第十三章羧酸及其衍生物主要內容：羧酸的酸性

羧基上羥基的取代（成酰鹵、酸酐、酯和酰胺），酯化反應的機理羧酸a位的鹵代、還原及與金屬有機試劑的反應羧酸的脫羧第十三章羧酸衍生物（1）主要內容

幾種類型的羧酸衍生物,結構及命名酰基上的親核取代反應（水解反應,醇解反應，胺解反應），羧酸衍生物的親核取代機理。羧酸衍生物的親核取代相對活性及相互轉換羧酸衍生物與Grignard試劑的反應，羧酸衍生物的還原反應官能團是羧基COOH；飽和一元羧酸通式：CnH2nO2羧酸的分類和命名羧酸的通式：羧酸的分類脂肪族羧酸分類：脂環族羧酸芳香族羧酸飽和羧酸不飽和羧酸一元羧酸二元羧酸羧酸的命名羧酸(COOH)作為母體名稱主鏈：連有-COOH

，包含不飽和鍵的最長碳鏈。烯酸，炔酸。芳環、脂環作取代基，編號：離羧基近。二元羧酸：某二酸3-甲基丁酸2-丁烯酸鄰羥基苯甲酸α-萘乙酸3-甲基己二酸鄰苯二甲酸4-苯基-2-丁烯酸碳原子的位置也可用希臘字母表示

654321

俗名系統名俗稱：,-二甲基丁酸氧化法13.1羧酸的制備醛、伯醇的氧化烯烴的氧化（適用于對稱烯烴和末端烯烴）芳烴的氧化（有α-H芳烴氧化為苯甲酸）碘仿反應制酸（用于制備特定結構的羧酸）3側鏈是叔烷基，很難氧化，羧化法

——格式試劑合成法1°、2°、3°RX都可使用。但乙烯式鹵代烴難反應。此法用于制備比原料多一個碳的羧酸，睛的水解（制備比原料多一個碳的羧酸）羧酸衍生物的水解油脂和羧酸衍生物得羧酸，及副產物甘油和醇。通過丙二酸二乙酯合成各種羧酸。僅適用于1°RX（2°、3°RX與NaCN作用易發生消除反應）。制備比原料多一個碳的羧酸水解法

工業上，苯甲酸的制備比較：同碳二鹵化物水解制備芳香族醛酮p27513.2羧酸的物理性質羧酸的沸點比分子量相近的醇、醛、醚要高。羧酸分子間存在氫鍵，可以發生分子間的締合(通過兩個氫鍵形成二聚體)：CH3COOH(60)，CH3CH2CH2OH(60)，CH3CH2CHO(58)，CH3OC2H5

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

熔點有一定規律，隨著分子中碳原子數目的增加呈鋸齒狀的變化。IR：反映出-C=O和-OH的兩個官能團1HNMR：-COO-Hδ=10.5~12羧酸的光譜性質

羧酸的結構(-COOH)13.3羧酸的化學性質碳原子sp2雜化，氧原子外層電子2s22p4(氧原子未雜化)羧基（COOH）的形成——成鍵的方式p－π共軛體系

(羥基氧上電子密度降低，羰基碳上電密度增高)，羧基為平面構型。

羧基負離子

(COO-)：Ρ—Π共軛(Π34)；電子密度平均化，負電荷分散；兩根C—O鍵等同126pm羧酸的結構及化學性質分析H有酸性羰基不飽和,可加成、還原羰基a-H，有弱酸性，可取代OH可被取代羧基可脫去CO2

p—π共軛，羰基上電子云密度升高，羰基與親核試劑的反應活性降低。羥基O上電子云密度下降，O—H鍵變弱，有一定的酸性（酸性比醇大）。

幾種活潑氫的酸性比較羧酸酚醇pKa~5~10~16-19

羧酸根負離子的共振式與穩定性有兩個完全等價的共振式1.

羧酸的酸性吸電子基對羧酸酸性的影響23200×10－55530×10－5136×10－51.75×10－5Ka應用：利用羧酸的酸性分離和純化化合物羧酸衍生物酰鹵酸酐酯酰胺

取代羥基生成羧酸衍生物羧酸2.

羧基上羥基的取代形成酰鹵酰(基)氯酰(基)溴比較:醇類的鹵代羧酸羥基的鹵代與醇類的鹵代有相似性形成酸酐可能機理:乙烯酮衍生物酸酐強除水劑生成酯（酯化反應）

酯化反應特點：反應需要H+催化，無催化劑時反應很慢。反應可逆（加大反應物用量或除去水使酯的產率提高）生成酰胺

提示：合成上一般通過羧酸衍生物制備酰胺

用LiAlH4

還原羧酸至醇

羧基較難被還原強還原劑可還原至伯醇提示：1o醇3.

