第九章羧酸衍生物及取代酸

I、羧酸羧酸的结构羧酸中羰基对亲核试剂的活性降低，不能与HCN、H2N-OH等进行加成。现在是1页\一共有84页\编辑于星期四12.1羧酸的分类和命名分类：①按烃基不同：②按－COOH数目：现在是2页\一共有84页\编辑于星期四与醛相似，但经常根据来源使用俗名。例：羧酸的命名现在是3页\一共有84页\编辑于星期四系统命名法(1)选择含有羧基的最长碳链为主链(母体);(2)碳链编号时,从羧基的碳原子开始;(3)酸前要冠以官能团位置的数字(编号最小);(4)其它同烷烃的命名规则654321俗名系统名现在是4页\一共有84页\编辑于星期四例如：俗称：,-二甲基丁酸(,-二甲基酪酸)系统名称:2,3-二甲基丁酸丙烯酸（败脂酸）2-丁烯酸（巴豆酸）现在是5页\一共有84页\编辑于星期四选择分子中含有两个羧基的碳原子在内的最长碳链作主链,称为某二酸.脂肪族二元羧酸的命名乙二酸（草酸）丙二酸（胡萝卜酸）(顺丁烯二酸）(反丁烯二酸）现在是6页\一共有84页\编辑于星期四芳香族羧酸的命名1.羧基与苯环支链相连——脂肪酸作为母体2.羧基直接与苯环相连——苯甲酸作为母体苯甲酸（安息香酸）对甲苯甲酸苯乙酸（苯醋酸）3-苯丙烯酸（-苯丙烯酸，肉桂酸）-萘乙酸现在是7页\一共有84页\编辑于星期四多元芳香族羧酸的命名用“羧酸”或“甲酸”作字尾，其它作为取代基对苯二羧酸（对苯二甲酸，1,4-苯二甲酸）环己烷羧酸（环己烷甲酸）-萘羧酸-萘甲酸;1-萘甲酸现在是8页\一共有84页\编辑于星期四羧酸的物理性质物态：C1－C3刺激臭味液体；C4－C9腐败气味油状液体；C10以上羧酸为固体。水溶解度：大于分子量相近的醇、醛、酮；(C4H9OH：8%；C2H5COOH：∞)随R↑，水溶解度↓，C10以上羧酸不溶于水。原因：现在是9页\一共有84页\编辑于星期四沸点：高于分子量相近的醇！熔点：偶数碳羧酸的m.p高于相邻两奇数碳羧酸的m.p。同理：二元酸也是偶数碳羧酸之m.p高；不饱和酸：E式m.p＞Z式m.p；原因：现在是10页\一共有84页\编辑于星期四现在是11页\一共有84页\编辑于星期四化学性质1、羧酸的酸性

羧酸结构与羧酸酸性p-π共轭的结果：①

使RCOO-H健减弱，氢原子酸性增加，羧酸具有酸性；②RCOO-中负电荷均匀地分布在两个氧原子上，稳定性↑，羧酸酸性↑↑。现在是12页\一共有84页\编辑于星期四可用下列方法表示羧酸负离子的结构：共振论的表示方法：X射线衍射证实，在甲酸钠分子中，两个碳氧双键均为0.127nm。现在是13页\一共有84页\编辑于星期四由羧酸的结构所决定，其最显著的特性是在水溶液中能解离成羧根负离子和质子，即表现出酸性。一些化合物的pKa值：多数的羧酸是弱酸，pKa约为4-5（大部分的羧酸是以未解离的分子形式存在）现在是14页\一共有84页\编辑于星期四成盐

羧酸具有明显的酸性，甚至能与NaHCO3等成盐：说明RCOOH的酸性大于H2CO3。pKa数据亦说明，酸性：RCOOH＞H2CO3＞ArOH与无机酸相比，RCOOH仍为弱酸：∴酸性：HCl＞RCOOH

现在是15页\一共有84页\编辑于星期四羧酸盐具有盐类的一般性质，是离子型化合物，可溶于水。因此，利用羧酸的酸性，可分离提纯有机物。例：现在是16页\一共有84页\编辑于星期四影响酸性的因素

任何使酸根负离子稳定的因素都将增加其酸性，羧酸根负离子愈稳定，愈容易生成，酸性就愈强。A.脂肪酸①α-H被－R取代得越多，羧酸的酸性越弱。例如：Why?现在是17页\一共有84页\编辑于星期四原因：现在是18页\一共有84页\编辑于星期四②若α-H被吸电子基（如－Cl）取代后，羧酸的酸性增强。例如：原因：现在是19页\一共有84页\编辑于星期四③吸电子基距－COOH越远，对RCOOH的酸性影响越小。例如：原因：诱导效应随着碳链增长迅速减弱。现在是20页\一共有84页\编辑于星期四小结：

