第八章-羧酸和取代羧酸

一、羧酸的分類和命名第一節(jié)

羧酸C15H31COOH軟脂酸C17H35COOH硬脂酸許多羧酸最初來自天然產(chǎn)物，因此常采用俗名來命名。HCOOHCH3COOHC6H5COOHHOOC－COOH

蟻酸醋酸安息香酸草酸(Z)-HOOCCH=CHCOOH順-丁烯二酸馬來酸(E)-HOOCCH=CHCOOH反-丁烯二酸富馬酸目前一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)羧酸的系統(tǒng)命名法：（與醛相似）羧酸習(xí)慣上常用希臘字母標(biāo)位，與羧基直接相連的碳原子為，其余依次為、、、(末端)

等。

2,3-二甲基戊酸或,-二甲基戊酸

2-甲基-3-戊烯酸2,4-戊二烯酸

3-羧基-3-羥基戊二酸（檸檬酸）目前二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)

(2-)環(huán)已基乙酸1,2-環(huán)已基二甲酸苯甲酸鄰苯二甲酸(1,2-苯基二甲酸)3-苯基丙烯酸-萘乙酸（肉桂酸）

目前三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)2,4-環(huán)戊二烯基甲酸反-1，3-環(huán)戊基二甲酸RRE-（2-）丁烯二酸目前四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3CO2H158111420二十四烯酸D5,8,11,14二十碳四烯酸5,8,11,14-(花生四烯酸)>10C的不飽和酸在碳數(shù)后加“碳”字

碳看書P500（1）目前五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)二、羧酸的結(jié)構(gòu)

羧基不是羰基和羥基的簡(jiǎn)單加合p-π共軛體系

sp2

目前六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)鍵長(zhǎng)部分平均化；羰基碳的正電性——降低，親核加成變難；羥基H的酸性——增加；

a-H的活性——

降低；羥基較難被取代；p-π共軛的結(jié)果:目前七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)三、物理性質(zhì)

易形成雙分子氫鍵締合體，與分子量相近的其它類型有機(jī)物相比，羧酸具有特別高的沸點(diǎn)。目前八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)四、羧酸的化學(xué)性質(zhì)

-活潑H的反應(yīng)酸性羰基的親核加成，然后再消除（外觀表現(xiàn)為羥基的取代）羰基的親核加成；還原脫羧目前九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)

(一)酸性

羧酸一般都屬于弱酸，比碳酸和苯酚的酸性強(qiáng)。羧酸能分解碳酸氫鈉，放出二氧化碳，而酚不能。利用此性質(zhì)可以區(qū)別羧酸與酚類。分子量大的羧酸難溶于水，但其鉀鹽或鈉鹽則易溶于水。醫(yī)藥上常將含羧基而難溶于水的藥物制成易溶于水的鹽，如將青霉素G制成鉀鹽或鈉鹽供注射用。高級(jí)脂肪酸鈉是肥皂的主要成分，高級(jí)脂肪酸銨是雪花膏的主要成分。目前十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)羧酸酸性的強(qiáng)弱取決于電離后所形成的羧酸根負(fù)離子(即共軛堿)的相對(duì)穩(wěn)定性。常見酸酸性比較：目前十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)

羧酸的酸性強(qiáng)弱受整個(gè)分子結(jié)構(gòu)的影響

Z為吸電子基，酸性增強(qiáng)Y為斥電子基，酸性減弱H－COOHCH3－COOHCH3CH2－COOHpKa3.774.764.88H－COOHC6H5－COOHCH3－COOHpKa3.774.174.76目前十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)如丙二酸的一個(gè)羧基負(fù)離子對(duì)另一個(gè)羧基酸性的影響：既有誘導(dǎo)效應(yīng)，也有場(chǎng)效應(yīng)。二種影響都使質(zhì)子不易離去從而使第二電離度大大減弱。場(chǎng)效應(yīng)的大小與距離平方成反比，距離越近，作用越大。誘導(dǎo)效應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)不同電負(fù)性取代基的影響，除了沿著碳鏈傳遞(誘導(dǎo)效應(yīng))外，還可通過場(chǎng)效應(yīng)傳遞。場(chǎng)效應(yīng)是某些取代基的靜電作用,通過空間對(duì)反應(yīng)中心產(chǎn)生影響。-OHCH2COO=COδ+目前十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)δ-δ+場(chǎng)效應(yīng)與誘導(dǎo)效應(yīng)的影響方向也有不一致的情況，如：

