华科大有机化学第13章羧酸及其衍生物

1、第十三章 羧酸及其衍生物 羧酸的命名：羧酸的命名： 俗名：俗名：蚁酸蚁酸 HCOOH (甲酸甲酸) 醋酸醋酸 CH3COOHCOOH安息香酸安息香酸HOOCCOOH草酸草酸系统命名法：系统命名法：3-甲基丁酸甲基丁酸2-乙基丙烯酸乙基丙烯酸CH3CHCH2COOHCH3CH2CCOOHCH3CH2顺顺- -丁烯二酸丁烯二酸( (马来酸马来酸) ) 3-苯基丙烯酸苯基丙烯酸CCCOOHHHOOCHCH CHCOOH9,12-十八碳二烯酸十八碳二烯酸CHCH2CHCH(CH2)7COOHCH3(CH2)4CHCH3CHCOOH2-环戊基丙酸环戊基丙酸酰基酰基 acyl羧酸衍生物的命名：羧酸衍生物的

2、命名：乙酰氯乙酰氯 acetyl chloride 苯甲酰氯苯甲酰氯bezoyl chloride 乙酸酐乙酸酐acetic anhydride 苯甲酸酐苯甲酸酐benzoic anhydride CH3COClCH3COOCH3COCOOCO(Ar)R COC ClO乙酰胺乙酰胺 acetamideN-甲基乙酰胺甲基乙酰胺N-methyl acetamide 乙腈乙腈acetonitrile苯甲腈苯甲腈benzonitrile邻苯二甲酰亚胺邻苯二甲酰亚胺 phthalimide -己内酰胺己内酰胺-hexanolactam- 丁内酯丁内酯- butanoic lactone OO乙酸苄酯乙酸

3、苄酯benzyl acetate CH3CCH2OOCH3CONH2CCNHOONHH3COCH3CONHCH3CH3CNCN第一节第一节 羧酸羧酸一、羧酸的结构一、羧酸的结构羧酸中的羧酸中的p-共轭共轭 甲酸：甲酸：C= O 键长键长123 pm醛、酮：醛、酮：C= O 键长键长120 pm甲酸：甲酸：CO键长键长136 pm 醇：醇：CO键长键长143 pm(Ar)RCOOHCOOH(Ar)R发生反应的部位：发生反应的部位：RCHHCOOH酸性-H被取代被亲核试剂取代脱羧反应二、羧酸的化学性质二、羧酸的化学性质1.1.羧酸的酸性羧酸的酸性 羧酸的羟基直接与不饱和羰基相连，其给出质子的能羧酸

4、的羟基直接与不饱和羰基相连，其给出质子的能力更强。力更强。RCOOHOH-+ H2ORCOO-.HCOOHOH-HCOO.HCOO.-+HCOO.-.-HCOO-1/2-1/20.127nm0.127nm.+ H2O 甲酸负离子中，两个碳氧键的键长都是甲酸负离子中，两个碳氧键的键长都是0.127nm，键级，键级相同，说明甲酸负离子中负电荷的高度分散。相同，说明甲酸负离子中负电荷的高度分散。COOHpKa3.77 4.76 4.88 4.86 4.20HCOOH CH3COOH C2H5COOH CH3CH2CH2COOH 拉电子基团使羧基氧负离子的稳定性增加；反之，给电子拉电子基团使羧基氧负离

5、子的稳定性增加；反之，给电子基团使羧基氧负离子的稳定性降低。基团使羧基氧负离子的稳定性降低。酸性排列酸性排列：RCOOHRCOONa+ NaHCO3+H2OCO2+OHNaHCO3+RCOOHH2OOHH2CO3 ROHCH3CH2CHClCOOH CH3CHClCH2COOH Cl (CH2)3COOHpKa 2.86 4.06 4.52+PCl5RCOOHRCOCl + POCl3+HCl+SOCl2RCOOHRCOCl + SO2+ HCl3. 成酯反应成酯反应1）酸与醇的酯化）酸与醇的酯化 反应的两种机理都经历了一个比较拥挤的四面体结构，反应的两种机理都经历了一个比较拥挤的四面体结构，

