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1、第十二章第十二章 羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物 分子中含有羧基(-COOH，carboxyI group)的化合物叫做羧酸(carboxyIic acid)。羧基是羧酸的官能团，除甲酸(HCOOH)外，羧酸可看作是烃分子中的氢原子被羧基取代的产物。羧酸及其衍生物广泛存在于自然界，是生命活动的重要物质。许多羧酸及其衍生物本身就是重要的临床药物、香料和日用化学品等，同时它们也是医药工业和其它有机化学工业的原料或中间体。12.1 羧酸的结构、命名和物理性质羧酸的结构、命名和物理性质一、羧酸的结构一、羧酸的结构 羧基是羧酸的官能团。羧基是羧酸的官能团。羧基的碳原子是羧基的碳原子是sp2杂化杂化，三个，
2、三个sp2杂化轨道分杂化轨道分别与两个氧原子和一个氢原子或烃基碳原子形成别与两个氧原子和一个氢原子或烃基碳原子形成 键，键角约为键，键角约为120o。羧。羧基碳原子上余下的基碳原子上余下的p轨道与氧原子上的轨道与氧原子上的p轨道平行并在侧面重叠，形成碳氧轨道平行并在侧面重叠，形成碳氧 键。羟基氧原子上具有末共用电子对的键。羟基氧原子上具有末共用电子对的p轨道与碳氧双键共轭轨道与碳氧双键共轭(p,-共轭共轭)。由于这种共轭，使得羟基氧原子的电子云向羰基移动，结果由于这种共轭，使得羟基氧原子的电子云向羰基移动，结果一方面使一方面使羰基碳原子的电正性减弱羰基碳原子的电正性减弱，不利于亲核试剂的进攻；
3、，不利于亲核试剂的进攻；另一方面使羟基氧原另一方面使羟基氧原子上的电子云密度降低子上的电子云密度降低，使氢原子较易离解。，使氢原子较易离解。二、羧酸的命名二、羧酸的命名 根据与羧基相连的烃基的种类，可将羧酸分为芳香族羧酸和脂肪根据与羧基相连的烃基的种类，可将羧酸分为芳香族羧酸和脂肪族羧酸、饱和羧酸和不饱和羧酸；根据羧基数目的不同，又可分为族羧酸、饱和羧酸和不饱和羧酸；根据羧基数目的不同，又可分为一元羧酸、二元羧酸和多元羧酸。一元羧酸、二元羧酸和多元羧酸。羧酸的系统命名原则与醛类似羧酸的系统命名原则与醛类似，即选择含有羧基的最长碳链为，即选择含有羧基的最长碳链为主链，从羧基的碳原子开始编号，用阿
4、拉伯数字表示取代基的位次。主链，从羧基的碳原子开始编号，用阿拉伯数字表示取代基的位次。简单的羧酸习惯上也使用希腊字母来编号，从羧基相邻碳原子起，简单的羧酸习惯上也使用希腊字母来编号，从羧基相邻碳原子起，分别用分别用、字母表示，末端碳原子用字母表示，末端碳原子用 表示。表示。脂肪族二元羧酸的命名原则是选择含有两个羧基的最长碳链为脂肪族二元羧酸的命名原则是选择含有两个羧基的最长碳链为主链，根据碳原子的数目叫做某二酸例如：主链，根据碳原子的数目叫做某二酸例如：芳香族羧酸或脂环羧酸，一船把碳环作为取代基来命名。例如：芳香族羧酸或脂环羧酸，一船把碳环作为取代基来命名。例如：命名不饱和羧酸时，要选择含有羧
5、基和不饱和键的最长碳链为主命名不饱和羧酸时，要选择含有羧基和不饱和键的最长碳链为主链，按碳原子的数目称为某烯酸。当主链碳原子数目大于链，按碳原子的数目称为某烯酸。当主链碳原子数目大于10时，称为时，称为某碳烯酸。烯键的位置用阿位伯数字或希腊字母表示，也可用大写希某碳烯酸。烯键的位置用阿位伯数字或希腊字母表示，也可用大写希腊字母腊字母“”右上角的阿拉伯数字表示。例如：右上角的阿拉伯数字表示。例如：羧酸分子中去掉羟基后的基团羧酸分子中去掉羟基后的基团(RCO)叫做酰基叫做酰基(acyl group)，酰基，酰基根据相应的羧酸来命名。例如：根据相应的羧酸来命名。例如：CH3CO-乙酰基，乙酰基，C6
6、H5CO-苯甲酰基。苯甲酰基。许多羧酸都有根据其来源的俗名，例如甲酸最初来自蚂蚁因而叫做许多羧酸都有根据其来源的俗名，例如甲酸最初来自蚂蚁因而叫做蚁酸，乙酸是食醋的主要成分，因而叫做醋酸等。蚁酸，乙酸是食醋的主要成分，因而叫做醋酸等。三、羧酸的物理性质 常见的一元羧酸的物理常数见下表。在室温下，甲酸、乙酸和丙羧是具有刺激性酸味的液体，丁酸至壬在室温下，甲酸、乙酸和丙羧是具有刺激性酸味的液体，丁酸至壬酸是具有不愉快气味的油状液体，酸是具有不愉快气味的油状液体，C10以上的直链饱和一元羧酸为无味的以上的直链饱和一元羧酸为无味的蜡状固体。二元羧酸和芳香族羧酸为结晶固体。蜡状固体。二元羧酸和芳香族羧酸
