(1.12)-第12章 羧酸及其衍生物

第十二章羧酸及其衍生物（一）

羧酸（二）

羧酸衍生物本章作業(yè)習(xí)題12-1習(xí)題12-4(2),(3),(5),(6),(7),(10),(12)習(xí)題12-5習(xí)題12-6(1),(2),(3),(6)習(xí)題12-1012.1

羧酸的物理性質(zhì)12.2

羧酸的化學(xué)性質(zhì)12.3

羧酸的制法12.4

二元羧酸12.5

羥基酸（一）羧酸12.6

常見(jiàn)的羧酸羧酸的通式：R-COOH或Ar-COOH

羧酸也一類非常重要的工業(yè)原料，例如化合成纖維（尼龍、的確良）的重要原料之一就是羧酸。食用的油以及許多工業(yè)用的油都是屬于羧酸的甘油酯。日常用的肥皂，是高級(jí)脂肪酸的鈉鹽；例如：食用的醋，就是2%的醋酸水溶液；有機(jī)酸，常以鹽或酯的形式廣泛存在于自然界中，對(duì)人類生活關(guān)系密切。

羧酸可以看作是烴分子中的氫原子被羧基（-C-OH）所取代的化合物。=O分類脂肪羧酸按烴基分芳香羧酸：Ar-COOH飽和羧酸：CH3COOH不飽和羧酸：CH2=CH-COOH按羧基數(shù)目分一元羧酸：CH3COOH二元羧酸：多元羧酸：COOHCOOHCOOHCOOHHO-C-COOH羧基碳原子為sp2雜化，兩個(gè)C—O鍵鍵角約為120

。

–OH氧原子上未共用電子對(duì)p軌道與π鍵形成p-π共軛體系，電子離域。1.物態(tài)C1～C3

有酸味的無(wú)色液體C4～C9

有腐敗酸臭味的油狀液體C10以上——蠟狀固體，沒(méi)有氣味芳香族羧酸（Ar-COOH）和脂肪族二元羧酸為結(jié)晶的固體12.1

羧酸的物理性質(zhì)2.水溶性低級(jí)酸易溶于水。羧基是親水基團(tuán)易與水形成氫鍵高級(jí)羧酸隨分子量增大(R↑)而在水中的溶解度減小。R-C=O-HH-OO-HHHH-OHO甲酸HCOOH46100乙醇CH3CH2OH4678.3乙酸CH3COOH60118丙醇CH3CH2CH2OH6097.2分子量沸點(diǎn)/℃OH-OR-CO-HO==C-R氫鍵4.熔點(diǎn)

飽和一元酸的熔點(diǎn)隨碳鏈的增長(zhǎng)而升高，顯鋸齒狀變化，即偶數(shù)碳羧酸的熔點(diǎn)比前后相鄰奇數(shù)碳酸的熔點(diǎn)高。3.沸點(diǎn)

液態(tài)脂肪酸以二聚體形式存在，沸點(diǎn)相應(yīng)的醇高。波譜性質(zhì)⒈紅外光譜(IR)δO-H～920㎝-1

υC-O1210～1300㎝-1

υO(shè)-H2500～3300㎝-1（峰尖對(duì)著3000㎝-1）強(qiáng)而寬

(二聚體)υ>C=O脂肪酸1700～1725㎝-1

芳香或不飽和酸1680～1700㎝-1⒉核磁共振(1HNMR)=OR-C-O-H

δ=10～13ppmR-CH2-C-OHδ=2～3ppm=O庚酸的紅外光譜-活潑H的反應(yīng)酸性羰基的親核取代（加成再消除）脫羧反應(yīng)12.2

羧酸的化學(xué)性質(zhì)

羧酸最重要性質(zhì)之一，水溶液能使石蕊試紙變紅。R-COOHR-COO-+H+

KaKa=[H+][RCOO-][RCOOH]=1.75×10-5羧酸的酸性強(qiáng)度,一般用解離常數(shù)Ka值或pKa值表示:pKa=-lgKapKa

則酸性

1.酸性與成鹽

兩個(gè)碳氧鍵等長(zhǎng)，完全離域。羧酸和羧酸根的結(jié)構(gòu)比較

兩個(gè)碳氧鍵不等長(zhǎng)，部分離域。R-CO0.127nm0.127nmO-RCOO-COR-C

OHHHα..sp20.136nm0.125nm鍵長(zhǎng)平均化比醛酮（>C=O）鍵長(zhǎng)（0.123nm）要長(zhǎng)比醇C-O鍵長(zhǎng)（0.143nm）要短羧酸根比較穩(wěn)定，所以羧酸的氫能解離而表現(xiàn)出酸性

