第八章-羧酸和取代羧酸

一、羧酸的分类和命名第一节

羧酸C15H31COOH软脂酸C17H35COOH硬脂酸许多羧酸最初来自天然产物，因此常采用俗名来命名。HCOOHCH3COOHC6H5COOHHOOC－COOH

蚁酸醋酸安息香酸草酸(Z)-HOOCCH=CHCOOH顺-丁烯二酸马来酸(E)-HOOCCH=CHCOOH反-丁烯二酸富马酸目前一页\总数七十一页\编于九点羧酸的系统命名法：（与醛相似）羧酸习惯上常用希腊字母标位，与羧基直接相连的碳原子为，其余依次为、、、(末端)

等。

2,3-二甲基戊酸或,-二甲基戊酸

2-甲基-3-戊烯酸2,4-戊二烯酸

3-羧基-3-羟基戊二酸（柠檬酸）目前二页\总数七十一页\编于九点

(2-)环已基乙酸1,2-环已基二甲酸苯甲酸邻苯二甲酸(1,2-苯基二甲酸)3-苯基丙烯酸-萘乙酸（肉桂酸）

目前三页\总数七十一页\编于九点2,4-环戊二烯基甲酸反-1，3-环戊基二甲酸RRE-（2-）丁烯二酸目前四页\总数七十一页\编于九点CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3CO2H158111420二十四烯酸D5,8,11,14二十碳四烯酸5,8,11,14-(花生四烯酸)>10C的不饱和酸在碳数后加“碳”字

碳看书P500（1）目前五页\总数七十一页\编于九点二、羧酸的结构

羧基不是羰基和羟基的简单加合p-π共轭体系

sp2

目前六页\总数七十一页\编于九点键长部分平均化；羰基碳的正电性——降低，亲核加成变难；羟基H的酸性——增加；

a-H的活性——

降低；羟基较难被取代；p-π共轭的结果:目前七页\总数七十一页\编于九点三、物理性质

易形成双分子氢键缔合体，与分子量相近的其它类型有机物相比，羧酸具有特别高的沸点。目前八页\总数七十一页\编于九点四、羧酸的化学性质

-活泼H的反应酸性羰基的亲核加成，然后再消除（外观表现为羟基的取代）羰基的亲核加成；还原脱羧目前九页\总数七十一页\编于九点

(一)酸性

羧酸一般都属于弱酸，比碳酸和苯酚的酸性强。羧酸能分解碳酸氢钠，放出二氧化碳，而酚不能。利用此性质可以区别羧酸与酚类。分子量大的羧酸难溶于水，但其钾盐或钠盐则易溶于水。医药上常将含羧基而难溶于水的药物制成易溶于水的盐，如将青霉素G制成钾盐或钠盐供注射用。高级脂肪酸钠是肥皂的主要成分，高级脂肪酸铵是雪花膏的主要成分。目前十页\总数七十一页\编于九点羧酸酸性的强弱取决于电离后所形成的羧酸根负离子(即共轭碱)的相对稳定性。常见酸酸性比较：目前十一页\总数七十一页\编于九点

羧酸的酸性强弱受整个分子结构的影响

Z为吸电子基，酸性增强Y为斥电子基，酸性减弱H－COOHCH3－COOHCH3CH2－COOHpKa3.774.764.88H－COOHC6H5－COOHCH3－COOHpKa3.774.174.76目前十二页\总数七十一页\编于九点如丙二酸的一个羧基负离子对另一个羧基酸性的影响：既有诱导效应，也有场效应。二种影响都使质子不易离去从而使第二电离度大大减弱。场效应的大小与距离平方成反比，距离越近，作用越大。诱导效应场效应不同电负性取代基的影响，除了沿着碳链传递(诱导效应)外，还可通过场效应传递。场效应是某些取代基的静电作用,通过空间对反应中心产生影响。-OHCH2COO=COδ+目前十三页\总数七十一页\编于九点δ-δ+场效应与诱导效应的影响方向也有不一致的情况，如：

H—OCl C=O

H—OH C=O6.25pKa：6.04Cl的-I效应使酸性增强,

Cl的场效应使酸性减弱目前十四页\总数七十一页\编于九点芳香酸：间位只考虑诱导效应，对位同时考虑共轭效应和诱导效应，邻位取代比较特殊。CO2HO2NCO2HNO2CO2HNO2CO2HCO2HHOCO2HOHCO2HOHpKa:2.213.423.494.202.984.084.57邻位效应：当取代基处于邻位时，无论这个取代基是吸电子基还是供电子基(－NH2除外)，都将使酸性增强，即邻位取代苯甲酸的酸性大于对位、间位取代苯甲酸，也大于苯甲酸。？