7、为结晶固体。羧酸与水分子之间能形成氢键，因而甲酸至丁酸能与水互溶。随着羧酸与水分子之间能形成氢键，因而甲酸至丁酸能与水互溶。随着碳原子数的增加，羧酸在水中的溶解度逐渐减小。碳原子数的增加，羧酸在水中的溶解度逐渐减小。C10以上的一元羧酸不以上的一元羧酸不溶于水，但一元脂肪酸都可溶于乙醚、乙醇等有机溶剂。低级的二元羧溶于水，但一元脂肪酸都可溶于乙醚、乙醇等有机溶剂。低级的二元羧酸可溶于水而不溶于乙醚，但水溶性也随碳链的增加而降低。酸可溶于水而不溶于乙醚，但水溶性也随碳链的增加而降低。直链饱和一元羧酸的沸点比分子量相近的醇高。例如甲酸和乙醇的直链饱和一元羧酸的沸点比分子量相近的醇高。例如甲酸和乙醇
8、的分子量都是分子量都是46，沸点分别是，沸点分别是100.7和和78.3，乙酸和丙醇的分子量都是，乙酸和丙醇的分子量都是60，沸点分别为，沸点分别为117.9和和97.2。这是由于羧酸分子间能形成比醇分子。这是由于羧酸分子间能形成比醇分子间更强的氢键的缘故。实验测得分子量较小的羧酸甲酸、乙酸等，即使间更强的氢键的缘故。实验测得分子量较小的羧酸甲酸、乙酸等，即使在气态时也以二缔体的形式存在。在气态时也以二缔体的形式存在。10.2 羧酸的化学性质羧酸的化学性质 一、一、酸性酸性 由于由于p,-共轭效应的影响，羧基中羟基上的氢易于离解。在羧共轭效应的影响，羧基中羟基上的氢易于离解。在羧酸的水溶液中存
9、在着下列电离平衡：酸的水溶液中存在着下列电离平衡：Ka或或pKa值的大小反映羧酸酸性的强弱，值的大小反映羧酸酸性的强弱，Ka值越大或值越大或pKa值越小，值越小，酸性越强。一些一元羧酸的酸性越强。一些一元羧酸的pKa值见上表。值见上表。电子衍射实验证明，羧酸根负离子中的两个电子衍射实验证明，羧酸根负离子中的两个C-O键是完全等同的，键是完全等同的，其键长为其键长为126pm左右。因此羧酸根的结构式可用共振式表示为：左右。因此羧酸根的结构式可用共振式表示为：由于负电荷分散在共轭体系中，羧酸根负离子与相应的烷氧基由于负电荷分散在共轭体系中，羧酸根负离子与相应的烷氧基负离子相比有大得多的稳定性，因此
10、羧酸的酸性比醇强得多。但羧负离子相比有大得多的稳定性，因此羧酸的酸性比醇强得多。但羧酸仍是一种酸仍是一种弱酸弱酸，一元饱和脂肪族羧酸的，一元饱和脂肪族羧酸的pKa值一般在值一般在35之间。之间。羧酸可与金属氧化物、氢氧化物作用生成盐羧酸可与金属氧化物、氢氧化物作用生成盐。利用羧酸和碱的中和反应，可以定量测定羧酸的含量和羧基的数目。利用羧酸和碱的中和反应，可以定量测定羧酸的含量和羧基的数目。羧羧酸酸的的酸酸性性比比碳碳酸酸强强，因因而而羧羧酸酸能能与与碳碳酸酸盐盐或或碳碳酸酸氢氢盐盐作作用用形形成成羧羧酸酸盐盐并放出二氧化碳。并放出二氧化碳。用用强强酸酸酸酸化化羧羧酸酸盐盐可可使使羧羧酸酸游游离
11、离出出来来。由由于于羧羧酸酸的的碱碱金金属属盐盐都都溶溶于于水水，因因而而可可利利用用这这个个性性质质使使羧羧酸酸与与其其它它不不溶溶于于水水的的中中性性有有机机物物分分离离。一一般般的的酚酚不不溶溶于于NaHCO3溶溶液液，因因而而可可以以利利用用羧羧酸酸与与NaHCO3生成水溶性羧酸钠盐而与酚分离。生成水溶性羧酸钠盐而与酚分离。由由于于羧羧酸酸钠钠和和钾钾盐盐的的水水溶溶性性，制制药药工工业业常常把把含含有有羧羧基基的的药药物物变变成成盐盐，使使不不溶溶于于水水的的药药物物变变成成水水溶溶性性的的。例例如如青青霉霉素素G分分子子中中含含有有羧基，一般将它制成钠盐或钾盐供临床注射。羧基，一般
12、将它制成钠盐或钾盐供临床注射。二、二、羧酸衍生物的生成羧酸衍生物的生成 羧基中的羰基可以和一些亲核试剂起亲核加成羧基中的羰基可以和一些亲核试剂起亲核加成-消去反应，反应的消去反应，反应的实际结果相当于羧基中的羟基被亲核基团取代，生成羧酸衍生物。实际结果相当于羧基中的羟基被亲核基团取代，生成羧酸衍生物。1.生成酰卤生成酰卤 酰酰卤卤是是高高度度活活泼泼的的羧羧酸酸衍衍生生物物，有有机机合合成成中中常常用用酰酰卤卤作作为为酰酰化化剂剂。将将羧羧酸酸转转变变为为酰酰卤卤常常用用的的试试剂剂是是三三氯氯化化磷磷、五五氯氯化化磷磷和和亚亚硫硫酰酰氯氯(氯氯化化亚亚砜砜)等。等。2生成酸酐生成酸酐 除甲酸
