第十章羧酸及其衍生物知识点梳理汇总

第十章羧酸及其衍生物10.1羧酸10.1.1羧酸的结构、分类和命名一、羧酸的结构羧酸中的羧基-COOH，C以sp2杂化，形成三个σ键，p轨道形成C=Oπ键，-OH氧上的孤电子对与C=O形成p-π共轭。X-衍射证明：甲酸分子的两个碳氧键不同。但当氢解离后，两个碳氧建长相等，没有单、双键区别。p-π共轭体系（3π4）二、分类羧酸的通式为：RCOOH，根据R的结构，羧酸分为：脂肪酸（饱和、不饱和）和芳香酸。根据羧基的数目，羧酸分为一元酸、二元酸和多元酸。三、羧酸的命名1、俗名（习惯名称）羧酸广泛存在于自然界，因此，一些从天然产物中得到的羧酸，常根据来源命名。如：一元、二元羧酸系统命名俗名HCOOHCH3COOHCH3CH2COOHCH3CH2CH2COOHCH3(CH2)16COOHHOOCCOOHHOOCCH2COOHHOOC(CH2)2COOH(Z)-HOOCCH=CHCOOH(E)-HOOCCH=CHCOOH甲酸乙酸丙酸丁酸十八酸乙二酸丙二酸丁二酸顺丁烯二酸反丁烯二酸蚁酸醋酸初油酸酪酸硬脂酸草酸缩苹果酸琥珀酸马来酸富马酸

2、普通命名法适用于简单的羧酸：选含羧基的最长碳链为主链，取代基位置从-COOH的邻碳开始，用希腊字母表示：αβγδε…………ω。如：普通命名：β-甲基戊酸(β-甲基缬草酸)δ-羟基-β-氯戊酸β-苯丙酸系统命名：3-甲基戊酸5-羟基-3-氯戊酸苯丙酸3、系统命名法选含羧基的最长碳链为主链，取代基位置从-COOH开始编号，再加上取代基的名称。芳香酸以苯甲酸为母体命名。如：环己烷甲酸环己基丙酸邻苯二甲酸4-甲基-6-溴-4-己烯酸酰基：羧酸分子中去掉羧基上的OH所余下的部分称为酰基。CH3CO-乙酰基，PhCO-苯甲酰基；RCOO-称酰氧基；-COOH，羧基；-COO-称羧基负离子。

10.1.2饱和一元羧酸的物理性质与光谱特征一、物理性质状态：低级脂肪酸：液体，溶于水，具有刺激气味。中级脂肪酸：液体，部分溶于水，具有难闻气味。高级脂肪酸：腊状固体，不溶于水，无味。芳香酸：结晶固体，微溶于水。所有的二元酸都是结晶固体。沸点：高于烷烃、卤代烃，甚至醇。如乙醇（沸点78.3℃）与甲酸（100℃）结构：电子衍射证明：低级羧酸常以二聚体形式存在，甚至在蒸气中。如甲酸的二聚体，其氢键键能约为30kJ/mol，而乙醇的氢键键能为25kJ/mol。测定的甲酸的二聚体的离解能为59kJ/mol。因此，可以说，一些羧酸分子是由两个氢键结合而成，因此沸点很高。熔点：与烷烃的变化规律相同，随分子量的增大呈锯齿状上升，含偶数碳的羧酸的熔点高于邻近奇数碳原子羧酸的熔点。（对称性高）晶体结构：碳链按锯齿状排列，两分子羧基以氢键缔合，缔合的双分子有规律地层层排列，烃基层间分子间力微弱，相互间可滑动。因此，高级脂肪酸具有润滑性。二、光谱性质：IR:υC=O单体二缔合体RCOOH1770~1750cm-1~1710cm-1CH2=CHCOOH~1720cm-1~1690cm-1ArCOOH1700-1690cm-υO-H~3550cm-13000~2500cm-宽散峰υC-O~1250cm-1NMR：-CHCOOHδH:10~12ppmδH:2~2.6ppm如：苯甲酸：IR：2500~3000，~1670，~1430，920（OH弯曲振动），~1300（C-O）10.1.3羧酸的化学性质羧酸中，由于羧基氧与羰基氧发生共轭，增加了羧基负离子的稳定性，羧基中的氢可以解离为氢离子，而显示酸性。其各自的共振式为：羧基负离子具有两个完全相等的共振式，负电荷分布于两个氧及一个碳上，因此，其杂化体更稳定，能量降低的较多。一、羧基中氢原子的反应1、羧酸的酸性羧酸的重要性质之一是酸性，在水中可离解出质子H+，可使石蕊试纸变红。羧酸的酸性强度用酸离解常数Ka或pKa来表示，大多数的羧酸为弱酸，其酸性比碳酸和苯酚强，比一般无机酸弱。羧酸的pKa值一般在3.5~5。羧基上连有的基团不同，酸性也不同。因羧酸的酸性，与碱水溶液反应转化为羧酸盐，用无机酸酸化，又转变为原来的羧酸。故羧酸能分解碳酸盐和碳酸氢盐放出CO2，此性质可用于醇、酚、酸的鉴别和分离，不溶于水的羧酸既溶于NaOH也溶于NaHCO3，不溶于水的酚能溶于NaOH不溶于NaHCO3，不溶于水的醇既不溶于NaOH也溶于NaHCO3。RCOOH+NaHCO3→RCOONa+CO2↑+H2O利用羧酸被碱中和的特性，可用标准碱溶液滴定一定重量的羧酸样品，即可求得羧酸的中和当量：中和当量=W羧酸×1000/NNaOHVNaOH=MW羧酸/-COOH数目羧酸分子量=中和当量×-COOH数目。常以此法推测羧酸结构。2、取代基对羧酸酸性的影响（1）、诱导效应的影响：如：CH3COOHCCH2COOHCl2CHCOOHCl3CCOOHpKa4.762.861.260.64CH3CH2CH2COOHClCH2CH2CH2COOHCH3CHClCH2COOHCH3CH2CHClCOOHpKa4.824.704.412.82HCOOHC6H5-COOHCH3COOHpKa3.374.204.73因此，吸电子基使羧酸负离子的负电荷更加分散而稳定，氢离子容易解离，酸性增强。比较各类取代乙酸的酸性，可得出各基团的诱导效应顺序为：吸电子效应：给电子效应：(CH3)3C>(CH3)2CH>CH3CH2>CH3>Ph>H（2）、共轭效应的影响共轭效应有给电子共轭和吸电子共轭两种，凡是能降低共轭体系电子云密度的基团，则具有吸电子共轭；凡是能增高共轭体系的电子云密度，则这些基团具有给电子的共轭效应。如：比较各种取代苯甲酸的酸性：

