【本章重点】 1. 羧酸的酸性及诱导效应。 2. 羧酸及其衍生物的化学性质，羧酸衍生物的加成 –

消去反应历程。 3. 乙酰乙酸乙酯在合成上的应用。【必须掌握的内容】 1. 羧酸及其衍生物的物理性质。 2. 羧酸的化学性质——结构与酸性、羧酸衍生物的生

成、脱羧反应及 α-H 卤代反应等。

第十一章 羧酸及其衍生物

3. 羧酸衍生物的化学性质——亲核取代反应 ( 水解、

醇解、氨解 ) 及其反应历程、与 Grignard 试剂反应及 α-H

反应等。 酰胺的特殊性。 4. 乙酰乙酸乙酯的性质及在合成上的应用。

( 一 ) 从烃制备——烃的氧化

§11―1 羧酸§11-1-1 羧酸的制备方法

( 二 ) 伯醇或醛的氧化——制备同碳数的羧酸： ( 三 ) 甲基酮氧化——制备减少一个碳原子的羧酸： ( 四 ) Grignard 试剂与 CO2 作用——制备增加一个碳原子

的羧酸：

( 五 ) 腈的水解：

R CO

O H

HO

HH

OH

R CO

O HC

O

OHR

羧酸是极性分子，能与水形成氢键，故低级一元酸可

§11-1-2 羧酸的物理性质

与水互溶，但随 M↑ ，在水中的溶解度↓，从正戊酸开始

在水中的溶解度只有 3.7 % ，＞ C10 的羧酸不溶于水。

R C C =O

O H

H

H

Ëá ÐÔ

ôÇ»ù±»È¡´ú

ÍÑôÈ·´ Ó¦¦Á

¦Á-H±ú

一、化学性质一览表酸性与成盐

§11-1-3 羧酸的化学性质

b.p ：

m.p ：

羧酸 ＞ M 相同的醇。

随 M↑ 呈锯齿形上升。偶数碳原子羧酸的 m.p ＞相邻两个同系物的 m.p 。

RCOOH RCOO + H+

2 CH3COOH + Zn (CH3COO )2Zn++ + H2

COOH + NaHCO3 COONa + CO2 + H2O

如：

羧酸衍生物的生成

R C =O

LOHR C =O ( L = X OCOR OR' NH2¡¢ ¡¢ ¡¢ )