13、外，二分子羧酸可脱水形成酸酐。脱水反应一般在较高的温除甲酸外，二分子羧酸可脱水形成酸酐。脱水反应一般在较高的温度下进行，有时可加入适当的脱水剂五氧化二磷或乙酸酐等。例如：度下进行，有时可加入适当的脱水剂五氧化二磷或乙酸酐等。例如：生成酸酐的反应机理是一分子羧酸对另一分子羧酸的亲核加成生成酸酐的反应机理是一分子羧酸对另一分子羧酸的亲核加成-消去反应消去反应 3生成酯生成酯 羧羧酸酸和和醇醇或或在在强强酸酸(硫硫酸酸，对对甲甲苯苯磺磺酸酸等等)催催化化下下分分子子间间脱脱水水生生成成酯酯，这个反应叫做酯化反应这个反应叫做酯化反应(esterification)。酯酯化化反反应应是是可可逆逆反反应应
14、。为为了了提提高高产产率率，一一般般采采用用的的方方法法是是增增加加某某一一种反应物的用量，或不断从体系中移去某一种产物。种反应物的用量，或不断从体系中移去某一种产物。实实验验证证明明，羧羧酸酸酯酯化化时时生生成成的的水水分分子子中中的的氧氧原原子子一一般般是是来来自自羧羧酸酸的的羟羟基基。例例如如，用用同同位位素素标标记记的的醇醇与与羧羧酸酸反反应应，其其结结果果是是同同位位素素标标记记的的氧氧原子留在酯分子中。原子留在酯分子中。羧酸和硫醇作用脱去水而不是硫化氢羧酸和硫醇作用脱去水而不是硫化氢一般认为酯化反应的机理是醇与羧酸的亲核加成一般认为酯化反应的机理是醇与羧酸的亲核加成-消去反应消去反
15、应。反应中反应中H+促使酯化反应加速进行促使酯化反应加速进行。在整个酯化反应过程中，在整个酯化反应过程中，醇对质子化的羰基亲核加成的一步是反醇对质子化的羰基亲核加成的一步是反应速度决定步骤应速度决定步骤，因此当羧酸和醇的，因此当羧酸和醇的-碳原子上烃基增加时，由于空碳原子上烃基增加时，由于空间位阻，酯化反应的速度明显降低。间位阻，酯化反应的速度明显降低。4生成酰胺生成酰胺 羧酸与氨反应得到羧酸的铵盐，将羧酸的铵盐加热可使其脱水得羧酸与氨反应得到羧酸的铵盐，将羧酸的铵盐加热可使其脱水得到酰胺。例如到酰胺。例如工业上应用这个反应合成聚酰胺纤维：工业上应用这个反应合成聚酰胺纤维：三、三、还原反应还原
16、反应 羧酸是许多有机物氧化的最终产物，性质稳定，催化加氢和一般的还羧酸是许多有机物氧化的最终产物，性质稳定，催化加氢和一般的还原剂都不能使羧酸还原。但原剂都不能使羧酸还原。但用氢化铝锂可以顺利地将羧酸还原成伯醇用氢化铝锂可以顺利地将羧酸还原成伯醇。由于由于LiAIH4价格昂贵且使用不便，常用间接的方法使羧酸还原，价格昂贵且使用不便，常用间接的方法使羧酸还原，即先即先把羧酸转变成酯然后再用适当的还原剂还原把羧酸转变成酯然后再用适当的还原剂还原。四、四、-卤代反应卤代反应 脂肪族羧酸中的脂肪族羧酸中的-氢在红磷的催化下能被卤素取代。例如氢在红磷的催化下能被卤素取代。例如五、五、脱羧反应脱羧反应 羧
17、酸失去羧基放出二氧化碳的反应称为脱羧反应羧酸失去羧基放出二氧化碳的反应称为脱羧反应(decarboxylation)。一元羧酸的碱金属盐与碱石灰共热，放出二氧化碳，生成比原羧酸少一个一元羧酸的碱金属盐与碱石灰共热，放出二氧化碳，生成比原羧酸少一个碳原子的烃。碳原子的烃。若若-碳原子上连有强吸电子基，脱羧反应很易进行碳原子上连有强吸电子基，脱羧反应很易进行。例如。例如-酮酮酸，酸，,-不饱和羧酸等不饱和羧酸等很容易脱羧。很容易脱羧。认为它们是经过一环状六中心认为它们是经过一环状六中心的过渡状态，可促使脱羧进行。的过渡状态，可促使脱羧进行。羧酸的钙、钡、铅盐强烈加热时，发生部分脱羧反应，生成酮：羧
18、酸的钙、钡、铅盐强烈加热时，发生部分脱羧反应，生成酮：六、六、二元羧酸受热的反应二元羧酸受热的反应 二元羧酸受热易脱水、脱羧，生成产物的结构取决于两个羧二元羧酸受热易脱水、脱羧，生成产物的结构取决于两个羧基的相对位置。无水草酸在加热时脱羧生成甲酸。基的相对位置。无水草酸在加热时脱羧生成甲酸。丙二酸及烃基取代的丙二酸加热到熔点以上时脱羧生成乙酸或取代乙酸；丙二酸及烃基取代的丙二酸加热到熔点以上时脱羧生成乙酸或取代乙酸；丁二酸和戊二酸在单独加热或与乙酐共热时，脱水生成环酐丁二酸和戊二酸在单独加热或与乙酐共热时，脱水生成环酐 己二酸和庚二酸受热时同时发生脱水和脱羧，生成较为稳定的己二酸和庚二酸受热时
19、同时发生脱水和脱羧，生成较为稳定的五元环或六元环酮。五元环或六元环酮。庚二酸以上的二元酸，高温时发生分子间的脱水反应，形成高分子庚二酸以上的二元酸，高温时发生分子间的脱水反应，形成高分子链状聚酐。链状聚酐。七七.失羧卤化失羧卤化 将羧酸与将羧酸与Ag2O反应得羧酸的银盐，然后加等摩尔的溴或碘，在无水四反应得羧酸的银盐，然后加等摩尔的溴或碘，在无水四氯化碳中回流即可失羧，得到溴代或碘代烷（氯化碳中回流即可失羧，得到溴代或碘代烷（Hunsdiecker反应反应）。）。产率以一级卤代烃高，特别适合用天然的偶数羧酸制备奇数卤代产率以一级卤代烃高，特别适合用天然的偶数羧酸制备奇数卤代烷烃。烷烃。其反应机
