第十三章 羧酸及其衍生物v4

第十三章羧酸及其衍生物主要内容：羧酸的酸性

羧基上羟基的取代（成酰卤、酸酐、酯和酰胺），酯化反应的机理羧酸a位的卤代、还原及与金属有机试剂的反应羧酸的脱羧第十三章羧酸衍生物（1）主要内容

几种类型的羧酸衍生物,结构及命名酰基上的亲核取代反应（水解反应,醇解反应，胺解反应），羧酸衍生物的亲核取代机理。羧酸衍生物的亲核取代相对活性及相互转换羧酸衍生物与Grignard试剂的反应，羧酸衍生物的还原反应官能团是羧基COOH；饱和一元羧酸通式：CnH2nO2羧酸的分类和命名羧酸的通式：羧酸的分类脂肪族羧酸分类：脂环族羧酸芳香族羧酸饱和羧酸不饱和羧酸一元羧酸二元羧酸羧酸的命名羧酸(COOH)作为母体名称主链：连有-COOH

，包含不饱和键的最长碳链。烯酸，炔酸。芳环、脂环作取代基，编号：离羧基近。二元羧酸：某二酸3-甲基丁酸2-丁烯酸邻羟基苯甲酸α-萘乙酸3-甲基己二酸邻苯二甲酸4-苯基-2-丁烯酸碳原子的位置也可用希腊字母表示

654321

俗名系统名俗称：,-二甲基丁酸氧化法13.1羧酸的制备醛、伯醇的氧化烯烃的氧化（适用于对称烯烃和末端烯烃）芳烃的氧化（有α-H芳烃氧化为苯甲酸）碘仿反应制酸（用于制备特定结构的羧酸）3側链是叔烷基，很难氧化，羧化法

——格式试剂合成法1°、2°、3°RX都可使用。但乙烯式卤代烃难反应。此法用于制备比原料多一个碳的羧酸，睛的水解（制备比原料多一个碳的羧酸）羧酸衍生物的水解油脂和羧酸衍生物得羧酸，及副产物甘油和醇。通过丙二酸二乙酯合成各种羧酸。仅适用于1°RX（2°、3°RX与NaCN作用易发生消除反应）。制备比原料多一个碳的羧酸水解法

工业上，苯甲酸的制备比较：同碳二卤化物水解制备芳香族醛酮p27513.2羧酸的物理性质羧酸的沸点比分子量相近的醇、醛、醚要高。羧酸分子间存在氢键，可以发生分子间的缔合(通过两个氢键形成二聚体)：CH3COOH(60)，CH3CH2CH2OH(60)，CH3CH2CHO(58)，CH3OC2H5

bp：117.9℃97.4℃48.8℃8℃C1~C3有刺激性酸味的液体，溶于水。

熔点有一定规律，随着分子中碳原子数目的增加呈锯齿状的变化。IR：反映出-C=O和-OH的两个官能团1HNMR：-COO-Hδ=10.5~12羧酸的光谱性质

羧酸的结构(-COOH)13.3羧酸的化学性质碳原子sp2杂化，氧原子外层电子2s22p4(氧原子未杂化)羧基（COOH）的形成——成键的方式p－π共轭体系

(羟基氧上电子密度降低，羰基碳上电密度增高)，羧基为平面构型。

羧基负离子

(COO-)：Ρ—Π共轭(Π34)；电子密度平均化，负电荷分散；两根C—O键等同126pm羧酸的结构及化学性质分析H有酸性羰基不饱和,可加成、还原羰基a-H，有弱酸性，可取代OH可被取代羧基可脱去CO2

p—π共轭，羰基上电子云密度升高，羰基与亲核试剂的反应活性降低。羟基O上电子云密度下降，O—H键变弱，有一定的酸性（酸性比醇大）。

几种活泼氢的酸性比较羧酸酚醇pKa~5~10~16-19

羧酸根负离子的共振式与稳定性有两个完全等价的共振式1.

羧酸的酸性吸电子基对羧酸酸性的影响23200×10－55530×10－5136×10－51.75×10－5Ka应用：利用羧酸的酸性分离和纯化化合物羧酸衍生物酰卤酸酐酯酰胺

取代羟基生成羧酸衍生物羧酸2.

羧基上羟基的取代形成酰卤酰(基)氯酰(基)溴比较:醇类的卤代羧酸羟基的卤代与醇类的卤代有相似性形成酸酐可能机理:乙烯酮衍生物酸酐强除水剂生成酯（酯化反应）

酯化反应特点：反应需要H+催化，无催化剂时反应很慢。反应可逆（加大反应物用量或除去水使酯的产率提高）生成酰胺

提示：合成上一般通过羧酸衍生物制备酰胺

用LiAlH4

还原羧酸至醇

羧基较难被还原强还原剂可还原至伯醇提示：1o醇3.