R-COOH>H2CO3

>

>R-OHpKa

3.5～56.3710.016～19CH3COOH+NaHCO3CH3COONa+CO2+H2OCH3COOH+NaOHCH3COONa+H2OCH3COOH+Na2CO3H2CO3+CH3COONaH2O+CO2取代基對(duì)羧酸酸性的影響①誘導(dǎo)效應(yīng)的影響：

吸電子取代基使酸性增大，供電子取代基使酸性降低。電負(fù)性大的基團(tuán)，誘導(dǎo)效應(yīng)大。FCH2COOH＞ClCH2COOH＞

CH3COOH

pKa

2.662.864.73具有加合作用。Cl3CCOOH＞Cl2CHCOOH＞

ClCH2COOH

pKa

0.641.262.86隨碳鏈距離增大，效應(yīng)減弱。CH3CH2CHCOOH＞CH3CHCH2COOH＞

CH2CH2CH2COOHClClCl?

?

?pKa

2.844.064.52②共軛效應(yīng)的影響：

共軛吸電子能力增強(qiáng)，酸性增大。HCOOH＞C6H5-COOH＞RCH2COOH＞H2CO3

（無(wú)供電子共軛）（弱供電子共軛）（弱供電子共軛）（強(qiáng)供電子共軛）

（C6H5COO-穩(wěn)定）苯環(huán)上取代基的影響。<

<

<

<pKa

4.474.384.193.973.42③

鄰位效應(yīng)：立體效應(yīng)、氫鍵、場(chǎng)效應(yīng)等因素。

鄰位（誘導(dǎo)、共軛、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）間位（誘導(dǎo)為主、共軛很?。┤〈哂形娮庸曹椥?yīng)時(shí)，酸性強(qiáng)弱順序?yàn)椋?/p>

鄰

＞

對(duì)

＞

間取代基具有供電子共軛效應(yīng)時(shí)，酸性強(qiáng)弱順序?yàn)椋?/p>

鄰

＞

間

＞

對(duì)芳香羧酸的情況分析實(shí)例OHOOHOHCOOHOHCOOH誘導(dǎo)吸電子作用大、共軛供電子作用大、氫鍵效應(yīng)吸電子作用大。鄰位間位對(duì)位誘導(dǎo)吸電子作用中、共軛供電子作用小。誘導(dǎo)吸電子作用小、共軛供電子作用大。pKa2.98pKa4.08pKa4.57pKa4.20COOHpKa

2.213.423.49COOH--NO2COOH-NO2-COOH-NO2

HC≡CCH2COOH-CH2COOHpKa

3.324.31CH3CH2CH2COOH4.82CH2=CHCH2COOH4.35

羰酸分子中的羧基上的羥基被鹵素（-X）、酰氧基（-OOCR）、烷氧基（-OR）或氨基（-NH2）取代，分別生成酰鹵、酸酐、酯或酰胺等羧酸衍生物。（1）

酯化反應(yīng)機(jī)理：R-C-OH+HORR-C-OR+H2OH+′′=O=O（常用的催化劑：鹽酸、硫酸、苯磺酸等）2.羥基的取代反應(yīng)——羧酸衍生物的生成一般都要用酸來(lái)催化。脫水方式：從形式上看，酯的生成有二種途徑：OOO-HHO-RH2O++=R-C′=R-COR′

按烷氧鍵斷裂的方式進(jìn)行OOH2O++H-OR′R-COH=′=R-COR

按酰氧鍵斷裂的方式進(jìn)行酯化反應(yīng)機(jī)制的證明+HO18CH3+H2OC6H5-COH=OC6H5-CO18CH3=O實(shí)驗(yàn)表明，大多數(shù)酯化反應(yīng)是按照第一種方式脫水的。加成--消除反應(yīng)歷程H++R-COH=OR-COHH+鹽钅羊=O快′+′R-COHHORR-C-OHOHROH+慢H+=O=OR-C-

OR′H+-快，

伯ROH，仲ROH酯化時(shí)按加成--消除機(jī)制進(jìn)行

反應(yīng)速率：CH3OH＞RCH2OH＞R2CHOHHCOOH＞CH3COOH＞RCH2COOH＞R2CHCOOH

＞R3CCOOH′R-C-OH2ROH+O快質(zhì)子轉(zhuǎn)移+-H2OR-C-

OR=OH′快，消除按加成--消除機(jī)制進(jìn)行反應(yīng)，是酰氧鍵斷裂加成碳正離子與羧酸作用生成鹽，再脫去質(zhì)子生成酯钅羊+R3C-OH+HR3C-OH2快+快+R3C+H2O①

