羧酸及其衍生物

第十章羧酸及其衍生物10.1羧酸10.1.1羧酸的構(gòu)造、分類(lèi)和命名一、羧酸的構(gòu)造羧酸中的羧基-COOH，C以sp2雜化，形成三個(gè)σ鍵，p軌道形成C=Oπ鍵，-OH氧上的孤電子對(duì)與C=O形成p-π共軛。X-衍射證明：甲酸分子的兩個(gè)碳氧鍵不同。但當(dāng)氫解離后，兩個(gè)碳氧建長(zhǎng)相等，沒(méi)有單、雙鍵區(qū)別。124.1OOHC0.123nm-H+0.127nm0.136nmHC0.127nm0111OHO-OOHCHCOOHp-π共軛體系〔3π4〕二、分類(lèi)羧酸的通式為：RCOOH，根據(jù)R的構(gòu)造，羧酸分為：脂肪酸〔飽和、不飽和〕和芬芳酸。根據(jù)羧基的數(shù)目，羧酸分為一元酸、二元酸和多元酸。三、羧酸的命名1、俗名〔習(xí)慣名稱(chēng)〕羧酸寬泛存在于自然界，因此，一些從天然產(chǎn)物中獲得的羧酸，常根據(jù)根源命名。如：一元、二元羧酸HCOOHCH3COOHCH3CH2COOHCH3CH2CH2COOHCH3(CH2)16COOHHOOCCOOHHOOCCH2COOHHOOC(CH2)2COOH(Z)-HOOCCH=CHCOOH(E)-HOOCCH=CHCOOH2、普通命名法

系統(tǒng)命名俗名甲酸蟻酸乙酸醋酸丙酸初油酸丁酸酪酸十八酸硬脂酸乙二酸草酸丙二酸縮蘋(píng)果酸丁二酸琥珀酸順丁烯二酸馬來(lái)酸反丁烯二酸富馬酸合用于簡(jiǎn)單的羧酸：選含羧基的最長(zhǎng)碳鏈為主鏈，取代基地點(diǎn)從-COOH的鄰碳開(kāi)始，用希臘字母表示：αβγδεω。如：CH3CH2CHCH2COOHHOCHCHCHCHCOOHPhCHCHCOOH222CH3Cl普通命名：β-甲基戊酸(β-甲基纈草酸)δ-羥基-β-氯戊酸β-苯丙酸系統(tǒng)命名：3-甲基戊酸5-羥基-3-氯戊酸苯丙酸3、系統(tǒng)命名法選含羧基的最長(zhǎng)碳鏈為主鏈，取代基地點(diǎn)從

-COOH

開(kāi)始編號(hào)，再加上取代基的名稱(chēng)。芬芳酸以苯甲酸為母體命名。如：COOHCOOHCHCHCOOHBrCHCH=CCHCHCOOH22COOHCH3環(huán)己烷甲酸環(huán)己基丙酸鄰苯二甲酸4-甲基-6-溴-4-己烯酸?；呼人岱肿又腥サ趑然系腛H所余下的局部稱(chēng)為?；H3CO-乙?；琍hCO-苯甲?；?；RCOO-稱(chēng)酰氧基；-COOH，羧基；-COO-稱(chēng)羧基負(fù)離子。10.1.2飽和一元羧酸的物理性質(zhì)與光譜特點(diǎn)一、物理性質(zhì)狀態(tài)：初級(jí)脂肪酸：液體，溶于水，擁有刺激氣味。中級(jí)脂肪酸：液體，局部溶于水，擁有難聞氣味。高級(jí)脂肪酸：臘狀固體，不溶于水，無(wú)味。芬芳酸：結(jié)晶固體，微溶于水。所有的二元酸都是結(jié)晶固體。沸點(diǎn)：高于烷烴、鹵代烴，甚至醇。如乙醇〔沸點(diǎn)78.3℃〕與甲酸〔100℃〕構(gòu)造：電子衍射證明：初級(jí)羧酸常以二聚體形式存在，甚至在蒸氣中。0.1630.104OHOHCCHOHO0.267nm如甲酸的二聚體，其氫鍵鍵能約為30kJ/mol，而乙醇的氫鍵鍵能為25kJ/mol。測(cè)定的甲酸的二聚體的離解能為59kJ/mol。因此，能夠說(shuō)，一些羧酸分子是由兩個(gè)氫鍵聯(lián)合而成，因此沸點(diǎn)很高。熔點(diǎn)：與烷烴的變化規(guī)律相同，隨分子量的增大呈鋸齒狀上漲，含偶數(shù)碳的羧酸的熔點(diǎn)高于周邊奇數(shù)碳原子羧酸的熔點(diǎn)?！矊?duì)稱(chēng)性高〕晶體構(gòu)造：碳鏈按鋸齒狀排列，兩分子羧基以氫鍵締合，締合的雙分子有規(guī)律地層層排列，烴基層間分子間力微弱，相互間可滑動(dòng)。因此，高級(jí)脂肪酸擁有潤(rùn)滑性。二、光譜性質(zhì)：IR:υC=O單體二締合體RCOOH1770~1750cm-1~1710cm-12-1-1ArCOOH1700-1690cm-υO(shè)-H~3550cm-13000~2500cm-寬散峰υC-O~1250cm-1NMR：-CHCOOHδH:10~12ppmδH:2~2.6ppm如：苯甲酸：IR：2500~3000，~1670，~1430，920〔OH彎曲振動(dòng)〕，~1300〔C-O〕10.1.3羧酸的化學(xué)性質(zhì)羧酸中，由于羧基氧與羰基氧發(fā)生共軛，增加了羧基負(fù)離子的穩(wěn)定性，羧基中的氫能夠解離為氫離子，而顯示酸性。其各自的共振式為：OO-OO-CCCCOH+-OOHO羧基負(fù)離子擁有兩個(gè)完全相等的共振式，負(fù)電荷散布于兩個(gè)氧及一個(gè)碳上，因此，其雜化體更穩(wěn)定，能量降低的較多。一、羧基中氫原子的反應(yīng)1、羧酸的酸性羧酸的重要性質(zhì)之一是酸性，在水中可離解出質(zhì)子H+，可使石蕊試紙變紅。羧酸的酸性強(qiáng)度用酸離解常數(shù)Ka或pKa來(lái)表示，大部分的羧酸為弱酸，其酸性比碳酸和苯酚強(qiáng)，比一般無(wú)機(jī)酸弱。羧酸的pKa值一般在3.5~5。羧基上連有的基團(tuán)不同，酸性也不同。因羧酸的酸性，與堿水溶液反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)轸人猁}，用無(wú)機(jī)酸酸化，又轉(zhuǎn)變?yōu)樵瓉?lái)的羧酸。故羧酸能分解碳酸鹽和碳酸氫鹽放出CO2，此性質(zhì)可用于醇、酚、酸的鑒識(shí)和分離，不溶于水的羧酸既溶于NaOH也溶于NaHCO3，不溶于水的酚能溶于3NaOH不溶于NaHCO，不溶于水的醇既不溶于NaOH也溶于NaHCO3。RCOOH+NaHCO3→RCOONa+CO2↑+H2OArONa+++NaHCO22利用羧酸被堿中和的特性，可用標(biāo)準(zhǔn)堿溶液滴定一定重量的羧酸樣品，即可求得羧酸的中和當(dāng)量：中和當(dāng)量=W羧酸×1000/NNaOHVNaOH=MW羧酸/-COOH數(shù)目羧酸分子量=中和當(dāng)量×-COOH數(shù)目。常以此法推斷羧酸構(gòu)造。2、取代基對(duì)羧酸酸性的影響〔1〕、誘導(dǎo)效應(yīng)的影響：如：CHCOOHCCH2COOHClCHCOOHCl3CCOOH32pKa4.762.861.260.64CHCHCHCOOHClCH2CHCHCOOHCHCHClCHCOOH3222232CH3CH2CHClCOOHpKa4.824.704.412.82HCOOHC6H5-COOHCH3COOHpKa3.374.204.73因此，吸電子基使羧酸負(fù)離子的負(fù)電荷更為分別而穩(wěn)定，氫離子容易解離，酸性增強(qiáng)。比較各類(lèi)取代乙酸的酸性，可得出各基團(tuán)的誘導(dǎo)效應(yīng)次序?yàn)椋何娮有?yīng)：

