羧酸 羧酸衍生物 取代羧酸
一、基本要求
1．掌握羧酸，羧酸衍生物及取代羧酸的结构及命名。 2．掌握羧酸，羧酸衍生物及取代羧酸的主要化学性质。
3．了解碳酸衍生物、原酸衍生物、油脂、磷脂和蜡的结构和性质。 4。掌握α-H的酸性及影响因素；
5. 掌握酮式-烯醇式互变异构现象；
6. 掌握Claisen缩合反应，熟悉其反应机理；
7. 掌握乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯的性质及在合成上的应用。
二、知识要点
（一）羧酸：分子中含有羧基(-COOH)的化合物。 1．分类、命名与结构：
（1）分类：羧酸按羧基所连的烃基种类不同，可分为脂肪酸、脂环酸和芳香酸；按烃基是否饱和可分为饱和酸和不饱和酸；按分子中羧基的数目不同可分为一元酸、二元酸和多元酸。
（2）命名：根据其来源可得俗名。系统命名法与醛相似。羧酸的主链可用阿拉伯数字编号，也可用希腊字母α、β、γ……编号，最末端碳原子可用ω表示。羧酸分子中除去羧基上的羟基后余下的部分称为酰基。
（3）结构：羧基中羟基和羰基间发生p-π共轭，C-O单键和C=O双键键长平均化；羰基碳的正电性降低，使羧酸与醛、酮在化学性质上有较大的差异。
2．化学性质：
（1）酸性和成盐反应：羧酸是酸性较强的一类有机化合物，其一元饱和脂肪酸的pka一般在4~5范围内，比碳酸、酚及醇的酸性都要强。羧酸的酸性与其结构有关，影响因素有诱导效应、共轭效应、邻位效应等，能使羧酸根负离子稳定的因素，可增强酸性，反之则酸性减弱。羧酸与碱成盐，生成的羧酸盐比羧酸更易溶于水，常用此性质分离纯化羧酸类化合物。 （2）羟基被取代的反应：羧基中的羟基被卤素（－X）、烷氧基(－OR)、酰氧基(－OCOR)及氨基（－NH2）取代后生成的产物称为羧酸衍生物，它们分别是酰卤、酸酐、酯、酰胺。
酯化反应是羧酸与醇之间的脱水，反应历程主要有亲核加成-消除反应。羧酸和醇的结构影响酯化反应的机理和难易程度，酸和醇分子中烃基的空间位阻加大使酯化反应速度变慢；大多数情况下酯化反应按酰氧键断裂方式进行，位阻大的醇发生酯化反应时一般按碳正离子机理进行，位阻大的芳香酸发生酯化反应时则按酰基正离子机理进行。
（3）还原反应：羧基可被氢化铝锂还原生成羟甲基。
（4）α-氢原子的取代反应：p-π共轭使羧酸α-氢原子的活性比醛、酮α-氢原子活性小，因此羧酸α-氢原子的卤代需要红磷或PX3作催化剂，生成的产物是α-卤代酸。
（5）脱羧反应：饱和一元羧酸不易发生脱羧反应，羧酸分子中α-碳原子上连有硝基、卤素、酰基、羧基等强吸电子基团时，脱羧反应较容易；芳香酸较脂肪酸容易脱羧，当羧基的邻对位有强吸电子基团时更易脱羧。
（6）二元羧酸受热时的反应：二元羧酸受热时根据其分子中两个羧基的相对距离不同而发生不同的反应。2~3个碳的二元羧酸受热发生脱羧反应生成一元羧酸，4~5个碳的二元羧酸
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受热发生分子内脱水反应生成环状酸酐，6~7个碳的二元羧酸受热发生既脱羧又脱水的反应生成少一个碳原子的环酮。
（二）羧酸衍生物
羧酸衍生物是指羧酸分子中羧基上的羟基被其它原子或基团取代所生成的化合物。主要有酰卤、酸酐、酯、酰胺和腈等。
1. 结构和命名
(1) 结构：与羧酸的结构相似，酰卤、酸酐、酯、酰胺分子中都含有酰基，可用通式RCOL表示（L=-X、-OCOR、-OR、-NH2），与羰基相连的X、O、N原子上都有未共用电子对可与羰基发生p-π共轭，所以酰卤、酸酐、酯、酰胺表现出相似的化学性质；但由于X、O、N原子的电负性不同，p-π共轭的程度不一样，故在反应活性上有一定差异。