6、因此当羧酸的因此当羧酸的-碳上连接的基团越多越大，酯化反应越难碳上连接的基团越多越大，酯化反应越难进行。一般的活性顺序是：进行。一般的活性顺序是： HCOOHCH3COOHRCH2COOHR2CHCOOHR3CCOOH。2. 生成酰卤的反应生成酰卤的反应 以以PCl3、PCl5和和SOCl2作为卤代试剂，羧基中的羟基作为卤代试剂，羧基中的羟基也可以被卤代生成酰卤：也可以被卤代生成酰卤： 对于分子中既含有醇羟基又含有羧基的化合物，其脱水对于分子中既含有醇羟基又含有羧基的化合物，其脱水的方式与羟基距离羧基的远近有关。的方式与羟基距离羧基的远近有关。 -羟基酸受热，发生分子间脱水生成交酯：羟基酸受热

7、，发生分子间脱水生成交酯：CH3CHC+H2OOHOOHCH3CHCOHOOHHO COCHCH3OH2OO2OOCH3CH3丙交酯CH3CHCH2C+ H2OOOHOHCH3CH=CHCOOH -羟基酸分子受热时易发生分子内脱水成为羟基酸分子受热时易发生分子内脱水成为、-不饱不饱和酸：和酸：RCOO-+ CH3CH2CH2XRCOOCH2CH2CH3+ X-2）羧基负离子的烷基化反应）羧基负离子的烷基化反应 (CH3)3CCOO-CH3CH2I(CH3)3CCOOCH2CH3CH3CH2OH+ I-HMPA/+H2OCH3CHCH2CH2COHOOHOOCH3 -戊内酯-或或-羟基酸受热则易

8、生成内酯：羟基酸受热则易生成内酯： 反应不适用于与仲、叔卤代烃的反应，否则会形成较多的消反应不适用于与仲、叔卤代烃的反应，否则会形成较多的消去反应副产物烯烃。在催化剂去反应副产物烯烃。在催化剂HMPA(六甲基磷酰三胺六甲基磷酰三胺 )中可以中可以与各种伯卤代烃进行烷基化，尤其是位阻较大的羧基氧负离子与各种伯卤代烃进行烷基化，尤其是位阻较大的羧基氧负离子可以顺利成酯：可以顺利成酯：CH2=CCH2COOAgCH3+CH3CH2ClCH2=CCH2COOC2H5CH3+ AgClP2O5+ H2OCH3COOCCH3O2 CH3COOH4. 脱水成酐反应脱水成酐反应 p-共轭作用使一元羧酸的分子间

9、脱水比较困难，一般需要共轭作用使一元羧酸的分子间脱水比较困难，一般需要高温并加入脱水剂：高温并加入脱水剂： 羧基氧负离子的银盐虽然很贵，但对于位阻较大或含有羧基氧负离子的银盐虽然很贵，但对于位阻较大或含有双键者却容易与卤代烃发生双键者却容易与卤代烃发生SN2反应成酯：反应成酯：RCOONa + RCOClRCOOCOR+ NaClH2OCOOHCOOHCCOOO+邻苯二甲酸邻苯二甲酸酐 具有具有45个碳原子的二元羧酸，由于脱水后形成了稳定个碳原子的二元羧酸，由于脱水后形成了稳定的环状结构，所以不需要脱水剂就可获得脱水产物：的环状结构，所以不需要脱水剂就可获得脱水产物： 若制备混合酸酐（不同种羧

