第9章 羧酸及其衍生物1

第9章羧酸及其衍生物

羧酸(carboxylicacid)是分子中含有羧基(carboxyl)并且具有酸性的一類有機化合物。結構通式：1.羧酸的結構

1.1特點：羧羥基氧原子上的p電子對與羧羰基的π鍵形成p-π共軛體系。

9.1羧酸

1.2

羧基中p-π共軛形成后的特性：（1）鍵長平均化。（2）羰基性質(zhì)不典型，不利于羰基的親核加成反應。（3）氧氫鍵極性增強，表現(xiàn)出明顯的酸性。2.羧酸的分類

根據(jù)分子中羧基相連的烴基種類不同

脂肪酸

脂環(huán)酸

芳香酸

按照烴基飽和程度不同

飽和酸

不飽和酸

依據(jù)羧酸分子中羧基數(shù)目不同

一元酸二元酸多元酸3.羧酸的命名

(1)俗名：根據(jù)來源命名。C17H35COOH

硬脂酸CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH

油酸(2)系統(tǒng)命名

以羧酸為母體，從羧基端開始編號，編號用阿拉伯數(shù)字或用希臘字母,規(guī)則類似于醛。

CH3CH=CHCOOH

2-丁烯酸

4-羥基-2-已烯酸HOOCCH2CH=CHCH2COOH3-己烯二酸

含脂環(huán)和芳環(huán)的羧酸命名時，以脂環(huán)和芳環(huán)做取代基，脂肪酸做母體。

2-萘乙酸

3-環(huán)已基丁酸

4.羧酸的化學性質(zhì)

O-H鍵的酸性羥基被取代的反應脫羧反應α-H的取代反應4.1羧酸的酸性與成鹽

羧酸在水溶液中離解出質(zhì)子而呈酸性，可與堿作用生成鹽。

飽和一元羧酸的酸性比無機強酸的酸性弱，但比碳酸和苯酚的酸性強。無機強酸一元羧酸碳酸苯酚pKa1～33.5～56.3810酸性：RCOOH>H2CO3>ArOH羧酸的酸性與成鹽用途分離鑒別羧酸與酚增加藥物的水溶性，提高藥效。影響脂肪酸酸性因素電子效應埸效應空間位阻

電子效應：凡是能使羧基電子云密度降低的基團，羧基氧氫鍵的極性增加，酸性增大。反之，亦然。當A為吸電子基團酸性增強

當D為推電子基團酸性減弱

下面的酸性強弱的排列次序：HCOOH>ArCOOH>C2H5COOH>C3H7COOHCH2FCOOH>CH2ClCOOH>CH2BrCOOHCH3CH2C(Cl)HCOOH>CH3C(Cl)HCH2COOH>ClCH2CH2CH2COOH二元羧酸的酸性與二個羧基的相對距離有關：草酸>丙二酸>丁二酸

4.2羧酸衍生物的生成

羧基上的羥基被其他原子或基團取代后產(chǎn)生的化合物，稱羧酸衍生物。1.酰鹵的生成

羧酸與PX3、PX5（X＝Cl、Br）、SOCl2反應生成酰鹵。例如：氯化亞砜鹵代劑的選擇理由：副產(chǎn)物SO2和HCl是氣體易于揮發(fā)，而過量的低沸點SOCl2可通過蒸餾除去，所得的酰鹵較純。最常用的鹵代劑制備分子量小的酰鹵制備分子量大的酰鹵三鹵化磷作鹵代劑理由：反應中生成的酰鹵沸點低可隨時蒸出。五鹵化磷作鹵代劑理由：分子量大的酰鹵沸點高，反應后容易把三鹵氧磷蒸餾出來。2、形成酸酐的反應羧酸在脫水劑作用下或加熱，羧基間失水生成酸酐。常用脫水劑為五氧化二磷、乙酰氯、乙酸酐。

混合酸酐可用酰鹵和無水羧酸鹽共熱的方法制備。

可以制備混酐或制取單酐。

3、酯化反應

羧酸與醇生成酯的反應稱為酯化反應（esterification

）。

反應特點：反應速度慢,常需加入催化劑：

H2SO4、磷酸和苯磺酸。反應機理為：伯醇或仲醇與羧酸進行酯化時，羧基提供羥基，醇提供氫：

酸催化的酯化反應機理如下：

叔醇與羧酸酯化時，則羧基提供氫，醇提供羥基：

酸催化反應的反應機理如下：

醇：CH3OH>10>20>30酸：HCOOH>CH3COOH>RCH2COOH>R2CHCOOH>R3CCOOH影響酯化反應速度的因素酸或醇的烴基體積小、數(shù)目少，速度快原因是反應中間體是正四面體結構，空間位阻越大的，反應速度越慢。4、酰胺的生成

