羧酸及其衍生物

关于羧酸及其衍生物◆羧酸的分类与命名分类：可分为一元、二元、多元羧酸或脂肪酸、芳香酸等根据来源命名：甲酸又叫蚁酸；乙酸又叫醋酸；苯甲酸又叫安息香酸。系统命名法:－COOH是最优官能团§8.1羧酸第2页,共91页，2024年2月25日，星期天丙烯酸2-丁烯酸β-苯基丙烯酸2-环己烯基甲酸肉桂酸

第3页,共91页，2024年2月25日，星期天第4页,共91页，2024年2月25日，星期天取代酸第5页,共91页，2024年2月25日，星期天◆羧酸的结构⑴由于p-π共轭作用，羰基上电子云密度升高，羰基碳上正电性降低；因此羰基与亲核试剂的反应活性降低。不能再与HCN等亲核试剂进行加成反应。

⑵羟基O上电子云密度下降，O-H键变弱，容易断裂，电离出质子（H+），故表现为有一定的酸性COOHCH3第6页,共91页，2024年2月25日，星期天◆羧酸的物理性质第7页,共91页，2024年2月25日，星期天

羧酸是极性分子，能与水形成氢键，故低级一元酸可与水互溶，但随M↑，在水中的溶解度↓，从正戊酸开始在水中的溶解度只有3.7%，＞C10的羧酸不溶于水。b.p：羧酸＞M相同的醇。IR谱：OH伸缩振动—二聚体：2500~3300cm-1(宽而散)；单体：3550cm-1(气态或非极性溶剂的稀溶液)。第8页,共91页，2024年2月25日，星期天

芳香族羧酸：1680~1700cm-1NMR谱：RCH2COOHR2CHCOOHRCOOH

C=O伸缩振动—脂肪族羧酸：1700~1725cm-1

第9页,共91页，2024年2月25日，星期天◆羧酸的化学性质第10页,共91页，2024年2月25日，星期天1.酸性①羟基O上电子云密度下降，O-H键变弱，容易断裂，电离出质子（H+），故表现为有一定的酸性。②p-

共轭使羧酸根负离子中氧负离子的负电荷均匀地分散在两个氧原子上,使羧酸根负离子更稳定，容易生成；也使羧酸的酸性增强。第11页,共91页，2024年2月25日，星期天大多数羧酸的酸性pKa值在3.5-5之间，比盐酸、硫酸等无机强酸弱，强于苯酚（pKa=10）、碳酸（pKa=6.3）和醇（pKa=16-19）。羧酸可分解碳酸氢钠生成二氧化碳，而苯酚则不能。可鉴别羧酸及苯酚。第12页,共91页，2024年2月25日，星期天羧酸的酸性强弱

与分子结构有关。Y-CH2COOH取代基Y吸电子能力越强，相应的羧酸酸性也越强。取代基Y供电子能力越强，酸性越弱第13页,共91页，2024年2月25日，星期天吸电子取代基增多时，也使相应羧酸的酸性增加。HCOOHH3COOH(CH3)2CHCOOH(CH3)3CCOOH烷基的影响：pKa

3.754.764.865.05第14页,共91页，2024年2月25日，星期天吸电子取代基离羧基距离越近时，诱导效应增强，羧酸酸性也增强。当取代基与羧基相距三个碳原子以上时，诱导效应的影响，就非常小了。

CH3CH2CH2COOHPka＝4.81第15页,共91页，2024年2月25日，星期天苯甲酸的酸性：比一般的脂肪酸（甲酸除外）的酸性强。第16页,共91页，2024年2月25日，星期天◆苯环上取代基对羧酸酸性的影响

取代苯甲酸的酸性与取代基的种类有关，也与取代基在苯环上的位置有关。取代基在对位时可通过诱导效应或共轭效应影响苯甲酸的酸性，而在间位时则只通过诱导效应起作用。pKa3.423.494.20第17页,共91页，2024年2月25日，星期天

