分子间脱水生成酯， 这个反应叫做酯化反应(esterification)。 酯化反应是可逆反应。为了提高产率，一般采用的方法是增加某 一种反应物的用量，或不断从体系中移去某一种产物。 实验证明，羧酸酯化时生成的水分子中的氧原子一般是来自羧酸 的羟基。例如，用同位素标记的醇与羧酸反应，其结果是同位素标记 的氧原子留在酯分子中。
六、二元羧酸受热的反应 二元羧酸受热易脱水、脱羧，生成产物的结构取决于两个 羧基的相对位置。无水草酸在加热时脱羧生成甲酸。
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。
第12章 羧酸和取代羧酸
b-酮酸
芳香酸的脱羧反应较脂肪酸容易，尤其是邻、对位 上连有吸电子基，如：
NO 2 O 2N CO2H NO 2
H2O
NO 2 O 2N NO 2 + CO2
六）二元酸的热解反应
二元酸受热后，由于两个羧基的位置不同，而发生不同的 化学反应，有的失水，有的失羧，有的同时失水失羧。
1、乙二酸和丙二酸------脱羧
3、烷基苯氧化：制备苯甲酸及其部分衍生物
CH3 KMnO4 Cl COOH Cl
4、格氏试剂与CO2反应后水解
O RMgX + O=C=O RCOMgX H 3 O+
RCOOH
5、羧酸衍生物水解：酰卤、酸酐、酯、酰胺、腈
O RC L H 2O O L=X, OCR, OR, NH2(R) O RC OH + HL
系统命名法原则与醛相同。
1. 选择含羧基在内的最长碳链为主链
2. 从羧基碳原子开始用阿拉伯数字标明取代基等的位置 3. 按所含碳原子数目称为某酸，取代基及位次写在某酸 之前。
对于简单的脂肪酸也常用 α、β、γ 等希腊字 母表示取代基的位次；羧基永远作为C-1。
CH3 CH3-CH2-CH-CH2-CO2H
15.7 16-19
羧酸酸性的强弱决定于电离后所成的羧酸根负离子 (即共轭碱)的相对稳定性。
诱导效应、共轭效应对酸性的影响
1. 诱导效应的影响
G CH2COOG
酸性增强
CH2COO-
酸性减弱
G CH2COO-
各取代基的吸电子诱导效应的强弱次序：
NO2> CN> F> Cl> Br> I> C≡CH> OCH 3> OH > C6H5> CH=CH2> H
有机化学第8版第十二章-羧酸衍生物全篇
N-甲基-N-乙基乙酰胺
(N-ethyl -N-methyl acetamide)
O CH3 C-N CH3
N,N-二甲基苯甲酰胺
2、酸酐：按其水解产物命名
OO
OO
CH3C O CCH3
乙酸酐
(acetic anhydride)
O
CH3C O CCH2CH3
乙丙酸酐
(acetic propanoic anhydride)
H2O H+ 或OH
2、氨解反应
O
RC OH + R'OH
COOCH3 + NH3
CONH2 + CH3OH
3、酯缩合反应
酯分子中的α-氢显弱酸性，在碱的作用下与另一分子酯 发生类似于羟醛缩和的反应，生成β-酮酸酯，称为酯缩 和反应或Claisen（克莱森）缩和反应。
O 2CH3C-OC2H5
(1)C2H5ONa (2)H3O+
紫色或紫红色溶液
缩二脲反应
凡分子中含两个或两个以上
O
C NH
肽键
结构的化合物都能进行缩二脲反应
二、胍
NH H2N C NH2
胍
NH H2N C NH
胍基
NH H2N C
脒基
胍的衍生物在临床上是重要的治疗糖尿病的药物。
H2C
COOC2H5
H2N +C
O
COOC2H5 H2N
O
C NH
H2C C O + 2C2H5OH
O-
O
CH3-C=CH-COC2H5
O
O-
CH3-C-CH=COC2H5
乙酸乙酯的性质，具有甲基酮的性质，碘仿反应，2,4-二 硝基苯肼的反应，HCN的反应等；具有烯醇的性质，与金 属钠反应放出氢气，使溴的四氯化碳溶液褪色，与三氯化 铁溶液显色等。
第十二章 羧酸及其衍生物(教学版)
反应注意事项：
应用于一级RX制腈，产率很好。仲、叔卤代烷产率较低，不适用此法！ 芳香卤代烷不易制成芳腈。
- -
-Cl
+ NaCN
三、Grignard试剂与CO2作用
R-X
Mg 干醚
R-MgX
CO2
O R-C –OMgX
H2 O H+
R-COOH
(CH3)3CCl + Mg
无水乙醚
(CH3)3C-MgCl
5 6