HCH3FClBrIOHOCH3NO2邻4.203.913.272.922.852.862.984.092.21间4.204.273.863.833.813.854.084.093.49对4.204.384.143.973.974.024.574.473.42取代基具有吸电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：邻＞对＞间取代基具有给电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：邻＞间＞对因为：邻位（诱导、共轭、场、氢键效应、空间效应均要考虑。）对位（诱导很小、共轭为主。）间位（诱导为主、共轭很小。）结果发现：邻位取代基，不论是给电子还是吸电子基团，其酸性均比间位和对位强。这种影响称为邻位效应。（邻位可通过形成氢键增加酸性，如邻羟基苯甲酸）诱导吸电子作用大、诱导吸电子作用中、诱导吸电子作用小、共轭给电子作用大。共轭给电子作用小。共轭给电子作用大、氢键效应吸电子作用大（3）、场效应的影响诱导效应通过空间的静电作用称为场效应。如丙二酸的羧基负离子对另一羧基既有诱导效应，又有场效应。两者共同作用的结果，均使质子不易离去，酸性减弱。场效应与距离的平方成反比，距离越远，作用越小。通常比较难以区别诱导效应和场效应，有时两者作用相反。如：邻氯苯丙炔酸，诱导效应使酸性增强，场效应使酸性减弱。

二、羧基上的羟基（OH）的取代反应羧酸中的羰基由于与羟基氧上的孤电子对共轭，降低了羰基碳的亲电能力，一些很容易与醛酮反应的亲核试剂，却不易与羧酸反应，但羧酸在酸、碱催化下，可发生亲核取代反应，羧基上的羟基被一些原子或基团所取代，生成羧酸衍生物——酯、酰卤、酸酐和酰胺。

羧酸分子中消去OH基后的剩下的部分（）称为酰基。1、

酯化：羧酸与醇在酸催化下直接作用成酯：（1）酯化反应是可逆反应，Kc≈4，一般只有2/3的转化率。提高酯化率的方法：a增加反应物的浓度（一般是加过量的醇）b移走低沸点的酯或水（2）酯化反应的活性次序：酸相同时CH3OH>RCH2OH>R2CHOH>R3COH醇相同时HCOOH>CH3COOH>RCH2COOH>R2CHCOOH>R3CCOOH酯化反应可发生两种断键方式：羧酸酰氧键断裂或醇的烷氧基断裂，实验证明：大多数情况下，反应发生羧酸的酰氧键断裂：3）成酯方式Ⅰ

Ⅱ同位素实验：光活性实验：光活性保留根据实验事实，证明酯化是羧酸提供-OH。反应经过四面体中间物的过程。反应机理：*1加成--消除机制

羧酸与一级、二级醇的酯化按加成--消除机理进行；且反应速率为：CH3OH>RCH2OH>R2CHOHHCOOH>CH3COOH>RCH2COOH>R2CHCOOH>R3CCOOH羧酸与三级醇酯化时，醇发生烷氧键断裂：——*2碳正离子机制①3oROH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。该反应机制也从同位素方法中得到了证明。少数空间位阻很大的酯很难发生酯化，如2，4，6-三甲基苯甲酸的酯化，先将其溶于100%H2SO4，形成酰基正离子C+=O，然后倒入醇中则得酯：——*3酰基正离子机制酯也可溶于浓硫酸，然后倒入大量冰水中，得到产率很高的酸。2、酰卤的生成羧酸与PX3、PX5、SOCl2作用则生成酰卤。三种方法中，方法3的产物纯、易分离，因而产率高。是一种合成酰卤的好方法。例如m-NO2C6H4COOH+SOCl2m-NO2C6H4COCl+SO2+HCl90%CH3COOH+SOCl2CH3COCl+SO2+HCl100%PX3制低沸点酰氯，PX5制高沸点酰氯。3、酸酐的生成酸酐在脱水剂作用下加热，脱水生成酸酐。

因乙酐能较迅速的与水反应，且价格便宜，生成的乙酸有易除去，因此，常用乙酐作为制备酸酐的脱水剂。1,4和1,5二元酸不需要任何脱水剂，加热就能脱手生成环状（五元或六元）酸酐。例如：

4．酰胺的生成在羧酸中通入氨气或加入碳酸铵，可得到羧酸铵盐，铵盐热解失水而生成酰胺。

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。应用实例：尼龙－66的合成三、脱羧反应羧酸失去羧基的反应称为脱羧。羧酸在适当条件下，一般都能发生脱羧反应。1、特殊条件下的脱羧反应高浓度的羧酸盐在中性或弱酸性溶液中进行电解，发生脱羧——Kolbe反应。阳极阴极在弱碱性溶液中，电流密度较低时，容易得到醇——制备醇。反应通过游离基历程进行。反应中应用的羧酸最好是C10以下。洪塞迪克尔（Hunsdiecker）反应，羧酸的银盐脱羧生成卤代烷的反应——羧酸银盐在无水惰性溶剂中在溴或氯存在下回流，失去CO2形成比羧酸小一个碳原子的溴代烷。该反应广泛应用于制备脂肪族卤代烷，尤其从天然含偶数碳的羧酸制备含奇数碳的长链卤代烃。产率以伯〉仲〉叔，卤素以Br2最好。

