2023年有机化学竞赛辅导教案羧酸及其衍生物.doc

有机化学竞赛教案第八章 羧酸及其衍生物第一节 羧酸由烃基（或氢原子）与羧基相连所组成的化合物称为羧酸，其通式为RCOOH，羧基（-COOH）是羧酸的官能团一、分类和命名按羧酸分子中烃基的种类将羧酸分为脂肪族羧酸和芳香族羧酸按羧酸分子中所含的羧基数目不同将羧酸分为一元酸和多元酸一些常见的羧酸多用俗名，这是根据它们的来源命名的如： HCOOH 蚁酸 CH3COOH 醋酸 HOOC─COOH 草酸脂肪族羧酸的系统命名原则与醛相同，即选择具有羧基的最长的碳链作主链，从羧基中的碳原子开始给主链上的碳原子编号取代基的位次用阿拉伯数字表白有时也用希腊字母来表达取代基的位次，从与羧基相邻的碳原子开始，依次为α、β、γ等例如： CH3CH═CHCOOH 2-丁烯酸 2，3-二甲基戊酸 α-丁烯酸（巴豆酸）芳香族羧酸和脂环族羧酸，可把芳环和脂环作为取代基来命名例如: 对甲基环已基乙酸 3-苯丙烯酸（肉桂酸） 4-甲基-3-（2-萘）丙酸命名脂肪族二元羧酸时，则应选择包含两个羧基的最长碳链作主链，叫某二酸。

如： 邻-苯二甲酸 正丙基丙二酸二、羧酸的制法1、氧化法[O]Δ高级脂肪烃（如石蜡）在加热至120℃-150℃和催化剂存在的条件下通入空气，可被氧化生成多种脂肪酸的混合物 RCH2CH2R1 RCOOH + R1COOH 伯醇氧化成醛，醛易氧化成羧酸，因此伯醇可作为氧化法制羧酸的原料KMnO4Δ含α-氢的烷基苯用高锰酸钾氧化时，产物均为苯甲酸例如： 2、格氏试剂合成法水解 格氏试剂与二氧化碳反映，再将产物用酸水解可制得相应的羧酸例如： RMgX + CO2 RCOOMgX RCOOH 1、 腈水解法 在酸或碱的催化下，腈水解可制得羧酸Δ RCN + H2O + HCl RCOOH + NH4Cl RCN + H2O + NaOH RCOONa + NH3 三、物理性质 1、状态 甲酸、乙酸、丙酸是具有刺激性气味的液体，含4-9个碳原子的羧酸是有腐败恶臭气味的油状液体，含10个碳原子以上的羧酸为无味石蜡状固体。

脂肪族二元酸和芳香酸都是结晶形固体 2、沸点 羧酸的沸点比分子量相近的醇还高这是由于羧酸分子间可以形成两个氢键而缔合成较稳定的二聚体 3、水溶性 羧酸分子可与水形成氢键，所以低档羧酸能与水混溶，随着分子量的增长，非极性的烃基愈来愈大，使羧酸的溶解度逐渐减小，6个碳原子以上的羧酸则难溶于水而易溶于有机溶剂四、化学性质1、酸性羧酸具有酸性，由于羧基能离解出氢离子 RCOOH RCOO- + H+因此，羧酸能与氢氧化钠反映生成羧酸盐和水RCOOH + NaOH RCOONa + H2O 羧酸的酸性比苯酚和碳酸的酸性强，因此羧酸能与碳酸钠、碳酸氢钠反映生成羧酸盐RCOOH + NaHCO3(Na2CO3) RCOONa + H2O + CO2↑ 但羧酸的酸性比无机酸弱，所以在羧酸盐中加入无机酸时，羧酸又游离出来运用这一性质，不仅可以鉴别羧酸和苯酚，还可以用来分离提纯有关化合物 例如：欲鉴别苯甲酸、苯甲醇和对-甲苯酚，可按如下环节进行，在这三者中加入碳酸氢钠溶液，能溶解并有气体产生的是苯甲酸；再在剩下的二个中加入氢氧化钠溶液，溶解的是对-甲苯酚，不溶解的是苯甲醇。

当羧酸的烃基上（特别是α-碳原子上）连有电负性大的基团时，由于它们的吸电子诱导效应，使氢氧间电子云偏向氧原子，氢氧键的极性增强，促进解离，使酸性增大基团的电负性愈大，取代基的数目愈多，距羧基的位置愈近，吸电子诱导效应愈强，则使羧酸的酸性更强如： 三氯乙酸 二氯乙酸 氯乙酸 pKa 0.028 1.29 2.81因此，低档的二元酸的酸性比饱和一元酸强，特别是乙二酸，它是由两个电负性大的羧基直接相连而成的，由于两个羧基的互相影响，使酸性显著增强，乙二酸的pKa1=1.46，其酸性比磷酸的pKa1=1.59还强取代基对芳香酸酸性的影响也有同样的规律当羧基的对位连有硝基、卤素原子等吸电子基时，酸性增强；而对位连有甲基、甲氧基等斥电子基时，则酸性减弱至于邻位取代基的影响，因受位阻影响比较复杂，间位取代基的影响不能在共轭体系内传递，影响较小浓H2SO4Δ 对硝基苯甲酸 对氯苯甲酸 对甲氧基苯甲酸 对甲基苯甲酸 pKa 3.42 3.97 4.47 4.38 2、羧基中的羟基被取代 羧酸分子中羧基上的羟基可以被卤素原子（-X）、酰氧基（-OOCR）、烷氧基（-OR）、氨基（-NH2）取代，生成一系列的羧酸衍生物。

