第十一章羧酸及其衍生物的结构与性质引言羧基（一；.r -）是羧酸的官能团，是由羰基和羟基组成的。
由于羰基的碳氧双键与羟基氧原子的共轭效应的作用，使羟基中氧原子电子向羰基转移，羟基的氢易离解而显酸性。
羧基中羟基也能被其它基团取代生成羧酸衍生物。
羧基是吸电子基，a- H 具有活性，可以被卤代。
此外羧酸还能被还原和发生脱羧反应。
[I这里所讨论的羧酸衍生物主要是指羧基中羟基被取代后生成的酰卤（R-c-x），酸酐O 011 II（（ACOb°b，酯（R^C-OR'），酰胺（R-C-NH2）以及由酰胺脱水后生成的产物腈（RCN）在羧酸衍生物中羰基与卤素，酰胺基，烷氧基和氨基相连，由于卤素，氧原子和氮原子的负电性以及孤对电子的作用，使羰基碳上正电性不同，因此它们发生亲核反应性质也有差另U。
羧酸衍生物还能发生还原反应。
11.1羧酸的酸性羧酸是弱酸，能与强碱反应生成盐：RCOOH + MaOH ---------------------------- R COONa +羧酸酸性的强弱与所连的基团有关，连吸电子基团的羧酸酸性较强，而连供电子基团的酸性相对较弱。
如下列化合物酸性强弱顺序为：① CH3CH2CHCOOH > CH3CHCH2COOH > CH2CH2CH2COOHCI 01 0111.2羧酸衍生物的生成羧基中的羟基被卤素、酰胺基、烷氧基和氨基取代形成酰卤、酸酐、酯和酰胺等羧酸衍生物。
1、酰卤的形成CI3CCOOH CHCI3CCOOH CH3CICOOHCOOH COOH COOH COOhi COOHCH3OCHjNO2羧酸与SQCI , PCI , PCb 等氯化剂直接反应生成酰卤:R-C-OH 十PCIs ------- R-C-CI + POCIj + HCI因为PQC 3沸点低易除去，此法可制备咼沸点的酰氯。
R-C-QHO 11片PC1----- R-C-CI4- H^POsH 3PQ 沸点高，可制备低沸点的酰氯。
该法产生的SQ , HCI 易除去，因此生成的酰氯纯度高，后处理容易2、酸酐的形成羧酸在脱水剂（如乙酰氯、乙酸酐）存在下加热，失去一分子水而生成酸酐。
二元酸可以分子内脱水生成二酸酐：3、酯化反应羧酸和醇在催化剂（H 2SQ 、HCI 或苯磺酸等）作用下回流生成酯:酯化反应由多种机理，在大多数情况下，是羧酸中羟基与醇中羟基氢结合生成水，表观上看是一种亲核取代反应，实际上是一个亲核加成-消除反应的机理:OR-C-OH ■+ SOCI 3O R —C-CI■+ SO^ + HCI严 YOOHCH2-C00H0 JICH^-C-GICH 2-<R-COOH* R'OHR-C-OH + H+R'OH中R'体积大小都影响反应的速度，下列羧酸与甲醇酯化反应的相对速度的快慢顺序为：①(CH3)3CCOOH < < CH3CM2COOH②CHgCi^HjCOOH < CH3CH3COOH < CH3COOH <HCQOH4、形成酰胺的反应RCOOH + ——RCOONH4——> R — 6-忖+ H20羧酸与氨立即反应生成盐，在加热条件下，脱水生成酰胺，生成酰胺的反应是可逆的，如果把生成的水从反应体系中除去，反应可趋于完全。
11.3羧酸的a -H卤代反应羧基中羟基未共用p电子对与羰基形成p- n共轭作用，降低了羰基的正电性，使羧基的吸电子性比醛酮中羰基要弱。