由于无水银盐制备麻烦，因此有许多改进法——克利斯脱（CristolST）改进法——直接用羧酸与红色氧化汞、溴在四氯化碳中反应：2、通常的脱羧反应一般的脱羧反应在以下的条件下进行的：（1）加热，（2）碱性条件，3）加热和碱性条件共存大多数羧酸或其盐能够加热脱羧。如甲烷的制备——无水醋酸钠和碱石灰混合后强热生成甲烷，是实验室制取甲烷的方法。

其他直链羧酸盐与碱石灰热熔的产物复杂，无制备意义。

α-碳上连有吸电子基团——硝基、腈基、卤素、羰基等的羧酸盐容易发生脱羧；β-羰基酸也很容易发生脱羧。例如：

脱羧机理：（1）环状过渡态机理

当α-碳与不饱和键相连时，一般都通过环状过渡态机理失羧。例如：

（2）羧酸负离子机理酸性很强的酸易通过负离子机理脱羧。芳香羧酸比脂肪酸容易脱羧。尤其是芳环的邻对位上连有吸电子基的芳香酸。芳香羧酸的芳环上在邻对位有给电子基时，在强酸作用下也能脱羧，如：四、羧酸α-H的反应羧酸α-H具有一定活性，但比醛酮弱（原因？）。可在少量红磷、硫等催化剂存在下被溴或氯取代或在PCl3、PBr3等催化剂作用下，α-H可逐步被卤素取代生成一元或多元取代羧酸——HellC-VolhardJ-ZelinskiN反应：控制条件，反应可停留在一取代阶段。例如：

*反应机理：催化剂的作用是将羧酸转化为酰卤，酰卤的α-H具有较高的活性而易于转变为烯醇式，从而使卤化反应发生。所以用10%~30%的乙酰氯或乙酸酐同样可以起催化作用。控制卤素用量可得一元或多元卤代酸。碘代酸由α-氯（或溴）代酸与KI反应来制备。由α—卤代酸可制备α-卤代酸很活泼，常用来制备α-羟基酸和α-氨基酸等化合物，如：五、还原反应羧酸很难被还原，只能用强还原剂LiAlH4才能将其还原为相应的伯醇。H2/Ni、NaBH4等都不能使羧酸还原。羧酸中的羰基由于受羟基的影响，其活性降低，一般情况下不发生醛酮羰基所特有的加成反应，不易被还原，只能用还原能力特别强的试剂还原，如氢化锂铝，Li-CH3NH2，B2H6等。用氢化锂铝可将羧酸迅速还原为一级醇，产率较高，常用无水乙醚、四氢呋喃等做溶剂。通常是将羧酸转化为易被亲核试剂进攻的衍生物——酯、酰氯等再进行还原，还原可得一级醇或醛。硬脂酸1-十八烷醇91%乙硼烷也可以还原酯和双键，各种基团的反应性能的顺序为：-COOH＞C=O＞-CN＞-COOR＞-COCl*还原机理：反应不能得到醛，因为醛在此条件下比酸更易还原。用LiAlH4还原和用乙硼烷还原的区别：LiAlH4不还原孤立的C=C,B2H6能还原孤立的C=C

10.1.4二元羧酸一、物理性质1．物态二元羧酸都是固态晶体，熔点比相近分子量的一元羧酸高得多。乙二酸丙二酸丁二酸戊二酸己二酸辛二酸熔点℃189.5135.618897.5151105规律：熔点随碳数的增加呈锯齿形增加，偶数碳的羧酸较邻近的两个奇数碳的更高。2．溶解度比相应的一元酸大，易溶于乙醇，难溶于其他有机溶剂。二、二元羧酸的化学特性1．酸性——具有羧酸的通性对酸性而言pKa1>pKa2原因见教材。2．二元羧酸受热分解的规律简单的脂肪族二元羧酸广泛存在于自然界，它们很容易从水中结晶出来，因此很容易分离。如草酸、丁二酸、戊二酸、己二酸等。各种二元酸受热后，由于两个羧基的位置不同。可以发生不同的反应：脱水、脱羧或既脱水又脱羧。（1）乙二酸、丙二酸受热脱羧生成一元酸

（2）丁二酸、戊二酸受热脱水（不脱羧）生成环状酸酐

例如：

（3）己二酸、庚二酸受热既脱水又脱羧生成环酮

例如：

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)。3．与二元醇反应二元酸与二元醇反应可生成环酯（但仅限于五元环或六元环），也可以生成聚酯。三、重要的二元羧酸1．草酸（乙二酸）：具有还原性，易被氧化成二氧化碳和水。2．已二酸3．癸二酸4．丁烯二酸：顺反异构体①熔点反式〉顺式②燃烧热顺式〉反式（顺式没有反式稳定）③酸性：Ka1顺式〉反式；Ka2反式〉顺式④顺、反的关系