P486:14-1;14-2;P501:3;4;5目前十五页\总数七十一页\编于九点

(二)羧酸的还原

一般情况下，羧酸不容易被还原。只有一些特殊的还原剂如氢化铝锂(LiA1H4)、乙硼烷(B2H6)才能被还原成相应的醇。

目前十六页\总数七十一页\编于九点NaBH4LiAlH4催化加氢B2H6烯炔烯炔醛酮醛酮醛酮醛酮酰卤羧酸羧酸衍生物腈、肟羧酸衍生物腈、肟羧酸羧酸衍生物(酰卤除外)卤代烃(亚)硝基化合物卤代烃(亚)硝基化合物卤代烃目前十七页\总数七十一页\编于九点(三)羧基中羟基被取代的反应羧基中的羟基可被卤原子(－X)、烃氧基(－OR)、酰氧基(－OCOR)和氨基(－NH2)等取代，产生酰卤、酯、酸酐和酰胺等羧酸衍生物。反应历程为亲核加成－消除。1．酰卤(acylhalideoracidhalide)的生成PCl3适于制备低b.p.酰氯;PCl5适于制备高b.p.酰氯;用SOCl2制备酰氯，产物除酰氯外，都是气体，容易提纯，但所制酰氯与SOCl2的b.p.不应相近。目前十八页\总数七十一页\编于九点

2．酸酐(acidanhydride)的生成

脱水剂：乙酰氯、乙酸酐、五氧化二磷等

混合酸酐的制备:单酐SN2甲酸在脱水剂作用下生成CO?P490:14-3;14-4目前十九页\总数七十一页\编于九点某些二元酸，只需加热即可生成五元环或六元环的酸酐。?P491:14-5目前二十页\总数七十一页\编于九点

3．酯(ester)的生成——酯化反应

为提高产率，可采用：A.增加其中一种便宜原料的用量。B.不断除去反应生成的水C.或者及时将生成的低沸点酯蒸出。目前二十一页\总数七十一页\编于九点酯化反应机理:两种断键方式：目前二十二页\总数七十一页\编于九点酸和醇的体积(空间因素)对酯化反应的速率有很大影响。所以酯化反应的活性顺序为：

醇：CH3-OH>RCH2-OH>R2CH-OH

酸：HCO2H>RCH2CO2H>R2CHCO2H>R3CCO2H

上述机理为酸催化的酰氧断裂的双分子机理。羧酸与伯/仲醇酯化时多属于这一机理。目前二十三页\总数七十一页\编于九点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.烷氧断裂---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目前二十四页\总数七十一页\编于九点是SN2反应。只适用于1oRX和活泼RX。

常用的是钠盐。(有时也用Ag盐，优点：速率快。缺点：太贵。)体系中双键不受影响。

RCOO-+R’XRCOOR’+X-SN2此外，还可采用羧酸盐与卤代烷反应合成酯(SN2)

目前二十五页\总数七十一页\编于九点

在药物合成中常利用酯化反应将药物转变为前药(prodrug)，以改变药物的生物利用度、稳定性等。赛他洛尔（cetarnolol）为-肾上腺能阻断剂，可治疗

青光眼和降低眼压，由于极性强和脂溶性差，难于透过角膜。丁酰赛他洛尔的脂溶性增高，制成的滴眼剂透过角膜的能力增加了4-6倍，进入眼球后，经酶水解再生成赛他洛尔而起效。目前二十六页\总数七十一页\编于九点4．酰胺(amide)的生成羧酸与NH3或RNH2、R2NH作用，生成铵盐，然后加热脱水生成酰胺或N-取代酰胺。目前二十七页\总数七十一页\编于九点腈的生成未取代酰胺目前二十八页\总数七十一页\编于九点

(四)

-氢的卤代反应羧酸分子中-碳上的氢，受到邻位羧基的影响变得活泼，能被卤素取代，这种情况和醛酮-氢一样。但羧酸-氢的卤代需三卤化磷或红磷等的催化。该反应称为Hell-Volhard-Zelinsky反应三卤化磷或红磷是催化量，否则-OH继续被溴取代（P494:14-7)目前二十九页\总数七十一页\编于九点控制卤素用量可得一元或多元卤代酸。

-碘代酸由-氯（或溴）代酸与KI反应来制备。-卤代酸很活泼，常用来制备-羟基酸和-氨基酸、丙二酸等。R-CH-COOHBrR-CH-COOHR-CH-COOHR-CH-COOHR-CH(COOH)2NaOHH2OH+NH3①