①酰卤的生成 羧酸与三氯化磷、五氯化磷、氯化亚砜等作用，生成酰氯 RCOOH + PCl3(PCl5 SOCl2) RCOCl ②酸酐的生成P2O5Δ 在脱水剂的作用下，羧酸加热脱水，生成酸酐常用的脱水剂有五氧化二磷等 RCOOH + RCOOH RCOOOCR ③酯化反映 H+ 羧酸与醇在酸的催化作用下生成酯的反映，称为酯化反映酯化反映是可逆反映，为了提高酯的产率，可增长某种反映物的浓度，或及时蒸出反映生成的酯或水，使平衡向生成物方向移动 RCOOH + R1OH RCOOR1 + H2O 酯化反映可按两种方式进行：浓H2SO4Δ RCOOH + HOR1 RCOOR1 + H2O (1) RCOOH + HOR1 RCOOR1 + H2O (2) 实验证明，大多数情况下，酯化反映是按（1）的方式进行的如用品有示踪原子18O的甲醇与苯甲酸反映，结果发现18O在生成的酯中。

④酰胺的生成 __H20Δ 在羧酸中通入氨气或加入碳酸铵，一方面生成羧酸的铵盐，铵盐胺热脱水生成酰胺 RCOOH + NH3 RCOONH4 RCONH2 3、α-氢被取代PPP 羧基和羰基同样，能使α-H活化但羧基的致活作用比羰基小，所以羧酸的α-H卤代反映需用在红磷等催化剂存在下才干顺利进行 CH3COOH + Cl2 CH2ClCOOH CHCl2COOH CCl3COOH2、 还原反映LiAlH4 羧酸在一般情况下，和大多数还原剂不反映，但能被强还原剂—氢化锂铝还原成醇用氢化铝锂还原羧酸时，不仅产率高，并且分子中的碳碳不饱和键不受影响，只还原羧基而生成不饱和醇例如： RCH2CH═CHCOOH RCH2CH═CHCH2OH 5、脱羧反映 羧酸分子脱去羧基放出二氧化碳的反映叫脱羧反映例如，低档羧酸的钠盐及芳香族羧酸的钠盐在碱石灰（NaOH-CaO）存在下加热，可脱羧生成烃碱石灰Δ CH3COONa CH4 + Na2CO3 这是实验室用来制取纯甲烷的方法。

一元羧酸的脱羧反映比较困难，把羧酸盐蒸气通过加热至400-500℃的钍、锰或镁的氧化物，则脱羧生成酮 2CH3COOH CH3COCH3 + CO2 + H2OΔ 当一元羧酸的α-碳上连有吸电子基时，脱羧较容易进行，如： CCl3COOH CHCl3 + CO2↑ 五、重要的羧酸 1、甲酸 俗称蚁酸，是具有刺激性气味的无色液体，有腐蚀性，可溶于水、乙醇和甘油甲酸的结构比较特殊，分子中羧基和氢原子直接相连，它既有羧基结构，又具有醛基结构，因此，它既有羧酸的性质，又具有醛类的性质如能与托伦试剂、斐林试剂发生银境反映和生成砖红色的沉淀，也能被高锰酸钾氧化 2、乙酸 俗称醋酸，是食醋的重要成分，一般食醋中含乙酸6℅-8℅乙酸为无色具有刺激性气味的液体当室温低于166℃时，无水乙酸很容易凝结成冰状固体，故常把无水乙酸称为冰醋酸乙酸能与水按任何比例混溶，也可溶于乙醇、乙醚和其它有机溶剂 3、苯甲酸 俗名安息香酸，是无色晶体，微溶于水苯甲酸钠常用作食品的防腐剂 4、乙二酸 俗称草酸，是无色晶体，通常具有两分子的结晶水，可溶于水和乙醇，不溶于乙醚。

草酸具有还原性，容易被高锰酸钾溶液氧化 HOOC─COOH + KMnO4 + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + CO2↑ 运用草酸的还原性，还可将其用作漂白剂和除锈剂 5、已二酸 为白色电晶体，溶于乙醇，微溶于水和乙醚已二酸和已二胺发生聚合反映，生成聚酰胺（尼龙-66）第二节 羧酸衍生物一、分类和命名 重要的羧酸衍生物有酰卤、酸酐、酯和酰胺 1、酰卤和酰胺 酰卤和酰胺的命名由酰基名称加卤素原子或胺 酰基：羧酸分子从形式上去掉一个氢原子以后所乘余的部分某酸所形成的酰基叫某酰基例如： 某酰基 乙酰氯 乙酰胺 N-甲基乙酰胺 2、酸酐 某酸所形成的酸酐叫“某酸酐”如： 乙酐（醋酐） 。