第十二章羧酸及取代羧酸

第十二章羧酸及取代羧酸 第一节羧酸的分类和命名第二节羧酸的物理性质第三节羧酸的结构和酸性第四节羧酸的化学反应第五节羧酸的制备第六节取代羧酸

脂肪酸 芳香酸 R-COOH Ar-COOH RCH CH COOH 饱和酸 RCH=CHCOOH 不饱和酸 2 2 第一节羧酸 (一) 羧酸的分类和命名分类： ① 按烃基不同： ② 按－COOH数目：

命名： 系统命名法与醛相似，但经常根据来源使用俗名。例：

第二节羧酸的物理性质 低级脂肪酸(C1－C3)是液体，可溶于水，具有刺鼻的气味。中级脂肪酸(C4－C9)也是液体，部分地溶于水，具有难闻的气味。高级脂肪酸(C10以上)是蜡状固体。无味，在水中溶解度不大。液态脂肪酸以二聚体形式存在。所以羧酸的沸点比相对分子质量相当的烷烃高。所有的二元酸都是结晶化合物。

第三节羧酸的结构和酸性 • 1、羧酸与羧酸根的结构 • 羧酸的结构： p-π共轭的结果： (1)使RCOO-H健减弱，氢原子酸性增加，羧酸具有酸性； (2).羧基的吸电子能力降低，羧基的亲核加成活性降低(都比羰基弱) ； (3). RCOO-中负电荷均匀地分布在两个氧原子上，稳定性↑，羧酸酸性↑↑。

可用下列方法表示羧酸负离子的结构： 共振论的表示方法： X射线衍射证实，在甲酸钠分子中，两个碳氧双键均为0.127nm。

2、酸性比较 羧酸酸性的强弱取决于电离后所形成的羧酸根负离子(即共轭碱)的相对稳定性。

３.影响酸性的因素 • 任何使酸根负离子稳定的因素都将增加其酸性，羧酸根负离子愈稳定，愈容易生成，酸性就愈强。 • A. 脂肪酸 • ① α-H被－R取代得越多，羧酸的酸性越弱。例如： Why?

原因：

② 若α-H被吸电子基（如－Cl）取代后，羧酸的酸性增强。例如：原因：

③ 吸电子基距－COOH越远，对RCOOH的酸性影响越小。例如：原因：诱导效应随着碳链增长迅速减弱。

给电子效应使RCOOH酸性减弱，吸电子效应使RCOOH酸性增强。给电子效应使RCOOH酸性减弱，吸电子效应使RCOOH酸性增强。吸电子效应强弱次序： NH3＋＞NO2＞CN＞COOH＞F＞Cl＞Br ＞ I＞COOR＞Ｃ≡ Ｃ＞OR＞OH＞C6H5＞ CH=CH2＞ H 给电子效应强弱次序： O－＞COO－＞(CH3)3C＞CH3CH2＞CH3＞H

（Ｂ）芳香羧酸的情况分析 取代基具有吸电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：邻 > 对 > 间取代基具有给电子共轭效应（-NH2除外）时，酸性强弱顺序为：邻 > 间 > 对具体分析：邻位（诱导、共轭、场、氢键效应、空间效应均要考虑。）对位（诱导很小、共轭为主。）间位（诱导为主、共轭很小。）

实例 邻位间位对位诱导吸电子作用大、共轭给电子作用大、氢键效应吸电子作用大。诱导吸电子作用小、共轭给电子作用大。诱导吸电子作用中、共轭给电子作用小。 pka 2.98 pka 4.08 pka 4.57 苯甲酸的pka 4.20

C. 二元酸 • ①酸性： pKa1＜pKa2； pKa1＜一元酸的pKa； • 原因：两个－COOH，且－COOH有较强的－I效应。 ②

羧酸的化学反应 酸性羰基的亲核加成，然后再消除（表现为羟基的取代）。羰基的亲核加成，还原。 -活泼H的反应

（一）羧酸的酸性与成盐 以卤素为例，说明酸性强弱顺序如下： FCH2COOH ＞ ClCH2COOH > BrCH2COOH > ICH2COOH pKa 2.67 2.87 2.90 3.16 CH3COOH < ClCH2COOH < Cl2CHCOOH < Cl3CCOOH pKa 4.76 2.87 1.36 0.63 CH3CH2C(Cl)HCOOH ＞ CH3C(Cl)HCH2COOH ＞ ClCH2CH2CH2COOH pKa 2.86 4.06 4.52 HCOOH ＞ CH3COOH > CH3CH2COOH >(CH3)2CHCOOH ＞ (CH3)3CCOOH pKa 3.77 4.76 4.86 4.87 5.05