NO2>CN>F>Cl>Br>I>CC>OCH3>OH>C6H5>C=C>H給電子效應(yīng)：(CH3)3C>(CH3)2CH>CH3CH2>CH3>Ph>H2〕、共軛效應(yīng)的影響共軛效應(yīng)有給電子共軛和吸電子共軛兩種，凡是能降低共軛體系電子云密度的基團(tuán)，那么擁有吸電子共軛；凡是能增高共軛體系的電子云密度，那么這些基團(tuán)擁有給電子的共軛效應(yīng)。如：比較各樣取代苯甲酸的酸性：HCH3FClBrIOHOCH3NO2鄰4.203.913.272.922.852.862.984.092.21間4.204.273.863.833.813.854.084.093.49對(duì)4.204.384.143.973.974.024.574.473.42取代基擁有吸電子共軛效應(yīng)時(shí)，酸性強(qiáng)弱次序?yàn)椋亨彛緦?duì)＞間取代基擁有給電子共軛效應(yīng)時(shí)，酸性強(qiáng)弱次序?yàn)椋亨彛鹃g＞對(duì)因?yàn)椋亨徫弧舱T導(dǎo)、共軛、場(chǎng)、氫鍵效應(yīng)、空間效應(yīng)均要考慮。〕對(duì)位〔誘導(dǎo)很小、共軛為主?！抽g位〔誘導(dǎo)為主、共軛很小?！辰Y(jié)果發(fā)現(xiàn)：鄰位取代基，不論是給電子仍是吸電子基團(tuán)，其酸性均比間位和對(duì)位強(qiáng)。這種影響稱(chēng)為鄰位效應(yīng)。〔鄰位可經(jīng)過(guò)形成氫鍵增加酸性，如鄰羥基苯甲酸〕OOHHOOHHO