20、理为：其反应机理为：银盐较贵且难以得到无水的，后来有改进的方法银盐较贵且难以得到无水的，后来有改进的方法(Cristol反应反应):另一方法是将羧酸与四乙酸铅、锂的卤化物另一方法是将羧酸与四乙酸铅、锂的卤化物(LiCl，LiBr或或LiI)一起反应，即可失羧，得到相应的卤代烷（一起反应，即可失羧，得到相应的卤代烷（Kochi反应反应)。Kochi反应便宜，对一级，二级，三级卤化烷的产率均好。反应便宜，对一级，二级，三级卤化烷的产率均好。10.3 羧酸的合成羧酸的合成反应反应1.烯或炔烃的氧化。烯或炔烃的氧化。2.醇或醛的氧化。醇或醛的氧化。3.烷基苯的侧链氧化。烷基苯的侧链氧化。4.甲基酮的氧
21、化甲基酮的氧化(卤仿反应卤仿反应)。5.腈化合物的水解。腈化合物的水解。6.格氏试剂与二氧化碳反应。格氏试剂与二氧化碳反应。7.苯酚钠盐与二氧化碳反应。苯酚钠盐与二氧化碳反应。9.4 羧酸衍生物的结构与命名羧酸衍生物的结构与命名1.羧酸衍生物的结构羧酸衍生物的结构 羧酸衍生物的结构通式为羧酸衍生物的结构通式为RCOL（L OR ,NH2,NHR ,NR 2,X,OCOR 等等)这些化合物都具有酰基这些化合物都具有酰基(RCO)，因此又称酰基化合物它们，因此又称酰基化合物它们的结构与羧酸相似，都具有羰基的的结构与羧酸相似，都具有羰基的 键键。并与。并与L的一对未共用电子共扼其的一对未共用电子共扼
22、其电子共轭与共振式如下：电子共轭与共振式如下：原子与羰基共轭的大小次序为原子与羰基共轭的大小次序为 NH2ORX，与原子的给电子大小一，与原子的给电子大小一致。因此酰卤最活泼，酰胺最不活泼。致。因此酰卤最活泼，酰胺最不活泼。2.羧酸衍生物的命名羧酸衍生物的命名 羧酸衍生物主要包括酰卤羧酸衍生物主要包括酰卤(acid halide)、酸酐、酸酐(anhydride)、酯、酯(ester)和酰胺和酰胺(amide)酰卤和酰胺按照相应的酰基命名，酸酐根据形成酐的羧酸命名，酯酰卤和酰胺按照相应的酰基命名，酸酐根据形成酐的羧酸命名，酯则按照形成酯的羧酸和醇来命名。例如：则按照形成酯的羧酸和醇来命名。例如
23、：命名含有多官能团的羧酸衍生物时，要先确定主官能团并写出主官命名含有多官能团的羧酸衍生物时，要先确定主官能团并写出主官能团为母体的名称，然后把其它官能团作为取代基，连同它们在母体碳能团为母体的名称，然后把其它官能团作为取代基，连同它们在母体碳架上的位次写在母体名称之前。架上的位次写在母体名称之前。常见羧酸衍生物功能基作为取代基的名称常见羧酸衍生物功能基作为取代基的名称如下：如下：3.酸衍生物的物理性质酸衍生物的物理性质 一些羧酸衍生物的物理性质见下表。一些羧酸衍生物的物理性质见下表。C14以下的直链酰氯、甲酯和乙酯在室温下为液体。壬酸酐以上的酸酐以下的直链酰氯、甲酯和乙酯在室温下为液体。壬酸酐
24、以上的酸酐在室温下是固体。在室温下是固体。甲酯、乙酯和酰氯的沸点比相应的羧酸低，酸酐和酰胺的沸点比相应甲酯、乙酯和酰氯的沸点比相应的羧酸低，酸酐和酰胺的沸点比相应的羧酸高。除甲酰胺外，的羧酸高。除甲酰胺外，其它的酰胺其它的酰胺RCONH2在室温下都是固体在室温下都是固体。具有氢键给予体具有氢键给予体(N-H)和氢键受体和氢键受体(C=O)的酰胺可以通过氢键互相缔合：的酰胺可以通过氢键互相缔合：在在N-取取代代酰酰胺胺分分子子中中，由由于于氮氮原原子子上上一一个个氢氢原原子子被被烃烃基基取取代代，使使缔缔合合程程度度减减小小，沸沸点点降降低低。N,N-二二取取代代酰酰胺胺分分子子中中没没有有N-
25、H键键，不不能能通通过过氢氢键键缔缔合合，因因而而沸沸点点进进一一步步降降低低。例例如如甲甲酰酰胺胺、N-甲甲基基甲甲酰酰胺胺和和N,N-二二甲甲基基甲甲酰酰胺胺的的沸沸点点分分别别为为210.5、185和和153。羧酸衍生物能溶于一般有机溶剂。低级的酰卤和酸酐极易被水解，酯一般不羧酸衍生物能溶于一般有机溶剂。低级的酰卤和酸酐极易被水解，酯一般不溶于水。酰胺能与水分子缔合，因而低级酰胺能溶于水，如甲酰胺、溶于水。酰胺能与水分子缔合，因而低级酰胺能溶于水，如甲酰胺、N-甲基甲酰甲基甲酰胺、胺、N,N-二甲基甲酰胺能与水互溶。二甲基甲酰胺能与水互溶。低级的酰氯和酸酐都有刺激性气味。酯常有愉快的水果