+I效应使RCOOH酸性减弱，-I效应使RCOOH酸性增强。

-I效应强弱次序：NH3＋＞NO2＞CN＞COOH＞F＞Cl＞Br＞COOR＞OR＞OH＞C6H5＞H

+I效应强弱次序：O－＞COO－＞(CH3)3C＞CH3CH2＞CH3＞H现在是21页\一共有84页\编辑于星期四B.芳香酸①酸性：C6H5COOH＞CH3COOH②芳环上有吸电子基时，ArCOOH酸性增加。例如：③芳环上有斥电子基时，ArCOOH酸性减弱。例如：(负电荷分散程度：C6H5COO－＞p-CH3-C6H4-COO－＞p-CH3O-C6H4-COO－)现在是22页\一共有84页\编辑于星期四实例诱导吸电子作用大、共轭给电子作用大、氢键效应吸电子作用大。邻位间位对位诱导吸电子作用中、共轭给电子作用小。诱导吸电子作用小、共轭给电子作用大。pka2.98pka4.08pka4.57苯甲酸的pka4.20现在是23页\一共有84页\编辑于星期四C.二元酸①酸性：pKa1＜pKa2；pKa1＜一元酸的pKa；原因：两个－COOH，且－COOH有较强的－I效应。②现在是24页\一共有84页\编辑于星期四一些羧酸的pKa值现在是25页\一共有84页\编辑于星期四2、羧基中羟基的取代反应(1)酸酐的生成某些二元酸只需加热便可生成五元中六元环的酸酐：现在是26页\一共有84页\编辑于星期四高级酸酐可通过乙酸酐与高级酸的交换反应得到：混合酸酐可利用下列反应得到：现在是27页\一共有84页\编辑于星期四(2)酰氯的生成例：现在是28页\一共有84页\编辑于星期四（1）定义：羧酸与醇在酸的催化作用下失去一分子水而生成酯的反应称为酯化反应。CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O投料1：1产率67% 1：1097%

酯化反应是一个可逆的反应，为了使正反应有利，通常采用的手段是：①使原料之一过量。②不断移走产物（例如除水，乙酸乙酯、乙酸、水可形成三元恒沸物bp70.4℃）H+（3）酯的生成

（常用的催化剂有盐酸、硫酸、苯磺酸等），现在是29页\一共有84页\编辑于星期四伯醇和仲醇按下列机理进行：这个机理可以概括为：酰氧断裂。即：（2）酯化反应的机制*1加成--消除机制双分子反应一步活化能较高质子转移加成消除四面体正离子-H2O-H+按加成--消除机制进行反应，是酰氧键断裂现在是30页\一共有84页\编辑于星期四①

3oROH按此反应机制进行酯化。②

由于R3C+易与碱性较强的水结合，不易与羧酸结合，故逆向反应比正向反应易进行。所以3oROH的酯化反应产率很低。*2碳正离子机制属于SN1机制该反应机制也从同位素方法中得到了证明。(CH3)3C-OHH+(CH3)3COH2+-H2O-H+按SN1机制进行反应，是烷氧键断裂+(CH3)3COH+H2O即：现在是31页\一共有84页\编辑于星期四(4)酰胺的生成

例：现在是32页\一共有84页\编辑于星期四反应是可逆的，加热、脱水有利于正反应，为了使正反应顺利进行，常采用苯、甲苯带水的方式除去反应体系中产生的水。P2O5RCN+H2O现在是33页\一共有84页\编辑于星期四反应机制（与酯化反应的加成--消除机制类似）-H2O-H2ORCN

互变异构亲核加成质子转移现在是34页\一共有84页\编辑于星期四3.羧酸的还原现在是35页\一共有84页\编辑于星期四(4)脱羧反应

①一元酸脱羧：一元羧酸加热下难以脱羧!但若－COOH的α－C上有吸电子基时，脱羧反应容易发生，有合成意义：

现在是36页\一共有84页\编辑于星期四现在是37页\一共有84页\编辑于星期四4、烃基上的反应

（1）α-卤代作用所以，羧酸α－H的卤代反应需要少量红磷催化：注意：一定是羧酸在红磷催化下生成α-卤代酸!(Why?)现在是38页\一共有84页\编辑于星期四羧酸α-卤代机理红磷的作用是使羧酸与卤素反应→酰卤→α-卤代酰卤→α-卤代酸。现在是39页\一共有84页\编辑于星期四α－C上的卤素原子可通过亲核取代反应，被－NH2、－OH、－CN等取代，生成α－氨基酸、α－羟基酸、α－氰基酸等。例：

现在是40页\一共有84页\编辑于星期四（2）芳香环上的取代反应现在是41页\一共有84页\编辑于星期四5、二元羧酸的受热反应丙二酸的脱羧反应是所有在羧基的β位有羰基基团的化合物，如烷基丙二酸、β-酮酸等共有的反应现在是42页\一共有84页\编辑于星期四现在是43页\一共有84页\编辑于星期四小结现在是44页\一共有84页\编辑于星期四II、羧酸的衍生物现在是45页\一共有84页\编辑于星期四

