很多生物利用某些代谢途径，产生一些对生物的生存和健康并非必要的化合物，即次生代谢产物，也称为天然产物。但在很多情况下，天然产物在保证特定的生物能继续生存方面有重要的功能和显著的活性，它们增强这些生物的竞争性。正由于天然产物具有某些特殊的生物功能和生理活性，所以通常也称为天然生物活性物质。 2019/1/3
第十四章 2019/1/3
Carboxylic Acids occupy a central place among acyl derivatives Carboxylic Acids occupy a central place among acyl derivatives. Not only are they important compounds themselves, they also serve as building blocks for preparing related derivatives such as esters and amide. Among important examples are cholic acid, a major component of human bile, and long-chain aliphatic acids such as oleic acid and linoleic acid, which are biological precursors of fats and other lipid 2019/1/3s.
自然界中的羧酸 胆酸 2019/1/3
油酸 2019/1/3
亚油酸 2019/1/3
Many simple saturated carboxylic acids are also found in nature Many simple saturated carboxylic acids are also found in nature. For example, acetic acid is the chief organic compound of vinegar; butanoic acid is responsible for the rancid odor of sour butter; hexanoic acid (caproic acid) is responsible for the unmistakable aroma of goats. 2019/1/3
14.1 羧酸的分类和命名 2019/1/3
14.1.1 羧酸的分类 Classification 2019/1/3
按羧基数目分类 一元酸 二元酸 三元酸 多元酸 2019/1/3
按烃基类型分类 2019/1/3
14.1.2 羧酸的命名 Nomenclature 2019/1/3
一、系统命名 1. 链状羧酸视为烃的衍生物，称为某酸，羧基编号为1位。 如果主链有烯键——某烯酸。 大于C10不饱和酸——某碳烯酸。 英文将烷烃名Alkane的“e”改为“oic acid”。 2019/1/3
2. 羧基直接连在环上的酸，称为羧酸。羧基相连的碳始终为1位。 英文后缀改为“carboxylic acid”。 4-甲基戊酸 4-methylpentanoic acid 2019/1/3
6-ethyl-3-methyloctanedioic acid 3-甲基-6-乙基辛二酸 6-ethyl-3-methyloctanedioic acid 2019/1/3
5-氯-3-戊烯酸 2019/1/3
4-氯苯甲酸 对氯苯甲酸 2019/1/3
3-硝基苯甲酸 间硝基苯甲酸 邻苯二甲酸 2019/1/3
二、俗名 一元酸 系统命名 普通命名 HCOOH 甲酸 蚁酸 CH3COOH 乙酸 醋酸 CH3CH2COOH 丙酸 初油酸 一元酸 系统命名 普通命名 HCOOH 甲酸 蚁酸 CH3COOH 乙酸 醋酸 CH3CH2COOH 丙酸 初油酸 CH3CH2CH2COOH 丁酸 酪酸 CH3(CH2)16COOH 十八酸 硬脂酸 2019/1/3
(Z)-HOOCCH=CHCOOH 顺丁烯二酸 马来酸 (E)-HOOCCH=CHCOOH 反丁烯二酸 富马酸 二元酸 系统命名 普通命名 HOOCCOOH 乙二酸 草酸 HOOCCH2COOH 丙二酸 缩苹果酸 HOOC(CH2)2COOH 丁二酸 琥珀酸 (Z)-HOOCCH=CHCOOH 顺丁烯二酸 马来酸 (E)-HOOCCH=CHCOOH 反丁烯二酸 富马酸 2019/1/3
14.2 羧酸的物理性质 Physical Properties 自学 2019/1/3
14.3 羧酸和羧酸根的结构 2019/1/3
羧酸的结构 羧酸根的共振结构 2019/1/3