CH2-COOH CH2-COOH 丁二酸 CH2COOH
3,4-二甲基己酸
γ
3-甲基-2-丁烯酸 COOH COOH 对苯二 甲酸 Cl COOH
CH3CH2-CH-COOH 4 3 2 OH 1 2-羟基丁酸 或α-羟基丁酸
β
α
对氯苯甲酸 α- 萘乙 酸
羧酸分子中除去羧基中的羟基后,余下的部分称为酰基, 可按原来的酸的名称作某酰基:
COOH
以上的反应称为Kolbe-Schmitt(科尔伯—施密特 )反应。
§12-4 羧酸的物理性质和光谱性质
一、物理性质
1. 物态 C1～C3 有酸味的无色液体 C4～C9 有腐败酸臭味的油状液体 C10 以上——蜡状固体，没有气味 芳香族羧酸（Ar-COOH）和脂肪族二元羧酸为结晶的固体 液态脂肪酸以二聚体形式存在。所以羧酸的 2. 沸点 沸点比相对分子质量相当的醇高。
CH2COOH CH2COOH CH2COOH CH2COOH CH2COOH Cl Br I OCH3 F pKa 2.66 2.86 2.90 3.12 4.74
② 芳香酸（共轭效应、诱导效应） 1）酸性：C6H5COOH＞CH3COOH 2）芳环上有吸电子基时，ArCOOH酸性增加。例如：
大学有机化学第12章羧酸
C O + H2O
C
O
邻苯二甲酸
邻苯二O 甲酸酐(100%)
羧酸的钠盐 酰氯 共热
O
O
OO
CH3 C O Na + CH3CH2 C Cl CH3 C O C CH2CH3 + NaCl
混合酸酐的生成
(3) 酯的生成和酯化反应机理 羧酸 醇 在强酸催化下 酯
酯化反应(esterification) O
+ H2O
(92%)
制备乙酸、苯甲酸的工业方法
(2) 由一氧化碳、甲醇或醛制备
CO与NaOH水溶液作用，生成HCOOH:
CO + NaOH
~210℃ ~0.8 MPa
HCOONa H2SO4
丙醛氧化法：
HCOOH
CH3CH2CHO +
1/2
O2
(CH3CH2COO)2 0.1 MPa,
Mn
甲醇法：
CH3 CN
H2O, H2SO4 ~85%
CH3 COOH
12.3.4 Grignard 试剂与CO2作用
Grignard 试剂的羧化作用 (carbonation)
(CH3)3C MgCl + O C O
O
C(CH3)3
H3O+
C O MgCl
(CH3)3CCOOH
反应特点:
• RX RCOOH
• 增长1个C的碳链
O C6H5 C 18OCH3 + H2O
羧酸
醇
酯化反应机理：
第一步 羰基质子化：
O R C OH H+
OH R C OH
酯
OH R C OH
第二步 醇分子对质子化羰基的亲核进攻：
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羧酸取代酸及羧酸衍生物(B)(C)(»}(E)按 a -H 酸性从强到弱顺序排列COCHjCOJCJH5,CHaCHCOaCjH, , CH 3CHCO 2C 2H £ 、 CH 3CH 2CO 2C 2H 5 (2}⑶(4)按酸性从强到弱顺序排列NCCH 2COOH , O 2NCH 2COOH t CH 3CH 2CH 2COOH , HC = CCH 2COOH(D)1. 、命名下列化合物 Q Q3.CH J CH J H H COOH 4./=\ ? /CH iO c -NoCH aHO -CHCH 2COOH7. 9. 11.o ^HCH 2C ^NH <^NO 2 H 3C _^-C ^N (C 2HJ 2 CH 2COOHCH 2-^H-OH CH 0CCH^COjH 1.将下列化合物按酸性从强到弱的顺序排列 COOH NO COOH (B)COOH OCHjCOOH (D)(A)2.将下列各组化合物按酸性从强到弱的顺序排列 HC -C^OCOOH JcOOHCOOH(C)6.COOCH{H 3C)Z N-QCOOHCIHOCOOH3. 将下列化合物, rCH 3CHCO 2C 2H 5(1)4. 将下列化合物,(C)5.将下列化合物，按酸性从强到弱顺序排列:FCH^COOH , CH 2=CHCH i COOH . NCCH a COOH ,(A) (B) (CJCICH 2COOH , (CH 3)2CHCH 2COOH (D)(E)6、将下列化合物按酸性大小排列COOHSH8.