*1. 羧酸盐是固体 *2. 羧酸盐的溶解度钠、钾、銨盐可溶于水，重金属盐不溶于水。 *3. 羧酸根具有碱性和亲核性羧酸盐能与活泼卤代烷反应。

（二）形成羧酸衍生物 酰氧键断裂，羟基被取代。 1) 形成酰卤亚硫酰氯(二氯亚砜) SOCl2，PCl3，PCl5

2) 形成酸酐 羧酸在脱水剂下加热，生成酸酐。某些二元酸只需加热便可生成五元或六元环的酸酐：

高级酸酐可通过乙酸酐与高级酸的交换反应得到： 酸酐可利用羧酸盐与酰卤反应得到：

3）酯化反应 定义：羧酸与醇在酸的催化作用下失去一分子水而生成酯的反应称为酯化反应。（常用的催化剂有盐酸、硫酸、苯磺酸等） H+ CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O 投料 1 ： 1 产率 67% 1 ： 10 97% 酯化反应是一个可逆的反应，为了使正反应有利，通常采用的手段是： ①使原料之一过量。 ②不断移走产物（例如除水，乙酸乙酯、乙酸、水可形成三元恒沸物 bp 70.4℃）

酯化反应的机制 1 加成--消除机制双分子反应一步活化能较高质子转移加成按加成--消除机制进行反应，是酰氧键断裂四面体正离子 -H2O -H+ 消除

1OROH，2OROH酯化时按加成--消除机制进行， 且反应速率为： CH3OH>RCH2OH>R2CHOH HCOOH>CH3COOH>RCH2COOH>R2CHCOOH>R3CCOOH

2 碳正离子机制 -H2O H+ (CH3)3COH2 + (CH3)3C-OH 属于SN1机制按SN1机制进行反应，是烷氧键断裂 -H+ ①3oROH按此反应机制进行酯化。 ②由于R3C+易与碱性较强的水结合，不易与羧酸结合，故逆向反应比正向反应易进行。所以3oROH的酯化反应产率很低。该反应机制也从同位素方法中得到了证明。 + H2O + (CH3)3COH

3 酰基正离子机制 H2SO4(浓) 属于SN1机制。 -H+ 78% 仅有少量空阻大的羧酸按此反应机理进行。

(三) 羧基被还原 一般还原剂不能将－COOH还原，LiAlH4或B2H6可将羧酸还原为伯醇：也可先将羧酸转化为酯，再用Na+C2H5OH还原（间接还原羧酸）：

（四）羧酸α-H的反应 赫尔－乌尔哈－泽林斯基反应 • 定义 • 在少量三氯化磷或三溴化磷等催化剂的作用下，卤素取代羧酸α-H的反应称为赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应。 PBr3 -HBr RCHCOOH RCH2COOH + Br2 Br

这步反应不会逆转 2 反应机理互变异构 PBr3 RCH2COOH RCH2COOH -HBr + Br - 催化剂的作用是将羧酸转化为酰卤，酰卤的α-H具有较高的活性而易于转变为烯醇式，从而使卤化反应发生。所以用10%~30%的乙酰氯或乙酸酐同样可以起催化作用。控制卤素用量可得一元或多元卤代酸。碘代酸由α-氯（或溴）代酸与KI反应来制备。

(五) 脱羧反应 • 羧酸分子中脱去羧基，放出CO2的反应。 • 饱和一元羧酸加热下难以脱羧。但若－COOH的α－C上有吸电子基时，脱羧反应容易发生。 • 一般的脱羧反应不用特殊的催化剂，而是在加热、碱性条件下进行。加热碱 ACH3 + CO2 A-CH2-COOH 当A为吸电子基团，如：A=COOH， CN， C=O， NO2， CX3， C6H5等时。失羧反应极易进行。