5．邻苯二甲酸10.1.5羧酸的来源与制备羧酸广泛存在与自然界，自然界中的羧酸大多以酯的形式存在于油、脂、腊中，为脂肪族羧酸。自然界中还存在许多特殊的羧酸或其酯，如：单宁中的没食子酸，松香中的松香酸，胆汁中的胆汁酸，动植物激素如赤霉素、前列腺素等。工业上以石油为原料主要采用氧化法生产，节省了大量油脂。大量生产的有乙酸、苯甲酸、苯二甲酸、丁烯二酸、己二酸等。不少羧酸采用发酵法生产，如苹果酸、柠檬酸、酒石酸等。实验室制备主要有：氧化法、水解法和从有机金属化合物制备。一、氧化法：烷烃、烯烃、炔烃、烷基苯（含α-H）、伯醇、醛、酮等均可通过氧化法制备羧酸。如：石蜡经KmnO4/O2在120~150℃→混合酸；C20~C30高级脂肪酸是制取肥皂的原料；C5~C9九五酸用于制增塑剂等。二、羧酸衍生物的水解法：羧酸衍生物都可在不同条件下水解生成羧酸。腈化物在酸、碱条件下加热回流水解可制得羧酸，腈由卤代烃制备。得到的羧酸比相应的卤代烃多一个碳原子。此法一般只适用于伯卤代烃。如：注意：1应用于一级RX制腈，产率很好。2芳香卤代烷不易制成芳腈。3如用卤代酸与NaCN反应制二元酸时，卤代酸应先制成羧酸盐。芳香腈经酸性水解可制备芳香羧酸：（芳香腈不能由卤化物腈化，可由SandmeyerT反应制备）反应机理：酸性水解：碱性水解：反应如果控制温和条件，可停留在酰胺阶段。二元酸也可通过此法生产，使用卤代羧酸或二卤化物为原料经腈化，水解制备：三、由有机金属化合物制备1、格氏试剂和CO2的反应格氏试剂的乙醚溶液在冷却下通入CO2，或将格氏试剂的乙醚溶液倒在干冰上（干冰作冷冻剂和反应试剂），水解即得多一个碳的羧酸。伯、仲、叔、芳香卤代烃均可用于制备。如：讨论：(1)1oRX、2oRX较好，3oRX需在加压条件下反应（否则易消除）。(2)ArI、ArBr易制成格氏试剂、ArCl较难。(3)产物比RX多一个碳原子。2、有机锂试剂和CO2的反应制备增加两个碳原子的羧酸，可用环氧乙烷与格氏试剂反应，水解后氧化。3、利用金属有机化合物的烃基化反应烷基取代羧酸可通过α-烷基化实现。如：10.2取代酸羧酸分子中的烃基部分的氢被其他原子或基团所取代的化合物。按取代基分为：卤代酸、羟基酸、羰基酸、氨基酸等。10.2.1卤代酸1、制备方法：α-卤代酸：赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应β-卤代酸：α,β-不饱和酸与HX共轭加成得到：γ-，δ-卤代酸：由相应的二元酸单酯用汉斯狄克（HunsdieckerH）方法制备卤代酸酯，水解得相应的卤代酸。2、化学性质：同时具有卤代烃和羧酸的反应（1）

亲核取代反应α-卤代酸：可用于制备其它α-取代酸，如α-氨基酸、α-羟基酸、α-腈基酸等。（2）

β-卤代酸的消除反应β-卤代酸与碱作用形成α，β-不饱和酸，无α-H时,在碱性CCl4溶液中，生成β-丙内酯，在碱水中，β-丙内酯开环。（3）

生成内酯γ-，δ-卤代酸在碱作用下，形成环状内酯。γ-丁内酯δ-丁内酯ε-卤代酸在碱中反应得ε-羟基酸盐：ω-卤代酸在等物质量的碱中于极稀溶液中反应也可形成内酯：（4）

达森反应醛和酮在醇钠（或醇钾）、氨基钠等强碱作用下与α-卤代酸酯反应，生成α、β-环氧酸酯，此反应称为达森（Darzen）反应。该反应的重要应用是环氧酸酯极易水解脱羧，其产物为醛。

10.2.2醇酸生物体内有很多羟基酸，如乳酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸等。1、制备方法(1)

卤代酸水解用碱或氢氧化银处理α，β，γ等卤代酸时可生成对应的羟基酸。

（2）氰醇水解制α-羟基酸

β-卤代酸：(1)羟醛缩合→-羟基醛→β-羟基酸，(2)β-氯醇与NaCN反应，再水解。(3)用瑞佛尔马斯基反应，然后将酯基水解。(4)用β-羰基酯还原，水解合成。

瑞福尔马斯基（Reformatsky）反应（1）定义：α－溴代酸酯和锌与醛或酮在惰性溶剂中得到β－羟基酸酯的反应。（2）反应：（3）、反应过程：（4）、反应特点：I、反应需在惰性溶剂中进行；II、不能用BrMgCH2CO2Et代替BrZnCH2CO2Et；因生成的格氏试剂太活泼，而有机锌较稳定，选择性地与酯反应而不与醛酮反应III、α－溴代酸酯的α－碳上的取代基空阻太大时，反应不能进行。IV、该反应定向性好。V、β－酮酸酯容易加热失水形成α，β－不饱和酯。

（5）、反应的应用反应主要用来制备：I、β-羟基酸酯,II、β-羟基酸,III、α,β-不饱和酸酯IV、α,β-不饱和酸以及由它们的衍生物。实例：合成：

2、化学性质（1）受热反应（在H+中进行）羟基酸分子中有羟基和羧基两个反应性基团，可以发生分子内或分子间的反应。当受热后，可发生不同情况的失水反应，生成不同化合物。α-羟基酸：分子间失水形成交酯：丙交酯聚丙交酯（外科手术缝合线）β-羟基酸：分子内失水形成α，β-不饱和酸：*若无α-H，则形成β-丙内酯γ或δ-羟基酸：分子内失水形成内酯：γ-内酯δ-内酯大于5、6员环的内酯很难形成。除五元环内酯外，其它内酯在催化剂的作用下，均可开环发生聚合。

聚ε-己内酯羟基和羧基相隔五个或五个以上碳原子的羟基酸，受热后发生分子间的酯化脱水生成链状结构的聚酯。其它羟基酸在合适的催化剂作用下，并不断除去反应生成的水，可得相对高分子量的聚酯，如：天然产物中有很多大环内酯，某些大环内酯，具有抗菌和抗肿瘤活性。（2）分解脱羧反应在有机合成上可用来使碳链缩短，制备少一个碳的高级醛。β-羟基酸用碱性高锰酸钾氧化则分解生成酮。3、重要的羟基酸（自学）10.2.3酚酸1、水杨酸（邻羟基苯甲酸）

2、没食子酸10.2.4羰基酸分子中含有羰基，有含有羧基的化合物称为羰基酸，如丙酮酸、3-丁酮酸等。1．羰基酸具有羰基和羧酸的典型反应。2．酮酸的特性反应α-与稀硫酸共热时，脱羧生成醛。β-酮酸受热易脱羧生成酮。

第十章羧酸及其衍生物-210.3羧酸衍生物羧酸分子中的羧基OH被-X,-OCOR,-OR,-NH2（R）等取代后的化合物称羧酸衍生物。重要的衍生物有四种：酰卤、酸酐、酯和酰胺。