羧酸的还原反应合成上应用——制备伯醇合成上由羧酸制备伯醇，宜先酯化再还原直接还原羧酸：LiAlH4用量多，反应开始剧烈，后较慢，先酯化再还原：反应较易进行，产率较好，反应条件相对比较温和，LiAlH4用量较少

补充内容：能被LiAlH4还原的化合物及其产物类型提示：大多数的基团能被LiAlH4还原其它能还原羧基的试剂例：-NO2未受影响机理：a-卤代羧酸4.

羧酸a氢的反应

a-卤代羧酸在合成上的应用(i)

制备a-卤代酯（制备Reformatsky试剂的原料）(ii)

制备

a-氨基酸或a-羟基酸Reformatsky试剂酯难直接卤代亲核取代通过羧酸钠盐脱羧

b-羰基酸或b,g-烯基酸的脱羧注意比较产物与原料的双键的位置提示：羧基的β位有不饱和基团时易发生脱羧!!产率一般较低b-羰基酸b,g-烯基酸5.

羧酸的脱羧

b-羰基酸的脱羧在合成中的应用例：合成难点:

位置选择性不好反应较难操作用b-羰基酯进行反应双活化位酯基的作用:活化、

定位-C连有强吸电子基容易脱羧

Hunsdiecker

反应适用于制备伯溴代烷反应机理（自由基机理）13.4二元羧酸的化学性质1.

具有羧酸的通性

对酸性而言，pKa1＜pKa2，这种差别随着两个羧基距离的增大而减小。原因P318。2.

二元羧酸受热反应的规律乙二酸、丙二酸(所有β位有羰基的羧酸)受热，脱羧—CO2

。丁二酸和戊二酸受热，分子内脱水。己二酸，庚二酸在Ba(OH)2存在下加热，脱水且脱羧3.

重要的二元羧酸苯二甲酸-------邻苯二甲酸和对苯二甲酸邻苯二甲酸与氨作用——生成邻苯二甲酰亚胺酰亚胺呈弱酸性：邻苯二甲酰亚胺可用于制备纯伯胺——Gabriel伯胺合成伯胺邻苯二甲酰亚胺邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯(DEHP)—增塑剂邻苯二甲酸二甲酯—驱蚊剂邻苯二甲酸二丁酯—增塑剂对苯二甲酸与乙二醇作用生成对苯二甲酸乙二醇酯。缩聚得聚酯纤维“涤纶”.涤纶对苯二甲酸乙二醇酯废旧聚酯材料可化学解聚回收利用!13.5羟基酸羟基酸的分类和命名羟基酸分类醇酸酚酸以羧酸为母体，羟基为取代基;碳链编号时,从羧基的碳原子开始;也可从连接羧基的碳原子开始，用，，等;羟基酸命名羟基酸的制法卤代酸水解

只适用于制备-羟基酸氰醇水解

列佛尔曼斯基（Reformatsky）反应

-----------制备β-羟基酸的方法。

α-卤代酸酯在锌粉作用下与醛、酮反应，生成β-羟基酸酯，β-羟基酸酯水解生成β-羟基酸。注意比较：有机锌试剂(BrZnCH2COOR)与格氏试剂(MgRX)。例：羟基酸的性质具有醇和酸的共性，也有因羟基和羧基的相对位置的互相影响的特性反应。(1)

酸性——羟基使酸性增强邻羟基苯甲酸的酸性高于苯甲酸——分子内氢键邻羟基苯甲酸负离子＞＞＞吸电子诱导推电子共轭分子内氢键吸电子诱导吸电子诱导＜推电子共轭(2)

脱水反应羟基酸的酯化——形成内酯和交酯a-羟基酸b-羟基酸g-羟基酸d-羟基酸交酯g-内酯d-内酯a,b－不饱和酸羟基与羧基间的距离大于四个碳原子时，受热则生成长链的高分子聚酯。

(3)分解脱羧反应-羟基酸碳链缩短一个碳的反应-羟基酸反应在有机合成中的应用：高级羧酸经-溴代、水解来合成少一个碳的高级醛

α-酮酸与稀硫酸共热时，脱羧生成醛。13.6羰基酸分子中含有羰基和羧基的化合物称为羰基酸。羰基酸具有羰基和羧酸的典型反应。也有因羰基和羧基的相对位置的互相影响的特性反应。