10、酸形成的酐），通常以羧酸若制备混合酸酐（不同种羧酸形成的酐），通常以羧酸盐与酰卤作用：盐与酰卤作用：+ H2OCHCOHOCHCOHOCH2C OHOCH2C OHOH2COOO+ H2OOOO丁烯二酸丁烯二酸酐戊二酸戊二酸酐RCO OH+ H NHRRCONHR+ H2ORCOOH + H NH2RCONH2+ H2ORCOO-NH4+ 在与胺或氨反应时，羧酸的羟基可以被氨基取代脱水在与胺或氨反应时，羧酸的羟基可以被氨基取代脱水生成酰胺生成酰胺 :5. 与氨（胺）的反应与氨（胺）的反应6. 羧酸还原为醇羧酸还原为醇COOHCH2OHCH2CHCH2COOHCH2CHCH2CH2OHH2OLi

11、AlH4H2OLiAlH4COOHCH2OHB2H6H2O+ H3BO37. 羧酸的氧化反应和脱羧羧酸的氧化反应和脱羧 羧酸不易被氧化，但是甲酸和草酸具有还原性。甲酸能羧酸不易被氧化，但是甲酸和草酸具有还原性。甲酸能与与Tollens试剂发生银镜反应。草酸能使酸性高锰酸钾还原试剂发生银镜反应。草酸能使酸性高锰酸钾还原褪色。褪色。H COHOAg(NH3)2OH+ Ag(NH4)2CO3HOOCCOOHKMnO4H+CO2H2O+OC OHCOHOHCOOH +CO2+H2O 羧酸化合物通常比较稳定，但当羧基的羧酸化合物通常比较稳定，但当羧基的-位有拉电子取位有拉电子取代基或重键时则易发生脱羧反

12、应。代基或重键时则易发生脱羧反应。 23个碳受热，容易生成一元酸：个碳受热，容易生成一元酸：CH2CH2COOHCH2CH2COOHO+ CO2+H2O+CO2C6H5CHCHCOOHC6H5CHCH2-CO2OOHROOHHRHR CCH3OR CCH2COOHO羧基的羧基的-位有羰基或重键时则更易发生脱羧反应位有羰基或重键时则更易发生脱羧反应: 67个碳的二元酸受热，容易生成环酮：个碳的二元酸受热，容易生成环酮：8. 失羧卤化失羧卤化 羧酸与碱性的羧酸与碱性的Ag2O反应得羧酸银盐，然后加入等摩尔的溴或反应得羧酸银盐，然后加入等摩尔的溴或碘，加热失羧，得到溴代或碘代烷（碘，加热失羧，得到溴

13、代或碘代烷（Hunsdiecker反应）。反应）。RCOOH + Ag2ORCOOAgBr2RBr + CO2+ AgBr第二节第二节 羧酸衍生物羧酸衍生物一、羧酸衍生物的结构一、羧酸衍生物的结构从羧酸衍生物的结构特点可见有下列性质：从羧酸衍生物的结构特点可见有下列性质：L L基团有不同的活性，可发生基团有不同的活性，可发生“亲核取代亲核取代”；-H的活性的活性 Claisen 酯缩合反应。酯缩合反应。RCOLRCOL二、物理性质（自学）二、物理性质（自学）三、羧酸衍生物的化学性质三、羧酸衍生物的化学性质亲核取代反应（酰基转移反应）亲核取代反应（酰基转移反应） 1、水解反应、水解反应( 羧酸形

14、成羧酸形成 )皂化反应皂化反应(Saponification) COOHRHCl+COOHRCOOHR+COOHRROH+COOHRNH3+H OHCOClRCOOCORRCOORRCONH2RH2ORCOOHRCOONaNaOHRCOORROH反应速度为：酰卤酸酐酯酰氨反应速度为：酰卤酸酐酯酰氨2、醇解反应、醇解反应 R”OHfastRCOOR+HXfastRCOOR+RC OHOH+or OH-RCOOR+ROHRCOOR+NH3COClRCOOCORRCOORRCONH2R反应速度为：酰卤酸酐酯酰氨反应速度为：酰卤酸酐酯酰氨酯交换反应需选择进行，酰氨的醇解很难进行。酯交换反应需选择进行，