10.3.2羧酸衍生物的物理性质与光谱性质一、物理性质沸点℃1185177140222熔点℃16.6-112-83-7381正丁酸乙醇丙酰胺N-甲基丙酰胺N，N-甲基丙酰胺沸点℃163.578.5213153物态：低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体，高级的为固体；低级的酯具有芳香的气味，可作为香料；十四碳酸以下的甲酯和乙酯均为液体；酰胺除甲酰胺外，由于分子内形成氢键，均是固体；而当酰胺的氮上有取代基时为液体；羧酸衍生物可溶于有机溶剂；酰氯和酸酐不溶于水，低级的遇水分解；酯在水中溶解度很小；低级酰胺可溶于水。二、光谱性质IR：酰卤RCOX酸酐RCOOCOR’酯RCOOR’酰胺RCONH2(R)υC=O~18001750~1800,1800~18601735~17501650~1690υC-O1045~13101050~1300(2个峰)υN－H3180～3520（NH2）3440~3300(NHR)δN－H1600，1640（NH2）1530～1550(NHR)羧酸衍生物的C=O伸缩振动扩大到了1650~1928cm-1。酰卤、酸酐、酯和酰胺的C=O伸缩振动为何如此变化？可根据其结构，利用诱导效应和电子效应可以解释。NMR：RCH2CO-RCOO-CH2-RCONH2R-H

δppm2~33.7~4.15~8＜1.5

实例分析：例1：乙酸乙酯的红外光谱例2：乙酸乙酯的核磁共振谱10.3.3羧酸衍生物的制备方法各论一、酰卤的制备酰卤中最重要的是酰氯，其常用的制备方法是用羧酸与SOCl2，PCl3，PCl5反应而得。如：说明：（ⅰ）反应需在无水条件下进行；（ii）产物酰卤通常都通过蒸馏方法提纯，所以试剂、副产物与产物的沸点要有较大的差别；（iii）反应机制与醇的卤代类似。三种方法可相互补充使用。酰氯易水解，一般通过蒸馏法提纯。酰溴常用PBr3制备。二、酸酐的制备1、单酐的制备羧酸脱水（甲酸除外）——制备单纯的羧酸酐。常用脱水剂：常用P2O5，Al2O3，浓硫酸，乙酐也是脱水剂。有的高级酸酐是由羧酸与乙酰氯或乙酸酐一起加热转化而得，乙酸酐作为脱水剂，将体系中的醋酸不断蒸出反应体系，使平衡右移：二员酸脱水可以合成环酐(五、六元环)顺丁烯二酸酐芳烃氧化工业上一些重要的酸酐通过芳烃进行氧化制得，通常用廉价的空气或氧气在高温进行氧化，如：苯氧化成顺丁烯二酸酐、萘氧化成苯酐等。制备增塑剂、醇酸树脂、油漆工业等合成高分子单体2、混合酸酐法：酰卤与羧酸盐的反应CH3COONa+CH3CH2COCl→CH3COOCOCH2CH360%

3、醋酐的特殊制法（工业用）乙酰化试剂、制乙酸纤维。染料、医药、香料工业三、酯的制备酯广泛存在于自然界，是油脂、蜡的主要成分，许多水果的香味由酯引起。如乙酸异戊酯具有香蕉的香味，正戊酸异戊酯有苹果香味，丁酸丁酯有菠萝香味，乙酸辛酯有柑桔香味等。因此，酯常用于食品或化妆品中的香料。酯的合成方法很多，羧酸与醇直接酯化法、羧酸盐与活泼卤代烷的反应、羧酸与重氮甲烷的反应、酰卤或酸酐或腈的醇解、酯交换反应等。羧酸对烯、炔的加成：如：58%~60%

在有机合成中重要的试剂——丙二酸二乙酯通过下列方法合成：丙二酸二乙酯四、酰胺的制备酰胺可通过铵盐加热部分失水、酰氯/酸酐/酯的氨（胺）解、腈的部分水解等方法制备。－OOH是一个特别有效的亲核试剂，可与氰基发生亲核加成，生成酰胺。酰胺交换（注意平衡移动）：酸酐氨解……10.3.4酰卤、酸酐、酯、酰胺的化学性质及相互转化羧酸衍生物的结构与反应性能比较

１、结构：

２、α－H的活性由于羧酸衍生物中羧基取代基的+C和－I共同作用的结果，使其α－H的活性一般不如醛酮活泼，只酰氯的α－H的活性大于醛酮。酯较小，酰胺更小。但它们均可形成烯醇负离子。所以，α－H的活性大小顺序为：酰氯>醛酮>酯>酰胺CH3COClCH3CHOCH3COCH3CH3COOCH3CH3CON(CH3)2pKa～16172025～30３、羧羰基的亲核取代(亲核加成－消除)反应活性羧羰基的亲核取代反应同羧酸相同，在酸或碱的作用下，亲核试剂进攻羰基碳，生成四面体中间体，然后再发生消除，得取代产物。反应分二步进行，实质为亲核加成－消除历程。

表观上亲核取代：

实质：亲核加成—消除反应（历程后面再讲）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

决定反应活性的因素：1、R上取代基的性质。若带吸电子基，则不仅增加羰基碳的正性，易于发生亲核加成，而且有利于稳定四面体中间体而有利于加成。2、R的空间体积。空间体积增大，则因空间拥挤，不利于加成。3、离去基团的性质。离去基团越容易离去，反应越易于进行。离去基团的离去倾向为：I－>Br－>Cl－>－OCOOR>RO－>HO－>NH2－。因此，综合各种因素，对于羧酸衍生物，无论酸催化或碱催化，其亲核取代的反应活性顺序为：酰卤>酸酐>酯～羧酸>酰胺～腈。

一、

羧酸衍生物的亲核取代（加成—消除）反应羧酸衍生物的反应既有很多相同之处，又有一些独特性。其相同之处的反应机理大多相同，只是在反应活性上有所差异。1、羧酸衍生物水解生成酸