26、香味，例如乙酸异戊酯低级的酰氯和酸酐都有刺激性气味。酯常有愉快的水果香味，例如乙酸异戊酯有香焦香味，丙酸异丙酯有梅子味，因此酯类是重要的香科。有香焦香味，丙酸异丙酯有梅子味，因此酯类是重要的香科。10.5 羧酸衍生物的反应羧酸衍生物的反应 按酸衍生物的反应主要有羰基的亲核加成消除反应、涉及按酸衍生物的反应主要有羰基的亲核加成消除反应、涉及-氢的反氢的反应、酯的热裂消除反应与涉及酰胺氮上氢的反应。应、酯的热裂消除反应与涉及酰胺氮上氢的反应。1羧基中羰基的亲核加成与消除反应羧基中羰基的亲核加成与消除反应 羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物(酯、酰胺、酰氯、酸酐酯、酰胺、酰氯、酸酐)间不仅间不仅可以相互转
27、化可以相互转化，而，而且可以转化成醛、酮等。且可以转化成醛、酮等。所有这些反应都可以所有这些反应都可以归纳为羧酸及其衍生物的取代反应归纳为羧酸及其衍生物的取代反应(或称为或称为置换反应置换反应)羧酸衍生物羰基的羧酸衍生物羰基的亲核加成与消除反应的历程和羧酸的酯化亲核加成与消除反应的历程和羧酸的酯化反历程相同反历程相同。首先亲核试剂加到羰基碳上，形成含负氧离子的中间。首先亲核试剂加到羰基碳上，形成含负氧离子的中间体，然后消除一个基团，得到取代体，然后消除一个基团，得到取代(置换置换)产物。如：产物。如：离去基团碱性碱性越小越容易离去离去基团碱性碱性越小越容易离去，反应越容易向生成产，反应越容易向
28、生成产物方向进行。羧酸衍生物离去基团的碱性顺序是：物方向进行。羧酸衍生物离去基团的碱性顺序是：羧酸衍生物的稳定性与羧酸衍生物的稳定性与L给电子共轭效应大小有关。若给电子共轭效应大小有关。若给电子共轭给电子共轭效应大效应大，则羧酸衍生物偶极共振式的稳定性增加，则羧酸衍生物偶极共振式的稳定性增加，化合物稳定化合物稳定。因此从按酸衍生物稳定性与离去基团的碱性可以推断它的亲因此从按酸衍生物稳定性与离去基团的碱性可以推断它的亲核加成与消除核加成与消除反应的活性顺序反应的活性顺序(1)水解反应水解反应所有羧酸衍生物都能水解成羧酸。所有羧酸衍生物都能水解成羧酸。酰卤和酸酐酰卤和酸酐由于本身稳定性差，离去基因
29、由于本身稳定性差，离去基因X-和和RCOO-碱性很弱，所碱性很弱，所以都以都很活泼很活泼。当分子量不大时，与水反应很激烈；随着分子量增大，在。当分子量不大时，与水反应很激烈；随着分子量增大，在水中溶解度降低，反应逐渐减慢。水中溶解度降低，反应逐渐减慢。酯、酰胺、腈由于自身稳定较高，与水反应很慢酯、酰胺、腈由于自身稳定较高，与水反应很慢，但在强酸或强碱作，但在强酸或强碱作用下，可加快水解反应。反应历程如下：用下，可加快水解反应。反应历程如下：酰卤与酸酐的水解反应不需酸碱作用即可迅速进行，酰卤与酸酐的水解反应不需酸碱作用即可迅速进行，加入叔胺的目的加入叔胺的目的在于除去反应产生的在于除去反应产生的
30、HX等等，减少副反应，当然也有促进反应的作用。它，减少副反应，当然也有促进反应的作用。它们的反应历程与上述相同。们的反应历程与上述相同。但是但是对空间位阻特别大的化合物对空间位阻特别大的化合物如如2,4,6-三甲基苯甲酸乙酯，三甲基苯甲酸乙酯，按一般酸碱催化水解是不行的，而是将其加在浓硫酸中、溶解后再按一般酸碱催化水解是不行的，而是将其加在浓硫酸中、溶解后再加水水解。它不是按上述历程进行，而是加水水解。它不是按上述历程进行，而是按类似按类似SN1机理先形成羰机理先形成羰基正碳离子再与水作用得羧酸基正碳离子再与水作用得羧酸 在油脂工业中常用碱在油脂工业中常用碱(NaOH)来水解饱和的长链羧酸酯，
31、得到饱和来水解饱和的长链羧酸酯，得到饱和的长链羧酸钠盐用以制肥皂，所以酯的碱性水解又称为皂化。的长链羧酸钠盐用以制肥皂，所以酯的碱性水解又称为皂化。(2)醇解反应醇解反应羧酸衍生物与醇反应得酯。酰氯、酸酐与醇、酚反应得到酯羧酸衍生物与醇反应得酯。酰氯、酸酐与醇、酚反应得到酯 酯与醇的反应又称为酯交换反应酯与醇的反应又称为酯交换反应，这个反应也需在酸或碱催化下加，这个反应也需在酸或碱催化下加热得到新的酯和新的醇。热得到新的酯和新的醇。反应是可逆的反应是可逆的，常用除去某一产物或增大其中，常用除去某一产物或增大其中一个反应物使平衡向右移动。这里碱催化的碱不能用碱的水溶液。一个反应物使平衡向右移动。