15、酰氨的醇解很难进行。HNHRfastR C NHR +RCOOHOfastCONHR +HXRRCONHR+ ROHRCONHR+ NH3COClRCOOCORRCOORRCONH2R反应速度：酰卤酸酐酯反应速度：酰卤酸酐酯3、氨解反应、氨解反应4、与格氏试剂的反应、与格氏试剂的反应R C LORMgXRCLROMgX-MgXLR C RO1.RMgXR CRROH2.H3O+THFEt2O/FeCl3n-C4H9COCH3n-C6H13MgBr + CH3COCl- 78 oCn-C6H13COCH393%n-C4H9MgBr + CH3COCl- 78 oC72%反应机制：反应机制：第一步

16、：亲核试剂进攻酰基碳发生亲核加成，形成第一步：亲核试剂进攻酰基碳发生亲核加成，形成氧负离子中间体氧负离子中间体: : 第二步：中间体发生消除反应，形成恢复碳氧双键第二步：中间体发生消除反应，形成恢复碳氧双键的取代产物的取代产物 。 R CO-LNu+ Nu-加成RCOLR CO-LNuR CONu + L-影响反应速率的因素影响反应速率的因素: :羧酸衍生物的羰基活泼性：羧酸衍生物的羰基活泼性：亲核试剂的亲核能力：亲核试剂的亲核能力：离去基团的稳定性：离去基团的稳定性：酰卤酸酐酯酰胺酰卤酸酐酯酰胺羧酸衍生物的活性：羧酸衍生物的活性：COClRCOOCORRCOORRCONH2RX-O-COR

17、RO- H2N-HXHO COR HOR NH3 利用羧酸衍生物不同的酰基活泼性，活泼的酰基化利用羧酸衍生物不同的酰基活泼性，活泼的酰基化合物可以制备相对活性较差的酰基化合物，合物可以制备相对活性较差的酰基化合物，酰卤和酸酐酰卤和酸酐是常用的酰化剂是常用的酰化剂。酯和酰氨作为酰化剂使用则较困难。酯和酰氨作为酰化剂使用则较困难。-COOH-OH+-COCl-OH+例：例：制备制备COO？制备制备 (CH3)3C-O- COCH3 ?(CH3)3C-OH + CH3COOHCH3COCl(CH3)3C-OH +？Claisen缩合：缩合： CH3COOC2H5 CH3COCH2COOC2H5C2H

18、5ONa乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯含有含有-氢的酯才能进行氢的酯才能进行Claisen酯缩合反应。酯缩合反应。反应机制反应机制: :CH3C-OC2H5OC2H5ONaCH3CH2O-CH3-C-CH2COOC2H5O-CH2-COC2H5OCH3-C-CH2COOC2H5O-OC2H5CH3-C-CHCOOC2H5O- CH3CH2O-H+CH3-C-CH2COOC2H5OCH3C-OC2H5O思考题：思考题：HC-OC2H51.O1.C2H5ONa2.H3O+O2.CH3C-OC2H51.C2H5ONa2.H3O+O+ HC-OC2H5O3.CH3C-OC2H5+ CH3CH2COOC2H51.C2H5ONa2.H3O+CH2CH2COOC2H5CH2CH2COOC2H54.1.C2H5ONa2.H3O+COOC2H55.1.C2H5ONa2.H3O+O8. 还原反应还原反应(1) 酯的还原酯的还原RCOORH2CuO CuCrO4RCH2OHROHCOOC2H5CuO CuCrO4125 ，30MPaCH2OH65%(2) 酰卤的还原酰卤的还原COORRRCH2OH + ROHLiAlH4COXRRCH2OH + HXLiAlH4COClCH3OCH3CHOCH3OCH3LiAlH(OBu-t)3Et2OH2O6