下列化合物中烯醇式含量最多的是(A) CHaCOC^COCHj (B) CHaCOCHjCOOCHa (C) CH 2{COOCH 3)2 (D)CH 3COCH 3下列化合物的亚甲基活性CH 3COCH 2COCH 3 B CH 3COCH ;CO 2C2H S C. CH 3COCH 2NO 211. 将下列化合物，按 a -H 酸性从强到弱顺序排列 CI[3CH 3CHO ： CII ^COCII . 3 CH 3CII 2COC1 ,(1) ⑵ ⑶14.下面哪些化合物能用NaBH4还原:SHCOOHOCR,OCH 2NO 2(1) (2) ⑶7.按酸性由强到弱排列的顺序是:COOHCOOHb.COOHCOOH9.下列化合物酸性由强至弱顺序是COOETCICOOHHCOOHB.D.OCHj10. D.C2H5O2CCH2CO2C2H5(或酸性)最强的是(CH 3CO).O . CH 3CII 2CO 2CH 3 : CIl^CI^CO^lI(4) (5) ⑹ 将下列化合物按烯醇化由易到难排列成序：O 0o O Il IIn i\CHsCCHjCCHsB 匚如匚出匚0匚沁彳下列反应应用何种试剂完成？HO —*■12. 13.A 、LiAIH 4B 、NaBH 4 O OII IIC CHiCCHjCCtHtCOOC 日 gC 、Fe + CH 3COOH D.D 、Pt + H 2o I! CHgCCHjA. CHOB.CH3CO2C2H5 D.O CH3CH3CCI15.按a -氢的活性由大到小排列成序:COOCH5E.16、将下列化合物按酸性大小排列COOH SH SH COQHOHOCH3⑴⑵17.将下列化合物，按A. CH2(COOC2H G}2D ⑷⑸a -H酸性从强到弱顺序排列O 0B- CHaC-CHz-CCHaO OCH3C-Ctl2-COC a H soD. CH^-C-CbbE.OPI1-C-CH3 F.o □CH a C-CH2-CPh三、鉴别1、用简单化学方法鉴别下列化合物OHrCH3CHCH2CO2C2H a1!CH3CCH2CCH3(Q(A) (B)2.用简单化学方法鉴别下列化合物,CII^CH J CH^COCH J COOCH,,C(K>H(C)CH^CHCOOH(JJI(DI3.用简单化学方法鉴别下列化合物•OH CI I?CII2CIUCOCI l2CtX)CII sCOOH CThCTICOOH I OH(O四、完成下列反应LiAIH 4 H 3*OCH J CH J CH J CONHCH J --------- ” ----------CH 2=CHCOOC 2H S + NCCH 3COOC 2H 5CHiCHaCOOCjHj NaOC 2H s------- ►(CH 2CH 2CQOC 2H 5Br 2, NaOH五、推断结构 1.某化合物(A)C 4H 7CIO2-其核磁共振有触b. c 二组峰.a 在6 1.25处有一个三蛊峰， b^3.95处有一个单烽，c*4.21处有…个四重蜂°红外光谱/fe 1730cm'1区域有一强的吸 收峰*化合物(BJCsHioO,其核磁共振有点W 二蛆峰，貳在61.05处有-个三瑁峰，b 在 2,47处有一个四里峰，红外光谱在1700cm'1附近育特征吸收峰° (A)与(B)ttZn 作用下于 苯中反应，热后再水解得化合物(C)C9H I S O 3, (C)在屮催化作用卜加热得(D)CgH 16O 2( (C)先用N 与OH 水溶液处理.然后冉酸化得化合物(E)C 7H I 4O 3<.请根据上述礦实推测化合 物(A} (B) (C) (D) (E)的结构简式*8.1)LiAID 4 9.2) D 2O10.O^^COOHO C 就甲8。
叨虑A (C 2H 5ONab ^CH 2OHC 2H 5ONa6.CH J CH 2-C-CIH 3O------- ► CHjCH^HaOH4.Ag 2O H 3OA2.MeCOCHfMeJCOiEt 在EtDH 中用曰ON P 处理后，加入环氧乙烷可以得到•新化合 物’其IR 谱在1745cm'1^ll1715cm-1处有两个吸收峰；K^NMR 谱如下土 6 (ppm) ,1.3D(S R 3H).1.7{t R 2H).2.1 (Sj 3H}R 3.9{t,2H)n 请写出该化脅物的结构。