叔醇按碳正離子反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行酯化。②

由于R3C+易與堿性較強(qiáng)的水結(jié)合，不易與羧酸結(jié)合，故逆向反應(yīng)比正向反應(yīng)易進(jìn)行。所以叔ROH的酯化反應(yīng)產(chǎn)率很低。碳正離子反應(yīng)歷程按SN1反應(yīng)歷程進(jìn)行反應(yīng)，是烷氧鍵斷裂慢R-C+OH′R3C+=O+OHR-C′CR3=O..快R-CH++OCR3′=O

在達(dá)到平衡時(shí)只有三分之二的酸和醇可以生成酯。CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O

酯化反應(yīng)是可逆的，進(jìn)行到一定程度，即達(dá)到平衡：k=]OHR][RCOOH[]OH][RRCOO[2′′b)可逆反應(yīng)為了使正反應(yīng)有利，通常采用的手段是：①使原料之一過(guò)量。②不斷移走產(chǎn)物。投料1：1產(chǎn)率67% 1：1097%CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O（2）酰鹵的生成羧酸的羥基被鹵素取代生成物叫酰鹵。所用的試劑為:PX3

、PX5

、SOCl2

（亞硫酰氯）等。適用于低沸點(diǎn)酰鹵制備適用于高沸點(diǎn)酰鹵制備低、高沸點(diǎn)的酰氯制備都適合CROHPBr3BrRCH3PO3酰溴

亞磷酸（200℃分解）=O=O酰氯

三氯氧磷（bp.107℃）CROHPCl5ClRCPOCl3HCl↑=O=OCROHClRCSOCl2HCl↑SO2=O=O↑（3）酸酐的生成

羧酸在脫水劑如五氧化二磷的存在下加熱。兩分子羧酸失去一分子水而形成酸酐。

分子量較大的羧酸在醋酸酐（作脫水劑）存在下，失水生成酸酐。反應(yīng)平衡中發(fā)生了酸和酸酐的交換。（產(chǎn)率較低）R-COHP2O5R-COH==R-CR-CO+H2O△=O=OOO=CH3-CO+R-C-OH=O=R-CR-C=+=CH3-CCH3-C-OH=22(bp118℃)OOOOOO△蒸出

很多二元酸可以直接加熱，分子內(nèi)失水而形成五元或六元環(huán)狀的酸酐。+=H2O==OHCCOHCCO=鄰苯二甲酸酐△OOOOCOOHCOOH200℃==O+H2O丁烯二酸酐OOCOOHCOOH300℃==O+H2OOO戊二酸酐

混合酸酐可由酰鹵與干燥羧酸鹽作用得到，這是實(shí)驗(yàn)室制備混合酸酐常用的一種方法。（4）

酰胺的生成羧酸與氨（胺）作用在加熱情況下可得酰胺R-C-OH+NH3R-C-ONH4==-+OO=△OR-C-NH2+H2O+=COHHNH-C=NH-N-苯基苯甲酰胺OO+H2O乙酸丙酸酐①LiAlH4R-COOHRCH2OH②H2O

羧基含有碳氧雙鍵，不易被催化氫化還原，只有用氫化鋁鋰才可使羧基直接還原成醇。(CH3)3C-C-OH(CH3)3C-CH2OH=LiAlH4醚92%O12.2.3還原反應(yīng)難易

反應(yīng)不能得到醛，因?yàn)槿┰诖藯l件下比酸更易還原。

LiAlH4還原效果好但成本較高?？蓪Ⅳ人狨セ笤龠€原成醇要容易得多。

羧酸加熱失去羧基放出CO2。由于副反應(yīng)多，主要用于乙酸鹽及芳香族羧酸鹽的脫羧。12.2.4脫羧反應(yīng)CH3--COONaCH3-+Na2CO3NaOH(CaO)△CH3-C-ONa+NaOH(CaO)CH4↑+Na2CO3-+=O堿石灰熱熔實(shí)驗(yàn)室制取甲烷α-碳上連接有強(qiáng)吸電子基因較容易發(fā)生脫羧反應(yīng)。Cl-C-COOHCl3CH+CO2↑△-Cl-ClHOOC-CH2-COOHHOOC-CH3+CO2↑△CH3-C-CH2COOHCH3-C-CH3+CO2↑==△OOBr-CH3CH2CH2COOH+Br2CH3CH2CHCOOH+HBrPBr3或P82%PCH3COOH+Cl2CH2-COOHCl-一氯乙酸Cl-Cl2PCl-C-COOHCl-三氯乙酸

