第十三章 羧酸及其衍生物v4

第十三章羧酸及其衍生物主要內(nèi)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(yīng)的機(jī)理羧酸a位的鹵代、還原及與金屬有機(jī)試劑的反應(yīng)羧酸的脫羧第十三章羧酸衍生物（1）主要內(nèi)容

幾種類(lèi)型的羧酸衍生物,結(jié)構(gòu)及命名?；系挠H核取代反應(yīng)（水解反應(yīng),醇解反應(yīng)，胺解反應(yīng)），羧酸衍生物的親核取代機(jī)理。羧酸衍生物的親核取代相對(duì)活性及相互轉(zhuǎn)換羧酸衍生物與Grignard試劑的反應(yīng)，羧酸衍生物的還原反應(yīng)官能團(tuán)是羧基COOH；飽和一元羧酸通式：CnH2nO2羧酸的分類(lèi)和命名羧酸的通式：羧酸的分類(lèi)脂肪族羧酸分類(lèi)：脂環(huán)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(chēng)主鏈：連有-COOH

，包含不飽和鍵的最長(zhǎng)碳鏈。烯酸，炔酸。芳環(huán)、脂環(huán)作取代基，編號(hào)：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(tǒng)名俗稱(chēng)：,-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(duì)稱(chēng)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(yīng)制酸（用于制備特定結(jié)構(gòu)的羧酸）3側(cè)鏈?zhǔn)鞘逋榛?，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(yīng)。此法用于制備比原料多一個(gè)碳的羧酸，睛的水解（制備比原料多一個(gè)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(chǎn)物甘油和醇。通過(guò)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(fā)生消除反應(yīng)）。制備比原料多一個(gè)碳的羧酸水解法

工業(yè)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(zhì)羧酸的沸點(diǎn)比分子量相近的醇、醛、醚要高。羧酸分子間存在氫鍵，可以發(fā)生分子間的締合(通過(guò)兩個(gè)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(diǎn)有一定規(guī)律，隨著分子中碳原子數(shù)目的增加呈鋸齒狀的變化。IR：反映出-C=O和-OH的兩個(gè)官能團(tuán)1HNMR：-COO-Hδ=10.5~12羧酸的光譜性質(zhì)

羧酸的結(jié)構(gòu)(-COOH)13.3羧酸的化學(xué)性質(zhì)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(gòu)型。

羧基負(fù)離子

(COO-)：Ρ—Π共軛(Π34)；電子密度平均化，負(fù)電荷分散；兩根C—O鍵等同126pm羧酸的結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)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(yīng)活性降低。羥基O上電子云密度下降，O—H鍵變?nèi)?，有一定的酸性（酸性比醇大）?/p>

幾種活潑氫的酸性比較羧酸酚醇pKa~5~10~16-19

羧酸根負(fù)離子的共振式與穩(wěn)定性有兩個(gè)完全等價(jià)的共振式1.

羧酸的酸性吸電子基對(duì)羧酸酸性的影響23200×10－55530×10－5136×10－51.75×10－5Ka應(yīng)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(lèi)的鹵代羧酸羥基的鹵代與醇類(lèi)的鹵代有相似性形成酸酐可能機(jī)理:乙烯酮衍生物酸酐強(qiáng)除水劑生成酯（酯化反應(yīng)）

酯化反應(yīng)特點(diǎn)：反應(yīng)需要H+催化，無(wú)催化劑時(shí)反應(yīng)很慢。反應(yīng)可逆（加大反應(yīng)物用量或除去水使酯的產(chǎn)率提高）生成酰胺

提示：合成上一般通過(guò)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(qiáng)還原劑可還原至伯醇提示：1o醇3.

羧酸的還原反應(yīng)合成上應(yīng)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(yīng)開(kāi)始劇烈，后較慢，先酯化再還原：反應(yīng)較易進(jìn)行，產(chǎn)率較好，反應(yīng)條件相對(duì)比較溫和，LiAlH4用量較少

補(bǔ)充內(nèi)容：能被LiAlH4還原的化合物及其產(chǎn)物類(lèi)型提示：大多數(shù)的基團(tuán)能被LiAlH4還原其它能還原羧基的試劑例：-NO2未受影響機(jī)理：a-鹵代羧酸4.

羧酸a氫的反應(yīng)

a-鹵代羧酸在合成上的應(yīng)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(guò)羧酸鈉鹽脫羧

b-羰基酸或b,g-烯基酸的脫羧注意比較產(chǎn)物與原料的雙鍵的位置提示：羧基的β位有不飽和基團(tuán)時(shí)易發(fā)生脫羧!!產(chǎn)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(yīng)用例：合成難點(diǎn):

位置選擇性不好反應(yīng)較難操作用b-羰基酯進(jìn)行反應(yīng)雙活化位酯基的作用:活化、

定位-C連有強(qiáng)吸電子基容易脫羧

Hunsdiecker

反應(yīng)適用于制備伯溴代烷反應(yīng)機(jī)理（自由基機(jī)理）13.4二元羧酸的化學(xué)性質(zhì)1.