H—OCl C=O

H—OH C=O6.25pKa：6.04Cl的-I效應(yīng)使酸性增強(qiáng),

Cl的場(chǎng)效應(yīng)使酸性減弱目前十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)芳香酸：間位只考慮誘導(dǎo)效應(yīng)，對(duì)位同時(shí)考慮共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)，鄰位取代比較特殊。CO2HO2NCO2HNO2CO2HNO2CO2HCO2HHOCO2HOHCO2HOHpKa:2.213.423.494.202.984.084.57鄰位效應(yīng)：當(dāng)取代基處于鄰位時(shí)，無論這個(gè)取代基是吸電子基還是供電子基(－NH2除外)，都將使酸性增強(qiáng)，即鄰位取代苯甲酸的酸性大于對(duì)位、間位取代苯甲酸，也大于苯甲酸。？

P486:14-1;14-2;P501:3;4;5目前十五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)

(二)羧酸的還原

一般情況下，羧酸不容易被還原。只有一些特殊的還原劑如氫化鋁鋰(LiA1H4)、乙硼烷(B2H6)才能被還原成相應(yīng)的醇。

目前十六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)NaBH4LiAlH4催化加氫B2H6烯炔烯炔醛酮醛酮醛酮醛酮酰鹵羧酸羧酸衍生物腈、肟羧酸衍生物腈、肟羧酸羧酸衍生物(酰鹵除外)鹵代烴(亞)硝基化合物鹵代烴(亞)硝基化合物鹵代烴目前十七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)(三)羧基中羥基被取代的反應(yīng)羧基中的羥基可被鹵原子(－X)、烴氧基(－OR)、酰氧基(－OCOR)和氨基(－NH2)等取代，產(chǎn)生酰鹵、酯、酸酐和酰胺等羧酸衍生物。反應(yīng)歷程為親核加成－消除。1．酰鹵(acylhalideoracidhalide)的生成PCl3適于制備低b.p.酰氯;PCl5適于制備高b.p.酰氯;用SOCl2制備酰氯，產(chǎn)物除酰氯外，都是氣體，容易提純，但所制酰氯與SOCl2的b.p.不應(yīng)相近。目前十八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)

2．酸酐(acidanhydride)的生成

脫水劑：乙酰氯、乙酸酐、五氧化二磷等

混合酸酐的制備:單酐SN2甲酸在脫水劑作用下生成CO?P490:14-3;14-4目前十九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)某些二元酸，只需加熱即可生成五元環(huán)或六元環(huán)的酸酐。?P491:14-5目前二十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)

3．酯(ester)的生成——酯化反應(yīng)

為提高產(chǎn)率，可采用：A.增加其中一種便宜原料的用量。B.不斷除去反應(yīng)生成的水C.或者及時(shí)將生成的低沸點(diǎn)酯蒸出。目前二十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)酯化反應(yīng)機(jī)理:兩種斷鍵方式：目前二十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)酸和醇的體積(空間因素)對(duì)酯化反應(yīng)的速率有很大影響。所以酯化反應(yīng)的活性順序?yàn)椋?/p>

醇：CH3-OH>RCH2-OH>R2CH-OH

酸：HCO2H>RCH2CO2H>R2CHCO2H>R3CCO2H

上述機(jī)理為酸催化的酰氧斷裂的雙分子機(jī)理。羧酸與伯/仲醇酯化時(shí)多屬于這一機(jī)理。目前二十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)①

3oROH按此反應(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3oROH的酯化反應(yīng)產(chǎn)率很低。*2.烷氧斷裂---碳正離子機(jī)制屬于SN1機(jī)制該反應(yīng)機(jī)制也從同位素方法中得到了證明。(CH3)3C-OHH+(CH3)3COH2+-H2O-H+按SN1機(jī)制進(jìn)行反應(yīng)，是烷氧鍵斷裂+(CH3)3COH+H2O目前二十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)是SN2反應(yīng)。只適用于1oRX和活潑RX。