(六) 二元羧酸受热后的反应：

小结成酸成酸酐成酮布朗克规则：在有机反应中，有可能成环时，一般形成五元或六元环。

第五节羧酸的制备 （一）氧化法醇、醛、芳烃、炔、烯、酮（卤仿反应）的氧化 (甲) 烃氧化

(乙) 醇或醛氧化 (丙) 甲基酮氧化利用卤仿反应可以得到少一个碳的羧酸：

（二）羧酸衍生物的水解反应 RCN O2 / V2O5 H2O 500oC

腈的水解 H2O H+ or HO- 醇反应式 RX + NaCN RCN RCOOH 特点：产物比反应物卤代烷多一个碳，与RCN同. 反应注意事项 1 应用于伯卤代烃制腈，产率很好，叔仲卤代烃在NaCN下易消去。 2 芳香卤代烷不易制成芳腈。 3 如用卤代酸与NaCN反应制二元酸时，卤代酸应先制成羧酸盐。 NaOH NaCN ClCH2COOH ClCH2COONa NCCH2COONa HOOCCH2COOH NaOH H2O H+ 因为H+与NaCN反应放出HCN

(三) 格氏试剂法 格氏试剂和CO2的反应 Mg 无水醚 CO2 H2O RX RMgX RCOOMgX RCOOH (1) 1oRX、2oRX较好，3oRX需在加压条件下反应（否则易消除） (2) ArI、ArBr易制成格氏试剂、ArCl较难。 (3) 反应要控制低温。产物比RX多一个碳原子。讨论

（四）通过羰基化合物的缩合反应制备 1 柏琴反应芳香醛与酸酐在相应羧酸盐作用下进行亲核加成，失去一分子羧酸，生成 -芳基-α, -不饱和酸一个最简单的 Perkin 反应

Perkin 反应的一般形式 Perkin 反应机理

2、克脑文格尔反应 醛(酮)在弱碱催化下与具有活泼亚甲基的化合物的缩合反应。 • 特点： • 含双活化基团的羰基化合物作为亲核部分（提供烯醇负离子） • 弱碱催化（一般为胺类化合物或吡啶），以避免醛的自身缩合，芳香醛，脂肪醛、酮都可以进行反应。

例：

第六节取代羧酸的合成和反应 CH3-CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -COOH  ε    α (一)卤代酸一、卤代酸的合成 1α-卤代酸的合成 (赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应) 2 -卤代酸的合成 Br RCHCH2COOH RCH=CH-COOH + HBr

二卤代酸的反应 1 -卤代酸的反应 NaOH H+ R-CH-COOH H2O OH R-CH-COOH R-CH-COOH NH3 NH2 Br ①NaHCO3 H3O+ R-CH-COOH ②NaCN  CN R-CH(COOH)2

浓碱作用下，构型翻转。 浓 - - SN2反应 (R)-乳酸（S）-2-溴丙酸在Ag2O存在下，用稀碱作用，构型保持。 (S)-2-溴丙酸 (R)- -丙内酯邻基参与效应 (S)-乳酸

2、β -卤代酸的反应 有 -H，在碱作用下，生成 ,β-不饱和酸 NaOH-H2O CH3CH2CHBrCH2COOH CH3CH2CH=CHCOONa H+ CH3CH2CH=CHCOOH 无-H，在碱性CCl4溶液中，生成β-丙内酯，在碱水中，β-丙内酯开环。

3 γ卤代酸，在稀碱液中加热成五元环内酯

(二) 羟基酸 一羟基酸的合成 1、 -羟基酸的合成（1）由羰基化合物加HCN，然后水解合成。（2）由-卤代酸合成。

2、 β-羟基酸的合成 (1) β-氯醇与NaCN反应，再水解。 (2) 用瑞佛尔马斯基反应，然后将酯基水解。

雷福尔马斯基反应 在Zn粉存在下， -卤代酸酯与醛或酮反应生成β-羟基酸酯，经过水解可得β-羟基酸。例：

讨论： • ① Reformasky反应与格氏反应类似，但用Zn不用Mg。因为BrZnCH2COOC2H5比BrMgCH2COOC2H5活性低，只与醛、酮反应，不与酯反应。 • ②用α－卤代酸酯，产物为β－羟基酸（酯）。

第十二章羧酸及取代羧酸