羧酸的還原反應合成上應用——制備伯醇合成上由羧酸制備伯醇，宜先酯化再還原直接還原羧酸：LiAlH4用量多，反應開始劇烈，后較慢，先酯化再還原：反應較易進行，產率較好，反應條件相對比較溫和，LiAlH4用量較少

補充內容：能被LiAlH4還原的化合物及其產物類型提示：大多數的基團能被LiAlH4還原其它能還原羧基的試劑例：-NO2未受影響機理：a-鹵代羧酸4.

羧酸a氫的反應

a-鹵代羧酸在合成上的應用(i)

制備a-鹵代酯（制備Reformatsky試劑的原料）(ii)

制備

a-氨基酸或a-羥基酸Reformatsky試劑酯難直接鹵代親核取代通過羧酸鈉鹽脫羧

b-羰基酸或b,g-烯基酸的脫羧注意比較產物與原料的雙鍵的位置提示：羧基的β位有不飽和基團時易發生脫羧!!產率一般較低b-羰基酸b,g-烯基酸5.

羧酸的脫羧

b-羰基酸的脫羧在合成中的應用例：合成難點:

位置選擇性不好反應較難操作用b-羰基酯進行反應雙活化位酯基的作用:活化、

定位-C連有強吸電子基容易脫羧

Hunsdiecker

反應適用于制備伯溴代烷反應機理（自由基機理）13.4二元羧酸的化學性質1.

具有羧酸的通性

對酸性而言，pKa1＜pKa2，這種差別隨著兩個羧基距離的增大而減小。原因P318。2.

二元羧酸受熱反應的規律乙二酸、丙二酸(所有β位有羰基的羧酸)受熱，脫羧—CO2

。丁二酸和戊二酸受熱，分子內脫水。己二酸，庚二酸在Ba(OH)2存在下加熱，脫水且脫羧3.

重要的二元羧酸苯二甲酸-------鄰苯二甲酸和對苯二甲酸鄰苯二甲酸與氨作用——生成鄰苯二甲酰亞胺酰亞胺呈弱酸性：鄰苯二甲酰亞胺可用于制備純伯胺——Gabriel伯胺合成伯胺鄰苯二甲酰亞胺鄰苯二甲酸(2-乙基己基)酯(DEHP)—增塑劑鄰苯二甲酸二甲酯—驅蚊劑鄰苯二甲酸二丁酯—增塑劑對苯二甲酸與乙二醇作用生成對苯二甲酸乙二醇酯。縮聚得聚酯纖維“滌綸”.滌綸對苯二甲酸乙二醇酯廢舊聚酯材料可化學解聚回收利用!13.5羥基酸羥基酸的分類和命名羥基酸分類醇酸酚酸以羧酸為母體，羥基為取代基;碳鏈編號時,從羧基的碳原子開始;也可從連接羧基的碳原子開始，用，，等;羥基酸命名羥基酸的制法鹵代酸水解

只適用于制備-羥基酸氰醇水解

列佛爾曼斯基（Reformatsky）反應

-----------制備β-羥基酸的方法。

α-鹵代酸酯在鋅粉作用下與醛、酮反應，生成β-羥基酸酯，β-羥基酸酯水解生成β-羥基酸。注意比較：有機鋅試劑(BrZnCH2COOR)與格氏試劑(MgRX)。例：羥基酸的性質具有醇和酸的共性，也有因羥基和羧基的相對位置的互相影響的特性反應。(1)

酸性——羥基使酸性增強鄰羥基苯甲酸的酸性高于苯甲酸——分子內氫鍵鄰羥基苯甲酸負離子＞＞＞吸電子誘導推電子共軛分子內氫鍵吸電子誘導吸電子誘導＜推電子共軛(2)

脫水反應羥基酸的酯化——形成內酯和交酯a-羥基酸b-羥基酸g-羥基酸d-羥基酸交酯g-內酯d-內酯a,b－不飽和酸羥基與羧基間的距離大于四個碳原子時，受熱則生成長鏈的高分子聚酯。

(3)分解脫羧反應-羥基酸碳鏈縮短一個碳的反應-羥基酸反應在有機合成中的應用：高級羧酸經-溴代、水解來合成少一個碳的高級醛

α-酮酸與稀硫酸共熱時，脫羧生成醛。13.6羰基酸分子中含有羰基和羧基的化合物稱為羰基酸。羰基酸具有羰基和羧酸的典型反應。也有因羰基和羧基的相對位置的互相影響的特性反應。