因此羧酸中a- H的活性比醛酮中a- H活性差，但在催化(红磷或卤化磷)作用下，a —H可以顺利被取代：80%RCH2C00H 严■就HCOOH - 口如果控制卤素用量，可得到一元卤代酸：Br OH3CH2CH2CH2COOH + 出一CH3CH2CH2(iHCOOH 780%常用的氯代乙酸使在碘的催化作用下，乙酸与氯气作用产生的:11.4羧酸衍生物的亲核加成-取代反应和醛酮一样，羧酸及其衍生物中羰基能发生亲核取代加成反应，所不同的是羧酸及其衍生物的加成产物中碳原子连由多个吸电子基团，容易继续反应消除一个吸电子基团，生成另一种羰基衍生物，从表 观上看类似一种亲核取代反应。
可用下列通式表示：0 0 II IIR-C*^L ■+ Nu' ----------- 1 R-C -Nu+ L -L T —离去基团"MlT —亲核试剂该反应分两步进行的:第一步是亲核加成反应，决定整个反应的速度。
在相同亲核试剂的情况下，羧酸衍生物亲核取代反应的速度取决于羰基碳的正电荷的高低，其中 L 基团的供电子共轭效应和吸电子诱导效应影响羰基碳的正电荷。
在0 O H • [IR-C-O-C-R*QR-C- OR 1中，离去基团的供电子共轭效应强弱顺序为:—NH 2 > —OR 1 > —-R' > —X(CI)吸电子的诱导效应正好相反:—X(Cl) > -O-d-R' > -OR* > -NH2两种电子效应结果一致，因此 L 吸电子性的强弱顺序为:CHjCOOHCICH 2COOH 口】・ CI 2CHCOOH J ■ CI^COOHR-& hlu-------- - R —冬―Mu * L'□» - R-C-X□HC - O - o HCH'OR 1-R-C-OR"十R'COOH7> —0-巴一瓦 > —OR > —NH 2所以羧酸衍生物的亲核反应的活性强弱顺序为：□0 0 O □IIII Fl IIIIR-C-X > R-C-C-C-R 1 > R-C-OR 1 > F-C-MH 2亲核试剂Nu-通常指H2O ROH 和氨（胺），与此发生的反应也相应称为羧酸衍生物的水解、醇解、氨解。
碳负离子有强的亲核性，也常与羧酸衍生物发生亲核加成反应。
11.4.1 水解反应十H 20---------- - R COOH + HX0 □ R-^-0-tJ-R' ■+H 20 —―・ RCOOH十R'COOH酰氯水解最快，室温下，能与空气中水发生反应，形成酸雾（冒白烟），酸酐加热就能水解，酯 需要酸碱作催化剂，加热条件可以水解，而酰胺则需要长时间加热回流。
在水解反应中，酯的水解反应应用广泛，其机理研究比较清楚，无论酸催化剂还是碱催化剂，其反应速度都与酸或碱有关。
酯基所连的取代基空间效应对水解速度影响较大11.4.2 醇解反应0 0十R'OH -------------------- 亠 + HX0 R-d-OF?' +H 20RCOOH + R'OH□R-C-NH2+ H 20 W RCOOH + NH 3酰卤的醇解常用来制备用其它方法难制备的羧酸酯:0 0 0伪抽©耳加我2畔伪加g 也环状酸酐醇（或酚）解，可以得到二元酸的单酯:酰卤、酸酐的醇解反应又称为醇的酰化反应。
酯的醇解称为酯交换反应，在有机合成中，常用低级醇酯通过酯交换反应，使低级醇蒸出来生成不易挥发 醇的酯。