两个碳氧键等 长，完全离域。 两个碳氧键不等长 羧基负离子和羧酸结构的区别 1.24Å 两个碳氧键等 长，完全离域。 两个碳氧键不等长 2019/1/3
由于p-π共轭，羧基碳的正电性减弱，与醛、酮中的羰基相比，不易发生典型的亲核加成反应。 羧基的结构特点 由于p-π共轭，羧基碳的正电性减弱，与醛、酮中的羰基相比，不易发生典型的亲核加成反应。 共轭的结果，使-OH上氢的酸性增强。 2019/1/3
14.3 羧酸的制备 2019/1/3
14.3.1 通过氧化反应制备 一、伯醇氧化 二、醛氧化 2019/1/3
三、环酮的氧化 四、烃的氧化 2019/1/3
五、卤仿反应制备少一个碳的羧酸 六、烃基苯侧链氧化制备芳香酸 2019/1/3
14.3.2 羧酸衍生物水解制备 2019/1/3
2019/1/3
14.3.3 腈化物的水解 腈在酸性或碱性溶液中水解生成羧酸。 2019/1/3
例： 用来从伯卤代烷制备增长一个碳原子的羧酸 2019/1/3
腈由伯卤代烷与氰化钾发生SN2反应制备。 注意 2019/1/3
不反应 反应速率太慢 2019/1/3
14.3.4 有机金属化合物与二氧化碳反应制备 2019/1/3
反应通式 反应机理 2019/1/3
2019/1/3
用来从卤代烷(伯、仲、叔)制备增长一个碳原子的羧酸。 2019/1/3
练习： 由苯和4个碳以下有机物合成： 2019/1/3
14.4 羧酸的反应 2019/1/3
羰基的亲核 加成，还原。 酸性 羰基的亲核加成，然后再消除 （表现为羟基的取代）。 -活泼H的反应 2019/1/3
14.4.1 羧酸的酸性及反应 Acidity and Reactions 2019/1/3
一、酸性 羧酸具有酸性，比醇强得多。 仍是一种弱酸。 一元饱和脂肪族羧酸的pKa值一般在4左右。 2019/1/3
pKa 4.72 16 －7 酸性 强无机酸 ＞ 羧酸 ＞ 碳酸 ＞ 酚 ＞ H2O ＞ ROH 2019/1/3
二、羧酸的酸性反应 2019/1/3
羧酸盐的若干性质 羧酸盐是固体。 钠、钾、铵盐可溶于水，重金属盐不溶于水。 羧酸根具有碱性和亲核性。 2019/1/3
三、取代基对羧酸酸性的影响 吸电子基使酸性增强，提高羧酸盐稳定性； 给电子基使酸性减弱，降低羧酸盐稳定性。 2019/1/3
1. 取代基对脂肪族羧酸酸性的影响 2019/1/3
2019/1/3
2. 取代基对芳香族羧酸酸性的影响 取代基具有吸电子共轭效应时，酸性强弱顺序为： 邻 ＞ 对 ＞ 间 邻 ＞ 对 ＞ 间 取代基具有给电子共轭效应时，酸性强弱顺序为： 邻 > 间 > 对 2019/1/3
邻 位：诱导、共轭、场、氢键、空间效应均要考虑； 具体分析时注意： 邻 位：诱导、共轭、场、氢键、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。 2019/1/3
吸电子诱导作用 大 给电子共轭作用大 氢键效应、使质子离去能力增加 吸电子诱导作用中 给电子共轭作用小 吸电子诱导作用小 给电子共轭作用大 2019/1/3
酸性顺序： ＞ ＞ 4.20 pka 2.98 4.08 4.57 2019/1/3
例：比较下列化合物的酸性 2019/1/3
例：按酸性由强到弱的次序排列下列化合物 ＞ ＞ ＞ ＞ 2019/1/3
结论： 吸电子取代基使酸性增大 给电子取代基使酸性减小 分子内的氢键使羧酸的酸性增强 2019/1/3
3. 场效应对酸性的影响： 场效应是一种空间的静电作用，取代基在空间产生的电场对酸性的影响。 pKa=6.25 pKa=6.04 2019/1/3
2019/1/3
羧基负离子对羧基有诱导效应，还有场效应，结果使羧基上的氢不易离去。 2019/1/3
pKa1 pKa2 HOOCCOOH HOOCCH2COOH HOOC(CH2)2COOH HOOC(CH2)3COOH 1.27 2.85 4.21 4.34 4.27 5.70 5.64 5.41 解释：二元酸的pKa1为什么小于pKa2？ 2019/1/3
Reaction of Carboxylate with Alkyl Halies 14.4.2 羧酸盐与卤代烃反应 Reaction of Carboxylate with Alkyl Halies 2019/1/3
有时也用Ag盐。优点：速率快。缺点：太贵。 一般是SN2反应； 只适用于1°RX和活泼RX； 常用的是钠盐； 有时也用Ag盐。优点：速率快。缺点：太贵。 2019/1/3
+ 2019/1/3
Reaction of Carboxylic Acids with Diazomethane 14.4.3 羧酸与重氮甲烷的反应 Reaction of Carboxylic Acids with Diazomethane 2019/1/3
反应通式 2019/1/3