常用的是鈉鹽。(有時(shí)也用Ag鹽，優(yōu)點(diǎn)：速率快。缺點(diǎn)：太貴。)體系中雙鍵不受影響。

RCOO-+R’XRCOOR’+X-SN2此外，還可采用羧酸鹽與鹵代烷反應(yīng)合成酯(SN2)

目前二十五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)

在藥物合成中常利用酯化反應(yīng)將藥物轉(zhuǎn)變?yōu)榍八?prodrug)，以改變藥物的生物利用度、穩(wěn)定性等。賽他洛爾（cetarnolol）為-腎上腺能阻斷劑，可治療

青光眼和降低眼壓，由于極性強(qiáng)和脂溶性差，難于透過角膜。丁酰賽他洛爾的脂溶性增高，制成的滴眼劑透過角膜的能力增加了4-6倍，進(jìn)入眼球后，經(jīng)酶水解再生成賽他洛爾而起效。目前二十六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)4．酰胺(amide)的生成羧酸與NH3或RNH2、R2NH作用，生成銨鹽，然后加熱脫水生成酰胺或N-取代酰胺。目前二十七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)腈的生成未取代酰胺目前二十八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)

(四)

-氫的鹵代反應(yīng)羧酸分子中-碳上的氫，受到鄰位羧基的影響變得活潑，能被鹵素取代，這種情況和醛酮-氫一樣。但羧酸-氫的鹵代需三鹵化磷或紅磷等的催化。該反應(yīng)稱為Hell-Volhard-Zelinsky反應(yīng)三鹵化磷或紅磷是催化量，否則-OH繼續(xù)被溴取代（P494:14-7)目前二十九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)控制鹵素用量可得一元或多元鹵代酸。

-碘代酸由-氯（或溴）代酸與KI反應(yīng)來制備。-鹵代酸很活潑，常用來制備-羥基酸和-氨基酸、丙二酸等。R-CH-COOHBrR-CH-COOHR-CH-COOHR-CH-COOHR-CH(COOH)2NaOHH2OH+NH3①

NaHCO3②

NaCNOHNH2CNH3O+目前三十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)

(五)脫羧反應(yīng)——縮短碳鏈

羧酸分子中羧基脫去二氧化碳的反應(yīng)稱為脫羧反應(yīng)。

一般一元羧酸很難直接脫羧。當(dāng)羧酸分子中-碳原子上連有吸電子取代基時(shí)脫羧反應(yīng)比較容易進(jìn)行。目前三十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)丙二酸型化合物的脫羧

原因：基團(tuán)Y的吸電子作用；另外，環(huán)狀過渡態(tài)機(jī)制。目前三十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)漢斯蒂克（Hunsdiecker）反應(yīng)Ag2O用HgO替代——Cristol反應(yīng)自由基機(jī)理(相當(dāng)于-COOH被鹵素Br取代）脂肪酸和芳香酸都可通過這個(gè)途徑脫羧目前三十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)科西（Kochi）反應(yīng)——自由基機(jī)理（制備仲、叔氯代烴較好）脂環(huán)酸收率好。有幾何異構(gòu)的環(huán)烷酸生成順反異構(gòu)目前三十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)Kolbe電解法——羧酸鹽電解制備高級(jí)烷烴自由基機(jī)理?P492:14-6目前三十五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)(六)二元羧酸受熱時(shí)的特殊反應(yīng)二元羧酸受熱時(shí)，隨著兩個(gè)羧基間距離不同而發(fā)生不同的反應(yīng)。1．兩個(gè)羧基直接相連或只間隔一個(gè)碳原子，受熱發(fā)生脫羧反應(yīng)，生成一元羧酸。

二三脫羧成羧酸目前三十六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)2．兩個(gè)羧基間隔2個(gè)或3個(gè)碳原子，受熱發(fā)生脫水反應(yīng)，生成環(huán)酐。

2-甲基戊二酸2-甲基戊二酸酐

四五脫水成酸酐目前三十七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)3．兩個(gè)羧基間隔4個(gè)或5個(gè)碳原子，受熱發(fā)生脫水脫羧反應(yīng)，生成環(huán)酮。