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↑，产生这种现象的原因较为复杂，诸如立体效应、氢键等。总称为邻位效应。

值得注意的是：第18页,共91页，2024年2月25日，星期天pKa4.924.394.193.973.42与取代基对苯酚酸性的影响规律一致第19页,共91页，2024年2月25日，星期天2.羧羟基被取代的反应

（羧酸衍生物的合成）

酰卤酰胺酯

酸酐第20页,共91页，2024年2月25日，星期天

(1)酰卤RCOX的生成

除HCOOH外，羧酸可PCl3、PCl5、SOCl2作用，羧酸中的羟基被氯原子取代生成酰氯。如：

亚磷酸不易挥发，故该法适用于制备低沸点酰氯。

磷酰氯沸点较低(105.3℃)，故适用于制备高沸点酰氯b.p.118℃75℃52℃200℃分解b.p.249℃197℃105.3℃第21页,共91页，2024年2月25日，星期天

该法的副产物均为气体，有利于分离，且产率较高。

(2)酸酐的生成

选用何种方法，取决于原料、产物与副产物之间的沸点差(沸点差越大，越容易分离)。酰卤易于水解，故不能用水洗的方法除去反应中的无机物。

除HCOOH外，羧酸与脱水剂[P2O5或(CH3CO)2O]共热，两分子羧酸则发生分子间脱水生成酸酐。第22页,共91页，2024年2月25日，星期天

用乙酸酐作脱水剂不仅价格便宜，而且它易于吸水生成乙酸，容易除去，故常用来制备高沸点的羧酸酐。

羧酸的分子间脱水只适用于制备简单酸酐。

混合酸酐可用酰卤与羧酸盐一起共热的方法来制备。第23页,共91页，2024年2月25日，星期天

某些二元酸，只需加热即可分子内脱水生成五元

环或六元环的酸酐。如：第24页,共91页，2024年2月25日，星期天

(3)酯的生成

羧酸与醇在酸催化下作用，脱去一分子水生成酯的反应，称为酯化反应。

酯化反应是典型的可逆反应，为了提高酯的产率，可根据平衡移动原理，或增加反应物浓度，或减少生成物浓度，使平衡向右移动。第25页,共91页，2024年2月25日，星期天

脱水方式

酯化时，羧酸和醇之间脱水可有两种不同的方式：

脱水方式取决于与羧酸和醇的结构及反应条件。第26页,共91页，2024年2月25日，星期天

经同位素标记醇的办法证实：伯醇和仲醇与羧酸的酯化是按酰氧键断裂进行的。

叔醇与羧酸的酯化是按烷氧键断裂进行的。第27页,共91页，2024年2月25日，星期天◆羧酸结构的影响：

羧酸分子中烃基增大，空间位阻↑，不利于ROH的进攻，酯化速率↓。故对同一种醇言，不同羧酸的反应活性顺序是：

影响酯化反应速率的因素◆醇的结构的影响：

在酸性介质中，叔醇易发生消除反应，生成烯烃。第28页,共91页，2024年2月25日，星期天

空间位阻较大的脂肪羧酸或反应性弱的芳香族羧酸，或叔醇和酚的酯化，先将羧酸转化为酰卤，酯化效果较好。第29页,共91页，2024年2月25日，星期天

(4)酰胺的生成

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。如：200℃第30页,共91页，2024年2月25日，星期天

3.脱羧反应羧酸或其盐脱去羧基(失去CO2)的反应脂肪一元羧酸难于脱羧。如果羧酸的α-碳上连有较强吸电基时，加热至100-200℃，脱羧反应较易进行；第31页,共91页，2024年2月25日，星期天β-酮酸和β-二元羧酸的脱羧反应在有机合成中有广泛的应用第32页,共91页，2024年2月25日，星期天4.α-氢的卤代反应