具有α-H的羧酸在少量紅磷或三鹵化磷存在下，與鹵素發(fā)生反應(yīng)，得到α-鹵代酸。Cl2PCl-二氯乙酸Cl-CH-COOH12.2.5α-氫的取代反應(yīng)控制鹵素用量，可得到一元或多元鹵代酸三鹵化磷讓羧酸先形成酰鹵，由于酰鹵的α–氫比羧酸的α–氫活潑而加快了鹵化反應(yīng)。反應(yīng)歷程R-CH-COOH-OHα-羥基酸R'-CH=CH-COOHα,β-不飽和酸R-CH-COOH-NH2α-氨基酸R-CHCOOHBr-NH3NaOHH2ONaOH醇KCNR-CH-COOH-COOH丙二酸衍生物H+R-CH-COOH-CNα-氰基酸應(yīng)用天然來(lái)源天然油脂水解后可得到高級(jí)脂肪酸和甘油:

從發(fā)酵制取的食醋中可獲得乙酸。不少羧酸目前仍用發(fā)酵法生產(chǎn)，例如：蘋(píng)果酸、酒石酸、檸檬酸等。這些高級(jí)脂肪酸主要是:油酯(十八碳-9-烯酸)硬脂酸(十八烷酸)軟脂酸(十六烷酸)CH2-O-C-RCH-O-C-RCH2-O-C-R===+H2ONaOHCH2-OHCH-OHCH2-OH+3R-C-ONaOOO=O甘油R-C-OH=OH+脂肪酸12.3

羧酸的制法一、烴氧化法CH3C(CH3)3COOHC(CH3)3KMnO4CH3COOHCH(CH3)2KMnO4KMnO4OCCOOCOOHCOOHV2O5O2H2OR-CH=CHR2RCOOHKMnO4二、

醇、醛酮的氧化R-CH2-OHRCHORCOOH[O][O]OHNO3COOHCOOH-CH2OH-COOHKMnO4CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CHOKMnO4CH3CH2CH2COOHKMnO4CH3CH=CHCHOCH3CH=CH-COO-Ag(NH3)2+H+CH3CH=CH-COOH1.腈的水解-R-X+CNRCNH3O+=OR-C-OH三、

由水解反應(yīng)制備-Cl+

NaCNCH3CH3CH3CH3-C-Cl+NaCNCH3-C=CH2---CH2COOHH3O+CH2ClCH2CN+

NaCNClCH2COOHClCH2COONaNaOHNaCNNaOHH2OH+HOOCCH2COOHNCCH2COONa四、

從格氏試劑制備(CH3)3CCl+Mg(CH3)3C-MgCl無(wú)水乙醚R-XR-MgXR-C–OMgXMg=CO2干醚O①CO2②H2O(CH3)3C-C-OH=OH2OH+R-COOH2.多鹵代烷的水解工業(yè)上用甲苯氯化得苯三氯甲烷，再水解可得苯甲酸。增一碳羧酸五、

酚酸的合成Kolbe-Schmitt反應(yīng)六、

通過(guò)甲基酮的鹵仿反應(yīng)制備NaOIC=CH-C-O-C=CH-C-CH3CH3CH3+CHI3↓CH3CH3=O=OH+C=CH-C-OHCH3CH3=O減一碳羧酸

重要的脂肪族二元羧酸都是不具有支鏈的，羧基在鏈的兩端。這些二元羧酸都是固態(tài)晶體。12.4

二元羧酸12.4.1酸性二元羧酸分子中的兩個(gè)羧基分步解離：羧基吸電子效應(yīng)使酸性增強(qiáng)，且距離越近，影響越大。HOOCCOOH>HOOCCH2COOH>HOOC(CH2)2COOH>…pKa1

<

一元羧酸pKa

<pKa2

二元羧酸受熱分解，根據(jù)兩個(gè)羧基相對(duì)位置的不同，可分別發(fā)生脫水，脫羧或既脫水又脫羧等反應(yīng)。HOOC-CH2-COOHCH3COOH+CO2△丙二酸HOOC-COOHHCOOH+CO2160～180℃乙二酸C2~C3——脫羧：12.4.2二元酸的受熱反應(yīng)C4~C5——脫水：OCH2-C=CH2COOHCH2COOH-CH2-C=O+H2O300℃丁二酸丁二酸酐OC6~C7——脫水脫羧同時(shí)進(jìn)行：CH2-CH2-COOHCH2-CH2-COOH-△CH2-CH2CH2-CH2C=O+CO2↑+H2O己二酸環(huán)戊酮△CH2CH2CH2CH2CH2C=O+CO2↑+H2OCH2CH2COOHCH2CH2CH2COOH庚二酸環(huán)己酮C8以上二元酸高溫時(shí)發(fā)生分子間脫水，形成高分子聚酐。CH2=CH2-COOHCH2-COOH△CH2CH2-CCH2-CO=+H2O戊二酸戊二酸酐OO芳香二元酸脫水成內(nèi)酸酐：二元羧酸二銨鹽受熱時(shí)分子內(nèi)脫水、脫氨生成五元或六元環(huán)狀酰亞胺。12.5