1. 酰卤的生成

R CO

OH+

PCl3

PCl5

SOCl2

R CO

Cl+

H3PO3

POCl3SO2 + HCl

2. 酸酐的生成

R CO

OH

O

+ C RO

H O

P2O5R C

= O

C

=

O R + H2O

¼òµ¥Ëáôû

R C =O

ONa

=

+ C R'O

X

O

R C

= O

C

=

O R»ì ºÏ Ëáôû

+ NaX

3. 酯的生成

R C =O

OH

O

+ R C

=

OR' + H2OH OR'H+

4. 酰胺的生成

RCOOH + NH3 RCOO NH4+ ¡÷

RCONH2 + H2O

还 原 反 应RCOOH

¢Ù

¢Ú

LiAlH4

H3O+ RCH2OH 1¡ã ´¼

脱 羧 反 应 如： ¡÷

Cl3CCOOH CHCl3 + CO2

+ H2O+ CO2HOOC(CH2)4COOHBa(OH)2

¡÷ =O

羧酸和醇在结构上只差一个 C=O ，但其酸性却相差

很大。这是因为醇离解生成的 RCH2O ￣负离子中，负电荷

是局限在一个氧原子，而羧酸离解后生成的 RCOO ￣负离

子，由于共轭效应的存在，氧原子上的负电荷则均匀地分

散在两个原子上，因而稳定容易生成。

R C

O

O

12

12

R C =O

OR C

O

O= R C

O

O

12

12

由羧酸结构所决定，其最显著的化学性质就是在水溶

液中能离解成羧酸根负离子和质子。其酸性强度可用离解

常数 Ka 或它的负对数 pKa 表示。一些化合物的酸碱性强弱

次序如下： RCOOH HOH ROH HC CH NH3 RHÏà¶ÔËáÐÔ£º £¾ £¾ £¾ £¾ £¾

Ïà¶Ô¼îÐÔ£º RCOO HO RO HC C NH2 R£¼ £¼ £¼ £¼ £¼

2. 影响酸性强度的因素 (1) 诱导效应的影响 吸电子诱导效应 ( － I 效应 ) 使酸性↑，其相对强度： 同族元素——从上到下原子序数依次↑，电负性依↓。

故：F Cl Br I £»£¾ £¾ £¾ OR SR£¾

CH2COOH £¾ CH2COOH CH2COOH£¾

F Cl Br

pKa 2.66 2.86 2.90

如：

同周期元素——从左到右电负性依次↑。F £¾ OR NR2 CR3£¾ £¾

CH2COOH £¾ CH2COOH

F OH

pKa 2.66 3.83

如：

与碳原子相连的基团不饱和性↑，吸电子能力↑。C CH CH=CH2 CH2CH3£¾ £¾

pKa

CCH2COOHCH CHCH2COOH=CH2 CH3CH2CH2COOH

2.85

£¾ £¾

4.35 4.82

如：

诱导效应的特点： A. 具有加和性

£¾Cl3CCOOH Cl2CHCOOH £¾ ClCH2COOH

pKa 0.64 1.26 2.86

B. 诱导效应强度与距离成反比，距离↑，诱导效应强度↓。

CH3CH2CHCOOH £¾ CH3CHCH2COOH £¾ CH2CH2CH2COOH

Cl Cl Cl

¦Á¦Á ¦Â¦Á ¦Â ¦Ã

pKa 2.82 4.41 4.70

(2) 邻位效应的影响 取代苯甲酸的酸性不仅与取代基的种类有关，而且与取代基在苯环上的位置有关。如：

C

N

=

=

O

O O

HOC =OHO

N =O

O

C =OHO

I C

×÷Ó÷½Ïò Ò»ÖÂ

ʹ ¡üH+

IÖ»ÓÐCÎÞ

£¾ £¾

pKa 3.42 3.49 4.20

显然，当芳环上连有 +I 、 +C 基团时，将使酸性↓。 值得注意的是：当取代基处于邻位时，无论这个取代

+ C

µç×Óת ÒÆ·½Ïò

基是吸电子基还是供电子基 ( － NH2 除外 ) ，都将是酸性↑，即邻位取代苯甲酸的酸性＞对位、间位取代苯甲酸，也＞苯甲酸。

产生这种现象的原因较为复杂，诸如立体效应、氢键等。总称为邻位效应。

CO OH

N =O

O

C =OHO=

CO OH=

CH3

IÁ½ö »ùÍÅ¿Õ¼ä¾àÀë½Ï½ü£¬»¥Ïà Åų⠣¬ÆÆ»µÁ˹² éî £¬-C¡ý¡£

Á½ö »ùÍÅ¿Õ¼ä¾àÀë½Ï½ü£¬»¥Ïà Åų⠣¬ÆÆ»µÁ˹² éî £¬+C¡ý¡£

+ C

£¾ £¼

pKa 2.21 4.20 3.91

3. 成盐RCOOH + NaOH RCOO Na+ + H2O

C10ÒÔÏÂÈÜÓÚË®£»

£¾C10ÔÚË®ÈÜÒºÖгʽºÌå ÈÜÒº¡£

RCOOH + NaHCO3 RCOO Na+ + CO2 + H2O

ôÈËáÊDZÈ̼Ëá ü Ç¿µÄËá¡£

应用：用于分离、鉴别。±½¼×Ëá

¶Ô¼×±½·Ó

NaHCO3

Ë®ÈÜÒº

ÈÜ ½â£º ±½¼×ËáÄÆ

²» ÈÜ£º ¶Ô¼×±½·Ó

¹ý ÂËÂË Òº

ÂË ±ý£º ¶Ô¼×±½·Ó

H+ ¹ý Â˱½¼×ËᾧÌå

不溶于水的羧酸，既溶于 NaOH ，又溶于 NaHCO3； 不溶于水的酚，溶于 NaOH ，但不溶于 NaHCO3；

不溶于水的醇，既不溶于 NaOH ，也不溶于 NaHCO3 。

三、 羧酸衍生物的生成

(1) 酰卤的生成

R C =O

LOHR C =O ( L = X OCOR OR' NH2¡¢ ¡¢ ¡¢ )