羧酸與氨或胺反應生成羧酸的銨鹽。然后將銨鹽加熱失水而得酰胺。

酰胺類化合物含有酰胺鍵：

4.3脫羧反應

羧酸分子脫去羧基放出二氧化碳的反應稱為脫羧反應（decarboxylation

）。脂肪羧酸的鈉鹽及芳香酸的鈉鹽與堿石灰（NaOH+CaO）共熱脫羧。

硝基、鹵素、氰基、羰基和羧基與羧酸的α-碳相連易脫羧。

芳香羧酸較脂肪羧酸容易脫羧。原因是苯基是一個吸電子基團有利于碳碳鍵斷裂脫羧。

4.4羧酸還原反應

氫化鋁鋰（LiAlH4）把羧基中的羰基還原成伯醇。氫化鋁鋰是一種選擇性還原劑，對雙鍵、叁鍵不產(chǎn)生影響。

4.5脂肪酸α-H的鹵代反應

羧酸的α-H鹵代反應需在少量紅磷催化下才能順利進行，并且α-H的鹵代可分步取代。。通過α-鹵代酸可合成α-羥基酸、α-氨基酸、丙烯酸等多種α-取代酸4.6二元羧酸受熱時的特殊反應

不同的二元羧酸受熱可發(fā)生脫水或脫羧反應，得到不同的產(chǎn)物。1、2~3個碳的二元酸受熱時，脫羧生成少一個碳的羧酸。

2、4~5個碳的二元酸受熱時，分子內(nèi)脫水生成穩(wěn)定的五元環(huán)或六元環(huán)的環(huán)酐

3、6~7個碳的二元酸受熱時，分子內(nèi)脫羧又脫水，生成少一個碳的環(huán)酮。

4、含7個碳原子以上的直鏈二元羧酸，受熱發(fā)生分子間脫水反應，生成鏈狀高分子聚酸酐。

9.2羧酸衍生物

羧酸分子中羧基上的羥基被其它原子或基團取代后生成的化合物，稱羧酸衍生物（derivativesofcarboxylicacid）。p-π共軛體系酰鹵中的C-Cl鍵易斷裂，化學性質(zhì)活潑。酰胺中C-N鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，化學性質(zhì)較穩(wěn)定。酸酐和酯的化學活潑性介于酰氯和酰胺之間。1、羧酸衍生物的結構2.羧酸衍生物的命名2.1酰基的命名?；拿菍⑾鄳人岬摹八帷弊指臑椤磅；奔纯伞?/p>

乙酸乙?；┧岜；郊姿岜郊柞；交撬岜交酋；?.2酰鹵的命名酰鹵稱“某酰鹵”

乙酰氯苯甲酰溴丙烯酰氯2.3酸酐命名

單酐：相同的羧酸所生成的混酐：不同的羧酸所生成的酸酐命名單酐：羧酸名稱+酐混酐：簡單羧酸名稱+復雜羧酸名稱+酐乙酸酐乙丙酐丁二酸酐鄰苯二甲酸酐2.4酯的命名

羧酸名稱+醇名稱+酯，通常醇字省略

甲酸乙酯乙酸苯酯苯甲酸甲酯

多元醇的酯稱為“某醇某酸酯”。二元羧酸與一元醇可形成酸性酯和中性酯。

乙二醇二乙酸酯

乙二酸氫乙酯乙二酸二乙酯（酸性酯）（中性酯）γ-戊內(nèi)酯

2.5酰胺的命名

氮原子與?；苯舆B接而成的化合物稱為酰胺

乙酰胺二乙酰胺三乙酰胺（伯酰胺）（仲酰胺）（叔酰胺）

酰胺稱“某酰胺”。當酰胺氮上有取代基時，用N表示取代基連在氮原子上。

苯甲酰胺乙酰苯胺N，N-二甲基甲酰胺

N-甲基-N-乙基苯甲酰胺δ-戊內(nèi)酰胺

二元羧酸的二個?；cNH基或取代的NH基相連接的環(huán)狀化合物叫做酰亞胺，命名時稱為“某酰亞胺”。

鄰苯二甲酰亞胺丁二酰亞胺3、羧酸衍生物的化學性質(zhì)

羧酸衍生物分子中的羰基容易與親核試劑（水、醇、氨）發(fā)生水解、醇解和氨解反應.