羥基酸分子中同時(shí)具有羥基和羧基。根據(jù)羥基位置，分為α-,β-,γ-羥基酸等。常把羥基連在碳鏈末端的稱為ω-羥基酸。

①

羥基酸兼具醇和酸的性質(zhì)。羥基的-I效應(yīng)，酸性增強(qiáng)。②按羥基和羧基相對(duì)位置，羥基酸加熱有不同失水方式。1.酸性HOCH2COOH>HOCH2CH2COOH>……>

一元羧酸12.5.1羥基酸的性質(zhì)①α-羥基酸分子間脫水生成交酯。R-CHOHHO-CCOHHC-RHO=-2H2OO=OR-CHCCCH-ROO=交酯+△OO=②β-羥基酸分子內(nèi)脫水生成α,β-不飽和酸。R-CH-CH-COOHR-CH=CH-COOH-H2O-HOH-△分子間酯化反應(yīng)2.脫水反應(yīng)③γ-和δ-羥基酸分子內(nèi)脫水生成五元環(huán)和六元環(huán)的內(nèi)酯。R-CHCH2CH2CH2-COH-OH△δ-內(nèi)酯=OR-HCCH2CCH2O=CH2O+H2OCH2R-CHCH2CH2-CR-HCO—C=OCH2+H2Oγ-內(nèi)酯OH△=O-OH④羥基和羧基的距離更遠(yuǎn)時(shí)，分子間脫水成聚酯。3.分解脫羧反應(yīng)

α-羥基酸與稀硫酸或酸性高錳酸鉀共熱，羧基和α-碳原子之間的鍵斷裂，分解脫羧生成醛、酮或羧酸?？蓮聂人嶂苽渖僖粋€(gè)碳原子的醛、酮：12.5.2羥基酸的制法①羥基腈水解R-CHO+HCNR-CH-CNOH-α-羥基酸KCN+R-CH-CH2-COOHH2OHOH-R-CH=CH2+HOClR-CH-CH2

OH-Cl-OH-R-CH-CH2-CNH2OH+OH-R-CH-COOH②鹵代酸水解-+H2OCH3-CH-COOHOH-CH3-CH-COOHBr-OH/H2O

用堿或氫氧化銀處理α、β、γ等鹵代酸生成羥基酸。β-羥基酸瑞福馬斯基（Reformatsky）反應(yīng)有機(jī)鋅化合物與醛酮的加成產(chǎn)物水解為β-羥基酸α-鹵代酸酯首先與鋅粉反應(yīng)生成有機(jī)鋅化合物H+-OHR-=OβαR/–CH-CH-C–OHBrZn-CH-C-OC2H5+R/–C–HR/–CH-CH-C–OC2H5OZnBr-R-R-=O=O=OBr-CH-COOC2H5+ZnBrZn-CH-C-OC2H5R-R-=OOHR/–CH-CH-C–OC2H5H2O-R-=O例如：Zn+BrCH2COOC2H5BrZn-CH2COOC2H5OHCH2COOH①②H2O/H+O一、甲酸（蟻酸）

存在于蜂、蟻、蜈蚣等動(dòng)物中。甲酸的酸性（pKa=3.77)在飽和一元羧酸中是最強(qiáng)的酸。

由于甲酸分子中含有醛基結(jié)構(gòu)，因而有還原性，甲酸能還原銀氨溶液發(fā)生銀鏡反應(yīng)，也能使高錳酸鉀溶液褪色，這些反應(yīng)常用于甲酸的定性鑒定。工業(yè)上甲酸可作還原劑、防腐劑、制備染料及橡膠生產(chǎn)上。HCOOHCO2+H2O[O]H—C—OH=O12.6

常見(jiàn)的羧酸HCOOHCO↑

+H2O濃H2SO460～80℃（實(shí)驗(yàn)室制小量CO）HCOOHCO2↑+H2↑160℃二、乙酸（醋酸）

常溫下具有強(qiáng)烈刺激酸味的無(wú)色液體。由發(fā)酵法制得的食醋含有不到5%的乙酸。純凈的乙酸熔點(diǎn)是16.6℃，易凍結(jié)成冰狀固體，故又稱冰醋酸。