己二酸

環(huán)戊酮

庚二酸

環(huán)己酮

六七脫水又脫羧4．兩個(gè)羧基間隔5個(gè)以上碳原子，在高溫時(shí)發(fā)生脫水反應(yīng)，生成高分子鏈狀酸酐。

目前三十八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)Blanc(布朗克)規(guī)則：

在可能形成環(huán)狀化合物的條件下，總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)。思考題二三脫羧成羧酸；四五脫水成酸酐；六七脫水又脫羧目前三十九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)羧酸可與RMgX、RLi反應(yīng)，結(jié)果不一。(七)其它反應(yīng)羧酸鎂鹽不溶于有機(jī)試劑，且成鹽后羧羰基活性降低，故不再和格氏試劑進(jìn)一步反應(yīng)。羧酸鋰鹽的解離性不是很高，但溶解性卻很好，且易于接受親核試劑進(jìn)攻。目前四十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)羧基一般不被氧化，但甲酸、草酸具有還原性；甲酸甚至可被Tollens試劑、Fehling試劑氧化，草酸能被KMnO4氧化。-碳原子上取代基少的，空間位阻小的羧酸易于發(fā)生加成反應(yīng)。常用溶劑乙醚、苯、四氫呋喃等。目前四十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)一、鹵代酸第二節(jié)取代羧酸取代羧酸為雙官能團(tuán)化合物，兼有取代基和羧基的性質(zhì)，且由于二者相互位置的不同，又具有一些特性。目前四十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)鹵代酸的酸性強(qiáng)于羧酸通過鹵代酸可制備其它取代羧酸目前四十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)-鹵代酸堿性水解：濃堿作用下，構(gòu)型翻轉(zhuǎn)。SN2目前四十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)在Ag2O存在下，用稀堿作用，構(gòu)型保持。反應(yīng)過程中經(jīng)歷兩次SN2，構(gòu)型保持復(fù)習(xí)鄰基參與，注意立體化學(xué)問題鄰基參與目前四十五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)內(nèi)酯-或-鹵代酸在堿作用下生成內(nèi)酯

-鹵代酸在堿的作用下生成,

-不飽和羧酸目前四十六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)

羥基酸包括醇酸和酚酸。

2-羥基丙酸或-羥基丙酸羥基丁二酸2,3-二羥基丁二酸(乳酸)(蘋果酸)(酒石酸)

3-羧基-3-羥基戊二酸鄰羥基苯甲酸3,4,5-三羥基苯甲酸2-苯基-2-羥基乙酸(檸檬酸)(水楊酸)(沒食子酸)(扁桃酸)二、羥基酸目前四十七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)1)從羥基腈水解

1.制備-羥基酸-羥基酸目前四十八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)2）從鹵代酸水解3）雷福爾馬茨基(Reformatsky)反應(yīng)是制備β-羥基酸酯和β-羥基酸的重要方法之一有機(jī)鋅試劑只與醛酮的羰基反應(yīng)，不能用鎂代替鋅，因有機(jī)鎂試劑太活潑，與酯也發(fā)生反應(yīng)。增碳-鹵代酸酯目前四十九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)4）通過羥醛縮合反應(yīng)制備-羥基酸具有-H的酯在二異丙醇鋰（LDA）作用下與醛酮反應(yīng)制備-羥基酸酯5）內(nèi)酯水解環(huán)酮通過過氧酸氧化處理得內(nèi)酯，經(jīng)水解后制得羥基酸選擇性氧化Baeyer-Villiger反應(yīng)目前五十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)6）ω-羥基酸的合成：將二元酸單酯的酯基還原成醇

HOOC(CH2)nCOOC2H5HOOC(CH2)nCH2OHNa+C2H5OHH2O目前五十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)2.性質(zhì)1）酸性由于羥基的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，醇酸的酸性比相應(yīng)的羧酸強(qiáng)。分子內(nèi)氫鍵目前五十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)2）脫水反應(yīng)-羥基酸受熱時(shí)，分子間交叉脫水，形成交酯。

丙交酯-羥基酸受熱時(shí)，分子內(nèi)脫水生成,-不飽和酸。

目前五十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)-羥基酸和-羥基酸分子內(nèi)脫水生成五元環(huán)的-內(nèi)酯或六元環(huán)的-內(nèi)酯；-內(nèi)酯較難生成。

