有机化学 Organic Chemistry

第十一章 羧酸及其衍生物 【本章重点】 1. 羧酸的酸性及诱导效应。 2. 羧酸及其衍生物的化学性质，羧酸衍生物的加成 – 消去反应历程。 3. 乙酰乙酸乙酯在合成上的应用。 【必须掌握的内容】 1. 羧酸及其衍生物的物理性质。 2. 羧酸的化学性质——结构与酸性、羧酸衍生物的生 成、脱羧反应及α-H卤代反应等。

3. 羧酸衍生物的化学性质——亲核取代反应(水解、 醇解、氨解)及其反应历程、与Grignard试剂反应及α-H 反应等。 酰胺的特殊性。 4. 乙酰乙酸乙酯的性质及在合成上的应用。 §11―1 羧酸 §11-1-1 羧酸的制备方法 (一) 从烃制备——烃的氧化 (二) 伯醇或醛的氧化——制备同碳数的羧酸： (三) 甲基酮氧化——制备减少一个碳原子的羧酸： (四) Grignard试剂与CO2作用——制备增加一个碳原子 的羧酸： 第十一章

§11-1-2 羧酸的物理性质 (五) 腈的水解： 羧酸是极性分子，能与水形成氢键，故低级一元酸可 与水互溶，但随M↑，在水中的溶解度↓，从正戊酸开始 在水中的溶解度只有3.7 %，＞C10的羧酸不溶于水。

随M↑呈锯齿形上升。偶数碳原子羧酸的m.p＞相邻两个同系物的m.p。 b.p： 羧酸 ＞ M 相同的醇。 m.p： 随M↑呈锯齿形上升。偶数碳原子羧酸的m.p＞相邻两个同系物的m.p。 §11-1-3 羧酸的化学性质 一、化学性质一览表 酸性与成盐

如： 羧酸衍生物的生成 1. 酰卤的生成 2. 酸酐的生成

3. 酯的生成 4. 酰胺的生成 还 原 反 应 脱 羧 反 应 如：

羧酸的酸性比水、醇强，甚至比碳酸的酸性还要强。 α-H 卤代反应 二、 羧酸的酸性 羧酸的酸性比水、醇强，甚至比碳酸的酸性还要强。 1. 羧基的结构与酸性 第十一章

羧酸和醇在结构上只差一个C=O，但其酸性却相差 很大。这是因为醇离解生成的RCH2O￣负离子中，负电荷 是局限在一个氧原子，而羧酸离解后生成的RCOO ￣负离 子，由于共轭效应的存在，氧原子上的负电荷则均匀地分 散在两个原子上，因而稳定容易生成。 由羧酸结构所决定，其最显著的化学性质就是在水溶 液中能离解成羧酸根负离子和质子。其酸性强度可用离解

常数Ka或它的负对数pKa表示。一些化合物的酸碱性强弱 次序如下： 2. 影响酸性强度的因素 (1) 诱导效应的影响 吸电子诱导效应(－I效应)使酸性↑，其相对强度： 同族元素——从上到下原子序数依次↑，电负性依↓。 故： 如：

同周期元素——从左到右电负性依次↑。 如： 与碳原子相连的基团不饱和性↑，吸电子能力↑。 如：

诱导效应的特点： A. 具有加和性 B. 诱导效应强度与距离成反比，距离↑，诱导效应强度↓。

取代苯甲酸的酸性不仅与取代基的种类有关，而且与取代基在苯环上的位置有关。如： (2) 邻位效应的影响 取代苯甲酸的酸性不仅与取代基的种类有关，而且与取代基在苯环上的位置有关。如： pKa 3.42 3.49 4.20 显然，当芳环上连有+I、+C基团时，将使酸性↓。 值得注意的是：当取代基处于邻位时，无论这个取代

基是吸电子基还是供电子基(－NH2除外)，都将是酸性↑，即邻位取代苯甲酸的酸性＞对位、间位取代苯甲酸，也＞苯甲酸。 产生这种现象的原因较为复杂，诸如立体效应、氢键等。总称为邻位效应。 pKa 2.21 4.20 3.91 第十一章

3. 成盐 应用：用于分离、鉴别。 不溶于水的羧酸，既溶于NaOH，又溶于NaHCO3； 不溶于水的酚，溶于NaOH，但不溶于NaHCO3； 不溶于水的醇，既不溶于NaOH，也不溶于NaHCO3。

三、 羧酸衍生物的生成 (1) 酰卤的生成 除HCOOH外，羧酸可PCl3、PCl5、SOCl2作用，羧酸中的羟基被氯原子取代生成酰氯。如： (2) 酸酐的生成 除HCOOH外，羧酸与脱水剂[P2O5或(CH3CO)2O]共 热，两分子羧酸则发生分子间脱水生成酸酐。

(3) 酯的生成 羧酸与醇在酸催化下作用，脱去一分子水生成酯的反应，称为酯化反应。 酯化反应是典型的可逆反应，为了提高酯的产率，可根据平衡移动原理，或增加反应物浓度，或减少生成物浓度，使平衡向右移动。 (4) 酰胺的生成 羧酸与NH3或RNH2、R2NH作用，生成铵盐，然后加 热脱水生成酰胺或N-取代酰胺。如：