乙酸是重要的化工原料，可用來(lái)合成乙酸酐、乙酸酯等，又可以用于生產(chǎn)乙酸纖維、電影膠片等。由乙酸制成的乙酸乙烯酯是合成纖維尼綸的主要原料。工業(yè)制取方法：CH3COOHO2環(huán)烷酸鈷Cl2CH3COOHCH2ClH2O光

苯甲酸是白色晶體，微溶于水，易升華，其鈉鹽是溫和的防腐劑。三、苯甲酸（安息香酸）

苯甲酸與芐醇形成的酯類存在于天然樹(shù)脂與安息香膠內(nèi)，所以苯甲酸俗名安息香酸。

草酸可以與許多金屬生成配離子，例如草酸鉀和草酸鐵生成如下的配離子。Fe2(C2O4)2+3K3C2O4+6H2O2K2[Fe(C2O4)2]·6H2O

這種配合物是溶于水的，因此草酸可用來(lái)除去鐵銹或藍(lán)墨水痕跡。四、乙二酸（草酸）

草酸以鹽的形式存在于多種植物細(xì)胞膜中，最常見(jiàn)的是鈣鹽和鉀鹽。5(COOH)2+2KMnO4+2H2SO4K2SO4+2MnSO4

+10CO2+8H2O

草酸很容易被氧化成二氧化碳和水，在定量分析中常用草酸來(lái)標(biāo)定高錳酸鉀溶液。五、

重要的羥基酸③檸檬酸存在于許多水果中，未成熟的檸檬中含量高達(dá)6%酒石酸或其鉀鹽存在葡萄汁內(nèi)①酒石酸

-OHHOOC-CH-CH-COOH-OH蘋(píng)果酸

HOOC-CH2-CH-COOH-OHHO-C-COOHCH2COOHCH2COOH④水楊酸（鄰羥基苯甲酸）水楊酸具有殺菌能力，其鈉鹽可用作食品的防腐劑。⑤沒(méi)食子酸存在于茶、五倍子中

水楊酸與乙酐反應(yīng)得到乙酰水楊酸，俗名“阿斯匹林”是常用的解熱止痛藥。OHCOOH+(CH3CO)2OOCOCH3COOH阿斯匹林12.7

羧酸衍生物的物理性質(zhì)12.8

羧酸衍生物的化學(xué)性質(zhì)12.9

羧酸衍生物的制法12.10重要的羧酸衍生物（二）羧酸衍生物

羧酸分子中羧基上的羥基被其它原子或原子團(tuán)取代后生成的化合物叫羧酸衍生物。通式：R—C—LO=R-C-酰基O=酰鹵酸酐酯酰胺腈R-C-XR-C-O-C-RR-C-OR/R-C-NH2R-C≡NO=O=O=O=O=sp2sp與羧酸結(jié)構(gòu)類似平面結(jié)構(gòu)p-

共軛線型結(jié)構(gòu)與炔烴結(jié)構(gòu)類似

羧酸衍生物分子中都含有C=O基，都是極性化合物。乙酸異戊酯——--香蕉香味正戊酸異戊酯——蘋(píng)果香味正丁酸正丁酯——菠蘿香味

低級(jí)酯具有令人愉快的香味，常作香料。許多花、果的香味是由于羧酸酯而引起的。C14酸以下的甲酯和乙酯均為液體。

低級(jí)酰鹵和酸酐都是具有對(duì)粘膜有刺激性臭味的液體，高級(jí)的為固體。

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。12.7

羧酸衍生物的物理性質(zhì)沸點(diǎn)高低：酰胺

＞

酸酐

＞

羧酸

＞腈＞

酯、酰鹵RCO=HNHHHCO=NR羧酸衍生物可溶于有機(jī)溶劑；酰氯和酸酐不溶于水，低級(jí)的遇水分解；酯在水中溶解度很小；低級(jí)酰胺可溶于水；低級(jí)腈可溶于水。H-C-NH2O=

H-C-NHCH3O=H-C-NCH3CH3O=b.p.（℃）：195182153甲酰胺N,N-二甲基甲酰胺（DMF）N-甲基甲酰胺2.光譜性質(zhì)核磁共振：（酯、酸酐、酰鹵、酰胺）RCH2-C-YO=RCH2-C-O-CH2-RO=R-C-NH2O=δ=2~3ppmδ=3.5~4.0ppmδ=5~10ppm