羧基与羰基相似，能使α-氢活化，但活化作用比羰基小,羧酸的α-氢活性较低。其卤代一般要在少量红磷存在下进行。第33页,共91页，2024年2月25日，星期天第34页,共91页，2024年2月25日，星期天α-卤代酸是一种重要的取代酸，它可以发生与卤代烃相似的亲核取代或消去反应，从而转变成其它的取代酸。第35页,共91页，2024年2月25日，星期天BrCH2COOHNCCH2COOHα-氰基乙酸CH3COOHBr2,PNaCNH3+O,△HOOCCH2COOH又如：第36页,共91页，2024年2月25日，星期天5.羧基的还原反应

羧酸很难发生还原反应（催化加氢不能）。只有还原能力特别强的试剂（如氢化铝锂）可使羧酸还原成伯醇，但不会影响分子中的碳-碳双键。第37页,共91页，2024年2月25日，星期天◆羧酸的来源和制备天然油脂水解可得到高级脂肪酸及甘油。第38页,共91页，2024年2月25日，星期天羧酸的合成方法1.氧化法1).烯烃的氧化

2).芳环侧链的氧化KMnO4/H+第39页,共91页，2024年2月25日，星期天4).伯醇和醛的氧化:常用的氧化剂有

KMnO4/H2SO4,K2Cr2O7/H2SO4

3).萘环的氧化开环：KMnO4(K2Cr2O7)/H2SO4第40页,共91页，2024年2月25日，星期天2.腈水解

腈在酸性或碱性溶液中可水解成羧酸。腈可用伯、仲卤代烷与氰化钠(钾)反应得到，再经水解后可以得到比原来的卤代烃多一个碳原子的羧酸。第41页,共91页，2024年2月25日，星期天3.格氏试剂与干冰反应

格氏试剂与干冰（CO2）的加成产物，水解后可以得到羧酸。由卤代烃通过制备格氏试剂再得到比原来卤代烃多一个碳原子的羧酸。对卤代烃的结构无限制。不能用腈水解的方法?第42页,共91页，2024年2月25日，星期天4.甲基酮的卤仿反应

——制备减少一个碳原子的羧酸第43页,共91页，2024年2月25日，星期天§8.2取代酸

羧酸分子中烃基上的氢原子被其它原子或基团取代的化合物。卤代酸、羟基酸、羰基酸及氨基酸等是重要的取代酸。取代酸是多官能团化合物。取代酸往往还表现出一些新的特性。第44页,共91页，2024年2月25日，星期天一、羟基酸：含有羟基的羧酸羟基酸可分为醇酸和酚酸。

羟基连在羧酸的饱和碳原子上称为醇酸，根据羟基与羧基的位置关系，可称为α-，β-，γ……羟基酸。羟基连在羧酸碳链的末端称为ω-羟基酸。羟基在芳环上的芳香族羧酸称为酚酸。第45页,共91页，2024年2月25日，星期天1.羟基酸的制法

α-羟基酸可由α-卤代酸水解制备α-羟基酸也可由羟基氰水解

第46页,共91页，2024年2月25日，星期天β-羟基酸可由瑞弗马斯基（Reformasky）反应制备。BrZnCH2R亲核性比Grignard试剂小，不活泼,不会进攻酯中的羰基。不能用Mg，因为生成BrMgCH2R要与酯基反应，所以不能生成

BrMgCH2COOC2H5BrCH2COOC2H5Zn醚BrZnCH2COOC2H5CH3CHOCH3CHCH2COOC2H5OZnBrH2OCH3CHCH2COOC2H5OHCH3CHCH2COOHOHH3+O第47页,共91页，2024年2月25日，星期天2.羟基酸的性质

由于分子中羟基和羧基均能与水形成氢键，所以羟基酸在水中溶解度比相应羧酸大。羟基酸兼有醇和羧酸的性质，同时两个基团互相影响，又使羟基酸具有一些特性。第48页,共91页，2024年2月25日，星期天1).羟基酸的酸性

比母体羧酸酸性强。羟基距羧基距离越近酸性越强。第49页,共91页，2024年2月25日，星期天2).脱水反应:-OH位置不同，脱水产物也不同α-羟基酸受热时，在两分子间酯化脱水生成六元环交酯