這些反應都是親核取代反應，由于酰基所連的離去基團不同，因此反應活性各有差異。3.1水解(hydrolysis)

酰鹵、酸酐、酯和酰胺均能水解生成相應的羧酸。

水解反應的活性次序是：酰鹵>酸酐>酯>酰胺酯堿性水解產(chǎn)物可與堿作用生成羧酸鈉鹽而使水解完全。酯的堿性水解反應也稱為皂化反應(saponification)。3.2醇解(alcoholysis)

酰鹵、酸酐、酯、酰胺和醇反應生成相應的酯。

用途：用于制備不能直接由酯化反應合成的酯。例如：

酯的醇解生成了新酯和新醇，故此反應又稱酯交換反應。在有機合成中，常用低級醇的酯通過酯交換反應來制備高級醇的酯。3.3氨解(aminolysis)

酰鹵、酸酐、酯和酰胺與氨（或胺）作用，生成酰胺。一般酰氨的氨解（胺解）比較困難。胺反應物的堿性應比離去氨基的堿性強，并需胺過量。有機分子中引入?；姆磻址Q為?；磻?acylation)或酰基轉移反應。

能提供?；幕衔锓Q為?；瘎?acidylatingagent)。

酰鹵和酸酐是常用的?；瘎?。酰化在藥物合成中的應用增加藥物的脂溶性，以改善體內(nèi)吸收，延長療效

藥物的羥基或氨基被?；蟛灰状x失活，藥物的穩(wěn)定增加，作用時間延長

引入酰基后可降低藥物的毒性，減少藥物的副作用

3.4羧酸衍生物親核取代反應機理

加成—消去機理完成取代反應的，反應分二步進行。

羧酸衍生物親核試劑四面體中間體加成：羰基正電性較強，且形成的四面體中間體的空間位阻小，則有利于親核加成反應；加成—消去反應歷程，加成和消去這兩步對反應速度的影響。

消去：離去基團的堿性越小，基團越易離去，則有利于消去的進行。離去基團的堿性由強至弱的次序是：NH2->RO->RCOO->Cl-，離去能力是Cl->RCOO->RO->NH2-。羧酸衍生物發(fā)生親核取代反應的活性次序是：酰鹵>酸酐>酯>酰胺。

3.5Claisen酯縮合反應

含有α-H的酯在醇鈉的作用下可與另一分子酯失去一分子醇，生成β-酮酸酯的反應，稱為Claisen酯縮合反應。例如：

反應的機理：

交叉Claisen酯縮合反應。含α-H的酯與無α-H且羰基比較活潑的酯（甲酸酯、草酸酯、碳酸酯、苯甲酸酯）進行的酯縮合反應稱之。3.6羧酸衍生物的還原反應

羧酸衍生物被還原成伯醇或酰胺——用氫化鋁鋰化學還原劑還原。碳碳雙鍵可不受影響。酰鹵還原成醛——用降低了活性的鈀催化劑（Pd/BaSO4）。醛的制備方法之一。酯還原成伯醇——用鈉/醇還原劑，碳碳雙鍵或叁鍵不受影響，可用此法制備伯醇。酯還原成醇——用銅鉻氧化物（CuO.CuCrO4）作催化劑加氫，雙鍵可同時被還原，但苯不受影響，這個反應大量應用于催化氫解植物油和脂肪以制取長鏈脂肪醇。酰胺的特性1、酸堿性酰胺是中性化合物。原因：p-π共軛體系使氮原子上的電子云密度下降，接受質(zhì)子的能力減弱，堿性減弱，因此僅是在強酸強堿條件下顯示出弱堿弱酸性。酰亞胺具有酸性。原因：氮原子連接兩個?；?，氮上電子云密度極大降低，使N-H鍵極性加大，而呈現(xiàn)明顯的酸性。酰亞胺能與氫氧化鈉（氫氧化鉀）水溶液生成鹽。

pKa=9.6

pKa=7.4

2、與亞硝酸反應具有氨基的化合物都可與亞硝酸反應，氨基被羥基取代，并放出氮氣。3、Hofmann降解反應氮上未取代的酰胺在堿性溶液中與鹵素作用，失去羰基而生成少一個碳原子的伯胺反應稱Hofmann降解反應。

Hofmann降解反應常用來制備伯胺，此法產(chǎn)率高，所得產(chǎn)品也較純。

碳酸衍生物

碳酸可看成是羥基甲酸，與羧酸相似，碳酸可形成酰鹵、酯和酰胺等碳酸衍生物。1、碳酰氯

碳酰氯俗稱光氣，目前工業(yè)上是由一氧化碳和氯氣通過活性碳制備。光氣是有毒，能引起窒息，使用時應注意安全。光氣具有酰氯的典型化學性質(zhì)，容易發(fā)生水解解、醇解和氨解。2、碳酰胺碳酰胺又稱尿素(urea