羧酸衍生物的羰基吸收在1630～1850

cm-1之間。不同衍生物

C=O

伸縮振動(dòng)吸收頻率不同。紅外光譜：化合物酰鹵酸酐酯酰胺C=O伸縮振動(dòng)吸收頻率（cm-1）其它主要吸收峰（cm-1）

脂肪：~1800芳香或不飽和：1785~17651860～18001800～1750｝雙峰

脂肪：~1735芳香或不飽和：~17201630～1690C-O伸縮振動(dòng)：1045～1310C-O伸縮振動(dòng)：1300～1050～1600

～1640｝

伯酰胺二個(gè)特征峰N-H伸縮振動(dòng)：3500～3300（弱）C-N伸縮振動(dòng)：～1400N-H彎曲振動(dòng)：腈2260～2210（C≡N）乙酰胺的紅外光譜苯甲酸乙酯的紅外光譜12.8

羧酸衍生物的化學(xué)性質(zhì)羧酸衍生物主要含有?；?/p>

R-C-

）結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)有相似之處，但所連接負(fù)性基團(tuán)不同，又具有不同性質(zhì)，對(duì)同一種反應(yīng)，其活性也有差別。=O羧酸衍生物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性能

-H的活性羰基的活性離去基團(tuán)..

-H的活性減?。?/p>

-H的pKa

值增大）羰基的活性減小（取決于綜合電子效應(yīng)）L的離去能力減?。x去基團(tuán)的穩(wěn)定性減?。?.水解、醇解和氨解親核試劑為H2O、ROH或NH3

(RNH2)，羧酸衍生物分子中–X、–OOCR、OR'或–NH2被–OH、–OR或–NH2(–NHR)取代，生成羧酸、酯或酰胺------水解、醇解和氨解。

RCH2CXRCH2COCR/

(RCH2CHRCH2CR/)

RCH2COR/

RCH2CNH2O=O=O=O=O=O=O=12.8.1羰基的親核取代反應(yīng)①水解羧酸衍生物水解都生成相應(yīng)的羧酸水解活性：酰氯＞酸酐＞酯

＞酰胺（腈）R-C-Cl>-C-ClO=O=....（反應(yīng)猛烈）（加熱；酸、堿催化）（長(zhǎng)時(shí)間加熱回流；酸、堿催化）反應(yīng)速度遞增（熱水立即反應(yīng)）R-C-OH+HClO=R-C-OH+R/-OHO=R-C-OH+NH3O=R-C-OH+R/-C-OHO=O=R-C-ClR-C-O-C-R/R-C-OR/R-C-NH2O=O=O=O=O=+H-OHR-C≡NR-C-NH2O=R-C-OH+NH3O=

酯水解是可逆過(guò)程，但在OH-

條件下水解生成鹽，平衡破壞，水解可進(jìn)行到底。高級(jí)脂肪酸鹽——叫肥皂R-C-OR/+H2OR-C-ONa+R/OHO=O=NaOH（皂化反應(yīng)）

同位素示蹤實(shí)驗(yàn)證明，不管是H+

催化劑還是OH-

催化劑，大多數(shù)羧酸酯水解是酰氧鍵斷裂。CH3-C-OCH3+H2OCH3-C-OH+CH3OHO=O=1818②醇解羧酸衍生物都可以與醇作用生成相應(yīng)的酯。反應(yīng)活性順序?yàn)椋乎Ｂ龋舅狒觉?/p>

＞酰胺（腈）反應(yīng)速度遞增R-C-OR//+HClO=R-C-OR//+NH3O=R-C-OR//+R/-C-OHO=O=+H-OR//R-C-ClO=R-C-O-C-R/O=O=R-C-OR/O=R-C-NH2O=R-C-OR//+R/-OHO=（酯交換反應(yīng)）R-C≡NR-C-OR//+NH3O=酰氯和酸酐醇解常用于酯的合成：環(huán)狀酸酐醇解得到單酯酸：(CH3)3COH+CH3COClCH3COOC(CH3)3+HClC6H5N(CH3)268%-OH+CH3CH2COClCH3CH2COO-+HCl吡啶OO=O=+CH3OHCH2-C-OCH3CH2-C-OHO=O=△①酰鹵反應(yīng)時(shí)，吡啶或叔胺用作縛酸劑；②合成較難直接由羧酸酯化的酚酯；③保護(hù)羥基。CH2=CHCOOCH3+C4H9OHCH2=CHCOOC4H9+CH3OH酯醇解得到一個(gè)新的酯和醇，故稱為酯交換反應(yīng)。