酰卤的水解：水解迅速，低级酰氯水解剧烈，在湿空气中发烟，分子量增大，水溶性降低，水解速率减慢。酸酐的水解：可在中性、酸性或碱性介质中水解，因不溶于水而反应速率很慢，常加热或使其成为均相水解。酯的水解:羧酸酯化反应的逆反应，需在酸、碱催化条件下进行。酸性水解是可逆的，碱性水解为不可逆。碱性水解用于制皂工业。酯的水解反应的应用制备羧酸和醇B测定酯的结构在油脂工业中非常重要。很多天然存在的油、脂肪、蜡等常用水解方法得到相应的羧酸和醇。酯的水解也应用于分析酯的结构，通过水解产物就得知是什么结构的酯。酰胺的水解：在酸、碱条件下长时间加热回流水解。酸催化：使羰基氧质子化，并中和产生的氨（胺），使平衡右移。碱催化：HO－进攻羰基碳，并中和形成的酸成盐，同样使平衡右移。酰胺与过氧化钠水溶液在50～80℃条件下共热，水解得到羧酸——温和水解法：有较大空阻的酰胺较难水解，亚硝酸可催化水解，通过形成酰基重氮盐：酰胺的碱性水解放出氨（胺），可通过检验氨（胺）的存在鉴别酰胺。

2、羧酸衍生物的醇解—形成酯酰氯与醇形成酯，广泛用于酯的合成，尤其是实验室合成。如：对反应性弱的芳香酰卤、有空阻的脂肪酰卤、三级醇或酚，可通过加入碱的方法（肖特－鲍曼条件）促进反应的进行。常用吡啶、三乙胺、二甲苯胺或NaOH等。碱既起催化作用，又起中和作用。酸酐也很容易醇解，常用于合成酯，特别是用于各种醇的乙酰化及多羟基醇的乙酰化。如：

丁二酸单甲酯95～96％酯醇解生成新的醇和新的酯——酯交换反应，反应需在酸（HCl,H2SO4,对甲苯磺酸）或碱（RONa）催化下进行。3oROH的酯交换比较困难（因空阻太大）常应用于：（1）由低沸点醇的酯制备高沸点醇的酯（2）选择性醇解

（3）合成涤纶

现在已可制得较纯的对苯二甲酸，直接与乙二醇缩聚制备涤纶。实例：分子内酯交换：将乙醇不断蒸出酰胺在酸性条件或用少量醇钠在碱性条件下催化醇解生成酯：3、氨（胺）解——形成酰胺(1)反应只能碱催化，不能酸催化。(2)不溶于水的酰卤可用NaOH水溶液催化，溶于水的酰卤须用有机碱催化。(3)3o胺不能发生酰基化反应。酰氯易与氨、一级、二级胺反应生成酰胺。该法应用于合成酰胺。常用乙酰氯和苯甲酰氯，并在碱性条件下进行，常用碱：NaOH、吡啶、三乙胺、N,N－二甲苯胺等。酸酐也容易发生氨解，反应后生成的一分子羧酸可用碱中和，常用醋酐。如：(CH3CO)2O+NH2CH2COOH→CH3CONHCH2COOH+CH3COOH89～92％邻苯二甲酰亚胺应用于合成一级胺酰亚胺氮上的H具有酸性，可以与碱成盐，成盐后的氮负离子与两个羰基共轭，使体系稳定。酯可与氨、胺甚至肼、羟胺等反应形成酰胺：N－羟基酰胺（羟肟酸）红色络合物（酸酐、酰氯呈正反应）鉴别酰胺的氨（胺）解为胺的交换反应，因反应较困难而不常用。4、羧酸衍生物的亲核取代反应机理(1)酯的水解机理酯的水解可在酸或碱条件下进行。水解时发生烷氧键断裂还是酰氧键断裂？是单分子还是双分子反应历程？实验表明：大多数酯的水解是酰氧键断裂的双分子反应机理。①酯的碱性水解实验证据：同位素实验：水解时发生了酰氧键断裂：动力学实验证据：反应为二级反应，v＝k[RCOOR’][OH－]，说明在反应的决速步骤中起决定作用的是两者的浓度，反应按双分子历程进行，因此，反应历程可以有两种情况——SN2机理和加成－消除机理。SN2机理：

加成－消除机理（BAC2）：为了判断反应历程，仍然进行同位素实验：用在普通水中水解，然后测定体系中酯的18O含量。结果发现：酯中18O含量减少，即存在没有18O的酯。由此证明酯的水解按加成－消除历程进行。IR证据：三氟乙酸乙酯与乙氧负离子在正丁醚中形成一个四面体化合物：因此：酯的碱性水解按双分子、酰氧键断裂反式进行——BAC2历程。影响水解反应速率的因素：由于形成四面体中间体负离子，中性碳原子从sp2→sp3，因此①羰基碳附近有吸电子基团时，有助于负离子的稳定而促进反应（电子效应）；②基团的空阻越小越有利于反应（空间效应）。例1：电子效应：RCOOC2H5+H2O/25℃R：CH3－ClCH2－Cl2CH－CH3CO－Cl3C－V相对12906130720023150例2：空间效应RCOOC2H5+87.8％ROH/30℃R：CH3－C2H5－(CH3)2CH－t-C4H9－C6H5－V相对10.4700.1000.0100.102CH3COOR+70％丙酮、25℃R：CH3－C2H5－(CH3)2CH－t-C4H9－cyclo-C6H11－V相对10.4310.0650.0020.042因此，羰基活性越大，a-C空阻越小，酯基空阻越小，反应速率越快。CH3COOCMe3Me3CCOOEtCH3COOEtClCH2COOEtV相对0.0020.011296试解释：普通酯在NaO18H/H2O18中水解，未反应完全时，发现有RCO18-OR’。三、羧酸衍生物与有机金属化合物的反应1、与格氏试剂的反应羧酸衍生物均可于格氏试剂反应得到酮，过量格氏试剂得叔醇，有空间位阻的反应物可满意地得到酮。酸酐与酰胺由于消耗较多的格氏试剂而很少用于合成。如：2、与有机镉或二烷基铜锂反应有机镉或二烷基铜锂反应活性低、选择性高，易于与醛、酰卤反应而不与酯反应，与酮的反应也很慢。因此，可利用其反应性的差异从酰氯合成酮。如：烷基锂性质活泼，与格氏试剂相似，有空阻时可得到酮：四、酰卤、酯的还原反应酰氯可在不同条件下被还原成醛或醇（如Rosemend还原、LiAlH4还原等）；酰胺不容易被还原，需在高温高压条件下催化氢化还原或用LiAlH4还原成胺，烷氧基氢化锂铝可还原酰胺成醛。酯的还原在合成上有重要价值，主要有催化氢解和化学还原法。1、酯的催化氢解：体系中有不饱和键同时被氢化，而苯环保持不变。该反应应用于油脂氢化制高级醇。2、金属钠－醇还原(酯的单分子还原：鲍维特--勃朗克还原)较早的还原法，可将酯还原为醇，如：油酸丁酯油醇

