第11章羧酸及其衍生物
11.1 基本要求
1．掌握常见的羧酸及其衍生物的命名规则。

2．掌握羧酸酸性的变化规律，羟基的取代反应、α-H的卤代以及一元和二元羧酸的脱羧反应，羧酸及其衍生物的还原反应。

3．比较羧酸衍生物的水解、醇解、氨解反应，弄清它们之间以及与羧酸之间相互转化的规律，理解和掌握亲核加成-消除的反应机理。

4．基本掌握羟基酸、α-酮酸、β-酮酸的重要化学性质。

11.2 基本内容
Ⅰ.羧酸
1．羧酸的结构和性质
羧基中的碳原子是sp2杂化，是平面构型。

其中羰基与羟基之间存在p-π共轭效应，使羰基碳原子上的电正性削弱，不利于亲核试剂的进攻（与醛、酮相比）。

同时使得羟基氧原子上的电子云密度降低，使氢原子易于解离，表现出酸性。

由于羧基的吸电子效应，还使其α－H有一定的活泼性（小于醛、酮）。

羧酸是强极性分子，其沸点大于同碳原子数的醇。

2．羧酸的化学性质
C
酸性
H
氢的反应
羰基碳原子上的亲核反应
（1）酸性
羧酸的酸性比碳酸强，可与碳酸钠或碳酸氢钠作用生成羧酸钠：
NaHCO3
RCOOH +RCOONa + CO2 + H2O
羧酸的酸性一般比无机酸弱，当向羧酸盐中加入无机酸后，羧酸又可游离出来。

RCOONa+ HCl RCOOH + NaCl
羧酸的酸性强弱受整个分子结构的影响，主要是诱导效应和共轭效应这两个因素的作用。

（a）诱导效应（I）
凡是具有-I效应的基团，即能使羧基电子云密度降低的基团，都会使羧酸的酸性增强。

酸性：ICH2COOH < BrCH2COOH < ClCH2COOH < FCH2COOH
CH3CH2CH2COOH < CH2=CHCH2COOH < HC CCH2COOH
HCOOH > CH3COOH > CH3CH2COOH > (CH3)2CHCOOH > (CH3)3CCOOH
COOH COOH
2
COOH
OCH 3
>
>
二元酸的酸性比一元酸强（一个羧基对另一个羧基呈现吸电子效应） 酸性： 草酸 < 丙二酸 < 丁二酸 < 乙酸 （b ） 共轭效应（C ）
共轭效应会使该体系出现正负电荷交替分布的情况，如取代硝基苯甲酸的酸性为：
COOH
NO 2
COOH
NO 2
COOH
NO 2
>
>
（2） 羧酸衍生物的生成
RCOOH
(RCO)2O
当羧酸或醇的α－碳原子上取代基增加或增大时，酯化反应速度将明显降低，反应活性如下：
HCOOH > CH 3COOH > RCH 2COOH > R 2CHCOOH > R 3CCOOH
CH 3OH > 伯醇 > 仲醇 > 叔醇
（3） α－H 的反应
RCH 2X 2
， RCHCOOH P
(1)(2) H
2O
X
(Hell Volhard Zelinski 反应）
_
_
（4） 还原反应
RCOOH
RCH 2OH
（
5） 脱羧反应
饱和一元羧酸的碱金属盐与碱石灰共热，能失去一分子二氧化碳，生成比原羧酸少一个碳原子的烃。

α－碳上连有强的吸电子基时，脱羧反应更加易于进行。

RCH 2COOH
RCH 3 + Na 2CO 3
二元羧酸受热后，易于脱水、脱羧，生成产物的结构取决于两个羧基的相对位置。

COOH COOH
HCOOH + CO 2 （C 2~C 3的羧酸）
CH 2COOH CH 2
COOH
O O
O
+ H 2O （C 4~C 5的羧酸）
CH 2CH 2
COOH 2CH 2
COOH
O
+ H 2O （C 6~C 7的羧酸）
3．羧酸的制备 （1
）氧化法
RCH
CHR'RCOOH + R'COOH
RCH 2OH [O][O]
RCOOH CH 3COR'
Cl 2CH 2CH 3
[O]
COOH
CHCl 3
,
R ,
COOH
（2）水解法
水解
RCOOR'RCOX (RCO)2O RCONH 2RCOOH
RCN
（3）格氏试剂
RMgX + CO RC O
OMgX
H 3O
RCOOH 乙醚
Ⅱ. 羧 酸 衍
生 物
1．羧酸衍生物的化学反应
R + Nu
H
C O
Nu
H O
C O Nu
R
+ HL
亲核加成
消除
亲核取代
四面体中间体
快
羧酸衍生物加成－消除的反应活性顺序是：
R
X O R
OCOR'O R
OR'O R
O NH 2>>>
羧酸衍生物之间可以互相转化，但总是从一种不太稳定的羧酸衍生物转化为更加稳定的羧酸衍生物。

（1） 水解反应
RCOCl (RCO)2O RCOOR'RCONH 2
+
H 2O
RCOOH +
HCl RCOOH R'OH NH 3
（2） 醇解反应
RCOCl (RCO)2O RCOOR ''RCONH 2
+ R'OH
RCOOR' +
HCl RCOOH HOR''NH 3
（3） 氨解反应
RCOCl (RCO)2O RCOOR'
+ NH 3
RCONH 2 + NH 4Cl
RCOONH 4
R'OH
（4） 还原反应
RCOOR'RCOX (RCO)2O RCONH 2RCN
RCH 2OH + HX
RCH 2OH + R'CH
2OH RCH 2OH + ROH RCH 2NH 2RCH 2NH 2
RCOX
Pd -BaSO 4RCHO (Rosenmund 还原）
RCOOR'Na
25
RCH 2OH + R'OH
R'OH
（5） 与格氏试剂作用
O R C X
O R C OR'
R
C
N
O R C R''O R C R''O R
C
R''
R
C R"
R''
OH
酸酐和酰胺也能与Grignard 试剂作用，水解得到叔醇，但消耗有机金属试剂较多，在合成上价值不大，在此不作介绍。

（6） 酰胺的特殊反应
（a ） 酸性
R
C
O N H
C
O R
Gabriel 反应：
NH + KOH O
O
N K O O
+ H 2O
N K O O
N R O
O
KOH
H 2O
COOK
COOK
+ RNH
2
（b ） 脱水反应
RCOONH 4
RCONH 2
RCN
2
（c ） Hoffman 降级反应
RCONH 2 + Br 2 + 4 NaOH RNH 2 + 2NaBr + Na 2CO 3 + 2H 2O
用于制备少一个碳原子的伯胺。

Ⅲ. 取代酸
1． 醇酸的性质 （a ） 氧化
α－羟基酸中的羟基比醇中的羟基易被氧化。

OH RCCOOH
O
O - CO 2
O RCH
RCOOH
2O
（b ） 脱水
OH
2)nCOOH
CH C O
CH
O R
2O
2．醇酸的制备
（a ）卤代酸的水解
OH
RCHCOOH X
RCHCOOH OH
（b ）氰醇水解（用于制备α－醇酸）
H
3O
R
C
O R'
HCN
R
C OH
CN
R
C OH COOH
（c ）Reformatsky 反应（用于制备β－醇酸）
3RCHCOOR'
X
O
R"
C OH R'"
CHCOOR'
R Zn
RCHCOOR'ZnBr
R"
C OH R'"
CHCOOH
R
2． 酮酸的性质
R
C
O COOH
RCHO + CO 2RCOOH + CO
R
C
CH 2O C
H 2R CCH 3O
+ CO 2
O
R。