32、这里碱催化的碱不能用碱的水溶液。伯醇的酯交换反应的容易进行，上面的就是工业生产中的实际例子。伯醇的酯交换反应的容易进行，上面的就是工业生产中的实际例子。该反应用于叔醇与酚，则不成功。该反应用于叔醇与酚，则不成功。酰胺与醇的反应在强酸作用下，生成酯与铵盐酰胺与醇的反应在强酸作用下，生成酯与铵盐。由于铵盐是稳定的，。由于铵盐是稳定的，所以该反应是不可逆的。由于酰胺比酯更稳定，离去基团所以该反应是不可逆的。由于酰胺比酯更稳定，离去基团NH3的碱性比的碱性比醇强，所以与醇在碱醇强，所以与醇在碱(醇钠醇钠)作用下生成酯是困难的。作用下生成酯是困难的。许许多多酰酰胺胺与与醇醇的的作作用用在在生生物物体体内
33、内显显示示出出重重要要的的生生理理活活性性，如如辅辅酶酶NADP中中的的尼尼古古丁丁酰酰胺胺盐盐可可将将吸吸人人体体内内的的乙乙醇醇氧氧化化成成乙乙酸酸，起起到到解解除除乙乙醇醇中中毒毒的的作作用用。我我们们熟熟知知的的青青霉霉素素分分子子中中就就含含有有-丙丙内内酰酰胺胺环环，它它的的抗抗菌菌作作用用就就是是-内内酰酰胺胺环环的的酰酰胺胺键键与与细细胞胞壁壁上上丝丝氨氨酸酸的的羟羟基基作作用用，使使酰酰胺胺键键断断裂裂形形成成新新的的碳碳氧氧键键(相相当当于于酯酯)，使使转转肽肽酶酶失失活活，达达到到抑抑制制细细胞胞壁壁的的合成而使生长中的细菌死亡，其基本化学过程如下：合成而使生长中的细菌死
34、亡，其基本化学过程如下：(3)与氨与氨(胺胺)的反应的反应 羧酸衍生物与羧酸衍生物与NH3，RNH2(伯胺伯胺)，R2NH(仲胺仲胺)反应生成相应的酰胺。反应生成相应的酰胺。与叔胺与叔胺R3N反应得不到酰胺。反应得不到酰胺。酰氯和酸酐与氨或胺酰氯和酸酐与氨或胺(伯胺或仲胺）生成酰胺和铵盐。为减少反应物胺的伯胺或仲胺）生成酰胺和铵盐。为减少反应物胺的消耗量，常在反应体系中加入碱消耗量，常在反应体系中加入碱(如如NaOH)，就可用等摩尔的胺与酰氯、酸，就可用等摩尔的胺与酰氯、酸酐反应。酐反应。酯与氨、伯胺或仲胺反应得到酰胺和醇酯与氨、伯胺或仲胺反应得到酰胺和醇，反应条件比较温和，特别，反应条件比较
35、温和，特别是那些难以制备酰氯或酸酐的羧酸，可用此法合成酰胺。如：是那些难以制备酰氯或酸酐的羧酸，可用此法合成酰胺。如：酰胺可与伯胺及仲胺的铵盐加热发生交换反应，由于酰胺可与伯胺及仲胺的铵盐加热发生交换反应，由于RNH2，R2NH碱性大于碱性大于NH3，所以酰胺的交换反应可用来制备，所以酰胺的交换反应可用来制备N-取代酰胺，如：取代酰胺，如：腈在三氯化铝作用下可与氨发生加成反应生成脒。腈在三氯化铝作用下可与氨发生加成反应生成脒。(4)羧酸与羧酸衍生物发生交换反应羧酸与羧酸衍生物发生交换反应用来制备酸酐用来制备酸酐由高沸点酰氯制低沸点酰氯由高沸点酰氯制低沸点酰氯制备纯净的二元酸单酯制备纯净的二元酸
36、单酯常利用酰胺或尿素来与羧酸反应制酰胺。常利用酰胺或尿素来与羧酸反应制酰胺。(5)与金属氢化物的反应及其他还原反应与金属氢化物的反应及其他还原反应氢化铝锂可以还原酰氯、酸酐、酯成为伯醇，还原酰氯、腈为胺。氢化铝锂可以还原酰氯、酸酐、酯成为伯醇，还原酰氯、腈为胺。反应是以亲核加成与消除历程进行：反应是以亲核加成与消除历程进行：L不为胺基。不为胺基。对于酰胺，其反应历程有些不同，离去基团不是对于酰胺，其反应历程有些不同，离去基团不是NH2-，而是氧化物。，而是氧化物。硼氢化钠硼氢化钠NaBH4的还原活性较的还原活性较LiAIH4低，只能还原酰氯与酸低，只能还原酰氯与酸酐，不能还原羧酸与其他羧酸衍生
37、物。酐，不能还原羧酸与其他羧酸衍生物。二硼烷二硼烷(BH3)2不能还原最活泼的酰氯，但却能还原羧酸与其他羧不能还原最活泼的酰氯，但却能还原羧酸与其他羧酸衍生物。酸衍生物。NaBH4与与LiAIH4不能还原烯与炔，但二硼烷却可以。不能还原烯与炔，但二硼烷却可以。用部分中毒的铂催化剂，可将用部分中毒的铂催化剂，可将酰氯还原成醛酰氯还原成醛而不影响酯基而不影响酯基（Rosenmund还原还原）。）。在实验室还可用金属钠与醇来还原酯为醇，用二氯化锡与氯在实验室还可用金属钠与醇来还原酯为醇，用二氯化锡与氯化氢在乙醚或乙酸乙酯中还原芳香酯为醛。化氢在乙醚或乙酸乙酯中还原芳香酯为醛。（6）与有机金属化合物的