2019/1/3
反应特点 反应条件温和，产率较高； 成本高，不安全，不适合工业生产； 醇羟基不能用此法甲基化，酚羟基可以。 2019/1/3
14.4.4 羰基的加成—消除反应 2019/1/3
酯 酰卤 酸酐 酰胺 2019/1/3
一、酯化反应 1. 定义 羧酸与醇在催化剂作用下失去一分子水生成酯的反应称为酯化反应。 2019/1/3
浓硫酸、对甲基苯磺酸、强酸性离子交换树脂、过渡金属氧化物…… 反应特点——可逆反应； 需要酸催化； 常用的催化剂： 浓硫酸、对甲基苯磺酸、强酸性离子交换树脂、过渡金属氧化物…… 2019/1/3
2. 酯化反应机理 根据羧酸和醇的结构不同，主要有三种机理 加成—消除机理 碳正离子机理 酰基正离子机理 2019/1/3
（1）加成——消除机理 2019/1/3
一般地，伯醇和仲醇与酸酯化时按加成——消除机制进行； ① 反应规律 一般地，伯醇和仲醇与酸酯化时按加成——消除机制进行； 醇的反应速率顺序为： CH3OH ＞ RCH2OH ＞ R2CHOH 2019/1/3
HCOOH ＞ CH3COOH ＞ RCH2COOH 羧酸的反应速率顺序为： HCOOH ＞ CH3COOH ＞ RCH2COOH ＞ R2CHCOOH ＞ R3CCOOH 2019/1/3
② 反应机理证明 同位数跟踪实验研究 2019/1/3
羧酸与光活性醇的反应实验研究 2019/1/3
（2）碳正离子机理 -H2O H+ -H+ 2019/1/3
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3o ROH的酯化反应产率很低。 ① 反应规律 3o ROH按此反应机制进行酯化； 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3o ROH的酯化反应产率很低。 按SN1机制进行反应，是烷氧键断裂! 2019/1/3
② 反应机理证明 采用同位素实验方法证明。 + + 2019/1/3
（3）酰基正离子机制 H2SO4 2019/1/3
-H+ 仅有少量空阻大的羧酸按此反应机理进行! 2019/1/3
二、生成酰卤 羧酸与PCl3，PCl5，SOCl2作用得酰氯。 H3PO3的沸点200℃，用于制低沸点的酰氯。 2019/1/3
POCl3的沸点105℃，用于制较高沸点的酰氯。 用于制各种酰氯，特别是在实验室里。 2019/1/3
三、生成酸酐 2019/1/3
四、生成酰胺和腈 2019/1/3
2019/1/3
2019/1/3
五、与有机金属化合物的反应 RMgX与羧酸反应生成不溶性的羧酸盐。 RLi与羧酸反应生成酮。 2019/1/3
RLi与羧酸反应机理 2019/1/3
14.4.5 羧酸α-H的反应 2019/1/3
一、定义 具有α-H的羧酸在催化量的红磷或三卤化磷或酰卤存在下与卤素发生反应，得到α-卤代酸的反应。 赫尔—乌尔哈—泽林斯基反应 C. Hell—J. Volhard—N. D. Zelinsky 2019/1/3
2019/1/3
二、Mechanism 2019/1/3
由于p-π共轭，羧基碳的正电性减弱，不象醛、酮中的羰基那样活泼，所以羧酸的α-H溴代需要红磷等催化。 2019/1/3
14.4.6 羧酸的还原反应 2019/1/3
LiAlH4和乙硼烷将羧酸还原为伯醇 问题：LiAlH4还原和乙硼烷还原的区别? 2019/1/3
14.4.7 羧酸的脱羧反应 2019/1/3
一、一般的脱羧反应 当羧基的α-C上有吸电子基团时，可在适当的条件下发生脱羧反应。 G= COOH CN C=O NO2 C6H5 CX3 2019/1/3
一般的脱羧反应不用特殊的催化剂，而是 在适当条件下进行。包括： （1）加热 （2）碱性条件 （3）加热和碱性条件共存 2019/1/3
脱羧反应实例： RCH=CH-CH2COOH RCH2CH=CH2 + CO2 2019/1/3
脱羧反应机理： 2019/1/3
二、几种特殊条件下的脱羧反应 1. 科尔伯（H. Kolbe）反应 羧酸碱金属盐在中性或弱酸性溶液中进行电解，偶联生成烷烃，并放出二氧化碳。 2019/1/3
用于制备结构特殊的烃 2019/1/3
2. 汉斯狄克（H. Hunsdiecker）反应 用于制备特殊结构而且少一个碳原子的溴代烃。 2019/1/3
汉斯狄克（H. Hunsdiecker）反应要求无水条件下进行，无水银盐难于得到。 2019/1/3
3. 克利斯脱（S. T. Cristol）反应 2019/1/3
14.4.8 二元羧酸的脱羧反应 2019/1/3
一、乙二酸和丙二酸受热脱羧反应 2019/1/3
二、丁二酸和戊二酸受热脱羧反应 2019/1/3
三、己二酸和庚二酸受热脱羧 2019/1/3