酯交換的討論

酯交換用酸（HCl,H2SO4,對(duì)甲苯磺酸）和堿（RONa）

等催化均可。

叔ROH的酯交換比較困難（因空阻太大）。

常應(yīng)用于一個(gè)低沸點(diǎn)醇的酯轉(zhuǎn)化為高沸點(diǎn)醇的酯，反應(yīng)過(guò)程中將低沸點(diǎn)醇不斷蒸出，可移動(dòng)平衡。酸存在下腈用醇處理，經(jīng)亞胺中間體，水解得酯。③氨（胺）解酰氯、酸酐、酯與氨作用生成的反應(yīng)叫做氨解。反應(yīng)活性順序?yàn)椋乎Ｂ龋舅狒觉?/p>

反應(yīng)速度遞增R-C-NH2+NH4ClO=R-C-NH2+R/-C-ONH4O=O=+H-NH2R-C-ClO=R-C-O-C-R/O=O=R-C-OR/O=R-C-NH2+R/-OHO=-CONH2-COOHH3O+O-C-CO=O=+2NH3-CONH2-COONH4△H2O-+CH3CHCOOC2H5+NH3CH3CHCONH2+CH3CH2OH24h25℃70%~74%OHOH

羧酸衍生物的水解、醇解、氨解的反應(yīng)歷程相似，屬于親核取代反應(yīng)。O=R-C-Nu+L-消除R-C-L+NuR-C-LO=--ONu加成O=L：-Cl、-O-C-R、-OR/

、-NH2Nu：-OH（H2O）、-OR/（R/OH）、-NH2(NH3)堿性條件下反應(yīng)機(jī)理，加成—消除歷程（表現(xiàn)為取代）。在消除時(shí)，離去基團(tuán)L-

的親核性

，越易離去。2.親核加成-消除反應(yīng)歷程sp2sp3sp2羧酸衍生物羰基的取代活性：酰氯

＞

酸酐

＞

酯

＞

酰胺立體效應(yīng)影響：烴基，因空間擁擠，而反應(yīng)速度。

吸電子能力：（利于加成）-Cl＞

-O-C-R＞

-OR＞

-NH2=OL-

的親核性大?。?/p>

(離去的可能性相反)NH2＞

RO＞

R-C-O

＞

Cl=O----如：CH3COORCH3COO+ROH-OHH2O-反應(yīng)速度：

R=-CH3＞

-C2H5＞

-CH(CH3)2

＞

-C(CH3)312.8.2與有機(jī)金屬化合物反應(yīng)1.與二烷基銅鋰反應(yīng)

二烷基銅鋰只有酰鹵與其反應(yīng)較好——制備酮。2.與格氏試劑反應(yīng)通式：COMgXRR/LR-C-LO=R/MgX-MgXLR-C-R/O=R/MgXCOMgXRR/R/反應(yīng)是否終止在酮階段與羰基活性、試劑用量及反應(yīng)條件有關(guān)。COHRR/R/H2O/H+酰鹵活性＞酮，過(guò)量酰鹵與格氏試劑在溫和條件下可得到酮。CH3-C-Cl+CH3(CH2)3MgClO=COMgClCH3Cl無(wú)水乙醚CH2CH2CH2CH3加大格氏試劑用量則得到醇。酸酐、酯與格氏試劑反應(yīng)都只能得到最終產(chǎn)物醇。酰胺因有活潑氫，難與格氏試劑反應(yīng)。腈與格氏試劑反應(yīng)中間體亞胺不與格氏試劑加成，可以用來(lái)合成酮。O=H2O/H+CH3-C-CH2CH2CH2CH372%羰基化合物與格氏試劑的反應(yīng)歸納（亞胺鹽水解）RR/C=ORCNRCOOMgRCOOH叔ROHR2C=O伯ROH（甲醛）仲ROHRCHORCONH2仲ROH（甲酸酯）叔ROHRCOOR//叔ROH(RCO)2ORR/C=ORR/2C-OHRCOXR/MgX羰基化合物CO2羧酸RCOOH12.8.3還原反應(yīng)

羧酸衍生物有不飽和鍵，可以多種方法進(jìn)行還原，不同衍生物以不同的還原方法得到不同的還原產(chǎn)物。①酸酐酸酐還原得二分子醇。（不能被NaBH4還原）R-CR-COO=O=2R-CH2OHH2/催化劑或LiAlH4②酰胺

酰胺不易還原，但用氫化鋰鋁還原為胺（羰基被還原為CH2

生成伯、仲或叔胺）。（不能被NaBH4

還原）R-C-NH2RCH2NH2O=H2/催化劑或LiAlH4還原劑為：LiAlH4；NaBH4；H2/Ni、Pd、Pt時(shí)產(chǎn)物為醇。R-COClR-CH2OHLiAlH4或NaBH4

酰氯用毒化的鈀催