NaHCO3②

NaCNOHNH2CNH3O+目前三十页\总数七十一页\编于九点

(五)脱羧反应——缩短碳链

羧酸分子中羧基脱去二氧化碳的反应称为脱羧反应。

一般一元羧酸很难直接脱羧。当羧酸分子中-碳原子上连有吸电子取代基时脱羧反应比较容易进行。目前三十一页\总数七十一页\编于九点丙二酸型化合物的脱羧

原因：基团Y的吸电子作用；另外，环状过渡态机制。目前三十二页\总数七十一页\编于九点汉斯蒂克（Hunsdiecker）反应Ag2O用HgO替代——Cristol反应自由基机理(相当于-COOH被卤素Br取代）脂肪酸和芳香酸都可通过这个途径脱羧目前三十三页\总数七十一页\编于九点科西（Kochi）反应——自由基机理（制备仲、叔氯代烃较好）脂环酸收率好。有几何异构的环烷酸生成顺反异构目前三十四页\总数七十一页\编于九点Kolbe电解法——羧酸盐电解制备高级烷烃自由基机理?P492:14-6目前三十五页\总数七十一页\编于九点(六)二元羧酸受热时的特殊反应二元羧酸受热时，随着两个羧基间距离不同而发生不同的反应。1．两个羧基直接相连或只间隔一个碳原子，受热发生脱羧反应，生成一元羧酸。

二三脱羧成羧酸目前三十六页\总数七十一页\编于九点2．两个羧基间隔2个或3个碳原子，受热发生脱水反应，生成环酐。

2-甲基戊二酸2-甲基戊二酸酐

四五脱水成酸酐目前三十七页\总数七十一页\编于九点3．两个羧基间隔4个或5个碳原子，受热发生脱水脱羧反应，生成环酮。

己二酸

环戊酮

庚二酸

环己酮

六七脱水又脱羧4．两个羧基间隔5个以上碳原子，在高温时发生脱水反应，生成高分子链状酸酐。

目前三十八页\总数七十一页\编于九点Blanc(布朗克)规则：

在可能形成环状化合物的条件下，总是比较容易形成五元或六元环状化合物(即五、六元环容易形成)。思考题二三脱羧成羧酸；四五脱水成酸酐；六七脱水又脱羧目前三十九页\总数七十一页\编于九点羧酸可与RMgX、RLi反应，结果不一。(七)其它反应羧酸镁盐不溶于有机试剂，且成盐后羧羰基活性降低，故不再和格氏试剂进一步反应。羧酸锂盐的解离性不是很高，但溶解性却很好，且易于接受亲核试剂进攻。目前四十页\总数七十一页\编于九点羧基一般不被氧化，但甲酸、草酸具有还原性；甲酸甚至可被Tollens试剂、Fehling试剂氧化，草酸能被KMnO4氧化。-碳原子上取代基少的，空间位阻小的羧酸易于发生加成反应。常用溶剂乙醚、苯、四氢呋喃等。目前四十一页\总数七十一页\编于九点一、卤代酸第二节取代羧酸取代羧酸为双官能团化合物，兼有取代基和羧基的性质，且由于二者相互位置的不同，又具有一些特性。目前四十二页\总数七十一页\编于九点卤代酸的酸性强于羧酸通过卤代酸可制备其它取代羧酸目前四十三页\总数七十一页\编于九点-卤代酸碱性水解：浓碱作用下，构型翻转。SN2目前四十四页\总数七十一页\编于九点在Ag2O存在下，用稀碱作用，构型保持。反应过程中经历两次SN2，构型保持复习邻基参与，注意立体化学问题邻基参与目前四十五页\总数七十一页\编于九点内酯-或-卤代酸在碱作用下生成内酯

-卤代酸在碱的作用下生成,

-不饱和羧酸目前四十六页\总数七十一页\编于九点

羟基酸包括醇酸和酚酸。

2-羟基丙酸或-羟基丙酸羟基丁二酸2,3-二羟基丁二酸(乳酸)(苹果酸)(酒石酸)

3-羧基-3-羟基戊二酸邻羟基苯甲酸3,4,5-三羟基苯甲酸2-苯基-2-羟基乙酸(柠檬酸)(水杨酸)(没食子酸)(扁桃酸)二、羟基酸目前四十七页\总数七十一页\编于九点1)从羟基腈水解

1.制备-羟基酸-羟基酸目前四十八页\总数七十一页\编于九点2）从卤代酸水解3）雷福尔马茨基(Reformatsky)反应是制备β-羟基酸酯和β-羟基酸的重要方法之一有机锌试剂只与醛酮的羰基反应，不能用镁代替锌，因有机镁试剂太活泼，与酯也发生反应。增碳-卤代酸酯目前四十九页\总数七十一页\编于九点4）通过羟醛缩合反应制备-羟基酸具有-H的酯在二异丙醇锂（LDA）作用下与醛酮反应制备-羟基酸酯5）内酯水解环酮通过过氧酸氧化处理得内酯，经水解后制得羟基酸选择性氧化Baeyer-Villiger反应目前五十页\总数七十一页\编于九点6）ω-羟基酸的合成：将二元酸单酯的酯基还原成醇