COOHCOOHOH4.57OHpKa2.984.08誘導(dǎo)吸電子作用大、誘導(dǎo)吸電子作用中、誘導(dǎo)吸電子作用小、共軛給電子作用大。共軛給電子作用小。共軛給電子作用大、氫鍵效應(yīng)吸電子作用大〔3〕、場(chǎng)效應(yīng)的影響誘導(dǎo)效應(yīng)經(jīng)過(guò)空間的靜電作用稱(chēng)為場(chǎng)效應(yīng)。如丙二酸的羧基負(fù)離子對(duì)另一羧基既有誘導(dǎo)效應(yīng)，又有場(chǎng)效應(yīng)。兩者共同作用的結(jié)果，均使質(zhì)子不易離去，酸性減弱。HOOCCOOCH2場(chǎng)效應(yīng)與距離的平方成反比，距離越遠(yuǎn)，作用越小。往常比較難以區(qū)別誘導(dǎo)效應(yīng)和場(chǎng)效應(yīng)，有時(shí)兩者作用相反。如：鄰氯苯丙炔酸，誘導(dǎo)效應(yīng)使酸性增強(qiáng)，場(chǎng)效應(yīng)使酸性減弱。-IGCOOHpKa=6.04CCCOOHG=HClG=ClpKa=6.25二、羧基上的羥基〔OH〕的取代反應(yīng)羧酸中的羰基由于與羥基氧上的孤電子對(duì)共軛，降低了羰基碳的親電能力，一些很容易與醛酮反應(yīng)的親核試劑，卻不易與羧酸反應(yīng)，但羧酸在酸、堿催化下，可發(fā)生親核取代反應(yīng)，羧基上的羥基被一些原子或基團(tuán)所取代，生成羧酸衍生物——酯、酰鹵、酸酐和酰胺。OOOOORCOR'RCNH2RCXRCOCR'酯酰胺酰鹵酸酐羧酸分子中消去OH基后的剩下的局部〔O〕稱(chēng)為酰基。1、酯化：RC羧酸與醇在酸催化下直接作用成酯：H+RCOOH+R'OHRCOOR'+H2O〔1〕酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，Kc≈4，一般只有2/3的轉(zhuǎn)變率。提高酯化率的方法：a增加反應(yīng)物的濃度〔一般是加過(guò)度的醇〕移走低沸點(diǎn)的酯或水〔2〕酯化反應(yīng)的活性序次：酸相同時(shí)CH3OH>RCH2OH>R2CHOH>R3COH醇相同時(shí)HCOOH>CH3COOH>RCH2COOH>R2CHCOOH>R3CCOOH酯化反應(yīng)可發(fā)生兩種斷鍵方式：羧酸酰氧鍵斷裂或醇的烷氧基斷裂，實(shí)考證明：大部分情況下，反應(yīng)發(fā)生羧酸的酰氧鍵斷裂：3〕成酯方式OORCOH+HOR'H+H2OⅠRCOR'酰氧斷裂OORCOH+HOR'H+H2ORCOR'Ⅱ烷氧斷裂O+1818同位素實(shí)驗(yàn)：RCOOHR'OHRCOR'CH3CH3+HOCH*(CH)CHCHCOOCH*(CH)CH光活性實(shí)驗(yàn)：3光活性保留根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，證明酯化是羧酸提供-OH。反應(yīng)經(jīng)過(guò)四面體中間物的過(guò)程。反應(yīng)機(jī)理：*1加成--除去體制OH++OHOHCH3C-OHHOC2H5CH3-C-OHCH3C-OHOHHOCH5+2++-H+OCH-C-OH2OH3CH3C-OC2H5CH3C-OC2H5OC2H5H++OHOH+OHR'OHRRCOOHRCOHRCOHCOH2OR'-HOOH-H++2RC+OR'RCOOR'羧酸與一級(jí)、二級(jí)醇的酯化按加成--除去機(jī)理進(jìn)行；且反應(yīng)速率為：CH3OH>RCH2OH>R2CHOHHCOOH>CH3COOH>RCH2COOH>R2CHCOOH>R3CCOOH羧酸與三級(jí)醇酯化時(shí)，醇發(fā)生烷氧鍵斷裂：——*2碳正離子體制H++RCOOHO-H+R'3COHR'3CRC+RCOOCR'3slowOCR'3quickH①3oROH按此反應(yīng)體制進(jìn)行酯化。②由于R3C+易與堿性較強(qiáng)的水聯(lián)合，不易與羧酸聯(lián)合，故逆向反應(yīng)比正向反應(yīng)易進(jìn)行。所以3oROH的酯化反應(yīng)產(chǎn)率很低。該反應(yīng)體制也從同位素方法中獲得了證明。OO18CH3C-O18H+(CH3)3COHCH3C-OC(CH3)3+H2O少數(shù)空間位阻很大的酯很難發(fā)生酯化，如2，4，6-三甲基苯甲酸的酯化，先將其溶于100%H2SO4，形成?；x子C+=O，然后倒入醇中那么得酯：——*3?；x子體制C+=OO+COOHCO2NNO2COOCH3O2NNO2H2SO4O2NNO2CH3OHO2NNO2NO2NO2NO2NO2酯也可溶于濃硫酸，然后倒入大量冰水中，獲得產(chǎn)率很高的酸。2、酰鹵的生成羧酸與PX3、PX5、SOCl2作用那么生成酰鹵。三種方法中，方法3的產(chǎn)物純、易分離，因而產(chǎn)率高。是一種合成酰鹵的好方法。比如m-NO264COOH+SOCl22642+HClCHm-NOCHCOCl+SO90%CHCOOH+SOCl2CHCOCl+SO+HCl332100%PX制低沸點(diǎn)酰氯，PX制高沸點(diǎn)酰氯。3、酸酐的生成35酸酐在脫水劑作用下加熱，脫水生成酸酐。RCO+RCOOO+H2OOHRCOCROH2COOH+(CH3CO)2O(CO)2O+CH3COOH乙酐〔脫水劑〕因乙酐能較快速的與水反應(yīng)，且價(jià)錢(qián)低價(jià)，生成的乙酸有易除掉，因此，常用乙酐作為制備酸酐的脫水劑。1,4和1,5二元酸不需要任何脫水劑，加熱就能脫手生成環(huán)狀〔五元或六元〕酸酐。比如：OOCOH150℃C+H2OCOHOCOO順丁烯二酸酐95%OCOOH230℃C+H2OOCOOHCO~100%鄰苯二甲酸酐CH2COOH300℃CH2COH2CO+H2OH2CCH2COOHCH2CO戊二酸酐4．酰胺的生成在羧酸中通入氨氣或參加碳酸銨，可獲得羧酸銨鹽，銨鹽熱解失水而生成酰胺。CH3COOH+NH3CH3COONH4CH3CONH2+H2O0CCH3COOH+NH3CH3COONH4CH3CONH2+H2OP2O5CH3CN+H2O反應(yīng)是可逆的，加熱、脫水有利于正反應(yīng)，為了使正反應(yīng)順利進(jìn)行，常采用苯、甲苯帶水的方式除掉反應(yīng)體系中產(chǎn)生的水。應(yīng)用實(shí)例：尼龍－66的合成1700COOC(CH2)4CNH(CH2)6NH+nHOnHO2C(CH2)4COOH+nH2N(CH2)6NH21MPan2180~1900C++HNPhH2OPhCOOH2PhCOCHPh84%三、脫羧反應(yīng)羧酸失去羧基的反應(yīng)稱(chēng)為脫羧。羧酸在適合條件下，一般都能發(fā)生脫羧反應(yīng)。1、特殊條件下的脫羧反應(yīng)高濃度的羧酸鹽在中性或弱酸性溶液中進(jìn)行電解，發(fā)生脫羧——Kolbe反應(yīng)。electrolysis+H2ORR+2CO+2KOH+HRCOOK22陽(yáng)極陰極在弱堿性溶液中，電流密度較低時(shí)，容易獲得醇——制備醇。反應(yīng)經(jīng)過(guò)游離基歷程進(jìn)行。反應(yīng)中應(yīng)用的羧酸最好是C10以下。洪塞迪克爾〔Hunsdiecker〕反應(yīng)，羧酸的銀鹽脫羧生成鹵代烷的反應(yīng)——羧酸銀鹽在無(wú)水惰性溶劑中在溴或氯存在下回流，失去CO2形成比羧酸小一個(gè)碳原子的溴代烷。該反應(yīng)寬泛應(yīng)用于制備脂肪族鹵代烷，尤其從天然含偶數(shù)碳的羧酸制備含奇數(shù)碳的長(zhǎng)鏈鹵代烴。產(chǎn)率以伯〉仲〉叔，鹵素以Br2最好。