β-酮酸受熱易脫羧生成酮。歸納與小結

本單元的幾個人名反應赫爾-烏爾哈-澤林斯基反應(制備

-鹵代酸)p313a-鹵代羧酸雷福爾馬茨基(Reformatsky,S.)反應(制備-羥基酸)p322柯爾貝-施密特(Kolbe-Schmitt)反應(制備水楊酸)p325本單元中有關有機化合物酸堿性的討論羧酸具有較強酸性——羧酸根負離子穩定p312二元羧酸的酸性------pKa2>pKa1羧基是吸電子基p318鄰羥基苯甲酸的酸性高于苯甲酸——分子內氫鍵p323羥基酸的脫水反應—p323；二元羧酸受熱反應的規律。本單元中增加一個碳原子的反應；p308

減少一個碳原子的反應。p324羧酸a氫的鹵代反應a氫的反應活性醛酮a位的鹵代反應醚的a-氫的自氧化醇的氧化—(a-氫氧化)烷基苯(含)側鏈氧化，側鏈的鹵代(-鹵代反應)烯烴a位氫的鹵化（烯丙位的鹵代反應）重要有機反應實例與練習---赫爾-烏爾哈-澤林斯基反應雷福爾馬茨基(Reformatsky,S.)反應13(9)環戊酮，乙醇β－羥基環戊烷乙酸增加一個碳原子或減少一個碳原子的反應10

羥基酸的脫水反應；二元羧酸受熱反應1013.7羧酸衍生物的類型及命名羧酸衍生物的類型酰鹵酸酐酯酰胺羧酸羧酸分子中的羥基被不同基團取代的產物稱為羧酸衍生物。酰鹵乙酰氯a-溴丁酰溴苯甲酰氯酸酐醋酐（乙酸酐）乙丙酐（乙酸丙酸酐）順丁烯二酸酐酰胺乙酰胺苯甲酰胺羧酸衍生物的命名將相應的羧酸去掉“酸”后，加上酰鹵、酸酐、酰胺等。

酰胺分子中氮上的氫原子被烴基取代后所生成的取代酰胺，稱為N-烴基“某”酰胺.乙酰苯胺N,N-二甲基乙酰胺N,N-二甲基甲酰胺(DMF)己內酰胺

含有—CONH—基的環狀結構的酰胺，稱為“內酰胺”。酰胺苯甲酸乙酯b-甲基-g-丁內酯丙二酸二乙酯酯酯的命名可在酯前加上相應的羧酸和醇來命名，稱為“某酸某酯”。含有—COO—基的環狀結構的酯，稱為“內酯”。酰鹵的沸點較相應的羧酸低（無氫鍵締合）；

酸酐的沸點較相對分子質量相當的羧酸低，但比相應的羧酸高；

酯的沸點比相應的酸和醇都要低（與同碳數的醛酮差不多）。

酰胺的沸點比相應的羧酸高。13.8

羧酸衍生物的物理性質CH3CONH2CH3CONHCH3CH3CON(CH3)2m.p.b.p.82℃28℃-20℃221℃204℃165℃氮上氫被取代后，沸點和熔點顯著降低：∵氨基上的氫原子可在分子間形成強的氫鍵。乙酸乙酯的紅外光譜酰基化合物的光譜分析乙酸乙酯的核磁共振譜13.9羧酸衍生物化學性質羧酸衍生物的結構羧酸衍生物在結構上的共同特點是都含有酰基()，酰基與其所連的基團都能形成p-π共軛體系。與酰基相連的原子L的電負性都比碳大，故有-I

效應和碳相連的原子L上有未共用電子對，故具有+C效應當+C＞-I時，酰基碳親核反應活性將降低；當+C＜-I時，反應活性將增大。羧酸衍生物性質分析L：可被親核試劑取代羰基：可加成至飽和a-H：有弱酸性離去基團(Leavinggroup)羧酸衍生物酰基上的親核取代水解反應醇解反應胺解反應反應類型通式酰基上的親核取代的一般機理或：酰基上的親核取代=親核加成＋消除

加成一步取決于電子因素和空間因素。

--------[C(sp2→sp3)，氧上帶部分負電荷，其穩定性受空間因素、電子因素影響。中間體——四面體構型]。消除一步取決于L的堿性和穩定性。酰基上的親核取代反應活性的影響因素及規律P331總的反應速度和兩步反應速度都有關系，但第一步更為重要。酰基上的親核取代相對速度（相對反應活性）兩方面原因：(i)羰基的親電性不同（與加成步驟有關）誘導效應的影響：電負性：Cl