HOOC(CH2)nCOOC2H5HOOC(CH2)nCH2OHNa+C2H5OHH2O目前五十一页\总数七十一页\编于九点2.性质1）酸性由于羟基的吸电子诱导效应，醇酸的酸性比相应的羧酸强。分子内氢键目前五十二页\总数七十一页\编于九点2）脱水反应-羟基酸受热时，分子间交叉脱水，形成交酯。

丙交酯-羟基酸受热时，分子内脱水生成,-不饱和酸。

目前五十三页\总数七十一页\编于九点-羟基酸和-羟基酸分子内脱水生成五元环的-内酯或六元环的-内酯；-内酯较难生成。

-丁内酯当羟基与羧基相距四个碳原子以上时，加热可生成链状聚酯。目前五十四页\总数七十一页\编于九点羟基处于羧基的邻位或对位的酚酸，加热易引起脱羧反应。-羟基酸（含-

H）可与Tollens试剂作用发生银镜反应3）分解脱羧反应目前五十五页\总数七十一页\编于九点4）氧化反应目前五十六页\总数七十一页\编于九点水杨酸又叫柳酸，学名邻羟基苯甲酸。乙酰水杨酸(acetylsalicylicacid)俗名为阿司匹林(Aspirin)，水杨酸与乙酐在磷酸、硫酸存在下共热而生成乙酰水杨酸。

阿司匹林具有解热、镇痛、抗血栓形成及抗风湿的作用，刺激性较水杨酸小，是内服退热镇痛药。

目前五十七页\总数七十一页\编于九点可供药用的其他水杨酸衍生物有：-CO2CH3OH-CO2C6H5OH-CO2NaOHH2N-

冬青油.可止痛,亦用作牙膏、糖果等的香精.水杨酸苯酯(Salol).肠道和尿道消毒剂对-氨基水杨酸钠(PAS-Na).用于治疗各种结核病。目前五十八页\总数七十一页\编于九点第三节

氨基酸羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代后的产物，叫做氨基酸。

α-氨基酸是蛋白质的基本组成单位。蛋白质在酸、碱或酶的作用下，能逐步水解成比较简单的分子，最终产物是各种不同的α-氨基酸。目前五十九页\总数七十一页\编于九点§1α-氨基酸与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基，因而叫做α-氨基酸。除甘氨酸外，所有α-氨基酸中的α碳原子均是手性碳，故有D型与L型两种构型。天然氨基酸均为L-氨基酸。它们的结构通式如下：L-氨基酸目前六十页\总数七十一页\编于九点§1.1α-氨基酸的分类与命名在α-氨基酸分子中可以含多个氨基和多个羧基，而且氨基和羧基的数目不一定相等，根据其分子中所含氨基和羧基的数目可分为中性氨基酸、碱性氨基酸和酸性氨基酸。

中性氨基酸：分子中氨基数=羧基数（氨基的碱性和羧基的酸性不是完全相当，所以并非真正中性的物质）；

碱性氨基酸：分子中氨基数>羧基数(呈现碱性)；酸性氨基酸：分子中氨基数<羧基数(呈现酸性)。命名：氨基酸一般用俗名，见P355(表14.1)。系统命名法：将-NH2作为取代基，同羧酸的命名。目前六十一页\总数七十一页\编于九点§1.2

氨基酸的化学性质氨基酸分子中既有碱性-NH2和酸性-COOH，与强酸或强碱都能作用生成盐，因此氨基酸为两性化合物。同时，在同一分子内，氨基和羧基也可作用生成盐，这种盐叫内盐。在氨基酸的水溶液中存在下列平衡：1、两性与等电点目前六十二页\总数七十一页\编于九点

若将氨基酸水溶液的酸碱度加以适当调节，可使羧基与氨基的电离程度相等，也就是氨基酸带有正、负电荷数目恰好相同，此时溶液的PH值称为该氨基酸的等电点，以PI表示。中性氨基酸的等电点一般在之间；酸性氨基酸为，碱性氨基酸为。

等电点时氨基酸的溶解度最小，故可调节pH值分离氨基酸的混合物。目前六十三页\总数七十一页\编于九点2、氨基的反应

α-氨基酸中的氨基具有伯胺的性质，与亚硝酸作用时生成羟基酸，同时定量的放出氮气。（1）与亚硝酸的反应范斯莱克氨基测定法——氨基酸目前六十四页\总数七十一页\编于九点（2）脱羧反应