Br2--COBrRCOOAgRCOOBrBrRCOO2RCCl4RBrCH2COOAgBr2CH2BrCCl4CCl494%RCOOAg+Br2R-Br+CO2+AgBrCCl4CH3CH2CH3-Br+CO2+AgBrCH3CH2CH2COOAg+Br2由于無(wú)水銀鹽制備麻煩，因此有很多改進(jìn)法——克利斯脫〔CristolST〕改進(jìn)法——直接用羧酸與紅色氧化汞、溴在四氯化碳中反應(yīng)：n-++CCl4n-C17H35Br+++H2OCO2HgO93%2、往常的脫羧反應(yīng)一般的脫羧反應(yīng)在以下的條件下進(jìn)行的：〔1〕加熱，〔2〕堿性條件，3〕加熱和堿性條件共存大部分羧酸或其鹽能夠加熱脫羧。如甲烷的制備——無(wú)水醋酸鈉和堿石灰混淆后強(qiáng)熱生成甲烷，是實(shí)驗(yàn)室制取甲烷的方法。CH3COONa+NaOH(CaO)熱熔CH4+NaCO399%其他直鏈羧酸鹽與堿石灰熱熔的產(chǎn)物復(fù)雜，無(wú)制備意義。CH3CH2COONa+NaOH(CaO)熱熔CH3CH2CH3+CH4+烯及混淆物17%20%α-碳上連有吸電子基團(tuán)——硝基、腈基、鹵素、羰基等的羧酸鹽容易發(fā)生脫羧；β-羰基酸也很容易發(fā)生脫羧。比如：CCl3COOHCHCl3+CO2OOCH3CCH2COOHCH3CCH3+CO2COOH+CO2OO脫羧機(jī)理：〔1〕環(huán)狀過(guò)渡態(tài)機(jī)理OOH2RCORCH2ORCCH2COHCCOO-COCRCCH32OHH當(dāng)α-碳與不飽和鍵相連時(shí)，一般都經(jīng)過(guò)環(huán)狀過(guò)渡態(tài)機(jī)理失羧。比如：OCl3CCOOH-H+Cl3C-+CO2Cl3C-C-O-H+〔2〕羧酸負(fù)離子機(jī)理Cl3CH酸性很強(qiáng)的酸易經(jīng)過(guò)負(fù)離子機(jī)理脫羧。芬芳羧酸比脂肪酸容易脫羧。尤其是芳環(huán)的鄰對(duì)位上連有吸電子基的芬芳酸。COOHH2OO2NNO2ONNO22NO2NO2芬芳羧酸的芳環(huán)上在鄰對(duì)位有給電子基時(shí)，在強(qiáng)酸作用下也能脫羧，如：COOHH++CO2OHOH四、羧酸α-H的反應(yīng)羧酸α-H擁有一定活性，但比醛酮弱〔原因？〕。可在少量紅磷、硫等催化劑存在下被溴或氯取代或在PCl3、PBr3等催化劑作用下，α-H可逐步被鹵素取代生成一元或多元取代羧酸——HellC-VolhardJ-ZelinskiN反應(yīng)：Cl2CH2ClCOOHCl2Cl2CCl3COOHCH3COOHI2CHCl2COOHI2I2控制條件，反應(yīng)可停留在一取代階段。比如：CH3CH2CH2CH2COOH+Br2PBr2CH3CH2CH2CHCOOH+HBr70℃Br*反應(yīng)機(jī)理：80%OH+BrOBrPBr3H+Br2BrOH-H+RCH2COOHRCHCOOHRCHCOBrRCH=CBrRCHCBrRCHCBrRCHCOOH-Br-2催化劑的作用是將羧酸轉(zhuǎn)變?yōu)轷｛u，酰鹵的α-H擁有較高的活性而易于轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐际?，進(jìn)而使鹵化反應(yīng)發(fā)生。所以用10%~30%的乙酰氯或乙酸酐同樣能夠起催化作用?？刂汽u素用量可得一元或多元鹵代酸。碘代酸由α-氯〔或溴〕代酸與KI反應(yīng)來(lái)制備。由α—鹵代酸可制備α-鹵代酸很開(kāi)朗，常用來(lái)制備α-羥基酸和α-氨基酸等化合物，如：-CHCHCOOH-H2OOHCH2=CHCOOH3CHCHCOOHNHOH3CH3CHCOOH3Br-NHH2OCHCH(COOH)CN23CN五、還原反應(yīng)羧酸很難被還原，只能用強(qiáng)還原劑LiAlH4才能將其還原為相應(yīng)的伯醇。H2/Ni、NaBH4等都不能使羧酸還原。羧酸中的羰基由于受羥基的影響，其活性降低，一般情況下不發(fā)生醛酮羰基所特有的加成反應(yīng)，不易被還原，只能用還原能力特別強(qiáng)的試劑還原，如氫化鋰鋁，Li-CH3NH2，B2H6等。用氫化鋰鋁可將羧酸快速還原為一級(jí)醇，產(chǎn)率較高，常用無(wú)水乙醚、四氫呋喃等做溶劑。往常是將羧酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐妆挥H核試劑進(jìn)攻的衍生物——酯、酰氯等再進(jìn)行還原，還原可得一級(jí)醇或醛。1.LiAlH/EtOCHCHOHC17H35COOH422.H2O17352硬脂酸1-十八烷醇91%1.B2H6O2NCH2OHO2NCOOH2.H2O79%乙硼烷也能夠還原酯和雙鍵，各樣基團(tuán)的反應(yīng)性能的次序?yàn)椋?COOH＞C=O＞-CN＞-COOR＞-COCl還原機(jī)理：+LiAlH4RCOOLi+H2+AlH3RCOOHOAlH2OAlH2-LiOAlH3RCHOR-CHR-CHOLiO-Li+AlH2H2OAlH3ORCHOHR-CHRCHOAlH222H反應(yīng)不能獲得醛，因?yàn)槿┰诖藯l件下比酸更易還原。用LiAlH4還原和用乙硼烷還原的區(qū)別：LiAlH4HOCH2=CHCH2COOHBH2CH2=CHCH2CH2OHHO262CH3CH2CH2CH2OHLiAlH4不還原孤立的C=C,26BH能還原孤立的C=C10.1.4二元羧酸一、物理性質(zhì)1．物態(tài)二元羧酸都是固態(tài)晶體，熔點(diǎn)比周邊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點(diǎn)℃189.5135.618897.5151105規(guī)律：熔點(diǎn)隨碳數(shù)的增加呈鋸齒形增加，偶數(shù)碳的羧酸較周邊的兩個(gè)奇數(shù)碳的更高。2．溶解度比相應(yīng)的一元酸大，易溶于乙醇，難溶于其他有機(jī)溶劑。>pKa2二、二元羧酸的化學(xué)特性1．酸性——擁有羧酸的通性對(duì)酸性而言pKa1原因賜教材。2．二元羧酸受熱分解的規(guī)律簡(jiǎn)單的脂肪族二元羧酸寬泛存在于自然界，它們很容易從水中結(jié)晶出來(lái)，因此很容易分離。如草酸、丁二酸、戊二酸、己二酸等。各樣二元酸受熱后，由于兩個(gè)羧基的地點(diǎn)不同。能夠發(fā)生不同的反應(yīng)：脫水、脫羧或既脫水又脫羧?！?〕乙二酸、丙二酸受熱脫羧生成一元酸COOHHCOOH+CO2COOHH2CCOOHCH3COOH+CO2COOHR2CCOOHR2CHCOOH+CO2COOH〔2〕丁二酸、戊二酸受熱脫水〔不脫羧〕生成環(huán)狀酸酐CH2COCH2COOHO+H2OCH2COHCH2COOOOCH2CCH2CCH2OHCH2O+H2OOHCH2CCH2C比如：OCOOCOOH+H2OOCOOHCO〔3〕己二酸、庚二酸受熱既脫水又脫羧生成環(huán)酮CH2CH2COOHCH2CH2CO+CO2+H2OCH2CH2COOHCH2CH2CH2CH2COOHCH2CH2CH2CH2CO+CO2+H2OCH2COOHCH2CH2比如：CH2CH2COOHCH2O+CO2+H2OCH2COOHCH2Blanc(布朗克)規(guī)那么：在可能形成環(huán)狀化合物的條件下，老是比較容易形成五元或六元環(huán)狀化合物(即五、六元環(huán)容易形成)。3．與二元醇反應(yīng)二元酸與二元醇反應(yīng)可生成環(huán)酯〔但僅限于五元環(huán)或六元環(huán)〕，也能夠生成聚酯。三、重要的二元羧酸1．草酸〔乙二酸〕：擁有還原性，易被氧化成二氧化碳和水。2．已二酸3．癸二酸4．丁烯二酸：順?lè)串悩?gòu)體①熔點(diǎn)反式〉順式②焚燒熱順式〉反式〔順式?jīng)]有反式穩(wěn)定〕③酸性：Ka1順式〉反式；Ka2反式〉順式④順、反的關(guān)系HCOOHHCOOHHXHCOOHHHOOC200℃,-H