第50页,共91页，2024年2月25日，星期天β-羟基酸在加热时发生分子内脱水，生成α，β-不饱和羧酸γ-或δ-羟基酸受热时，生成比较稳定的

五元或六元环内酯。第51页,共91页，2024年2月25日，星期天二、氨基酸

氨基取代羧酸分子中烃基上的氢形成的取代酸;分子中含有氨基和羧基两种官能团。P450第52页,共91页，2024年2月25日，星期天◆氨基酸命名

氨基酸的系统命名是把氨基作为取代基，羧酸作为母体，称为氨基某酸。

第53页,共91页，2024年2月25日，星期天

氨基酸按分子中所含－NH2和－COOH的相对位置，可将其分为：其中最重要的是α-氨基酸，是构成蛋白质的基本单元。

第54页,共91页，2024年2月25日，星期天

2.碱性氨基酸：分子中－NH2和－COOH的数目相等。如

分子中－NH2数目＞－COOH数目。如3.酸性氨基酸：

分子中－COOH数目＞－NH2

数目。如：1.中性氨基酸：

这20多种α-氨基酸又可分为：第55页,共91页，2024年2月25日，星期天

★蛋白质水解得到的天然氨基酸，其构型均为L–型。

除甘氨酸H2NCH2COOH外，其他的氨基酸的α-碳原子都是手性碳，因而都具有旋光性。其构型与甘油醛的关系是：◆氨基酸的结构特点：第56页,共91页，2024年2月25日，星期天◆氨基酸的性质

氨基酸都是无色结晶固体，一般熔点在200℃以上，多数氨基酸能溶于水，而不溶于非极性有机溶剂。氨基酸是既含有氨基，又含有羧基的双（或多）官能团化合物，-NH2和-COOH除各自表现其碱性或酸性外，还具有它们相互影响而产生的特性。第57页,共91页，2024年2月25日，星期天氨基酸在一般情况下以内盐的形式存在，这是氨基酸具有高熔点和能溶于水的根本原因。在强酸性溶液中则以正离子存在，在强碱性溶液中则以负离子存在。

氨基酸在溶液中存在下列平衡：内盐第58页,共91页，2024年2月25日，星期天◆氨基酸的制备

以含羧基的化合物为原料，引入氨基第59页,共91页，2024年2月25日，星期天§8.3羧酸衍生物羧酸衍生物的通式是

分别称为酰卤、酸酐、酯和酰胺，又称酰基化合物。第60页,共91页，2024年2月25日，星期天

一、羧酸衍生物的命名1.酰卤：将相应的“酸”改为“酰卤”即可乙酰氯丙烯酰溴苯甲酰氯第61页,共91页，2024年2月25日，星期天2.酸酐：a.两分子酸相同，将相应的“酸”改为“酸酐”乙酸酐顺甲基丁烯二酸酐苯甲酸酐邻苯二甲酸酐第62页,共91页，2024年2月25日，星期天b.两分子酸不同乙(酸)丙(酸)酐3.酰胺：a.-NH2上无取代基，将相应的“酸”改为“酰胺”乙酰胺第63页,共91页，2024年2月25日，星期天酰胺：b.-NH2上有取代基，则称“N-某代某酰胺”N-甲基苯甲酰胺N,N-二甲基甲酰胺DMF非质子极性溶剂N-溴代丁二酰亚胺NBS第64页,共91页，2024年2月25日，星期天4.酯：由来源命名，称为“某酸某酯”

◆若醇是多元醇，则将羧酸名称放在后面，称为“某醇某酸酯”乙二醇二乙酸酯第65页,共91页，2024年2月25日，星期天二、羧酸衍生物的结构

羧酸衍生物的结构与羧酸类似，酰基碳为sp2杂化Cl,O,N等原子都有孤对电子，可与C＝O

形成P-π共轭体系；羰基受到影响，故与醛酮的性质不同。第66页,共91页，2024年2月25日，星期天L基团不同，与羰基的p-π共轭效应和-I效应的程度不同，羧酸衍生物的性质也就有所不同。羧酸衍生物有类似的结构，性质上也有相似之处第67页,共91页，2024年2月25日，星期天1.酰基上的亲核取代(亲核加成-消去)反应