(2) 命名：酰卤和酰胺的命名是酰基的名称后加卤原子或胺的名称，酰胺若氮原子上有取代基，在取代基名称前加N标出；根据水解所得的酸来命名酸酐和腈；酯也是根据其水解的酸和醇来命名。 2. 化学性质
（1）水解、醇解、氨解：酰基上的亲核取代，可用通式表示为：
OO RC-L+ HYRC-Y + HL L：-X、-OCOR、-OR、-NH2
Y：-OH、-OR、-NH2、-NHR、-NR2
水解、醇解、氨解是羧酸衍生物的典型化学性质，也可看成是在水、醇、氨（胺）分子中引入酰基的反应，因此，这类反应又称为酰化反应。合成中常用酰化反应保护酚羟基和芳氨基；由于酰化反应可降低反应活性，可利用制备酚、芳胺的单卤代化合物，故酰化反应在有机合成上具有重要作用。
羧酸衍生物的水解、醇解、氨解反应分两步进行：①亲核加成，②消除反应。 反应的活性顺序是：酰卤＞酸酐＞酯＞酰胺。 （2）与有机金属化合物的反应：
羧酸衍生物与RMgX反应生成酮，酮继续与RMgX反应生成30醇，可利用此反应以酯为
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原料合成3醇。
酰卤与R2CuLi、R2Cd的反应可用于合成酮酸酯 （3）还原反应
羧酸衍生物均可被LiAlH4还原，酰卤、酸酐、酯还原生成伯醇，酰胺、腈还原生成胺。另外，酰卤可发生Rosenmund反应生成醛；酯用金属钠和醇还原生成醇，且分子中的不饱和键不受影响；腈可用催化氢化法还原生成伯胺。 （4）酰胺的特殊反应：
①酸碱性：酰胺分子中氮原子与羰基的p-π共轭，减弱了氮原子接受质子的能力，使其碱性降低，故酰胺的水溶液不显碱性而显中性。酰亚胺显酸性，能与强碱成盐。
②Hofmann降解反应：氮原子上未取代的酰胺在碱性溶液中与卤素作用，生成少一个碳原子的伯胺。
③脱水反应：在P2O5等试剂的作用下，酰胺脱水生成腈。
（三）取代羧酸：
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羧酸分子中烃基上的氢被其它原子或基团取代的化合物。 系统命名时以羧酸为母体。 1．卤代酸：
化学特性：在稀碱溶液中，α-卤代酸水解生成α-羟基酸，β-卤代酸发生消除反应生成α，β-不饱和酸，γ或δ-卤代酸则生成五或六元环的内酯。 2．羟基酸：
化学特性：羟基酸受热易脱水，脱水方式因羟基和羧基之间的相对位置不同而不同。两分子α-羟基酸交叉脱水，生成较稳定的六元环交酯；β-羟基酸发生分子内脱水生成α，β-不饱和酸；γ或δ-羟基酸发生分子内脱水生成五或六元环的内酯；羟基和羧基相隔五个或五个以上碳原子时，发生分子间脱水生成链状结构的高分子聚酯。
3.羰基酸
（1）α-H的酸性及互变异构
α-H的酸性：有机化合物分子中，与官能团直接相连的碳原子称为α-碳原子，α-碳原子上的氢称为α-H；α-H以正离子形式离解的能力即α-H的酸性。
官能团吸电子能力越强，α-H离解后生成的碳负离子越稳定，α-H的酸性越强。 互变异构：具有α-H的羰基化合物普遍存在一对互变异构体：酮式和烯醇式。
H
CC=OC=COH
它们共存于一个平衡体系中。α-H的活性越大，α-H离解后生成的碳负离子越稳定，烯醇式含量越高。
（2）缩合反应
Claisen（克莱森）酯缩合反应：在碱的作用下，具有α-H的酯分子间发生类似羟醛缩合的反应，生成β-酮酸酯。