除 HCOOH 外，羧酸可 PCl3 、 PCl5 、 SOCl2 作用，羧酸中的羟基被氯原子取代生成酰氯。如：

3 CH3COOH + PCl3 3 CH3COCl + H3PO3

(2) 酸酐的生成 除 HCOOH 外，羧酸与脱水剂 [P2O5 或 (CH3CO)2O]共

热，两分子羧酸则发生分子间脱水生成酸酐。R C

O

OH + HO C

O

RP2O5

¡÷ R C

O

C

O

RO + H2O

(3) 酯的生成 羧酸与醇在酸催化下作用，脱去一分子水生成酯的反应，称为酯化反应。

RCOOH + R¡OHH+

RCOOR¡¯ + H2O

酯化反应是典型的可逆反应，为了提高酯的产率，可根据平衡移动原理，或增加反应物浓度，或减少生成物浓度，使平衡向右移动。 (4) 酰胺的生成 羧酸与 NH3 或 RNH2 、 R2NH 作用，生成铵盐，然后加

热脱水生成酰胺或 N- 取代酰胺。如：C6H5COOH + H2NC6H5

190¡æC6H5 C NHC6H5

=O

H2ON-±½»ù±½¼×õ£°·

C6H5COO NH3+C6H5

四、 还原反应 羧酸不易被还原。但在强还原剂 LiAlH4 作用下，羧基可被还原成羟基，生成相应的 1°ROH

(CH3)3C COOH¢Ù

¢Ú

LiAlH4

H3O+ (CH3)3C CH2OH

该法不仅产率高，而且不影响 C=C 和 C≡C 的存在，可用于不饱和酸的还原。

羧酸在高温、高压下也可以催化加氢还原成醇。常用的催化剂为： Cu 、 Zn 或亚铬酸镍。

RCOOH + H2Cu »ò Zn µÈ

300~400¡æ¸ß ѹ

RCH2OH

五、 脱羧反应 羧酸或其盐脱去羧基 (失去 CO2) 的反应，称为脱羧反应。饱和一元羧酸在加热下较难脱羧，但低级羧酸的金属盐在碱存在下加热则可发生脱羧反应。如：

CH3COO Na+ + NaOHCaO

¡÷CH4 + Na2CO3

CH3 C

=OO

CH3 C O=

O

Ca ¡÷CH3 C

=OCH3 + CaCO3

当 α- 碳原子上连有－ NO2 、－ C≡N 、－ CO －、－ Cl 等强吸电子基时则容易脱羧。如：

Cl3C COOH¡÷

CHCl3 + CO2

C

=O

CH2COOHC

=O

CH3¡÷

+ CO2

某些芳香族羧酸不但可以脱羧，且比饱和一元酸容易。如：

¡÷O2N NO2

NO2

COOHO2N NO2

NO2

+ CO2

二元羧酸受热，依两个羧基的相对位置不同，其产物各异，乙二酸、丙二酸脱羧生成一元酸；丁二酸、戊二酸

脱羧生成酸酐；己二酸、庚二酸则脱羧兼脱水生成酮。HOOCCH2COOH

¡÷CH3COOH + CO2

CH2COOH

CH2COOH

¡÷O=

=

O

O

CH2CH2COOH

CH2CH2COOH

¡÷=O

+ CO2

+ CO2 + H2O

六、 α- 氢原子的反应 脂肪族羧酸的 α- 氢原子也可被卤原子取代，但其反

应活性要比醛、酮低的多，通常要在少量红磷存在下方

可进行。

CH3CH2COOHBr2 / P

CH3CHCOOH

Br

Br2 / PCH3CCOOH

Br

Br

卤代酸中的卤原子与卤代烃中的卤原子相似，可以进行亲核取代反应和消除反应。如：

BrCH2COOH

NaOHBrCH2COONa

NaCNNCCH2COONa

H3O+

CH2(COOH)2

NH3 (¹ý Á¿)

NH4BrH2NCH2COOH

CH2 CHBrCOOH

CH2 CHBrCOOH

KOH / CH3OH CH2

CH2

==

CHCOOH

CHCOOH

§11 － 2 羧酸衍生物§11-2-1 羧酸衍生物的物理性质 1. 沸点 (b.p) ： 酰卤 、酸酐、酯 ＜ M 相近的羧酸 原因：酰卤 、酸酐、酯 没有分子间的氢键缔合作用。