三、羧酸衍生物的化学性质连有两个吸电基团（L与Nu）δ+δ-第68页,共91页，2024年2月25日，星期天①羰基碳原子连有吸电基团，使反应活性↑；反之反应活性↓；②离去基团的稳定性↑，易于离去，反应活性↑。反应活性：取决于羰基碳原子的正电性和离去基团的稳定性-Cl和酯基的强-I效应和弱+C效应，-I>+C，使羰基C的正电性增加；故酰氯和酸酐的活性较高，其中酰氯的反应活性最高。

-NH2的弱-I效应和强+C效应，-I<+C使羰基C的正电性降低，且-NH2难于离去，故酰胺的反应活性最低。第69页,共91页，2024年2月25日，星期天(1)水解酰氯和低级酸酐在空气中吸湿即可水解。酯与酰胺需要加入碱或酸作催化剂，加热才能水解。第70页,共91页，2024年2月25日，星期天第71页,共91页，2024年2月25日，星期天

(2)醇解：产物为酯很难反应H+第72页,共91页，2024年2月25日，星期天

酰卤、酸酐很容易醇解，生成其它方法难以得到的酯第73页,共91页，2024年2月25日，星期天

酯与醇作用，生成新的酯和新的醇，故又称为酯交换反应。该反应为可逆反应，一般适用于从低沸点酯制备高沸点酯。如：第74页,共91页，2024年2月25日，星期天(3)氨解：

酰卤、酸酐和酯均可与氨或胺作用，生成相应的酰胺或N-取代酰胺

第75页,共91页，2024年2月25日，星期天

酰氯和酸酐在水解、醇解、氨解中反应活性都很强。通过反应，在其他分子中引入了酰基，因此酰氯、酸酐都是常用的酰基化试剂。如：第76页,共91页，2024年2月25日，星期天2、与Grignard试剂作用

四种羧酸衍生物均可与Grignard试剂作用，生成相应的叔醇；常用的是酯和酰卤(尤其是酯)。

酰氯与格氏试剂反应的活性大于酮；为什么？第77页,共91页，2024年2月25日，星期天◆当温度升高，又有过量的格氏试剂存在时，则生成的酮会继续与格氏试剂反应生成叔醇。低温下酰氯与等摩尔格氏试剂反应，可停留在酮的阶段。第78页,共91页，2024年2月25日，星期天◆酯与格氏试剂反应活性低于酮，一般不停留在生成酮的阶段，而直接生成叔醇

第79页,共91页，2024年2月25日，星期天3、还原反应羧酸衍生物一般比羧酸容易被还原催化氢化：①酰卤、酸酐、酯还原成伯醇②酰胺还原成胺;③同时还原碳碳不饱和键第80页,共91页，2024年2月25日，星期天◆金属氢化物还原羧酸衍生物

氢化铝锂(LiAlH4)可将酰氯、酸酐和酯还原成伯醇，将酰胺还原为胺。氢化铝锂(LiAlH4)不会还原分子中的碳-碳双键；但其它不饱和基团,包括-COOH皆可被还原。硼氢化钠(NaBH4)一般只能还原酰氯/醛酮/-NO2。第81页,共91页，2024年2月25日，星期天第82页,共91页，2024年2月25日，星期天罗森门德（Rosenmund）还原法：酰氯在Pd-BaSO4的催化下加氢可被还原成醛，具有高度的选择性。第83页,共91页，2024年2月25日，星期天

酰胺虽有碱性，但碱性很弱，很难与酸形成稳定的盐。一般可以认为酰胺是中性化合物。

4、酰胺氮原子上的反应

(1)酰胺的酸碱性N原子上的未共用电子对与羰基形成

p,π-共轭体系，使得