O ONaOC2H5 CCH2COCHOCH + HCH3COCH2COOC2H5 + C2H5OHCH25253
酯缩合反应机理：
OOO- -C2H5O+ C2H5OH CHCOCHCHCOCHCH=COCH325225225
OCH3CO-CH3CCH2COOC2H5OC2H5+O-CH2=COC2H5OC2H5CH3CO-OCH3CCH2COOC2H5 + C2H5O-CH2COOC2H5OC2H5OCH3CCH2COOC2H5 + C2H5O-OCH3CCHCOOC2H5 + C2H5OHH3+OCH3COCH2COOC2H53
酯的交叉缩合：
在碱的作用下，不含α-H的酯与含有α-H的酯分子间发生类似羟醛缩合的反应。
OO
HCCH2COC2H5NaOC2H5OC2H5 + HCH3COCH2COOC2H5 + C2H5OH
Dieckmann(狄克曼)缩合：在碱的作用下，二元羧酸酯分子内或分子间的Claisen酯缩合反应。
酯的缩合反应是合成上形成C-C键的重要手段。
R1(H)OR1(H)1、OH-/H2O CHCHOCOOR+R2、H2R2
（3）β-二羰基化合物的性质及在合成上的应用 乙酰乙酸乙酯
Br2 -H2O 退色 FeCl3烯醇式结构显色
NaH2
HCN or NaHSO3亲核加成反应 酮式结构羟胺 or 苯肼肟 or 腙
1、40%NaOH2CH3COOH酸式分解 2、H+CH3 COCH2COOC2H51、稀NaOH CH3COCH3酮式分解+2、H RR1、NaOC2H51、NaOC2H5 CH3COCHCOOC2H5CH3COCCOOC2H52、RX2、RX 烷基化RCOR1、NaOC2H5
CH3COCHCOOC2H5酰基化2、RCOX
CH3COCHCOOC2H5RCH=CHCOR(H) Michael加成RCHCHCOR(H)2哌啶
1、NaOC2H5
2、XCH2COOR1、NaOC2H52、RCOCH2XCH3COCHCOOC2H5CH2COORCH3COCHCOOC2H5RCOCH24
酰基化或烷基化后乙酰乙酸乙酯再经酮式分解，可制备甲基酮、二酮类化合
丙二酸二乙酯
CH2(COOC2H5)2
OH-1、2、H+1、NaOC2H52、RX1、NaOC2H52、RCOX1、NaOC2H52、RCOCH2X1、NaOC2H5CH3COOH + CO2RCH(COOC2H5)2CORCH(COOC2H5)2CH(COOC2H5)CH2CORCH(COOC2H5)CH2COOC2H5CH(COOC2H5)RCHCH2COR(H)Michael加成酰基化1、NaOC2H52、RXRC(COOC2H5)2R烷基化2、XCH2COOC2H51、NaOC2H52、RCH=CHCOR(H)2CH2(COOC2H5)21、2NaOC2H52、XCH2(CH2)nCH2XCH2CH(COOH)2CH2CH(COOH)2(CH2)nCH2CH(COOC2H5)2CH2CH(COOC2H5)2CH2CH2COOHCH2CH2COOH1、NaOH2、HCl(CH2)n-CO2(CH2)nI2 + 2 Na+ --2NaICR(COOC2H5)2CR(COOC2H5)21、NaOHCR(COOC2H5)22、HCl
RCHCOOH-CO2RCHCOOH不同烷基化后的丙二酸二乙酯再经水解、加热脱羧可制备一元、二元羧酸或脂环羧酸。Michael加成可制备1，5-二官能团化合物。
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