第十二章 羧酸衍生物
有机化学
第十二章 羧酸及其衍生物定义:分子中含有羧基的有机化合物称为羧酸(Carboxylic Acid)，其通式为RCOOH ，其中R-可以是烷基或芳基。
羧酸的羟基被其它基团取代的化合物称为羧酸衍生物(boxylic acid derivatives)。
第一节 羧酸的结构、分类和命名 一、 结构1. 羰基C 原子以sp2杂化轨道成键：三个sp2杂化轨道形成的三个σ键在同一平面上，键角大约为120度。
2. 键长：C=O 双键键长为123pm ，C —O 单键键长为136pm 。
3. p –π共轭：碳原子的P 轨道和羧基氧的一个P 轨道相互交叠形成π键。
4. —COO-结构：羧基离解为负离子后，负电荷就完全均等地分布在O —C —O 链上，即两个C —O 键键长完全平均化。
0.127nmCHOO0.127n m二、 分类1、根据羧基羧连接烃基不同，将羧酸分为脂肪、脂环和芳香羧酸。
2、根据羧酸分子中所含的羧基数目不同，可分为一元酸、二元酸和多元酸。
三、 命名1、 羧酸常用俗名：通常根据天然来源命名。
如：HCOOH 蚁酸，HOOC —COOH 草酸。
2、 IUPAC 命名法：与醛的命名相同，即选择含有羧基的最长碳链为主链，靠近羧基一端开始编号；对于脂环酸和芳香酸，则把脂环或芳环看作取代基来命名；多元羧酸，选择含两个羧基的碳链为主链，按C 原子数目称为某二酸；如有不饱和键角要标明烯（或炔）键的位次，并使主链包括双键和叁键。
例如：COOHCH 2CH 2CH 2COOH环已基甲酸4—环已基丁酸CH 3（CH 2）7CH=CH （CH 2）7COOH 9—十八碳烯—酸（俗称油酸）第二节 羧酸的物理性质 一、 溶解性羧酸分子可与水形成氢键，所以低级羧酸能与水混溶，随着分子量的增加，非极性的烃基愈来愈大，使羧酸的溶解度逐渐减小，6个碳原子以上的羧酸则难溶于水而易溶于有机溶剂。
二、 熔沸点1、 熔点：随着C 原子的增加呈锯齿状的变化。
12羧酸衍生物
O CH2C
O
CH3CH2C O
O O
O
乙酸酐 乙丙酸酐 邻苯二甲酸酐
O O O
顺丁烯二酸酐
CH3CN 乙腈
CH2CN 苯乙腈
3) 酯是依据形成它的酸和醇，称为某酸某酯。
O CH3COEt
O
CH3
CH3COCH2CH2CHCH3
O
CH3
CH3(CH2)3COCH2CH2CHCH3
乙酸乙酯
乙酸异戊酯 香蕉香味
通常将室温下呈固体的称为脂, 呈液体的叫做油. 常见的 油脂有牛油、猪油、花生油、椰子油及蓖麻油等。
油脂的主要成分是多种高级脂肪酸甘油酯的混合物，其 结构如下：
O
CH2 O C R O
CH O C R' O
CH2 O C R"
若R、R’、R”相同，则为单纯甘油酯；
若不同，则为混合甘油酯。但天然油 脂多为混合甘油酯。
比较而言: (1) X原子和-OCOR的-I 效应大于+C 效应； (2) -OR’的-I 与+C大致相当; (3) -NH2的+C 效应大于-I 效应。
所以可知它们的反应活性次序为: 酰卤 > 酸酐 > 酯 > 酰胺
此外，L-的稳定性也影响反应的进行，研究表明次序同上.
12.3 油脂和合成洗涤剂 1. 油脂: 是油和脂肪的简称, 广泛存在于动植物体内。
RC
F CCR'3 R'3C+ + H2O F
O R C OH + +CCR'3
R'3C OH + H+
2) 酰基衍生物的水解、氨解及醇解机理 除酯外，其它多数酰基衍生物的水解、氨解、醇解也是按加 成-消除机理进行的。
第十二章羧酸衍生物-文档资料
2）醇解：酰氯和酸酐与醇或酚作用，生成相 应的酯。
O
O O S O C l C H O H 2 2 5 N ( C H ) C C C l ( C H ) C C O H + 3 3 ( C H ) C C O C H 3 3 3 3 2 5
γ -内酰胺
青霉素 ( penicillin )
H C C 3 H C C 3
“酸酐” 顺丁烯二酸酐 O 乙酸酐 O 邻苯二甲酸酐
O O O C O C O C C O O
酸酐：“酸”
H3C H3CH2C
C C
O O O
乙丙酐
酯：用相应的酸和醇命名；
C H O O C 3C 2H 5 C O O C 2H 5
35%H C l 回 流
O N 2
+ H C H C N O N 2 2
C H C O O H 2
羧酸衍生物亲核取代反应的活性顺序：
酰卤>酸酐>酯>酰胺≈腈
酯水解反应，键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？
O R CO R ' O R COR '
大多数2o和 1o醇的羧酸酯的水解发生酰氧键断裂； 3o醇的羧酸酯的水解发生烷氧键断裂。 酸催化：
O C C l
2-溴丁酰溴
4-氯甲酰基苯甲酸
酰胺：根据相应的酰基命名；