-丁內(nèi)酯當(dāng)羥基與羧基相距四個(gè)碳原子以上時(shí)，加熱可生成鏈狀聚酯。目前五十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)羥基處于羧基的鄰位或?qū)ξ坏姆铀?，加熱易引起脫羧反?yīng)。-羥基酸（含-

H）可與Tollens試劑作用發(fā)生銀鏡反應(yīng)3）分解脫羧反應(yīng)目前五十五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)4）氧化反應(yīng)目前五十六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)水楊酸又叫柳酸，學(xué)名鄰羥基苯甲酸。乙酰水楊酸(acetylsalicylicacid)俗名為阿司匹林(Aspirin)，水楊酸與乙酐在磷酸、硫酸存在下共熱而生成乙酰水楊酸。

阿司匹林具有解熱、鎮(zhèn)痛、抗血栓形成及抗風(fēng)濕的作用，刺激性較水楊酸小，是內(nèi)服退熱鎮(zhèn)痛藥。

目前五十七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)可供藥用的其他水楊酸衍生物有：-CO2CH3OH-CO2C6H5OH-CO2NaOHH2N-

冬青油.可止痛,亦用作牙膏、糖果等的香精.水楊酸苯酯(Salol).腸道和尿道消毒劑對(duì)-氨基水楊酸鈉(PAS-Na).用于治療各種結(jié)核病。目前五十八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)第三節(jié)

氨基酸羧酸分子中烴基上的氫原子被氨基取代后的產(chǎn)物，叫做氨基酸。

α-氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位。蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下，能逐步水解成比較簡(jiǎn)單的分子，最終產(chǎn)物是各種不同的α-氨基酸。目前五十九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)§1α-氨基酸與羧基相鄰的α-碳原子上都有一個(gè)氨基，因而叫做α-氨基酸。除甘氨酸外，所有α-氨基酸中的α碳原子均是手性碳，故有D型與L型兩種構(gòu)型。天然氨基酸均為L(zhǎng)-氨基酸。它們的結(jié)構(gòu)通式如下：L-氨基酸目前六十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)§1.1α-氨基酸的分類與命名在α-氨基酸分子中可以含多個(gè)氨基和多個(gè)羧基，而且氨基和羧基的數(shù)目不一定相等，根據(jù)其分子中所含氨基和羧基的數(shù)目可分為中性氨基酸、堿性氨基酸和酸性氨基酸。

中性氨基酸：分子中氨基數(shù)=羧基數(shù)（氨基的堿性和羧基的酸性不是完全相當(dāng)，所以并非真正中性的物質(zhì)）；

堿性氨基酸：分子中氨基數(shù)>羧基數(shù)(呈現(xiàn)堿性)；酸性氨基酸：分子中氨基數(shù)<羧基數(shù)(呈現(xiàn)酸性)。命名：氨基酸一般用俗名，見P355(表14.1)。系統(tǒng)命名法：將-NH2作為取代基，同羧酸的命名。目前六十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)§1.2

氨基酸的化學(xué)性質(zhì)氨基酸分子中既有堿性-NH2和酸性-COOH，與強(qiáng)酸或強(qiáng)堿都能作用生成鹽，因此氨基酸為兩性化合物。同時(shí)，在同一分子內(nèi)，氨基和羧基也可作用生成鹽，這種鹽叫內(nèi)鹽。在氨基酸的水溶液中存在下列平衡：1、兩性與等電點(diǎn)目前六十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)

若將氨基酸水溶液的酸堿度加以適當(dāng)調(diào)節(jié)，可使羧基與氨基的電離程度相等，也就是氨基酸帶有正、負(fù)電荷數(shù)目恰好相同，此時(shí)溶液的PH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)，以PI表示。中性氨基酸的等電點(diǎn)一般在之間；酸性氨基酸為，堿性氨基酸為。

等電點(diǎn)時(shí)氨基酸的溶解度最小，故可調(diào)節(jié)pH值分離氨基酸的混合物。目前六十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)2、氨基的反應(yīng)

α-氨基酸中的氨基具有伯胺的性質(zhì)，與亞硝酸作用時(shí)生成羥基酸，同時(shí)定量的放出氮?dú)?。?）與亞硝酸的反應(yīng)范斯萊克氨基測(cè)定法——氨基酸目前六十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(diǎn)（2）脫羧反應(yīng)