℃00OH2O

2O

CO3-H2O5．鄰苯二甲酸羧酸的根源與制備

O羧酸寬泛存在與自然界，自然界中的羧酸大多以酯的形式存在于油、脂、臘中，為脂肪族羧酸。自然界中還存在很多特殊的羧酸或其酯，如：?jiǎn)螌幹械臎](méi)食子酸，松香中的松香酸，膽汁中的膽汁酸，動(dòng)植物激素如赤霉素、前列腺素等。工業(yè)上以石油為原料主要采用氧化法生產(chǎn)，節(jié)儉了大量油脂。大量生產(chǎn)的有乙酸、苯甲酸、苯二甲酸、丁烯二酸、己二酸等。不少羧酸采用發(fā)酵法生產(chǎn)，如蘋(píng)果酸、檸檬酸、酒石酸等。實(shí)驗(yàn)室制備主要有：氧化法、水解法和從有機(jī)金屬化合物制備。一、氧化法：烷烴、烯烴、炔烴、烷基苯〔含α-H〕、伯醇、醛、酮等均可經(jīng)過(guò)氧化法制備羧酸。如：石蠟經(jīng)KmnO4/O2在120~150℃→混淆酸；C20~C30高級(jí)脂肪酸是制取肥皂的原料；C5~C9九五酸用于制增塑劑等。二、羧酸衍生物的水解法：羧酸衍生物都可在不同條件下水解生成羧酸。腈化物在酸、堿條件下加熱回流水解可制得羧酸，腈由鹵代烴制備。獲得的羧酸比相應(yīng)的鹵代烴多一個(gè)碳原子。此法一般只合用于伯鹵代烴。如：CH2BrNaCNCH2CNH2SO4CH2COOH-1000CCH2CH2ClNaCNOH/H2OCHCHCOOH82%22注意：應(yīng)用于一級(jí)RX制腈，產(chǎn)率很好。2芬芳鹵代烷不易制成芳腈。如用鹵代酸與NaCN反應(yīng)制二元酸時(shí)，鹵代酸應(yīng)先制成羧酸鹽。NaOHNaCNClCH2COOHClCH2COONaNCCH2COONaNaOHH+H2O

HOOCCH2COOH芬芳腈經(jīng)酸性水解可制備芬芳羧酸：〔芬芳腈不能由鹵化物腈化，可由SandmeyerT反應(yīng)制備〕CN75%H2SO4COOHCH3CH389%反應(yīng)機(jī)理：酸性水解：OH2+OHORCNH++H2O-H+RC=NHH+RCNHRC=NHRCNH2H2ORCOOH堿性水解：-OHH2OOHO--RCNOHRC=NHRCNHOHRCOOHRC=NHO22反應(yīng)如果控制溫和條件，可停留在酰胺階段。二元酸也可經(jīng)過(guò)此法生產(chǎn)，使用鹵代羧酸或二鹵化物為原料經(jīng)腈化，水解制備：NaCNNaOH+H3OHOOCCHCOOHClCHCOONa2H2O282%BrCH2CH2BrNaCNH2O/H+HOOCCH2CH2COOH三、由有機(jī)金屬化合物制備1、格氏試劑和CO2的反應(yīng)格氏試劑的乙醚溶液在冷卻下通入CO2，或?qū)⒏袷显噭┑囊颐讶芤旱乖诟杀稀哺杀骼鋬鰟┖头磻?yīng)試劑〕，水解即得多一個(gè)碳的羧酸。伯、仲、叔、芬芳鹵代烴均可用于制備。如：CH3CH2CHClMgCO2H2OCH3CH2CHCOOHCH3CH2CHCOOMgCletherH+CH386%CH3CH3BrCOHOCOOHMgetherH+70%議論：(1)1oRX、2oRX較好，3oRX需在加壓條件下反應(yīng)〔否那么易除去〕。ArI、ArBr易制成格氏試劑、ArCl較難。產(chǎn)物比RX多一個(gè)碳原子。2、有機(jī)鋰試劑和CO2的反應(yīng)RLi+CORCOOLiH2ORCOOH2RLiH2ORCORR2C(OLi)2LiCOCOOLiH2OBrLi2COOHH+C2H5I-C2H5Li1.CO2CHCOOHC=CC=CC=CCHHEt2OCHH2.H2OCH333-50-600CH制備增加兩個(gè)碳原子的羧酸，可用環(huán)氧乙烷與格氏試劑反應(yīng)，水解后氧化。3、利用金屬有機(jī)化合物的烴基化反應(yīng)烷基取代羧酸可經(jīng)過(guò)α-烷基化實(shí)現(xiàn)。如：2LDALi-+-+R'XH2ORR'CHCOOHRCH2COOHRCHCOOLi2LDACH3(CH2)3BrH2OCH3(CH3)2CHCOOHCH3(CH2)3CCOOHTHF,C6H1400CCH3COOHLDACOOLiCH(CH)3BrHOCOOH322CHTHF,C7H16CH2Li(CH2)4CH369~73%CH31.CO2CH2COOHCH2LiLDA/THF2.H2OCOOHCOOH-780CCOOLi1.CH(CH)BrCH2(CH)CH3323232.H2OCOOH10.2取代酸羧酸分子中的烴基局部的氫被其他原子或基團(tuán)所取代的化合物。按取代基分為：鹵代酸、羥基酸、羰基酸、氨基酸等。10.2.1鹵代酸1、制備方法：α-鹵代酸：赫爾-烏爾哈-澤林斯基反應(yīng)BrCOOHBr2PBr3+COOHβ-鹵代酸：α,β-不飽和酸與HX共軛加成獲得：Br+RCHCHCOOHRCH=CHCOOHBr2-，δ-鹵代酸：由相應(yīng)的二元酸單酯用漢斯狄克〔HunsdieckerH〕方法制備鹵代酸酯，水解得相應(yīng)的鹵代酸。2、化學(xué)性質(zhì)：同時(shí)擁有鹵代烴和羧酸的反應(yīng)1〕親核取代反應(yīng)-鹵代酸：可用于制備其余α-取代酸，如α-氨基酸、α-羥基酸、α-腈基酸等。NaOHNaCNH+RCHCOOHRCHCOOHRCHCOONaXCNCN2〕β-鹵代酸的除去反應(yīng)-鹵代酸與堿作用形成α，β-不飽和酸，無(wú)α-H時(shí),在堿性CCl4溶液中，生成β-丙內(nèi)酯，在堿水中，β-丙內(nèi)酯開(kāi)環(huán)。CH3CH3CH3-C-COOHNaOHCH3CC=OCCl4CH2BrO

CH3NaOHCH3-C-COONaH2OCH2OHNaOH/HOCH3CH2CHCH2COOH2CHCHCH=CHCOOH32Br3〕生成內(nèi)酯-，δ-鹵代酸在堿作用下，形成環(huán)狀內(nèi)酯。Na2CO3/H2O-NaOHClCH2CH2CH2COOHClCHCHCHCOOHOCH2CH2CH2COONaOOH2Oγ-丁內(nèi)酯NaCO/HO-NaOH232Cl(CH2)4COOHCl(CH2)4COOOH2OHO(CH2)4COONaOδ-丁內(nèi)酯ε-鹵代酸在堿中反應(yīng)得ε-羥基酸鹽：NaOHH+Cl(CH2)5COOHHO(CH2)5COOHH2Oω-鹵代酸在等物質(zhì)量的堿中于極稀溶液中反應(yīng)也可形成內(nèi)酯：K2CO3COBr(CH2)10COOH(CH2)10CH3CO2C2H5O85%〔4〕達(dá)森反應(yīng)醛和酮在醇鈉〔或醇鉀〕、氨基鈉等強(qiáng)堿作用下與α-鹵代酸酯反應(yīng)，生成α、-環(huán)氧酸酯，此反應(yīng)稱(chēng)為達(dá)森〔Darzen〕反應(yīng)。該反應(yīng)的重要應(yīng)用是環(huán)氧酸酯極易水解脫羧，其產(chǎn)物為醛。10.2.2醇酸生物體內(nèi)有好多羥基酸，如乳酸、蘋(píng)果酸、酒石酸、檸檬酸等。1、制備方法(1)鹵代酸水解用堿或氫氧化銀辦理α，β，γ等鹵代酸時(shí)可生成對(duì)應(yīng)的羥基酸。RCHCOOH+OHRCHCOOH+XXOH〔2〕氰醇水解制α-羥基酸RROH水解ROHCO+HCNR'CR'CR'CNCOOHβ-鹵代酸：羥醛縮合→-羥基醛→β-羥基酸，(2)β-氯醇與NaCN反應(yīng)，再水解。(3)用瑞佛爾馬斯基反應(yīng)，然后將酯基水解。(4)用β-羰基酯還原，水解合成。瑞福爾馬斯基〔Reformatsky〕反應(yīng)1〕定義：α－溴代酸酯和鋅與醛或酮在惰性溶劑中獲得β－羥基酸酯的反應(yīng)。2〕反應(yīng)：O+BrCH2COOC2H5ZnH2OOHCH2COOC2H5etherCHOHCHCHZnH2O3H+PhCHOBrCHCOOC+25etherPhCHCHCOOC2525〔3〕、反應(yīng)過(guò)程：etherOZnBrBrZnCHCOOEtC=OBrCH2COOEt+ZnCH=COEt22H2CCH2OEtH2OEtCCHCCC-C-CH2CO2EtO-O+O+OOHOZnO-ZnZn+BrBrBr〔4〕、反應(yīng)特點(diǎn)：I、反應(yīng)需在惰性溶劑中進(jìn)行；、不能用BrMgCH2CO2Et代替BrZnCH2CO2Et；因生成的格氏試劑太開(kāi)朗，而有機(jī)鋅較穩(wěn)定，選擇性地與酯反應(yīng)而不與醛酮反應(yīng)III、α－溴代酸酯的α－碳上的取代基空阻太大時(shí)，反應(yīng)不能進(jìn)行。IV、該反應(yīng)定向性好。V、β－酮酸酯容易加熱失水形成α，β－不飽和酯。5〕、反應(yīng)的應(yīng)用反應(yīng)主要用來(lái)制備：I、β-羥基酸酯,、β-羥基酸,、α,β-不飽和酸酯IV、α,β-不飽和酸以及由它們的衍生物。實(shí)例：CH2CH3(CH3)2CHCHCHCO2Et合成：OH2、化學(xué)性質(zhì)1〕受熱反應(yīng)〔在H+中進(jìn)行〕羥基酸分子中有羥基和羧基兩個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)，能夠發(fā)生疏子內(nèi)或分子間的反應(yīng)。當(dāng)受熱后，可發(fā)生不同情況的失水反應(yīng)，生成不同化合物。α-羥基酸：分子間失水形成交酯：OHOOCH3O2CHCHCOOHPolyOCHC3CHOOnCH3丙交酯聚丙交酯〔外科手術(shù)縫合線〕β-羥基酸：分子內(nèi)失水形成α，β-不飽和酸：*假定無(wú)α-H，那么形成β-丙內(nèi)酯RCHCHCOOH2