11.4.3 氨解反应□ 0 0 0+ 耐內仮和也出九刊 ------- R -C-NH 2(R-C-MHR', R-C-MR 2) + HXI 0OR-C-D-C-R 1 + NH 3——・R-C-NH^ + R'CCXJH0 0 R-d-0 寸十 NH1 -------- ► R-C-NH2 + R*OH□R-C-NH2 + R"OH* R-C-OR"1 + NH 3+ C 6H 5OH+ 2HOCH 3CH 3OH□c H o O -OCHjOOC COOCHg MOCH 2CH 2OOC+ ^CHgOH由于氨(胺)具有碱性，其亲核性比水强，故氨解反应比水解反应更容易进行，不需酸或碱的催酰卤或酸酐与胺的反应又称胺的酰化反应酯的氨解为放热反应，为了避免分子中其它活泼基团受到影响，常需冷却法应混合物以缓和反应。
CICHMOOC卫也+ NHM出0)―厂丁.f CICH2CONH2 + C2H S OH11.4.4 其它亲核加成反应(1)与有机金属化合物的反应酰卤、酸酐、酯均能与格氏试剂作用生成酮，酮易与格氏试剂进一步反应生成叔醇:甲酸酯与格氏试剂作用，可得到对称的仲醇:HC-OC2H5□H（CH3）3CH-CH-CH 酯还能与有机锂反应，若空间位阻大，反应会停留在生成酮的阶段:二烃基酮锂和有机镉与酮的反应速度较慢，活性最强的酰卤与有机镉反应制备酮，但酯、酰胺不发生反应：0 0 0 0出§0—总i(C H2)3一卜一Cl + (C H^C H2)?Cd ——=———_ U7H5O —匚一(UH2J3—匚一CH^CHj②HjO（2）酯缩合反应酯基是吸电子取代基，a- H 具有活性，在碱性条件下，以质子形式离去，生成碳负离子，是强的亲核试剂，与另一分子酯发生亲核加成反应：加成产物消除一个烷氧基，生成B —酮酯，该反应也称为Claisen 缩合二元羧酸酯的缩合称为 Dieckmann 缩合11.5羧酸的脱羧反应11.5.1 一元羧酸的脱羧反应羧酸仲羧基比较稳定，在特殊条件下，和烃基含有取代基时，可发生脱羧反应，羧酸盐与碱石灰（NaOH+Ca ） 共热可脱羧:OHCH3一也CH v oUCH 3Li I X 厂卡* C S H S -C —C-OC^Hg 乙St CH3 CUgH 2OCH 3 0-C S Hs-C —e-CHaCH 3CH 3COOC 2 H 5 CH 2COOC 2H 5CH J CH J OOC J H S□CH 3-t!-CH 2COQC2H 5CH ?-CH 2-COOC2H 5 CH 2-CH 5-COOC2H 5CH 2—匸二匸；丄。
GOONa长链脂肪酸的脱羧反应往往需要高温，且产率低当a —碳原子上有吸电子取代基时（如硝基、卤素、酰基和氰基等）容易脱羧：0 0R-d-C42-COOH ------------------- - 一~* R-d- CH 3 + C02f羧酸的银盐与卤素在无水惰性溶剂仲回流， 失去CO ,生成少一个碳原子的卤代烃， 该反应称为Hunsdicker反应。
羧酸与四醋酸铅与氯化锂反应，脱去 CQ 生成卤代烃，该反应称为 Kochi 反应11.5.2二元羧酸的脱羧反应二元羧酸对热稳定，加热或与脱水剂（乙酸酐、乙酰氯、五氯化二磷等）共热时，易发生脱羧或脱水反应乙二酸和丙二酸加热脱羧:而丁二酸和戊二酸则发生脱水法应生成五元环和六元环的环状酸酐:4 NaOH(CaO)CH 夙一 e H 册C 出 C OOAg普广伸泌的対晌+ Ag0r + CdJ0 uCOOH ■+ Pb(OCH CH3)4吓LiCI4- LiPb(0(?CH 3)3 + 00^COOH 5HCOOH 十 C 狂H 2C ;CCOOHCH 3COCH + COsI己二酸及庚二酸加热脱羧的同时脱水，生成五元环和六元环的环酮:CH2-CH2-COOH七个碳以上的二元酸，在高温时发生分子间脱水，生成高分子量的酸酐。