β-酮酸受热易脱羧生成酮。归纳与小结

本单元的几个人名反应赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应(制备

-卤代酸)p313a-卤代羧酸雷福尔马茨基(Reformatsky,S.)反应(制备-羟基酸)p322柯尔贝-施密特(Kolbe-Schmitt)反应(制备水杨酸)p325本单元中有关有机化合物酸碱性的讨论羧酸具有较强酸性——羧酸根负离子稳定p312二元羧酸的酸性------pKa2>pKa1羧基是吸电子基p318邻羟基苯甲酸的酸性高于苯甲酸——分子内氢键p323羟基酸的脱水反应—p323；二元羧酸受热反应的规律。本单元中增加一个碳原子的反应；p308

减少一个碳原子的反应。p324羧酸a氢的卤代反应a氢的反应活性醛酮a位的卤代反应醚的a-氢的自氧化醇的氧化—(a-氢氧化)烷基苯(含)侧链氧化，侧链的卤代(-卤代反应)烯烃a位氢的卤化（烯丙位的卤代反应）重要有机反应实例与练习---赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应雷福尔马茨基(Reformatsky,S.)反应13(9)环戊酮，乙醇β－羟基环戊烷乙酸增加一个碳原子或减少一个碳原子的反应10

羟基酸的脱水反应；二元羧酸受热反应1013.7羧酸衍生物的类型及命名羧酸衍生物的类型酰卤酸酐酯酰胺羧酸羧酸分子中的羟基被不同基团取代的产物称为羧酸衍生物。酰卤乙酰氯a-溴丁酰溴苯甲酰氯酸酐醋酐（乙酸酐）乙丙酐（乙酸丙酸酐）顺丁烯二酸酐酰胺乙酰胺苯甲酰胺羧酸衍生物的命名将相应的羧酸去掉“酸”后，加上酰卤、酸酐、酰胺等。

酰胺分子中氮上的氢原子被烃基取代后所生成的取代酰胺，称为N-烃基“某”酰胺.乙酰苯胺N,N-二甲基乙酰胺N,N-二甲基甲酰胺(DMF)己内酰胺

含有—CONH—基的环状结构的酰胺，称为“内酰胺”。酰胺苯甲酸乙酯b-甲基-g-丁内酯丙二酸二乙酯酯酯的命名可在酯前加上相应的羧酸和醇来命名，称为“某酸某酯”。含有—COO—基的环状结构的酯，称为“内酯”。酰卤的沸点较相应的羧酸低（无氢键缔合）；

酸酐的沸点较相对分子质量相当的羧酸低，但比相应的羧酸高；

酯的沸点比相应的酸和醇都要低（与同碳数的醛酮差不多）。

酰胺的沸点比相应的羧酸高。13.8

羧酸衍生物的物理性质CH3CONH2CH3CONHCH3CH3CON(CH3)2m.p.b.p.82℃28℃-20℃221℃204℃165℃氮上氢被取代后，沸点和熔点显著降低：∵氨基上的氢原子可在分子间形成强的氢键。乙酸乙酯的红外光谱酰基化合物的光谱分析乙酸乙酯的核磁共振谱13.9羧酸衍生物化学性质羧酸衍生物的结构羧酸衍生物在结构上的共同特点是都含有酰基()，酰基与其所连的基团都能形成p-π共轭体系。与酰基相连的原子L的电负性都比碳大，故有-I

效应和碳相连的原子L上有未共用电子对，故具有+C效应当+C＞-I时，酰基碳亲核反应活性将降低；当+C＜-I时，反应活性将增大。羧酸衍生物性质分析L：可被亲核试剂取代羰基：可加成至饱和a-H：有弱酸性离去基团(Leavinggroup)羧酸衍生物酰基上的亲核取代水解反应醇解反应胺解反应反应类型通式酰基上的亲核取代的一般机理或：酰基上的亲核取代=亲核加成＋消除

加成一步取决于电子因素和空间因素。

--------[C(sp2→sp3)，氧上带部分负电荷，其稳定性受空间因素、电子因素影响。中间体——四面体构型]。消除一步取决于L的碱性和稳定性。酰基上的亲核取代反应活性的影响因素及规律P331总的反应速度和两步反应速度都有关系，但第一步更为重要。酰基上的亲核取代相对速度（相对反应活性）两方面原因：(i)羰基的亲电性不同（与加成步骤有关）诱导效应的影响：电负性：Cl