羧酸不易被还原。但在强还原剂LiAlH4作用下，羧基可被还原成羟基，生成相应的1°ROH 四、 还原反应 羧酸不易被还原。但在强还原剂LiAlH4作用下，羧基可被还原成羟基，生成相应的1°ROH 该法不仅产率高，而且不影响C=C和C≡C的存在，可用于不饱和酸的还原。 羧酸在高温、高压下也可以催化加氢还原成醇。常用的催化剂为：Cu、Zn或亚铬酸镍。 第十一章

五、 脱羧反应 羧酸或其盐脱去羧基(失去CO2)的反应，称为脱羧反应。饱和一元羧酸在加热下较难脱羧，但低级羧酸的金属盐在碱存在下加热则可发生脱羧反应。如：

当α-碳原子上连有－NO2、－C≡N、－CO－、－Cl 等强吸电子基时则容易脱羧。如： 某些芳香族羧酸不但可以脱羧，且比饱和一元酸容易。如： 二元羧酸受热，依两个羧基的相对位置不同，其产物各异，乙二酸、丙二酸脱羧生成一元酸；丁二酸、戊二酸

脱羧生成酸酐；己二酸、庚二酸则脱羧兼脱水生成酮。

六、 α- 氢原子的反应 脂肪族羧酸的α- 氢原子也可被卤原子取代，但其反 应活性要比醛、酮低的多，通常要在少量红磷存在下方 可进行。 卤代酸中的卤原子与卤代烃中的卤原子相似，可以进行亲核取代反应和消除反应。如：

§11－2 羧酸衍生物 §11-2-1 羧酸衍生物的物理性质 1. 沸点(b.p)： 酰卤 、酸酐、酯 ＜ M 相近的羧酸 原因：酰卤 、酸酐、酯 没有分子间的氢键缔合作用。 酰胺 相应的羧酸 原因：酰胺的氨基上的氢原子可在分子间形成

较强的氢键。 显然，随着酰胺的氨基上的氢原子被取代，分子间的氢键缔合作用将逐渐削弱，以致不能发生氢键缔合，其沸点必然↓。 酰胺 ＞ N 一取代酰胺 ＞ N ， N 二取代酰胺 如： 2. 溶解度 酰卤、酸酐和酯不溶于水，但低级酰卤、酸酐

遇水则分解。 低级酰胺 溶于水，随着M↑，溶解度↓。 §11-2-2 羧酸衍生物的化学性质 §11－3 β-二羰基化合物 凡两个羰基中间被一个碳原子隔开的化合物均称为β-二羰基化合物。如：

一、酮式-烯醇式互变异构 但β-二羰基化合物的烯醇式结构却具有一定的稳定性。 实验事实：以乙酰乙酸乙酯为例 具有羰基的性质——①可与HCN、NaHSO3作用；②可与NH2OH、C6H5NHNH2作用；③还原可生成β-羟基酸酯。 表现出的其它性质： 可使溴水褪色——证明有不饱和键存在；

能与金属钠作用，放出H2↑ 说明有醇羟基存在。 能与CH3COCl作用生成酯 能与FeCl3水溶液作用呈现出紫红色——说明具有烯醇式结构。 实验事实表明：在乙酰乙酸乙酯中存在着酮式和烯醇式的互变异构，并形成一个平衡体系： 那么，同为烯醇式结构，为什么在乙酰乙酸乙酯中就可以稳定的存在呢？

其原因是： 1. 该烯醇式结构能通过分子内氢键的缔合形成一个稳定的六元环。 2. 烯醇式的羟基氧原子上的未共用电子对与碳碳双键、碳氧双键处于共轭体系，发生了电子的离域，使体系能量降低而趋于稳定。 二、乙酰乙酸乙酯及在合成上的应用 (一) 乙酰乙酸乙酯的制备

(二) 乙酰乙酸乙酯的化学性质 1. 酮式分解和酸式分解 (1) 乙酰乙酸乙酯在稀碱作用下，首先水解生成乙酰 乙酸，后者在加热条件下，脱羧生成酮。 (2)乙酰乙酸乙酯与浓碱共热，则在α-和β-碳原子间 断键，生成两分子乙酸盐，该分解称为酸式分解。

2.乙酰乙酸乙酯活泼亚甲基上的反应 这是一个亲核取代反应，主要生成烃基化和酰基化产物。

β-酮酸酯α-碳原子上的两个氢原子均可被烃基取代。 (三) 乙酰乙酸乙酯及在合成上的应用 同理，二取代乙酰乙酸乙酯进行酮式分解将得到二取代丙酮；进行酸式分解将得到二取代乙酸。

1. 合成甲基酮 经乙酰乙酸乙酯合成： 分析：(1) 产物为甲基酮，合成时一定要经过酮式分解。 (2) 将TM的结构与丙酮进行比较，确定引入基团。 (3) 最后确定合成路线。 注意：当引入基团不同时，通常是先引入活性较高和体积较大的基团 2. 合成二羰基化合物

这里值得注意的是：用I2偶合或用X(CH2)nX作烃基化试剂时，需要与2mol的乙酰乙酸乙酯。 3. 合成酮酸 4. 合成一元羧酸

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