酯单分子还原的反应机理:若反应在非质子溶剂中进行，则发生双分子还原——酮醇缩合。

3、酮醇缩合(酯的双分子还原)脂肪酸酯与金属钠在乙醚或甲苯二甲苯等非质子溶剂中，在纯氮气流中进行反应，发生双分子还原生成α－羟基酮（酮醇）的反应。反应过程为：反应特点与应用：A制备α-羟基酮B制备α-羟基环酮C制备索烃4、氢化金属化合物还原LiAlH4或NaBH4均能将酯还原为一级醇。五、酸酐发生Perkin反应芳醛与酸酐在碱性催化剂存在下，发生类似交叉羟醛缩合反应生成β–芳基-α，β-不饱和酸。（见九章）六、酰胺的脱水和Hoffmann降解反应用于8个碳以下的酰胺降解反应。Hoffmann降解反应：RCONH2+NaOX+2NaOHRNH2+Na2CO3+NaX+H2O酰胺脱水生成RCN。七、酯缩合反应1、克来森（Claisen）酯缩合（1）定义：酯分子中α-氢为酯基所活化，具有α-活泼氢的酯与醛酮的α－H相似，在碱性试剂存在下，两分子酯反应失去一分子醇而得β－酮酸酯。如：乙酸乙酯缩合形成乙酰乙酸乙酯。（2）、反应历程：（3）、当酯的α－C上只有一个H时，由于烃基的给电子诱导作用，使α－H的酸性降低，更难形成碳负离子，因此，需要使用更强的碱，如三苯甲基钠Ph3CNa。如异丁酸乙酯的缩合：(CH3)2CHCOOC2H5+Ph3CNa/Et2→(CH3)2CHCOC(CH3)2COOC2H5（4）、克莱森酯缩合是可逆的。（5）、酯的α位在强碱作用下可与醛、酮、酰卤和卤代烷发生亲核加成或取代反应。生成烷基化或酰基化的酯。常用的强碱是位阻碱LDA[二异丙基胺锂(i-C3H7)2N－Li+]。如：2、交叉酯缩合(1)甲酸酯结果：向有α—H酯的α位引入醛基。（2）碳酸酯

结果：向有α—H酯的α位引入一个酯基。（3）草酸酯结果：向有α—H酯的α位引入一个酯基。在合成上用来制备①丙二酸酯或α-取代的丙二酸酯。②α-羰基酸。（4）苯甲酸酯2、迪克曼酯缩合10.3.5β-酮酸酯一、乙酰乙酸乙酯1、互变异构现象

2、生成的烯醇式稳定的原因①两个羰基使亚甲基的氢特别活化；②形成共轭体系，降低了体系的内能；③烯醇结构可形成分子内氢键（形成较稳定的六元环体系）3、亚甲基活泼氢的性质①酸性乙酰乙酸乙酯的α-C原子上由于受到两个吸电子基（羰基和酯基）的作用，α-H很活泼，具有一定的酸性，易与金属钠、乙醇钠作用形成钠盐。②亚甲基的烷基化和酰基化4、乙酰乙酸乙酯在合成上的应用乙酰乙酸乙酯的亚甲基很活泼，可以被其他基团取代，另一方面乙酰乙酸乙酯在不同的反应条件下可以分解成酸或酮。使之成为有机合成的重要试剂。（1）酮式分解和酸式分解酮式分解乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物与稀碱作用，水解生成β-羰基酸，受热后脱羧生成甲基酮。故称为酮式分解。酸式分解乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物在浓碱作用下，主要发生乙酰基的断裂，生成乙酸或取代乙酸，故称为酸式分解。1、丙二酸二乙酸及其在合成上的应用与乙酰乙酸乙酯类似，亚甲基上的氢可被醇钠所取代，本身水解后生成丙二酸不稳定，易于脱羧，这两条件使丙二酸二乙酯在合成各种类型的羧酸中有广泛的应用。（1）与RX反应（2）与α-卤代酸酯反应（3）与α，ω-二卤代物反应（4）Michacl加成10.3.6烯酮1、烯酮的制备及应用羧酸分子内失水，形成烯酮C=C=O。最简单的烯酮是乙烯酮CH2=C=O。