RCH=CHCOOHOHγ或δ-羥基酸：分子內(nèi)失水形成內(nèi)酯：ORCHCH2CH2COOHORCHCH2CH2CH2COOHOOOHOHRRγ-內(nèi)酯δ-內(nèi)酯大于5、6員環(huán)的內(nèi)酯很難形成。除五元環(huán)內(nèi)酯外，其余內(nèi)酯在催化劑的作用下，均可開(kāi)環(huán)發(fā)生聚合。O(CH)Zn-nC4H9OCO(CH2)5OCO(CH2)5COO-1聚ε-己內(nèi)酯羥基和羧基相隔五個(gè)或五個(gè)以上碳原子的羥基酸，受熱后發(fā)生疏子間的酯化脫水生成鏈狀構(gòu)造的聚酯。其余羥基酸在適宜的催化劑作用下，并不斷除掉反應(yīng)生成的水，可得相對(duì)高分子量的聚酯，如：Sb2O3nHO(CH)COOHHO(CH2)8COO(CH2)8COOHn-1R2CCOOH+[O]KMnO4R2CO+CO2+H2OCO+H2OH+OH稀H2SO4RCHO+HCOOHRCHCOOHKMnO4RCHO+CO2+H2OOHH2SO4KMnO4R2COOH天然產(chǎn)物中有好多大環(huán)內(nèi)酯，某些大環(huán)內(nèi)酯，擁有抗菌和抗腫瘤活性。2〕分解脫羧反應(yīng)在有機(jī)合成上可用來(lái)使碳鏈縮短，制備少一個(gè)碳的高級(jí)醛。β-羥基酸用堿性高錳酸鉀氧化那么分解生成酮。KMnO4R-CO2RCHCH2COOHOH-CCH2COOHRCCH3OHOO3、重要的羥基酸〔自學(xué)〕10.2.3酚酸1、1、水楊酸〔鄰羥基苯甲酸〕OHONaOHNaOHCO250℃COONaH+一定壓力TM2、2、沒(méi)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稱(chēng)為羰基酸，如丙酮酸、3-丁酮酸等。1．1．羰基酸擁有羰基和羧酸的典型反應(yīng)。2．2．酮酸的特性反應(yīng)-與稀硫酸共熱時(shí)，脫羧生成醛。β-酮酸受熱易脫羧生成酮。OOCH3CCH2COOHCH3CCH3+CO2COOH+CO2OOOO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〕等取代后的化合物稱(chēng)羧酸衍生物。重要的衍生物有四種：酰鹵、酸酐、酯和酰胺。OOCH3COOHCH3COClCH3COOC2H5CH3COCCH3CH3CONH210.3.2羧酸衍生物的物理性質(zhì)與光譜性質(zhì)一、物理性質(zhì)沸點(diǎn)℃1185177140222熔點(diǎn)℃16.6-112-83-7381正丁酸乙醇丙酰胺N-甲基丙酰胺N，N-甲基丙酰胺沸點(diǎn)℃163.578.5213153物態(tài)：初級(jí)的酰氯和酸酐是有刺鼻氣味的液體，高級(jí)的為固體；初級(jí)的酯具有芬芳的氣味，可作為香料；十四碳酸以下的甲酯和乙酯均為液體；酰胺除甲酰胺外，由于分子內(nèi)形成氫鍵，均是固體；而當(dāng)酰胺的氮上有取代基時(shí)為液體；羧酸衍生物可溶于有機(jī)溶劑；酰氯和酸酐不溶于水，初級(jí)的遇水分解；酯在水中溶解度很??；初級(jí)酰胺可溶于水。二、光譜性質(zhì)IR：酰鹵RCOX酸酐RCOOCOR’酯RCOOR’酰胺RCONH2(R)υC=O~18001750~1800,1800~18601735~17501650~1690υC-O1045~13101050~1300(2個(gè)峰)υN－H3180～3520〔NH2〕3440~3300(NHR)δN－H1600，1640〔NH2〕1530～1550(NHR)羧酸衍生物的C=O伸縮振動(dòng)擴(kuò)大到了1650~1928cm-1。酰鹵、酸酐、酯和酰胺的C=O伸縮振動(dòng)為何如此變化？可根據(jù)其構(gòu)造，利用誘導(dǎo)效應(yīng)和電子效應(yīng)能夠解釋。NMR：RCHCO-RCOO-CH2-RCONH2R-H2δppm2~33.7~4.15~8＜1.5實(shí)例剖析：例1：乙酸乙酯的紅外光譜例2：乙酸乙酯的核磁共振譜羧酸衍生物的制備方法各論一、酰鹵的制備酰鹵中最重要的是酰氯，其常用的制備方法是用羧酸與SOCl2，PCl3，PCl5反應(yīng)而得。如：++SO+HClCOCl22mp1220Cbp790Cbp1970C+CH3(CH2)6COCl+POCl3+HClCH3(CH2)6COOHPCl5mp1660Cbp1960C1070C說(shuō)明：〔ⅰ〕反應(yīng)需在無(wú)水條件下進(jìn)行；〔ii〕產(chǎn)物酰鹵往常都經(jīng)過(guò)蒸餾方法提純，所以試劑、副產(chǎn)物與產(chǎn)物的沸點(diǎn)要有較大的差別；〔iii〕反應(yīng)體制與醇的鹵代近似。三種方法可相互補(bǔ)充使用。酰氯易水解，一般經(jīng)過(guò)蒸餾法提純。酰溴常用PBr3制備。二、酸酐的制備1、單酐的制備羧酸脫水〔甲酸除外〕——制備純真的羧酸酐。常用脫水劑：常用P2O5，Al2O3，濃硫酸，乙酐也是脫水劑。有的高級(jí)酸酐是由羧酸與乙酰氯或乙酸酐一同加熱轉(zhuǎn)變而得，乙酸酐作為脫水劑，將體系中的醋酸不斷蒸出反應(yīng)體系，使平衡右移：PhCOOH(CH3CO)2OPhCOOCOCH+CHCOOH33H3PO4二員酸脫水能夠合成環(huán)酐(五、六元環(huán))COOHCOCl2CHCHCl2OCOOHCO順丁烯二酸酐芳烴氧化工業(yè)上一些重要的酸酐經(jīng)過(guò)芳烴進(jìn)行氧化制得，往常用低價(jià)的空氣或氧氣在高溫進(jìn)行氧化，如：苯氧化成順丁烯二酸酐、萘氧化成苯酐等。O2/V2O5CO4000COCO制備增塑劑、醇酸樹(shù)脂、油漆工業(yè)等O2/V2O5COO400~4500CCO合成高分子單體2、混淆酸酐法：酰鹵與羧酸鹽的反應(yīng)CH3COONa+CH3CH2COCl→CH3COOCOCH2CH360%OOORCCl+R'COOH+NRCOCR'+Cl-NH+3、醋酐的特殊制法〔工業(yè)用〕700~8000CCH3COCH3-CH4CH3COOHAlPO4CH2=C=O(CH3CO)2OCH3COOH700~7400C乙?；噭?、制乙酸纖維。染料、醫(yī)藥、香料工業(yè)三、酯的制備酯寬泛存在于自然界，是油脂、蠟的主要成分，很多水果的香味由酯惹起。如乙酸異戊酯擁有香蕉的香味，正戊酸異戊酯有蘋(píng)果香味，丁酸丁酯有菠蘿香味，乙酸辛酯有柑桔香味等。因此，酯常用于食品或化妝品中的香料。酯的合成方法好多，羧酸與醇直接酯化法、羧酸鹽與開(kāi)朗鹵代烷的反應(yīng)、羧酸與重氮甲烷的反應(yīng)、酰鹵或酸酐或腈的醇解、酯互換反應(yīng)等。羧酸對(duì)烯、炔的加成：如：CH(COOH)+2(CH)C=CHconc.H2SO4CH(COOCMe)258%~60%2232223H+/H2SO4CH3COOH+HCCH75~800CCH3COOCH=CH2〔醋酸乙烯酯，維尼綸的單體〕在有機(jī)合成中重要的試劑——丙二酸二乙酯經(jīng)過(guò)以下方法合成：NaCONaCNC2H5OHCH2(COOC2H5)2ClCH2COOHH2ONCCH2COONaHSO24丙二酸二乙酯四、酰胺的制備酰胺可經(jīng)過(guò)銨鹽加熱局部失水、酰氯/酸酐/酯的氨〔胺〕解、腈的局部水解等方法制備。NH180~2000CRCOOH3RCOONHRCONH+HO4235%HClPhCH2CN40~500CPhCH2CONH2CNCONH26mol/LNaOH+O22+H2O2CHOH4h240~500C－OOH是一個(gè)特別有效的親核試劑，可與氰基發(fā)生親核加成，生成酰胺。酰胺互換〔注意平衡移動(dòng)〕：++NHClCHNH.HCl43232NH+HCl3酸酐氨解酰鹵、酸酐、酯、酰胺的化學(xué)性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)變羧酸衍生物的構(gòu)造與反應(yīng)性能比較１、構(gòu)造：２、α－H的活性由于羧酸衍生物中羧基取代基的+C和－I共同作用的結(jié)果，使其α－H的活性一般不如醛酮開(kāi)朗，只酰氯的α－H的活性大于醛酮。酯較小，酰胺更小。但它們均可形成烯醇負(fù)離子。所以，α－H的活性大小次序?yàn)椋乎Ｂ?gt;醛酮>酯>酰胺CHCOClCHCHOCHCOCH3CHCOOCH3CHCON(CH)2333333pKa～16172025～30３、羧羰基的親核取代(親核加成－除去)反應(yīng)活性羧羰基的親核取代反應(yīng)同羧酸相同，在酸或堿的作用下，親核試劑進(jìn)攻羰基碳，生成四面體中間體，然后再發(fā)生除去，得取代產(chǎn)物。