>O>N正电荷密度大对加成步骤有利酰氯、酸酐在有机合成中常用为酰基化剂(ii)离去基团的离去能力（与消除步骤步骤有关）共轭较弱（负电荷在电负性大的原子上）共轭较强（羰基性质减弱）共轭效应的影响：L诱导效应（-I）P-π共轭效应（+C）L-的稳定性反应活性Cl

最大最小最大最大-OCOR大小大大-OR中中中中-NH2

小大小小

的反应活性与L基团的性质有关。（L对反应性能的影响如下表）

小结：酰基上的亲核取代相对反应活性。当+C＞-I时，酰基碳亲核反应活性将降低；当+C＜-I时，反应活性将增大。饱和碳上的亲核取代；羧酸衍生物酰基碳上的亲核取代---(比饱和碳上的亲核取代容易)；醛酮羰基碳总是发生加成而不发生亲核取代。亲核取代机理练习题11、试写出下列反应的主要产物：(5)(R)－2－溴丙酸+(S)－2－丁醇→→(6)1.

羧酸衍生物的水解反应

酸催化水解反应历程：

碱催化水解反应历程：

P332

P332酰氯的水解易反应（可直接与水反应）酸酐的水解较易反应，H＋

或OH－催化更快。酯的水解需H＋或OH－催化，当OH－用量大于化学计量时，反应完全。酰胺的水解H+orOH－的用量须大于化学计量，要加热。酰氯的醇解反应优点：反应完全，产率好。（碱吸收）合成上用于制备酯酯酯酰氯2.

羧酸衍生物的醇解反应酸酐的醇解反应合成上用于制备酯酯羧酸优点：反应温和，产率好酯的醇解反应（酯交换反应）

反应可逆需H＋或R”O¯催化例：蒸除聚乙酸乙烯酯不溶于水,不能直接水解聚乙烯醇(PVA)酯交换反应，在工业生产上常有应用。

P338

P320对苯二甲酸乙二醇酯对苯二甲酸乙二醇酯

缩聚→→得聚酯纤维“涤纶”.酰胺的醇解反应反应相对不易进行（离去能力:）合成上意义不大（合成酯类化合物的方法有更好的方法）酰氯的胺(氨)解酸酐的胺(氨)解3.

羧酸衍生物的胺解反应酯的胺(氨)解酰胺的胺解条件：无水、过量胺胺的交换，合成上意义不大总结：羧酸衍生物的相互转换（制备方法）羧酸衍生物的亲核取代练习题NC(CH2)3CN机理：反应能否控制在中间产物——酮？酰氯、酸酐、酯酮叔醇取代4.

羧酸衍生物与RMgX的反应利用酰卤的活泼性进行选择性反应制备酮羰基的活性（亲电性）：实验方法：将R’MgX

滴加到RCOCl

中,

RCOCl

始终保持过量。始终过量比较酰氯与格氏试剂的反应酯与格氏试剂的反应快步骤慢步骤可保留快步骤慢步骤立即反应羧酸衍生物与金属有机试剂的反应练习题NaOH+I2

LiAlH4还原反应能否控制在这一步？酰氯，酸酐，酯胺伯醇酰胺注意：酰胺的还原有特殊性：取代5.

羧酸衍生物的还原反应

P339P334，337羧酸衍生物的催化氢化还原（两个典型的例子）罗森门德还原法(Rosenmund

还原)(i)

酰氯选择性还原至醛(ii)

酯还原至醇（工业化）使Pd催化剂活性减弱（催化剂中毒）酯的金属钠还原Bouveault－Blanc还原acyloin

缩合（酮醇缩合）伯醇a-羟基酮注意：溶剂的变化可保留双键（2）乙烯酮——是简单的不饱和酮

工业上制乙烯酮——乙酸或丙酮热解：作乙酰化剂。可看成乙酸分子内脱水而得的酸酐。与含活泼氢的化合物反应——引入一个乙酰基：乙烯酮是有剧毒的气体，极易聚合成二聚体：6.

乙烯酮可看成乙酸分子内脱水而得的酸酐。7.

酰胺氮原子上的反应---酰胺的酸碱性①酰胺的酸碱性氢原子受两个酰基的影响，易以质子的形式被碱夺去，酸性比酰胺强，形成的盐较稳定。酰胺CH3CNH2OHClCH3CONH2HClHgOCH3CONH)2Hg(+

H2O亚酰胺ORCORHCN具弱碱性具弱酸性邻苯二甲酰亚胺可用于制备纯伯胺——Gabriel伯胺合成伯胺邻苯二甲酰亚胺--酰亚胺呈弱酸性Linked—p320Gabriel伯胺合成②酰胺脱水----合成腈最常用的