羧酸及其衍生物
1 羧酸
羧酸：分子中含有羧基的化合物。

羧基：
根据羧基的数目不同分为一元、二元及多元羧酸；根据羧基所连的烃基的不同分为脂肪族、芳香族羧酸；根据烃基是否饱和分为饱和、不饱和羧酸。
1.1 命名
1.1.1 系统命名法：
选择含羧基的碳链作为主链，编号从羧基开始。
一元羧酸： HCOOH CH3COOH
甲酸 乙酸
3-甲基-2-丁烯酸 3-（对-氯苯基）丁酸 苯甲酸
二元羧酸：


HOOCCOOH
乙二酸 丁烯二酸 对苯二甲酸
1.1.2 一些化合物的俗名：

蚁酸（甲酸），醋酸（乙酸），草酸（乙二酸）
硬脂酸（CH3(CH2)16COOH），
软脂酸（CH3(CH2)14COOH），
甘氨酸（H2NCH2COOH）

肉桂酸 柠檬酸 乳酸
1.2羧酸的来源与制法
羧酸广泛存在于自然界中，与人类的关系极为密切。如食用醋就是6～8%的醋酸；柠檬中含有柠檬酸，松香中含有松香酸，单宁中含有没食子酸，胆汁中存在有胆甾酸，实际上大多数羧酸是以酯的形式存在于自然界中，如苯甲酸（安息香酸）就以酯的形式存在于安息香中；油脂是高级脂肪酸的酯；草酸则以盐的形式存在于许多植物细胞中。

羧酸的制备方法较多，常用的有氧化法、水解法和由有机金属化合物制备等。
1.2.1由烃、醇、醛氧化
常用的氧化剂有K2Cr2O7+H2SO4, KMnO4, HNO3, CrO3 等。
芳烃支链的氧化常用于芳香族羧酸的合成：
通常采用醇作原料氧化制备羧酸，由醛出发制备羧酸只适用于那些容易得到的醛。如：
1.2.2由腈、酯等羧酸衍生物水解
腈在酸性或碱性条件下回流水解，生成羧酸。伯卤代烷通过亲核取代反应，容易制得腈，因为用叔卤代烷制腈容易发生消去反应，因此腈水解制备羧酸一般从伯代卤烷出发。
例如：
1.2.3 羧化法
1.3 化学性质

1.3.1 酸性
RCOOH > ArOH > H2O > ROH > RC≡CH > NH3 > RH
RCOOH + NaHCO3 RCOONa + CO2 + H2O
RCOONa + HCl RCOOH + NaCl
影响分子酸碱强度的因素
（一）结构因素
电子效应
（1）共轭效应
共轭效应是轨道离域或电子离域所产生的一种电子效应。
RCOOH pKa = 4～5
ROH pKa = 16～19
在羧酸根离子中两个氧原子是等同的：

这种共轭效应的存在使羧酸根离子得以稳定。

（共振效应）
稳定化酸与不稳定化碱的共振效应使酸的碱度降低，稳定化碱与不稳定化酸的共振效应使酸度增强。
（2）诱导效应
诱导效应 (I)：由于原子或基团电负性的影响，引起分子中电子云沿键传递的效应称为诱导效应。
和基团或原子的电负性及相对距离有关。
–I: –F > –OR >–NR2 > –CR3
–F > –Cl > –Br > –I
+I: –NR- > –O-
H—CH2COOH Cl—CH2COOH CH3—CH2COOH
Ka 1.75x10-5 1.4x10-3 1.3x10-5

CH3CH2CHClCOOH CH3CHClCH2COOH　ClCH2CH2CH2COOH CH3CH2CH2COOH
pKa 2.82 4.41 4.70 4.82
pKa 4.76 1.68
吸电子基的吸电能力：

pK1 1.3 2.0 3.0
pK2 4.27 6.3 4.4
两羧基离得越近，相互影响（场效应）越大，K1 , K2差别越大。
氢键

PKa 2.98 4.58
（二）外部条件
1 溶剂
不同溶剂中，酸碱强度主要取决于溶剂的介电常数及溶剂对离子 的溶剂化能力的大小。
2 温度
酸性 > 30℃
< 30℃

鉴定羧酸结构一个很有用的概念是中和当量，用酸碱滴定法 可测定中和当量：
利用中和当量可以计算出羧酸的分子量：
羧酸分子量 = 中和当量×羧酸分子中羧基数
1.3.2 ―OH 的取代反应

酰卤 酸酐 酯 酰胺
酯化反应：
反应历程：
酰卤化：
RCOOH + PCl3 RCOCl
酰卤化剂可以是PX3, PX5, SOCl2 等
生成酸酐：

RCOOH + R’COOH RCO-O-COR’
生成酰胺：
P2O5
1.3.3 脱羧反应
Kolbe 反应（电解反应，自由基型脱羧）：
1.3.4 α-H的卤代