反應(yīng)分二步進(jìn)行，實(shí)質(zhì)為親核加成－除去歷程。表觀上親核取代：實(shí)質(zhì)：親核加成—除去反應(yīng)〔歷程后邊再講〕L誘導(dǎo)效應(yīng)〔-I〕P-π共軛效應(yīng)〔+C〕L-的穩(wěn)定性反應(yīng)活性-Cl最大最小最大最大-OCOR大小大大-OR中中中中-NH2小大小小決定反應(yīng)活性的因素：1、R上取代基的性質(zhì)。假定帶吸電子基，那么不單增加羰基碳的正性，易于發(fā)生親核加成，而且有利于穩(wěn)定四面體中間體而有利于加成。2、R的空間體積?？臻g體積增大，那么因空間擁擠，不利于加成。3、離去基團(tuán)的性質(zhì)。離去基團(tuán)越容易離去，反應(yīng)越易于進(jìn)行。離去基團(tuán)的離去傾向?yàn)椋篒－>Br－>Cl－>－OCOOR>RO－>HO－>NH2－。因此，綜合各樣因素，關(guān)于羧酸衍生物，不論酸催化或堿催化，其親核取代的反應(yīng)活性次序?yàn)椋乎｛u>酸酐>酯～羧酸>酰胺～腈。一、羧酸衍生物的親核取代〔加成—除去〕反應(yīng)羧酸衍生物的反應(yīng)既有好多相同之處，又有一些獨(dú)到性。其相同之處的反應(yīng)機(jī)理大多相同，只是在反應(yīng)活性上有所差別。1、羧酸衍生物水解生成酸酰鹵的水解：水解快速，初級(jí)酰氯水解強(qiáng)烈，在濕空氣中發(fā)煙，分子量增大，水溶性降低，水解速率減慢。酸酐的水解：可在中性、酸性或堿性介質(zhì)中水解，因不溶于水而反應(yīng)速率很慢，常加熱或使其成為均相水解。酯的水解:羧酸酯化反應(yīng)的逆反應(yīng)，需在酸、堿催化條件下進(jìn)行。酸性水解是可逆的，堿性水解為不可逆。堿性水解用于制皂工業(yè)。酯的水解反應(yīng)的應(yīng)用制備羧酸和醇B測(cè)定酯的構(gòu)造在油脂工業(yè)中特別重要。好多天然存在的油、脂肪、蠟等常用水解方法獲得相應(yīng)的羧酸和醇。酯的水解也應(yīng)用于剖析酯的構(gòu)造，經(jīng)過(guò)水解產(chǎn)物就得悉是什么構(gòu)造的酯。酰胺的水解：在酸、堿條件下長(zhǎng)時(shí)間加熱回流水解。酸催化：使羰基氧質(zhì)子－成的酸成鹽，同樣使平衡右移。酰胺與過(guò)氧化鈉水溶液在50～80℃條件下共熱，水解獲得羧酸——溫和水解法：(CH)CHCONHNa2O2/H2O+322(CH3)2CHCOOH3有較大空阻的酰胺較難水解，亞硝酸可催化水解，經(jīng)過(guò)形成?；氐}：HNO2COOH+N2CONH2HSO/H2O24350C酰胺的堿性水解放出氨〔胺〕，可經(jīng)過(guò)查驗(yàn)氨〔胺〕的存在鑒識(shí)酰胺。2、羧酸衍生物的醇解—形成酯酰氯與醇形成酯，寬泛用于酯的合成，尤其是實(shí)驗(yàn)室合成。如：SOCl2PhOH/Py+(CH3)3CCOOH(CH3)3CCOOPhPy.HCl80%PhCOCl+PhOHNaOHPhCOOPhH2O對(duì)反應(yīng)性弱的芬芳酰鹵、有空阻的脂肪酰鹵、三級(jí)醇或酚，可經(jīng)過(guò)參加堿的方法〔肖特－鮑曼條件〕促使反應(yīng)的進(jìn)行。常用吡啶、三乙胺、二甲苯胺或NaOH等。堿既起催化作用，又起中和作用。酸酐也很容易醇解，常用于合成酯，特別是用于各樣醇的乙?；岸嗔u基醇的乙?；?。如：CHCOONaCH2OH+(CH3CO)2OCHOCOCHOO87~93%丁二酸單甲酯95～96％酯醇解生成新的醇和新的酯——酯互換反應(yīng)，反應(yīng)需在酸〔HCl,H2SO4,對(duì)甲苯磺酸〕或堿〔RONa〕催化下進(jìn)行。3oROH的酯互換比較困難〔因空阻太大〕常應(yīng)用于：〔1〕由低沸點(diǎn)醇的酯制備高沸點(diǎn)醇的酯CH3C6H4SO3H+n-CHOH-n+249〔2〕選擇性醇解COOCHCOOCH33CHONa+CHOH3+CHCOOCH333OCOCH3OH〔3〕合成滌綸190℃CHOOCCOOCH3+2HOCH2CH2OH3催化劑HOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OH+2CH3OH現(xiàn)在已可制得較純的對(duì)苯二甲酸，直接與乙二醇縮聚制備滌綸。實(shí)例：分子內(nèi)酯互換：OCOOEtH+將乙醇不斷蒸出O+EtOHCH2OH酰胺在酸性條件或用少量醇鈉在堿性條件下催化醇解生成酯：C2H5OHCH2=CHCONH2H+CH2=CHCOOC253、氨〔胺〕解——形成酰胺反應(yīng)只能堿催化，不能酸催化。不溶于水的酰鹵可用NaOH水溶液催化，溶于水的酰鹵須用有機(jī)堿催化。3o胺不能發(fā)生酰基化反應(yīng)。酰氯易與氨、一級(jí)、二級(jí)胺反應(yīng)生成酰胺。該法應(yīng)用于合成酰胺。常用乙酰氯和苯甲酰氯，并在堿性條件下進(jìn)行，常用堿：NaOH、吡啶、三乙胺、N,N－二甲苯胺等。COClCON2NHNaOH+NCOCl3CONH2H81%83%酸酐也容易發(fā)生氨解，反應(yīng)后生成的一分子羧酸可用堿中和，常用醋酐。如：(CH3CO)2O+NH2CH2COOH→CH3CONHCH2COOH+CH3COOH89～92％CONH3COONH4H+COOHOCONHCOCONH22NH33000CCOKOHCONHN-K+COCO鄰苯二甲酰亞胺應(yīng)用于合成一級(jí)胺OOON-K+ONH3KOHNHOO3000CBr2OONBrONBS83%酰亞胺氮上的H擁有酸性，能夠與堿成鹽，成鹽后的氮負(fù)離子與兩個(gè)羰基共軛，使體系穩(wěn)定。酯可與氨、胺甚至肼、羥胺等反應(yīng)形成酰胺：OHH3COHH3C+COOCH3H2NCONH77%NHNHRCONHNHRCOOC2H52ONH2OH.HClFeCl3RCFe+3HClRCONHOHNHO3N－羥基酰胺〔羥肟酸〕紅色絡(luò)合物〔酸酐、酰氯呈正反應(yīng)〕鑒識(shí)酰胺的氨〔胺〕解為胺的互換反應(yīng)，因反應(yīng)較困難而不常用。CH3CONH2+CH3NH2.HCl+NH4ClRCONHCH375%NH+HCl34、羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)機(jī)理(1)酯的水解機(jī)理酯的水解可在酸或堿條件下進(jìn)行。水解時(shí)發(fā)生烷氧鍵斷裂仍是酰氧鍵斷裂？是單分子仍是雙分子反應(yīng)歷程？實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：大部分酯的水解是酰氧鍵斷裂的雙分子反應(yīng)機(jī)理。①酯的堿性水解實(shí)考憑證：同位素實(shí)驗(yàn)：水解時(shí)發(fā)生了酰氧鍵斷裂：OO18-18-18+-CHC+CHOHCHCOOCH+OOHCHCOHC5H11O351135113動(dòng)力學(xué)實(shí)考憑證：反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)，v＝k[RCOOR’][OH－]，說(shuō)明在反應(yīng)的決速步驟中起決定作用的是兩者的濃度，反應(yīng)按雙分子歷程進(jìn)行，因此，反應(yīng)歷程能夠有兩種情況——SN2機(jī)理和加成－除去機(jī)理。SN2機(jī)理：加成－除去機(jī)理〔BAC2〕：為了判斷反應(yīng)歷程，仍舊進(jìn)行同位素實(shí)驗(yàn)：用RC18O-OR'在普通水中水解，然后測(cè)定體系中酯的18O含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：酯中18O含量減少，即存在沒(méi)有18O的酯。由此證明酯的水解按加成－除去歷程進(jìn)行。18O18O-18OH18O--RCOR'HORCO--OHRCOHRCOR'OR'OR'18O-R'O-O-R'O-RCOHRC18OHIR憑證：三氟乙酸乙酯與乙氧負(fù)離子在正丁醚中形成一個(gè)四面體化合物：OC2H5F3CCO-Na+OC2H5因此：酯的堿性水解按雙分子、酰氧鍵斷裂反式進(jìn)行——BAC2歷程。影響水解反應(yīng)速率的因素：由于形成四面體中間體負(fù)離子，中性碳原子從sp2→sp3，因此①羰基碳周邊有吸電子基團(tuán)時(shí)，有助于負(fù)離子的穩(wěn)定而促使反應(yīng)〔電子效應(yīng)〕；②基團(tuán)的空阻越小越有利于反應(yīng)〔空間效應(yīng)〕。例1：電子效應(yīng)：RCOOC2H5+H2O/25℃R：V相對(duì)