O C H C N H 3 2
乙酰胺 O CN H 2 环己烷甲酰胺
N-乙基丁 二酰亚胺
O CN H 2 O H N C 2
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：
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。
第十二章羧酸衍生物
①EtONa ②H+
OO R CH2C CHCOEt
R
如果两种酯中其中一个无α-H，则可以得到交叉缩合产物为主的产物
O
O
OO
HCOEt
+CH3COEt
① EO t Na ② H+
HCCH2COEt
提 供 羰 基
O
C H 2 C O Et + Et O
HO
O
CH3C OEt + CH2 COEt
O
C H 2 C O Et + EtOH
见P208
CH2 CH COOEt
H OEt
CH2CH2
C O
C2H5ONa
CH2 CH COOEt
CH2
H OEt
CH2CH2 C O
C2H5ONa
COOEt O + C2H5OH
得五六、六元稳定的环酮 COOEt
O + C2H5OH
五、丙二酸二乙酯的合成及其在合成上的应用
丙二酸二乙酯的合成：
C C lH O C 2 O HN a C 2 O 3C C lH C 2 O O N aN a C NN C C H C 2 O O N aC H H 2 S 2 O O 5 HБайду номын сангаас4 C H 2 C (O E 2t)2
C H 3
C H 3
应用，用较易得到的酯制备难得到的酯 对于醇来说，分子中引入酯基，称为酰化反应
O
常用酰化剂：酰卤 C H 3C C l
用来制备酯
酸酐 (CH3CO2)O
反应中常加入碱以中和生成的酸
O
CH2 C O +C2 H5 OH
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。
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第十二章羧酸衍生物
学习要点
1
羧酸衍生物的命名★★
2
羧酸衍生物的三解反应★★★3
常见的碳酸衍生物★★
酰卤：由酰基和卤素组成，酰基是羧酸分子去掉羟基的部分其名称根据羧酸而定。
乙酸
苯甲酰溴
乙酰基乙酰氯苯甲酸苯甲酰基
酸酐：由两分子羧酸脱水而成，名称由相应的酸加“酐”组成。
乙酸酐乙丙（酸）酐邻苯二甲（酸）酐H3C C
O
O
C
H3C
O
C
C
O
O
O
酯：由相应的酸和醇脱水而成，命名为某酸某酯乙酸乙酯
甲酸异丙酯丙酸苯酯
O
O
苯甲酸乙酯
酯：
乙二酸乙酯
丙二酸甲乙酯
邻苯二甲酸二丁酯
O
O
O
O
δ-己内酯
酰胺
C
C
O
O
NH 乙酰苯胺
δ-己内酰胺
邻苯二甲酰亚胺N-甲基-N-乙基乙酰胺
反应通式：
酰氯
酸酐
酯酰胺
水解醇解氨解
✓他们结构上的区别就是（离去基团），分别
为：
✓
酸性顺序：
✓
碱性顺序（亲核
(+)
能力）：
离去基团
碱性越弱，越不亲核，越容易离去，反
应速度就越快！
所以酰卤
最快！其次为酸酐，然后为酯、酰胺。
酰卤和酸酐是常用的酰化试剂。
＜＜＜
＞＞＞
✓分子中的H被酰基取代，而引入酰基的反应。
羧酸衍生的水解、醇解、氨解等反应都是酰化反应。
✓反应活性顺序：酰卤酸酐酯酰胺
＞＞＞
反应通式：
酰氯
酸酐
酯
酰胺
水解速率：酰氯酸酐酯
＞＞＞酰胺与酯类似，可以在酸或碱的催化下进行。
但比酯难。
✓内酯的水解伴随开环，内酯类药物开环后往往失效。
例如抗肿瘤药物——羟基喜树碱。
✓内酰胺水解也伴随开环，许多抗生素都还有β-内酰胺，水解后失效。
比如青霉素G 钾
反应通式：
酰氯
酸酐
酯
酰胺
醇解速率：酰氯酸酐酯
＞＞＞
酚的酯化 酰卤与酸酐易于醇反应，是制备酯类的重要方法
△
氨解
反应通式：
酰氯
酸酐
酯
酰胺
氨解速率：酰氯酸酐酯
＞＞＞
尿素（脲）：哺乳动物蛋白质代谢的最终产物，弱碱性。
HO OH
O
尿素的水解
脲酶
将尿素晶体加热超过熔点，两分子尿素脱去一分子氨，生成缩二脲。
△
在缩二脲的碱性溶液中加入CuSO4溶液，产生紫红色，该反应叫缩二脲反应。
应用于鉴别分子中含有两个及两个以上的又称肽键的物质。
如多肽、蛋
白质都能发生缩二脲反应。
胍
可以看作是尿素分子中的氧原子被亚氨基取代的产物。
碱性与KOH相当。
蛋白质的精氨酸中就有胍基：
胍
精氨酸
尿素（脲）胍基
脒
胍分子中的氨基被烃基取代的产物为脒。
胍分子中去掉一个氨基后为脒基：
胍脒脒基
R NH2
NH
NH2
NH
丙二酰脲
尿素与丙二酰氯作用，发生氨解反应，得到的产物就是丙二酰脲。
C
NH NH C
H 2C
O
O O
酮式烯醇式互变异构
巴比妥类药物（镇静、催眠和麻醉）
苯巴比妥异戊巴比妥。