>O>N正電荷密度大對加成步驟有利酰氯、酸酐在有機合成中常用為酰基化劑(ii)離去基團的離去能力（與消除步驟步驟有關）共軛較弱（負電荷在電負性大的原子上）共軛較強（羰基性質減弱）共軛效應的影響：L誘導效應（-I）P-π共軛效應（+C）L-的穩定性反應活性Cl

最大最小最大最大-OCOR大小大大-OR中中中中-NH2

小大小小

的反應活性與L基團的性質有關。（L對反應性能的影響如下表）

小結：酰基上的親核取代相對反應活性。當+C＞-I時，酰基碳親核反應活性將降低；當+C＜-I時，反應活性將增大。飽和碳上的親核取代；羧酸衍生物酰基碳上的親核取代---(比飽和碳上的親核取代容易)；醛酮羰基碳總是發生加成而不發生親核取代。親核取代機理練習題11、試寫出下列反應的主要產物：(5)(R)－2－溴丙酸+(S)－2－丁醇→→(6)1.

羧酸衍生物的水解反應

酸催化水解反應歷程：

堿催化水解反應歷程：

P332

P332酰氯的水解易反應（可直接與水反應）酸酐的水解較易反應，H＋

或OH－催化更快。酯的水解需H＋或OH－催化，當OH－用量大于化學計量時，反應完全。酰胺的水解H+orOH－的用量須大于化學計量，要加熱。酰氯的醇解反應優點：反應完全，產率好。（堿吸收）合成上用于制備酯酯酯酰氯2.

羧酸衍生物的醇解反應酸酐的醇解反應合成上用于制備酯酯羧酸優點：反應溫和，產率好酯的醇解反應（酯交換反應）

反應可逆需H＋或R”Oˉ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)酯交換反應，在工業生產上常有應用。

P338

P320對苯二甲酸乙二醇酯對苯二甲酸乙二醇酯

縮聚→→得聚酯纖維“滌綸”.酰胺的醇解反應反應相對不易進行（離去能力:）合成上意義不大（合成酯類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應酯的胺(氨)解酰胺的胺解條件：無水、過量胺胺的交換，合成上意義不大總結：羧酸衍生物的相互轉換（制備方法）羧酸衍生物的親核取代練習題NC(CH2)3CN機理：反應能否控制在中間產物——酮？酰氯、酸酐、酯酮叔醇取代4.

羧酸衍生物與RMgX的反應利用酰鹵的活潑性進行選擇性反應制備酮羰基的活性（親電性）：實驗方法：將R’MgX

滴加到RCOCl

中,

RCOCl

始終保持過量。始終過量比較酰氯與格氏試劑的反應酯與格氏試劑的反應快步驟慢步驟可保留快步驟慢步驟立即反應羧酸衍生物與金屬有機試劑的反應練習題NaOH+I2

LiAlH4還原反應能否控制在這一步？酰氯，酸酐，酯胺伯醇酰胺注意：酰胺的還原有特殊性：取代5.

羧酸衍生物的還原反應

P339P334，337羧酸衍生物的催化氫化還原（兩個典型的例子）羅森門德還原法(Rosenmund

還原)(i)

酰氯選擇性還原至醛(ii)

酯還原至醇（工業化）使Pd催化劑活性減弱（催化劑中毒）酯的金屬鈉還原Bouveault－Blanc還原acyloin

縮合（酮醇縮合）伯醇a-羥基酮注意：溶劑的變化可保留雙鍵（2）乙烯酮——是簡單的不飽和酮

工業上制乙烯酮——乙酸或丙酮熱解：作乙酰化劑。可看成乙酸分子內脫水而得的酸酐。與含活潑氫的化合物反應——引入一個乙酰基：乙烯酮是有劇毒的氣體，極易聚合成二聚體：6.

乙烯酮可看成乙酸分子內脫水而得的酸酐。7.

酰胺氮原子上的反應---酰胺的酸堿性①酰胺的酸堿性氫原子受兩個酰基的影響，易以質子的形式被堿奪去，酸性比酰胺強，形成的鹽較穩定。酰胺CH3CNH2OHClCH3CONH2HClHgOCH3CONH)2Hg(+

H2O亞酰胺ORCORHCN具弱堿性具弱酸性鄰苯二甲酰亞胺可用于制備純伯胺——Gabriel伯胺合成伯胺鄰苯二甲酰亞胺--酰亞胺呈弱酸性Linked—p320Gabriel伯胺合成②酰胺脫水----合成腈最常用的