CH3－1

ClCH2－290

Cl2CH－6130

CH3CO－7200

Cl3C－23150例2：空間效應(yīng)RCOOC2H5+87.8％ROH/30℃R：CH－CH－(CH)CH－t-CH－CH－325324965V相對(duì)10.4700.1000.0100.102CH3COOR+70％丙酮、25℃R：CH－CH－(CH)CH－t-CH－cyclo-CH－3253249611V相對(duì)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，反應(yīng)速率越快。CH3COOCMe3Me3CCOOEtCH3COOEtClCH2COOEtV相對(duì)0.0020.011296試解釋?zhuān)浩胀ピ贜aO182O18中水解，未反應(yīng)完全時(shí)，發(fā)現(xiàn)有RCO18’。H/H-OR三、羧酸衍生物與有機(jī)金屬化合物的反應(yīng)1、與格氏試劑的反應(yīng)羧酸衍生物均可于格氏試劑反應(yīng)獲得酮，過(guò)度格氏試劑得叔醇，有空間位阻的反應(yīng)物可滿意地獲得酮。酸酐與酰胺由于消耗較多的格氏試劑而很少用于合成。如：CH3CH3ether(CH3)2CHCOCl+CH3CH2CMgBr16~180c(CH3)2CHCOCCH2CH3CH3CH3MgXCOCOCH2CH2COOHOCOH2OCH3OCH3O+H2OCOC3H7COOCH3C3H7MgBrCHMgBrH2OOH2CHCHCHCOOCH3CHCHCHC(CH)ether32232HCOOEt+etherH2O(CH3CH2)2CHOH2CH3CH2MgBr70%C5H11OCHMgBrH2OC5H11OH3OetherOH2、與有機(jī)鎘或二烷基銅鋰反應(yīng)有機(jī)鎘或二烷基銅鋰反應(yīng)活性低、選擇性高，易于與醛、酰鹵反應(yīng)而不與酯反應(yīng)，與酮的反應(yīng)也很慢。因此，可利用其反應(yīng)性的差別從酰氯合成酮。如：CHOCO(CH)COClEt2CdCHOCO(CH)COEt%C6H6252888I(CH2)10COCl+Me2CuLietherI(CH2)COCH91%-780C103烷基鋰性質(zhì)開(kāi)朗，與格氏試劑相像，有空阻時(shí)可獲得酮：CH3CH3CH3LiCCOOC2H5etherCCOCH3CHCH70%33四、酰鹵、酯的還原反應(yīng)酰氯可在不同條件下被還原成醛或醇〔如Rosemend還原、LiAlH4還原等〕；酰胺不容易被還原，需在高溫高壓條件下催化氫化還原或用LiAlH4還原成胺，烷氧基氫化鋰鋁可還原酰胺成醛。酯的還原在合成上有重要價(jià)值，主要有催化氫解和化學(xué)還原法。1、酯的催化氫解：COOCHH2CuO/CuCrO4CHOH,p2體系中有不飽和鍵同時(shí)被氫化，而苯環(huán)保持不變。該反應(yīng)應(yīng)用于油脂氫化制高級(jí)醇。2、金屬鈉－醇還原(酯的單分子還原：鮑維特--勃朗克還原)較早的還原法，可將酯還原為醇，如：C11H23COOC2H5Na/EtOHC11H23CH2OH65%PhCH3NaCH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOC4H9CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CH2OHC4H9OH82~84%油酸丁酯油醇ONaO-Na+O+R''OHORCOR'CR-RCHRCNaOR'OR'OR'NaO-Na+ORCHRCH+RO-酯單分子還原的反應(yīng)機(jī)理:OR'NaR''OHRCH2OH假定反應(yīng)在非質(zhì)子溶劑中進(jìn)行，那么發(fā)生雙分子還原——酮醇縮合。3、酮醇縮合(酯的雙分子還原)脂肪酸酯與金屬鈉在乙醚或甲苯二甲苯等非質(zhì)子溶劑中，在純氮?dú)饬髦羞M(jìn)行反應(yīng)，發(fā)生雙分子還原生成α－羥基酮〔酮醇〕的反應(yīng)。CHCOOCHNa/N2HOOHOPhCH32CCH3725CHCH3737反應(yīng)過(guò)程為：-OOO-R'-RCOR'2NaR-C=OR-C-OR'R-C-OR'-2RCOR'R-C-OR'R-C-OR'R-C=OO-O-O2NaR-C-O-R-C-O-H2OR-C-OHR-C=OR-C-O-R-C-O-R-C-OHR-CH-OH反應(yīng)特點(diǎn)與應(yīng)用：A制備α-羥基酮B制備α-羥基環(huán)酮COOCH3NaHOAcCH2OH(CH2)8(CH2)8COOCHPh(CH3)2CO3C制備索烴COOR'COOR'(CH2)32O[H]COOR'C32H64C32H64H2CH64C32OHCOOR'H64C32CH24、氫化金屬化合物還原LiAlH4或NaBH4均能將酯還原為一級(jí)醇。五、酸酐發(fā)生Perkin反應(yīng)芳醛與酸酐在堿性催化劑存在下，發(fā)生近似交錯(cuò)羥醛縮合反應(yīng)生成β–芳基-α，β-不飽和酸?！惨?jiàn)九章〕CHOCH=CHCOOHCH3COONa+(CH3CO)2O肉桂酸六、酰胺的脫水和Hoffmann降解反應(yīng)用于8個(gè)碳以下的酰胺降解反應(yīng)。Hoffmann降解反應(yīng)：RCONH2+NaOX+2NaOHRNH2+Na2CO3+NaX+H2O酰胺脫水生成RCN。七、酯縮合反應(yīng)1、克來(lái)森〔Claisen〕酯縮合〔1〕定義：酯分子中α-氫為酯基所活化，擁有α-開(kāi)朗氫的酯與醛酮的α－H相像，在堿性試劑存在下，兩分子酯反應(yīng)失去一分子醇而得β－酮酸酯。如：乙酸乙酯縮合形成乙酰乙酸乙酯。OROORORCH2C-OC2H5+H-CHCOC2H51C2H5ONaRCH2C-CHCOC2H52HOAc2CHCOOCHC2H5ONa3225〔2〕、反應(yīng)歷程：O-EtONa-CHCOOCHCHCOCHCOOCHCHCOOCH325OCH325225325CH2COOC2H5〔3〕、當(dāng)酯的α－C上只有一個(gè)H時(shí)，由于烴基的給電子誘導(dǎo)作用，使α－H的酸性降低，更難形成碳負(fù)離子，因此，需要使用更強(qiáng)的堿，如三苯甲基鈉Ph3CNa。如異丁酸乙酯的縮合：(CH3)2CHCOOC2H5+Ph3CNa/Et2→(CH3)2CHCOC(CH3)2COOC2H54〕、克萊森酯縮合是可逆的。5〕、酯的α位在強(qiáng)堿作用下可與醛、酮、酰鹵和鹵代烷發(fā)生親核加成或取代反應(yīng)。生成烷基化或酰基化的酯。常用的強(qiáng)堿是位阻堿LDA[二異丙基胺鋰(i-C3H7)2N－Li+]。如：OLiCH3COOC2H5THFLDACH2=COC2H5(CH3)3CCOClH2O(CH3)3CCOCH2COOC2H570%CHCOOC(CH)LDAOH2OOH333THFCH2COOC(CH3)393%OSiMe3CH3COOC2H5LDAMe3SiClCH=CHCHCOClH2OCH2=CHCH2COCH2COOC2H522THF90%LDAC2H5BrH2OC2H5CHCOOC25CH3CH2COOC2H5THFCH32、交錯(cuò)酯縮合甲酸酯OOEtONaH2OHCOC2H5+HCHCOCH522O-3H2OH5C2OOCCOOC2H5HCCH2COOC2H5COOC2H5結(jié)果：向有α—H酯的α位引入醛基?！?〕碳酸酯OOH5C2OCOC2H5+EtONaH2OHCH2COC2H5OOH5C2OCCH2COC2H5結(jié)果：向有α—H酯的α位引入一個(gè)酯基?！?〕草酸酯結(jié)果：向有α—H酯的α位引入一個(gè)酯基。在合成上用來(lái)制備①丙二酸酯或α-取代的丙二酸酯。②α-羰基酸。4〕苯甲酸酯2、迪克曼酯縮合10.3.5β-酮酸酯一、乙酰乙酸乙酯1、互變異構(gòu)現(xiàn)象OOOHOCH3-C=CH-C-OC2H5CH3-C-CH2-C-OC2H5PπππPπ體系酮式〔93%〕烯醇式〔7%〕2、生成的烯醇式穩(wěn)定的原因①兩個(gè)羰基使亞甲基的氫特別活化；②形成共軛體系，降低了體系的內(nèi)能；③烯醇構(gòu)造可形成分子內(nèi)氫鍵〔形成較穩(wěn)定的六元環(huán)體系〕3、亞甲基開(kāi)朗氫的性質(zhì)①酸性乙酰乙酸乙酯的α-C原子上由于受到兩個(gè)吸電子基〔羰基和酯基〕的作用，-H很開(kāi)朗，擁有一定的酸性，易與金屬鈉、乙醇鈉作用形成鈉鹽。OOCH3CCHCOC2H5Na②亞甲基的烷基化和?；?、乙酰乙酸乙酯在合成上的應(yīng)用乙酰乙酸乙酯的亞甲基很開(kāi)朗，能夠被其他基團(tuán)取代，另一方面乙酰乙酸乙酯在不同的反應(yīng)條件下能夠分解成酸或酮。使之成為有機(jī)合成的重要試劑。〔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與稀堿作用，水解生成β-羰基酸，受熱后脫羧生成甲基酮。故稱(chēng)為酮式分解。酸式分解乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物在濃堿作用下，主要發(fā)生乙?；臄嗔?，生成乙酸或取代乙酸，故稱(chēng)為酸式分解。1、1、丙二酸二乙酸及其在合成上的應(yīng)用與乙酰乙酸乙酯近似，亞甲基上的氫可被醇鈉所取代，本身水解后生成丙二酸不穩(wěn)定，易于脫羧，這兩條件使丙二酸二乙酯在合成各樣種類(lèi)的羧酸中有寬泛的應(yīng)用。〔1〕與RX反應(yīng)〔2〕與α-鹵代酸酯反應(yīng)〔3〕與α，ω-二鹵代物反應(yīng)〔4〕Michacl加成烯酮1、烯酮的制備及應(yīng)用羧酸分子內(nèi)失水，形成烯酮C=C=O。最簡(jiǎn)單的烯酮是乙烯酮CH2=C=O?！?〕、乙烯酮的制備OZnRCH-C-BrRC=C=O+ZnBr2①α-溴代酰溴脫溴Br②羧酸的脫水AlPO4CH=C=O2RCHCOOHAlPO4RCH=C=O7000C7000C700~8000700~8000CH3COCH3CCH2=C=ORCH2COCH3CRCH=C=O③甲基酮脫甲烷〔2〕性質(zhì)乙烯酮是有毒的氣體，沸點(diǎn)－48℃。乙烯酮很開(kāi)朗，常以二乙烯酮的形式保存，使用時(shí)加熱分解為乙烯酮。CH2=C=OCH2OCH2=C=OO①乙烯酮由于兩個(gè)π鍵齊集，很容易發(fā)生反應(yīng)，可與多種含開(kāi)朗H的化合物如水、醇、酸、氨等發(fā)生加成。加成時(shí)，H加在氧上，另一局部加在碳上，H經(jīng)位移，生成羧酸、酯、酸酐、酰胺等化合物。如：OHH2OCH=COHCHCOOHOH3HXCH=CXCH3COXOHRCOOHOCORCHCOOCORCH2=C=OOHROHCH=CORCHCOORCH2=COOHNH3CH3CONH2CHC=OCH2=CNH22RMgXOMgXCHCORCH2=CR3因此，乙烯酮是一個(gè)很好的乙?；噭?。②形成亞甲基卡賓的反應(yīng)烯酮在光作用下分解生成卡賓：CH2=C=O→CH2：+COCH2=C=OZnCl2OCH=OorAlCl3O2③烯酮和甲醛的反應(yīng)β-丙內(nèi)酯β-丙內(nèi)酯容易發(fā)生的開(kāi)環(huán)反應(yīng)，一般在酸、堿介質(zhì)中，發(fā)生烷氧鍵斷裂〔SN2反應(yīng)〕；在堿性或強(qiáng)酸介質(zhì)中，發(fā)生酰氧鍵斷裂：NaSH/H2OHSCH2CH2COOH81%NH3/CH3CNH2NCH2CH2COOHCH3OH73%OCH3OCH2CH2COOHHCl/NaClH2O10.3.8腈1、腈的制備

ClCHCHCOOH91%22常用鹵代烷與氰化鉀制備，或酰胺在強(qiáng)烈條件下失水制備，常用P2O5(或POCl3、SOCl2)作失水劑。04500+200CCCHCHCOOHCHCHCONHOCH3CH2CN3322HPO/Al2343ClCONH2P2O5ClCN95%腈的水解：在酸、堿條件下加熱回流水解。小心控制水解，可得中間水解產(chǎn)物——酰胺。經(jīng)過(guò)酰胺的水解、脫水的相互轉(zhuǎn)變關(guān)系為：H2ORCONHH2ORCOONH4H2ORCOOHH2ONH--HO-3OH-+RX3腈在酸性條件下用醇辦理，也可獲得羧酸酯。實(shí)例：丙二酸二乙酯、腈乙酸乙酯的制備S1700CCH3CH2CH2CHOCSCH3CH3CH2CH2CH=CH2+CH3SH+O=C=SCH310.3.9碳酸及其衍生物碳酸及原碳酸都是不穩(wěn)定的化合物，很容易分解生成CO2。碳酸從構(gòu)造上可以當(dāng)作是羥基甲酸。好多重要的化合物能夠當(dāng)作是碳酸和原碳酸的衍生物，假定含一個(gè)羥基時(shí)，也往往是不穩(wěn)定的。半酰氯全酰氯酰胺(氨基甲酸)氨基甲酸酯(烏利坦)脲

碳酸HO－CO－OH原碳酸C(OH)4HO－CO－Cl〔不穩(wěn)定〕Cl－CO－ClCCl4NH2CO-OH〔不穩(wěn)定〕胍NH=C(NH2)2NH2CO-OR原甲酸乙酯HC(OC2H5)3NH2-CO-NH2二個(gè)羥基均被取代的碳酸衍生物十分有用。保留一個(gè)羥基的碳酸衍生物均不穩(wěn)定，易分解。一、碳酸的酰氯——光氣OO碳酸能夠有兩種酰氯——氯甲酸和光氣：ClCOHClCCl，氯甲酸極不穩(wěn)定，氯甲酸酯卻是穩(wěn)定的化合物；光氣也不太穩(wěn)定。1、