（1）、乙烯酮的制备①α-溴代酰溴脱溴②羧酸的脱水③甲基酮脱甲烷（2）性质乙烯酮是有毒的气体，沸点－48℃。乙烯酮很活泼，常以二乙烯酮的形式保存，使用时加热分解为乙烯酮。①乙烯酮由于两个π键聚集，很容易发生反应，可与多种含活泼H的化合物如水、醇、酸、氨等发生加成。加成时，H加在氧上，另一部分加在碳上，H经位移，生成羧酸、酯、酸酐、酰胺等化合物。如：因此，乙烯酮是一个很好的乙酰化试剂。②形成亚甲基卡宾的反应烯酮在光作用下分解生成卡宾：CH2=C=O→CH2：+CO③烯酮和甲醛的反应β-丙内酯容易发生的开环反应，一般在酸、碱介质中，发生烷氧键断裂（SN2反应）；在碱性或强酸介质中，发生酰氧键断裂：10.3.8腈1、腈的制备常用卤代烷与氰化钾制备，或酰胺在剧烈条件下失水制备，常用P2O5(或POCl3、SOCl2)作失水剂。腈的水解：在酸、碱条件下加热回流水解。小心控制水解，可得中间水解产物——酰胺。通过酰胺的水解、脱水的相互转化关系为：腈在酸性条件下用醇处理，也可得到羧酸酯。实例：丙二酸二乙酯、腈乙酸乙酯的制备……10.3.9碳酸及其衍生物碳酸及原碳酸都是不稳定的化合物，很容易分解生成CO2。碳酸从结构上可以看成是羟基甲酸。很多重要的化合物可以看成是碳酸和原碳酸的衍生物，若含一个羟基时，也往往是不稳定的。

碳酸HO－CO－OH原碳酸C(OH)4半酰氯HO－CO－Cl（不稳定）

全酰氯Cl－CO－ClCCl4酰胺(氨基甲酸)NH2CO-OH（不稳定）胍NH=C(NH2)2氨基甲酸酯(乌利坦)NH2CO-OR原甲酸乙酯HC(OC2H5)3脲NH2-CO-NH2

二个羟基均被取代的碳酸衍生物十分有用。保留一个羟基的碳酸衍生物均不稳定，易分解。一、碳酸的酰氯——光气碳酸可以有两种酰氯——氯甲酸和光气：，氯甲酸极不稳定，氯甲酸酯却是稳定的化合物；光气也不太稳定。1、光气的制备：工业上由一氧化碳和氯气在日光作用下（1812年，英国Davy,H）或在活性炭催化下加热至200℃制得；实验室由四氯化碳和80％的发烟硫酸制备：2、光气的性质：光气为无色气体，b.p8.3℃，易溶于苯、甲苯，具有窒息性，毒性很强，能引起肺水肿而导致死亡。光气可以看成是碳酸的酰氯，非常容易发生亲核取代反应，如可以发生水解、醇解和氨解等反应。3、光气的应用：光气是重要的有机合成试剂，在合成染料中占有重要位置。在工业上重要用于合成聚碳酸酯和二异氰酸酯。如：碳酸乙二醇酯双酚A聚碳酸酯二、碳酸的酰胺碳酸可以形成两种酰胺：氨基甲酸H2NCOOH和尿素CO(NH2)2。氨基甲酸不稳定，但其盐、酯和酰氯皆是已知的。H2NCOOHH2NCOOMH2NCOORH2NCOOCl氨基甲酸氨基甲酸盐氨基甲酸酯氨基甲酰氯1、氨基甲酸酯：制备：碳酸二酯与氨（胺）反应：N－烃基氨基甲酸酯尿素在醇溶液中加热：异氰酸酯以光气为原料合成：异氰酸苯酯N－苯基氨基甲酸酯（结晶固体，用于醇的鉴定）异氰酸酯为液体，高温下容易变成三聚体――三聚异氰酸酯。二异氰酸酯在工业上用作合成聚氨基甲酸酯的原料。性质与应用：氨基甲酸酯中的烷氧基很容易被亲核试剂所取代，如与氨反应生成尿素。有些氨基甲酸酯可作为安眠药，有的则是重要的杀虫剂，如西维因（N－甲基氨基甲酸－2－萘酯）：2、尿素尿素是最早从人体排泄物中提取的纯有机物（1773年），也是有机合成的第一个有机物，在有机合成的发展史上占有重要地位。尿素在工业上用CO2和过量NH3在加热加压条件下生产。主要用作肥料和生产脲醛树脂，少数用于合成安眠药巴比妥酸（丙二酰脲）。巴比妥酸的两种衍生物二乙基丙二酰脲（巴比妥）和乙基苯基丙二酰脲（苯巴比妥）是最常用的安眠药。巴比妥酸尿素的性质：尿素为无色晶体，m.p132.7℃能溶于水和乙醇，不溶于乙醚。（1）与强酸成盐：尿素是一元碱，可与盐酸、硝酸等强酸生成盐，可用下式表示：（2）形成包合物：结晶学研究发现：脲分子是一个六角形的笼状晶格，中间有500pm的通道，可与具有一定结构形状的烷烃、醇等形成结晶化合物（包合物）。六个碳以上的直链烃和醇可将尿素沉淀下来，而小于六个碳具有支链的烃和醇与尿素不能形成沉淀。包合物的主、客体之间通过范德华力结合，作用力较小，在尿素溶化时即已分解。这种络合物可用于分离某些难以分离的异构体。（p629图13－10）（3）水解：尿素在酸、碱影响下，或在略超过其熔点加热时即发生水解，在尿素酶的影响下，室温时即能水解：尿素在土壤中逐渐水解成铵离子，为植物吸收，合成植物体内蛋白质。（4）放氮：尿素与次卤酸钠溶液作用，放出氮气，这一反应与Hoffmann反应相似。测量氮气体积或用奈斯勒（Nessler）试剂通过比色法测定，可知尿液中的尿素含量。尿素还可与HNO2作用放氮，这一反应常用于破坏亚硝酸及氮的氧化物。（5）双缩脲反应：将固体尿素小心加热，则两分子尿素脱去一分子氨生成双缩脲（缩二脲）。缩二脲在碱性溶液中与铜离子形成紫色络合物——缩二脲反应。该反应用于鉴别肽键（蛋白质）。尿素的衍生物——氨基脲可由尿素与水合肼反应得到，氨基脲常用于醛酮的鉴定。

10.4有机合成路线设计在科研中，若从天然产物中得到一个很有用的化合物，我们采取的一般步骤是纯化，确定其结构，若为一新化合物，我们就用人工已知、可靠的合成方法把它合成出来，以验证其结构。所以，有机合成路线设计是有机化学工作者必备的手段。合成路线的好坏，也反映出一个化学工作者的知识