38、反应）与有机金属化合物的反应 有机金属化合物是一种强亲核试剂，与羧酸衍生物可发生羰基的亲核有机金属化合物是一种强亲核试剂，与羧酸衍生物可发生羰基的亲核加成与消除反应生成酮，有的金属有机化合物还可进一步反应得到醇，加成与消除反应生成酮，有的金属有机化合物还可进一步反应得到醇，而且反应不可逆。而且反应不可逆。烃基锂还可与羧酸反应，再经水解得到酮，这是格氏试剂所不及的。烃基锂还可与羧酸反应，再经水解得到酮，这是格氏试剂所不及的。2羧酸衍生物羧酸衍生物-氢的酸性与涉及氢的酸性与涉及-氢的酰基化与烷基化氢的酰基化与烷基化 -氢的酸性与涉及氢的酸性与涉及-氢的缩合反应是有机合成中很重要的内容，因为它氢的缩
39、合反应是有机合成中很重要的内容，因为它可形成碳碳键，是合成碳骨架很重要的反应。可形成碳碳键，是合成碳骨架很重要的反应。(1)羧酸衍生物羧酸衍生物-氢的酸性氢的酸性 羧酸衍生物与醛、酮类似，它们的羧酸衍生物与醛、酮类似，它们的-氢也具有弱酸性其氢也具有弱酸性其pKa值如下值如下 若用二异丙基胺化锂若用二异丙基胺化锂(LDA)与乙酸乙酯反应，同时在低温与乙酸乙酯反应，同时在低温(-78)下防止酯的烯醇负离子继续反应，几乎可将酯全部转化成酯的烯醇下防止酯的烯醇负离子继续反应，几乎可将酯全部转化成酯的烯醇负离子。负离子。（2）克莱森克莱森(Claisen)酯缩合反应酯缩合反应 含一个含一个-氢的酯用醇
40、钠处理，不利于产物形成，因为第三步产物中氢的酯用醇钠处理，不利于产物形成，因为第三步产物中没有比乙醇酸性强的没有比乙醇酸性强的-氢。氢。若用比醇钠更强的碱，如三苯甲基钠、氨基化钠、二异丙基胺化钠若用比醇钠更强的碱，如三苯甲基钠、氨基化钠、二异丙基胺化钠(LDA)等，则可使反应成为有利于产物的反应，这样异丁酸乙酯也可以进等，则可使反应成为有利于产物的反应，这样异丁酸乙酯也可以进行行Claisen缩合。缩合。当当用用两两种种不不同同的的含含-氢氢的的酯酯进进行行克克莱莱森森酯酯缩缩合合时时，得得到到4种种缩缩合合产产物物，由由于于分分离离困困难难，无无实实用用价价值值。但但可可以以选选用用一一个个
41、有有-氢氢的的酯酯与与另另一一个个无无-氢氢的的酯酯进进行行交交叉叉酯酯缩缩合合反反应应，若若控控制制得得当当、可可主主要要得得到到一种混合酯的缩合产物。如：一种混合酯的缩合产物。如：当将具有当将具有-氢的酯与酮一起用强碱处理时，氢的酯与酮一起用强碱处理时，所得主要产物是酮的烯醇所得主要产物是酮的烯醇负离子与酯发生亲核加成消除反应形成负离子与酯发生亲核加成消除反应形成-碳酰化的酮碳酰化的酮:-二酮。这是由二酮。这是由于酮的于酮的-氢氢(pKa19)比酯的比酯的-酸性酸性(pKa25)大，同时生成的大，同时生成的-二酮也是二酮也是4种可能产物中酸性最大的种可能产物中酸性最大的(pKa9)，所以在
42、，所以在4种可能的缩合方式中，按上述种可能的缩合方式中，按上述方式进行是平衡最有利的。方式进行是平衡最有利的。若将具有若将具有-氢的酯单独与强碱如氢的酯单独与强碱如LDA在低温在低温(-78)下处理下处理，得到，得到酯的烯醇负离子，然后加入酮或酰氯，可分别得到酮的亲核加成产物和酯的烯醇负离子，然后加入酮或酰氯，可分别得到酮的亲核加成产物和酰氯的亲核加成与消除产物。如：酰氯的亲核加成与消除产物。如：具有具有-氢的腈、羧酸盐与氢的腈、羧酸盐与N,N-二取代酰胺在适当的强碱二取代酰胺在适当的强碱(如三如三苯甲基钠、苯甲基钠、LDA、金属钠、金属钠)的作用下形成的作用下形成-负碳离子，可与酯发生负碳离
43、子，可与酯发生亲核加成与消除反应，得到亲核加成与消除反应，得到-碳原子上的酰基化产物。碳原子上的酰基化产物。(3)具有具有-氢的酯、腈、羧酸盐在强碱作用下，与卤代烷发生烷基化反应氢的酯、腈、羧酸盐在强碱作用下，与卤代烷发生烷基化反应3酯的热裂消除反应酯的热裂消除反应 酯以气相或液相通过充填玻璃球的酯以气相或液相通过充填玻璃球的300500高温的反应管，高温的反应管，可以发生消除反应，形成烯与羧酸。该反应是合成烯的一种方法。可以发生消除反应，形成烯与羧酸。该反应是合成烯的一种方法。现认为该反应历程是协同反应，经过六中心环状过渡状态进行的。现认为该反应历程是协同反应，经过六中心环状过渡状态进行的。
44、若有两种以上消除反应的方向，则形成两种以上烯的比例与若有两种以上消除反应的方向，则形成两种以上烯的比例与酯基旁两种以上酯基旁两种以上 氢数目的比例基本相同。如：氢数目的比例基本相同。如：该反应的立体化学与该反应的立体化学与E2反式消除不同，它是反式消除不同，它是顺式消除顺式消除，即消除时反，即消除时反应物分子处于纽曼投影式的重叠式构象，消除的氢和羧基在同侧。这一应物分子处于纽曼投影式的重叠式构象，消除的氢和羧基在同侧。这一结论被下列反应所证实：结论被下列反应所证实：由于两个苯环重叠在一起，空间位阻太大，必须按交错重叠顺式消由于两个苯环重叠在一起，空间位阻太大，必须按交错重叠顺式消除，所以得到的