具有羧酸的通性

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

二元羧酸受熱反應(yīng)的規(guī)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(nèi)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(duì)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(qū)蚊劑鄰苯二甲酸二丁酯—增塑劑對(duì)苯二甲酸與乙二醇作用生成對(duì)苯二甲酸乙二醇酯?？s聚得聚酯纖維“滌綸”.滌綸對(duì)苯二甲酸乙二醇酯廢舊聚酯材料可化學(xué)解聚回收利用!13.5羥基酸羥基酸的分類(lèi)和命名羥基酸分類(lèi)醇酸酚酸以羧酸為母體，羥基為取代基;碳鏈編號(hào)時(shí),從羧基的碳原子開(kāi)始;也可從連接羧基的碳原子開(kāi)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(yīng)

-----------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(yīng)，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(jī)鋅試劑(BrZnCH2COOR)與格氏試劑(MgRX)。例：羥基酸的性質(zhì)具有醇和酸的共性，也有因羥基和羧基的相對(duì)位置的互相影響的特性反應(yīng)。(1)

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

脫水反應(yīng)羥基酸的酯化——形成內(nèi)酯和交酯a-羥基酸b-羥基酸g-羥基酸d-羥基酸交酯g-內(nèi)酯d-內(nèi)酯a,b－不飽和酸羥基與羧基間的距離大于四個(gè)碳原子時(shí)，受熱則生成長(zhǎng)鏈的高分子聚酯。

(3)分解脫羧反應(yīng)-羥基酸碳鏈縮短一個(gè)碳的反應(yīng)-羥基酸反應(yīng)在有機(jī)合成中的應(yīng)用：高級(jí)羧酸經(jīng)-溴代、水解來(lái)合成少一個(gè)碳的高級(jí)醛

α-酮酸與稀硫酸共熱時(shí)，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(chēng)為羰基酸。羰基酸具有羰基和羧酸的典型反應(yīng)。也有因羰基和羧基的相對(duì)位置的互相影響的特性反應(yīng)。

β-酮酸受熱易脫羧生成酮。歸納與小結(jié)

本單元的幾個(gè)人名反應(yīng)赫爾-烏爾哈-澤林斯基反應(yīng)(制備

-鹵代酸)p313a-鹵代羧酸雷福爾馬茨基(Reformatsky,S.)反應(yīng)(制備-羥基酸)p322柯?tīng)栘?施密特(Kolbe-Schmitt)反應(yīng)(制備水楊酸)p325本單元中有關(guān)有機(jī)化合物酸堿性的討論羧酸具有較強(qiáng)酸性——羧酸根負(fù)離子穩(wěn)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(nèi)氫鍵p323羥基酸的脫水反應(yīng)—p323；二元羧酸受熱反應(yīng)的規(guī)律。本單元中增加一個(gè)碳原子的反應(yīng)；p308

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

羥基酸的脫水反應(yīng)；二元羧酸受熱反應(yīng)1013.7羧酸衍生物的類(lèi)型及命名羧酸衍生物的類(lèi)型酰鹵酸酐酯酰胺羧酸羧酸分子中的羥基被不同基團(tuán)取代的產(chǎn)物稱(chēng)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(yīng)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(chēng)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(nèi)酰胺

含有—CONH—基的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的酰胺，稱(chēng)為“內(nèi)酰胺”。酰胺苯甲酸乙酯b-甲基-g-丁內(nèi)酯丙二酸二乙酯酯酯的命名可在酯前加上相應(yīng)的羧酸和醇來(lái)命名，稱(chēng)為“某酸某酯”。含有—COO—基的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的酯，稱(chēng)為“內(nèi)酯”。酰鹵的沸點(diǎn)較相應(yīng)的羧酸低（無(wú)氫鍵締合）；

酸酐的沸點(diǎn)較相對(duì)分子質(zhì)量相當(dāng)?shù)聂人岬停认鄳?yīng)的羧酸高；

酯的沸點(diǎn)比相應(yīng)的酸和醇都要低（與同碳數(shù)的醛酮差不多）。

酰胺的沸點(diǎn)比相應(yīng)的羧酸高。13.8

羧酸衍生物的物理性質(zhì)CH3CONH2CH3CONHCH3CH3CON(CH3)2m.p.b.p.82℃28℃-20℃221℃204℃165℃氮上氫被取代后，沸點(diǎn)和熔點(diǎn)顯著降低：∵氨基上的氫原子可在分子間形成強(qiáng)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(xué)性質(zhì)羧酸衍生物的結(jié)構(gòu)羧酸衍生物在結(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)是都含有?；?)，?；c其所連的基團(tuán)都能形成p-π共軛體系。與?；噙B的原子L的電負(fù)性都比碳大，故有-I