RCH2COOH + Br2 RCHBrCOOH
1.3.5 还原
4RCOOH +3LiAlH4 4H2 + 2LiAlO2 + (RCH2O)4AlLi

(RCH2O)4AlLi + H2O 4RCH2OH
P
1.4 取代酸
1.4.1 卤代酸
ClCH2COOH HOCH2COOH

ClCH2CHCOOH CH2=CHCOOH
OH-
OH-
1.4.2 羟基酸
几种光学活性的醇酸：
（1）乳酸 乳酸即2-羟基丙酸，分子中含一个手性碳原子，有一对对映体。
S-（+）-乳酸 R-（-）-乳酸
人体的血液和肌肉中存在有S-（+）-乳酸，乳糖发酵得为R-（-）-乳酸。
（2）苹果酸 苹果酸的化学名称为2-羟基丁二酸，含有一个手性碳原子，具有两个对映异构体，其构型为：
未成熟的苹果、山楂和葡萄中含有左旋苹果酸。
1.5 二元羧酸
二元羧酸的Ka1远大于Ka2。因为第一个羧基离解后，羧酸根成为给电子基。
两羧基的相对位置不同，受热后产物也不同：
乙二酸 乙二酸也称草酸，工业上常采用甲酸钠热解法，即将甲酸钠快速加热到400℃，制得草酸钠，再用稀硫酸酸化得到草酸。
草酸的主要用途是作为还原剂（除去铁屑和墨水痕迹）、媒染剂和麦秸编织品的漂白剂，还用于提取稀有金属。草酸可被KMnO4氧化成CO2。在定量分析中，草酸用来标定高锰酸钾溶液。
2 羧酸衍生物
羧酸分子中的羟基被C, H外的其它原子或原子团取代的产物。常见的羧酸衍生物有酰卤、酸酐、酯、酰胺等。腈水解后生成羧酸，因此有时也被认为是羧酸衍生物。
酰基
2.1 命名
酰卤和酰胺：根据酰基命名。

CH3COCl CH2=CHCOCl PhCOCl CH3CONH2 PhCONH2
乙酰氯　　 丙烯酰氯 苯甲酰氯 　乙酰胺 苯甲酰胺
N, N — 二甲基甲酰胺 (DMF)
酸酐：根据水解后生成的酸的名称。
乙酸酐 　 乙丙酸酐
丁二酸酐 顺丁烯二酸酐 （马来酐）
酯：根据水解后生成的酸和醇的名称。
CH3COOC2H5 PhCOOC2H5
乙酸乙酯 苯甲酸乙酯 甲基丙烯酸甲酯
2.2化学性质
2.2.1 亲核取代反应 （水解、醇解、氨解等）
反应活性：
RCOCl > (RCO)2O > RCOOR’ > RCONH2 > RCONR’2
水解：
RCOCl RCOOH + HCl
(RCO)2O + H2O 2 RCOOH (加热)
RCOOR’ RCOOH + R’OH （催化）
RCONH2 RCOOH + NH3 （催化、回流）
醇解：
RCOCl RCOOR’ + HCl
(RCO)2O + R’OH RCOOR’ + RCOOH
RCOOR” RCOOR’ + R”OH 　(酯交换反应)
氨解：
RCOCl RCONH2 + HCl
(RCO)2O + NH3 RCONH2 + RCOONH4
RCOOR” RCONH2 + R”OH
2.2.2 与Grignard 试剂的反应
酸酐与Grignard 试剂的反应在低温下也可得到酮。
2.2.3 还原
催化氢化或用LiAlH4作还原剂，酰卤、酸酐、酯可被还原成醇，酰胺则被还原成胺。
2.2.4 酯的缩合反应
• Claisen缩合:
2CH3COOC2H5 CH3COCH2COOC2H5
C2H5ONa
• 在一个分子内发生的Claisen缩合成为Dieckmann缩合:
• Knoevenagel 缩合：
C6H5CHO + CH2(COOC2H5) C6H5CH=C(COOC2H5)2
六氢吡啶
2.2.5 Reformatsky反应
2.3 油脂
高级脂肪酸甘油酯的通称。室温下呈液态—油；室温下呈固态—脂。
水解后的脂肪酸一般是含十个碳以上的双数碳原子的羧酸。饱和酸最多的是C12—C18酸。动物脂肪中含有大量软脂酸和硬脂酸，硬脂酸在动物脂肪中含量较多（10~30%），软脂酸分布最广，几乎所有油脂中均有。
2.4 制备
可由羧酸或其它羧酸衍生物制备（见羧酸衍生物性质部分）。
SOCl2
RCOOH + PCl3 RCOCl
PCl5
2.5 羧酸衍生物的亲核取代反应历程
2.5.1 一般历程
1）L一般有-I效应和+C效应。-I效应有利于Nu的加成，+C效应不利于加成。
2）L-越稳定越容易离去。
以上因素决定反应速度为：
RCOCl > (RCO)2O > RCOOR’ > RCONH2 > RCONR’2
2.5.2 酯的水解
碱性水解：
v=k[RCOOR’][OH-]
酸性水解：
2.6 乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯在合成中的应用
RX可以是卤代烃、酰卤、α-卤代酮、卤代酸酯等。但不可是乙烯式、芳卤式卤代烃和三级卤代烃。还可在同一个碳上导入第二个R基团。