3.可由下列步骤合成止痛药 Miltown ，写出A,B,C,D 的结构式HH3CHOHH3CHO CH 3CH 2CH Z CHCHO -------- p- A (C 7H 14O 2)------------ B (C T H 16O 2)|稀OK 浓OH"O 2 CICCIA C (C 9H 14O 4CI 2)4.某化合物^C/HvO^JUlj/NaOH 处理给出员辿沉淀,从尼4-二硝華苯刖给泄黄色沉沈口 A 与FeCI 3®液显蓝芭。
AHJ^NaOHiS 液处理后酸化热解放出C6得化仔物B 及•分了•乙醇 c B 的红外光谱在1720cm T I 处有强吸收峰E 的NMR('H)數据如下S/: 2.1 (单峰 JH) ,2.5 ( Q 重峰,2H} J-1 (三爲峰*3H) 试推断(AjxBjrft 结构并解强。
2.由苯及其它必要的试剂合成3- CH 3COOH < p —COCHj5. 以丙二酸及C4有机原料合成化合物^\^-COOH6.由乙酰乙酸乙酯、乙炔和必要的有机、无机试剂合成:NHJ六、写出下列反应机理(附加题)CH 2(COOC 2H 5)2COQH7. 由己二酸及苯甲腈合成10. 由丙二酸二乙酯和不超过三个碳的原料及必要试剂合成11. 由苯，丙二酸二乙酯合成 5-苯基-1，3-环己二酮。
OQ12. 以 °及乙酰乙酸乙酯等为原料合成化合物CO"作业-2一、将下列化合物，按酸性从强到弱顺序排列。
Cl-Q^00011 ^^0COOH , 0外0<x>01【,(A)(B)(C)XC^COOH , H 3CO <2>COOH (D)(E)1.由苯及环己酮合成6-苯基己酸2-由苯及4个碳以下化存物合成4. 由不超过两个碳原子的化合物合成5.苗乙醉合成 CIGCHCH 2CH,C<H ：I8. 由 (CH 3)2C=CHCOCH 3 和由环己舸，丙二酸酯合成合成N-正丁基异戊酰胺。
7.由乙酰乙酸乙酯和必要的有机、无机试剂合成:CH2【【8 •由丙二酸酯和必要的有机、无机试剂合成：2) HOOC —CH —CH —COOI1 I I])C}12(CH2COOH)2CH3CH Jo9.由环己舸劇备H声丿、匸心OH练习:OIICH^CCH2CH2C6H5ORONa (>1mol) II + CHCHQ.CH3COOC2H5 CH3CCHCOOC 2H5 Na 6 5 J O OCH3CCHCOOC 2H5 1稀OH 1 CH3CCHCOOH ——CH 2C6H 5 2 H CH 2C g H 5 -CO2eg 2:选用不超过4个碳的合适原料制备6-由环己嗣利邻氯笨甲機通过格氏反应合成CH3eg 1:以乙酸乙酯为原料合成4-苯基-2- 丁酮OII CH3CCH2CH2C6H5和CH3C^CH22 CH 3COOC 2H 5C2H5°N^ CH 3CCHCOOC 2H5 Na+Br(CH 2)4BrO C2H5OWOCH3C COOC 2H5OII* CH 3CCHCOOC 2H5(CH2)4Br分子内的亲核取代Br-COCH 3CCCOOC 2H 5OCH3C COOH稀-OH eg 3:乙旣乙酸乙flg^BrCH2CH2CH2Br在醇钠作用卜•反应,卞耍得到COOC 2H 5H3C 八VCOCH 3COOC2H5eg 4:制备严ci^cHiCiiiCiicoonCH 2CH 2CH 3 eg 5:选用合适的原料制备下列结构的化合 物。
OOJIIICH,CCH 2CH 2CH 2COHo OCH 3^CH 2CH 2CH 2CCH J-CO 2亠 CH 3CCH 2CH 2CH 2COHO O一奢 CH 3CCH 2CH 2CH 2CCH 3 + CH 3COOH()NaOEt< H,( < HU —卜 I -EtOH~hO II CH 3C CH3C-COOEtOH-（浓）酸式分解CH 3INaOEtCH 3CH 2CH 2Br■ ■ ■ EtOHCH 3H+ICH 3CH 2CH 2CHCOOH + CH s COOHAO OCH 3CCH 2COEtIIEtO ■ClCH 2CH 2COEtIIa CH 3C-CH-COOEtCH 2CH 2COOC 2H 5OH H 2OO OCH 3CCH 2COEtEtOOIIClCH 2CH 2CCH 3OIIa CH 3C-CH-COOEtCH 2CH 2CCH 3OOH H 2O。