羧酸衍生物的含义和命名羧酸衍生物系指酰卤、酸酐、酯、酰胺，它们经简单水解后都得到羧酸。

取代酸(如氨基酸、羟基酸、卤代酸等)通常不属于羧酸衍生物。现在是46页\一共有84页\编辑于星期四酰卤的命名:在命名时可作为酰基的卤化物，在酰基后加卤素的名称即可。酰胺的命名命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可；现在是47页\一共有84页\编辑于星期四酸酐的命名单酐：在羧酸的名称后加酐字；混酐：将简单的酸放前面，复杂的酸放后面再加酐字；环酐：在二元酸的名称后加酐字。现在是48页\一共有84页\编辑于星期四酯的命名酯可看作将羧酸的羧基氢原子被烃基取代的产物。命名时把羧酸名称放在前面，烃基的名称放在后面，再加一个酯字。内酯命名时，用内酯二字代替酸字并标明羟基的位置。现在是49页\一共有84页\编辑于星期四羧酸衍生物的物理性质物态及水溶解性：酰氯、酸酐：分子间无氢键作用，挥发性强，有刺鼻气味的液体。沸点随着相对分子质量↑而↑。遇水水解。酯：酯不溶于水。低级酯是有酯香味的液体。高级脂肪酸的高级脂肪醇酯为固体，俗称“蜡”。酰胺：分子间氢键作用强，一般为固体，但DMF或DEF为液体，是常用的非质子性溶剂。低级酰胺可溶于水，随着分子量↑，水溶解度↓。沸点：酰卤、酸酐、酯的沸点低于羧酸；伯酰胺的沸点高于羧酸。现在是50页\一共有84页\编辑于星期四羧酸衍生物的化学性质

酰基上的亲核取代(1)水解

现在是51页\一共有84页\编辑于星期四酯的水解反应碱性水解（又称皂化反应）同位素跟踪结果表明：碱性水解时，发生酰氧键断裂。现在是52页\一共有84页\编辑于星期四例：乙酰对溴苯胺现在是53页\一共有84页\编辑于星期四

(2)醇解

现在是54页\一共有84页\编辑于星期四例：现在是55页\一共有84页\编辑于星期四(3)氨解

例：现在是56页\一共有84页\编辑于星期四N-未取代的酰胺与胺反应生成N-取代酰胺。例如：现在是57页\一共有84页\编辑于星期四水解、醇解、氨解的结果是在HOH、HOR、HNH2等分子中引入酰基，因而酰氯、酸酐是常用的酰基化试剂。酯酰化能力较弱，酰胺的酰化能力最弱，一般不用作酰基化试剂。现在是58页\一共有84页\编辑于星期四酰基上的亲核取代反应机理该反应历程可用下式表示：反应是分步完成的：先亲核加成，后消除，最终生成取代产物。现在是59页\一共有84页\编辑于星期四四面体中间体是负离子酯水解过程：慢快现在是60页\一共有84页\编辑于星期四酰基化试剂的相对活性

水解、醇解、氨解的实验事实证明，羧酸衍生物酰化活性大小的顺序为：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺。Why?该反应是亲核加成-消除机理。

即酰氯的羰基碳最正。∴活性：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺

①现在是61页\一共有84页\编辑于星期四②L－愈易离去，越有利于第二步反应（消除反应）酸性：HCl＞RCOOH＞ROH＞NH3pKa：～2.24～516～1934离去能力：Cl－＞－OCOR＞－OR’＞－NH2∴活性：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺现在是62页\一共有84页\编辑于星期四4还原反应

(1)用氢化铝锂还原四氢铝锂的还原性很强，可以还原羧酸及羧酸衍生物。除酰胺和腈被还原成相应的胺外，酰卤、酸酐和酯均被还原成相应的伯醇。例如：现在是63页\一共有84页\编辑于星期四现在是64页\一共有84页\编辑于星期四现在是65页\一共有84页\编辑于星期四(2)用金属钠-醇还原酯与金属钠在醇溶液中加热回流，可被还原为相应的伯醇：现在是66页\一共有84页\编辑于星期四现在是67页\一共有84页\编辑于星期四(3)Rosenmund还原酰氯经催化氢化还原为伯醇：若采用Rosenmund还原，可使酰氯还原为醛：现在是68页\一共有84页\编辑于星期四其中的BaSO4、喹啉-硫都具有抑制作用，使反应停留在生成醛的阶段。Rosenmund还原是制备醛的一种好方法。例：现在是69页\一共有84页\编辑于星期四酰亚胺分子中氮原子上的氢具有微弱的酸性：现在是70页\一共有84页\编辑于星期四(2)酰胺脱水这是合成腈最常用的方法之一。例如：现在是71页\一共有84页\编辑于星期四(3)Hofmann降解反应现在是72页\一共有84页\编辑于星期四4、酯缩合反应克莱森酯缩合反应定义：具有-活泼氢的酯，在碱的作用下,两