效應(yīng)和碳相連的原子L上有未共用電子對(duì)，故具有+C效應(yīng)當(dāng)+C＞-I時(shí)，?；加H核反應(yīng)活性將降低；當(dāng)+C＜-I時(shí)，反應(yīng)活性將增大。羧酸衍生物性質(zhì)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(tuán)(Leavinggroup)羧酸衍生物?；系挠H核取代水解反應(yīng)醇解反應(yīng)胺解反應(yīng)反應(yīng)類(lèi)型通式酰基上的親核取代的一般機(jī)理或：?；系挠H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(fù)電荷，其穩(wěn)定性受空間因素、電子因素影響。中間體——四面體構(gòu)型]。消除一步取決于L的堿性和穩(wěn)定性。酰基上的親核取代反應(yīng)活性的影響因素及規(guī)律P331總的反應(yīng)速度和兩步反應(yīng)速度都有關(guān)系，但第一步更為重要。?；系挠H核取代相對(duì)速度（相對(duì)反應(yīng)活性）兩方面原因：(i)羰基的親電性不同（與加成步驟有關(guān)）誘導(dǎo)效應(yīng)的影響：電負(fù)性：Cl

>O>N正電荷密度大對(duì)加成步驟有利酰氯、酸酐在有機(jī)合成中常用為?；瘎?ii)離去基團(tuán)的離去能力（與消除步驟步驟有關(guān)）共軛較弱（負(fù)電荷在電負(fù)性大的原子上）共軛較強(qiáng)（羰基性質(zhì)減弱）共軛效應(yīng)的影響：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

的反應(yīng)活性與L基團(tuán)的性質(zhì)有關(guān)。（L對(duì)反應(yīng)性能的影響如下表）

小結(jié)：?；系挠H核取代相對(duì)反應(yīng)活性。當(dāng)+C＞-I時(shí)，酰基碳親核反應(yīng)活性將降低；當(dāng)+C＜-I時(shí)，反應(yīng)活性將增大。飽和碳上的親核取代；羧酸衍生物?；忌系挠H核取代---(比飽和碳上的親核取代容易)；醛酮羰基碳總是發(fā)生加成而不發(fā)生親核取代。親核取代機(jī)理練習(xí)題11、試寫(xiě)出下列反應(yīng)的主要產(chǎn)物：(5)(R)－2－溴丙酸+(S)－2－丁醇→→(6)1.

羧酸衍生物的水解反應(yīng)

酸催化水解反應(yīng)歷程：

堿催化水解反應(yīng)歷程：

P332

P332酰氯的水解易反應(yīng)（可直接與水反應(yīng)）酸酐的水解較易反應(yīng)，H＋

或OH－催化更快。酯的水解需H＋或OH－催化，當(dāng)OH－用量大于化學(xué)計(jì)量時(shí)，反應(yīng)完全。酰胺的水解H+orOH－的用量須大于化學(xué)計(jì)量，要加熱。酰氯的醇解反應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)完全，產(chǎn)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(yīng)酸酐的醇解反應(yīng)合成上用于制備酯酯羧酸優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)溫和，產(chǎn)率好酯的醇解反應(yīng)（酯交換反應(yīng)）

反應(yīng)可逆需H＋或R”O(jiān)ˉ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(yīng)，在工業(yè)生產(chǎn)上常有應(yīng)用。

P338

P320對(duì)苯二甲酸乙二醇酯對(duì)苯二甲酸乙二醇酯

縮聚→→得聚酯纖維“滌綸”.酰胺的醇解反應(yīng)反應(yīng)相對(duì)不易進(jìn)行（離去能力:）合成上意義不大（合成酯類(lèi)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(yīng)酯的胺(氨)解酰胺的胺解條件：無(wú)水、過(guò)量胺胺的交換，合成上意義不大總結(jié)：羧酸衍生物的相互轉(zhuǎn)換（制備方法）羧酸衍生物的親核取代練習(xí)題NC(CH2)3CN機(jī)理：反應(yīng)能否控制在中間產(chǎn)物——酮？酰氯、酸酐、酯酮叔醇取代4.

羧酸衍生物與RMgX的反應(yīng)利用酰鹵的活潑性進(jìn)行選擇性反應(yīng)制備酮羰基的活性（親電性）：實(shí)驗(yàn)方法：將R’MgX

滴加到RCOCl

中,

RCOCl

始終保持過(guò)量。始終過(guò)量比較酰氯與格氏試劑的反應(yīng)酯與格氏試劑的反應(yīng)快步驟慢步驟可保留快步驟慢步驟立即反應(yīng)羧酸衍生物與金屬有機(jī)試劑的反應(yīng)練習(xí)題NaOH+I2

LiAlH4還原反應(yīng)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(yīng)

P339P334，337羧酸衍生物的催化氫化還原（兩個(gè)典型的例子）羅森門(mén)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(yè)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(jiǎn)單的不飽和酮

工業(yè)上制乙烯酮——乙酸或丙酮熱解：作乙?；瘎？煽闯梢宜岱肿觾?nèi)脫水而得的酸酐。與含活潑氫的化合物反應(yīng)——引入一個(gè)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(nèi)脫水而得的酸酐。7.

酰胺氮原子上的反應(yīng)---酰胺的酸堿性①酰胺的酸堿性氫原子受兩個(gè)?；挠绊?，易以質(zhì)子的形式被堿奪去，酸性比酰胺強(qiáng)，形成的鹽較穩(wěn)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