45、产物均为反除，所以得到的产物均为反-1,2-二苯乙烯二苯乙烯,但一个消除的是但一个消除的是CH3COOD,另一为另一为CH3COOH。4涉及酰胺氮上氢的反应涉及酰胺氮上氢的反应 酰胺由于其羰基吸引电子，氮上氢的酸性酰胺由于其羰基吸引电子，氮上氢的酸性(如乙酰胺的氮上氢的如乙酰胺的氮上氢的pKa为为17)比氨比氨(pKa34)强，与醇相近，所以酰胺可以用醇钠处理，得到酰胺盐：强，与醇相近，所以酰胺可以用醇钠处理，得到酰胺盐：而而酰酰亚亚胺胺由由于于有有2个个羰羰基基吸吸电电子子，氮氮上上氢氢的的酸酸性性更更强强，比比碳碳酸酸高高(pKa6.35),所所以以邻邻苯苯二二甲甲酰酰亚亚胺胺可可用用K2
46、CO3处处理理，得得到到邻邻苯苯二二甲甲酰酰亚亚胺的钾盐：胺的钾盐：酰胺用醇钠处理可得到亲核性较强的酰胺氮负离子，它可与酯、卤代酰胺用醇钠处理可得到亲核性较强的酰胺氮负离子，它可与酯、卤代烷发生氮上的酰化与烷基化反应得到烷发生氮上的酰化与烷基化反应得到N-酰基、酰基、N-烷基的酰胺。烷基的酰胺。Gabriel反应反应就是酰胺氮上烷基化反应的典型代表，也是实验室就是酰胺氮上烷基化反应的典型代表，也是实验室制备伯胺制备伯胺的重要的重要方法。方法。由于酰胺羰基吸电子，酰胺氨基的碱性与亲核性都比胺低，不能与由于酰胺羰基吸电子，酰胺氨基的碱性与亲核性都比胺低，不能与强酸形成铵盐，而是质子与酰胺羰基氧结合
47、成佯盐，也较胺难以酰基化强酸形成铵盐，而是质子与酰胺羰基氧结合成佯盐，也较胺难以酰基化及烷基化，但可以与酰氯发生酰化形成酰亚胺。及烷基化，但可以与酰氯发生酰化形成酰亚胺。由于酰胺氮上氢的活泼性，酰胺可以用强脱水剂如由于酰胺氮上氢的活泼性，酰胺可以用强脱水剂如P2O5，SOCl2或酸酐或酸酐脱水形成腈脱水形成腈，这是实验室制备腈的一种方法。，这是实验室制备腈的一种方法。酰酰胺胺用用溴溴或或氯氯与与碱碱水水溶溶液液处处理理、可可以以发发生生降降解解失失去去羰羰基基得得到到胺胺。此反应为此反应为霍夫曼霍夫曼(Hofmann)重排重排。其历程如下：。其历程如下：实验证明这一重排是分子内重排，而且实验证
48、明这一重排是分子内重排，而且R的迁移和的迁移和Br的离去是的离去是协同进行的。如下面的反应：协同进行的。如下面的反应：10.6 类类 脂脂 用极性很小的溶剂如乙醚、氯仿、石油醚或苯等萃取生物组织时，常用极性很小的溶剂如乙醚、氯仿、石油醚或苯等萃取生物组织时，常有部分物质被溶解，这部分被溶物有部分物质被溶解，这部分被溶物(不溶于水的不溶于水的)统称为类脂。类脂包括有统称为类脂。类脂包括有许多不同类型的化合物，如脂肪酸、油脂、磷脂、鞘类脂、蜡、萜与甾等。许多不同类型的化合物，如脂肪酸、油脂、磷脂、鞘类脂、蜡、萜与甾等。1.油脂油脂 类脂中只有很小部分是游离的脂肪酸，大部分的脂肪酸是以甘油酯类脂中只
49、有很小部分是游离的脂肪酸，大部分的脂肪酸是以甘油酯三酰甘油形式存在。动植物的油脂就是由三酰甘油组成：三酰甘油形式存在。动植物的油脂就是由三酰甘油组成：油油与与脂脂的的区区别别主主要要是是根根据据它它们们在在室室温温时时的的状状态态：液液态态为为油油，固固态态为为脂脂。油油脂脂经经水水解解可可以以得得到到甘甘油油与与脂脂肪肪酸酸。这这些些脂脂肪肪酸酸大大多多数数是是直直链链的的、含含有有偶偶数数碳碳原原子子的的羧羧酸酸，这这与与它它们们在在生生物物体体内内是是由由乙乙酰酰基基转转化化来来的的有有关关。这这些些脂脂肪肪酸酸中中大大部部分分为为C14，C16，C18的的羧羧酸酸，其其中中有有饱饱和和
50、的的与与不不饱饱和和的的，而而且双键都是顺式的。且双键都是顺式的。常见的脂肪酸常见的脂肪酸 油脂的生物功能主要是作为化学能源。经生化反应转化成油脂的生物功能主要是作为化学能源。经生化反应转化成CO2与与水时，水时，每克油脂释放的能量为糖和蛋白质的两倍每克油脂释放的能量为糖和蛋白质的两倍。2磷脂磷脂 类脂的另一大类为磷脂。大多数磷脂是由磷脂酸衍生的。磷脂类脂的另一大类为磷脂。大多数磷脂是由磷脂酸衍生的。磷脂酸具有手征性为酸具有手征性为R-构型构型。磷脂酸通过磷酸酯键与一个含氮的化合物连接，这个含氮化合物为：磷脂酸通过磷酸酯键与一个含氮的化合物连接，这个含氮化合物为：这样构成的磷脂最重要的有：卵磷