CH3COOCH3CH3COCl CH3CH2COOH

M 78.5 74 74

b.p(¡æ) 51 57.5 141.1

(CH3CO)2OM

b.p(¡æ)

102

139.6

CH3CH2CH2CH2COOH

103

187

酰胺 £¾£¾

原因：酰胺的氨基上的氢原子可在分子间形成相应的羧酸

较强的氢键。

C

=O

R

N

H

HC=O

R

N H

H

显然，随着酰胺的氨基上的氢原子被取代，分子间的氢键缔合作用将逐渐削弱，以致不能发生氢键缔合，其沸点必然↓。

CH3CONH2CH3COOH

b.p(¡æ) 118 222

酰胺 ＞ N 一取代酰胺 ＞ N ， N 二取代酰胺 如： HCONH2

b.p(¡æ) 198

HCONHCH3

180

HCON(CH3)2

153

2. 溶解度 酰卤、酸酐和酯不溶于水，但低级酰卤、酸酐

遇水则分解。 低级酰胺 溶于水，随着M↑ ，溶解度↓。

§11-2-2 羧酸衍生物的化学性质

§11 － 3 β- 二羰基化合物

R C

=OCH2 C

=OR R C

=OCH2 C

=OOR' C

=OCH2 C

=ORO OR

¦Â -¶þͪ ¦Â -ͪ Ëáõ¥ ±û¶þËá¶þõ¥

凡两个羰基中间被一个碳原子隔开的化合物均称为 β-二羰基化合物。如：

一、酮式 -烯醇式互变异构

HC CH + H2OHg++£¬ H+ HC CH2

OHCH3CHO

²» ÎÈ ¶¨

但 β- 二羰基化合物的烯醇式结构却具有一定的稳定性。

实验事实：以乙酰乙酸乙酯为例

具有羰基的性质——①可与 HCN 、 NaHSO3 作用；②可与 NH2OH 、 C6H5NHNH2 作用；③还原可生成 β-羟基酸酯。 表现出的其它性质： 可使溴水褪色——证明有不饱和键存在；

能与金属钠作用，放出 H2↑

能与 CH3COCl 作用生成酯说明有醇羟基存在。

能与 FeCl3 水溶液作用呈现出紫红色——说明具有烯醇式结构。

实验事实表明：在乙酰乙酸乙酯中存在着酮式和烯醇式的互变异构，并形成一个平衡体系：

C

=OCH2 C

=OCH3 OC2H5 C

OH

CH C

=OCH3 OC2H5=

ͪ ʽ Ï© ¼Ê½

³£ ÎÂ 92.5 % 7.5 %

那么，同为烯醇式结构，为什么在乙酰乙酸乙酯中就可以稳定的存在呢？

其原因是： 1. 该烯醇式结构能通过分子内氢键的缔合形成一个稳定的六元环。

CH3 CCH C

O

OC2H5

O H

2. 烯醇式的羟基氧原子上的未共用电子对与碳碳双键、碳氧双键处于共轭体系，发生了电子的离域，使体系能量降低而趋于稳定。

C

OH

CH C

=OCH3 OC2H5=

£º

二、乙酰乙酸乙酯及在合成上的应用 ( 一 ) 乙酰乙酸乙酯的制备

( 二 ) 乙酰乙酸乙酯的化学性质 1. 酮式分解和酸式分解 (1) 乙酰乙酸乙酯在稀碱作用下，首先水解生成乙酰

乙酸，后者在加热条件下，脱羧生成酮。

C

=OCH2 C

=OCH3 OC2H5 C

=OCH2 C

=OCH3 OH

5 % NaOH¢Ù

¢Ú H+

CH3

C

=O

CH2

C =

O

OH

¡÷

CH3

C

O

CH2

C =

O

OH

CH3

C

O

CH2

=

H

+ CO2

ÖØ ÅÅ

CH3COCH3

(2) 乙酰乙酸乙酯与浓碱共热，则在 α- 和 β- 碳原子间

断键，生成两分子乙酸盐，该分解称为酸式分解。

C

=OCH2 C

=OCH3 OC2H5 C

O

CH2 C

=OCH3 OC2H5+ OH

OH

CH3COOH + CH2 C

=OOC2H5 CH3COO CH3 C

=OOC2H5+

OH 2 CH3COO + C2H5OH

2. 乙酰乙酸乙酯活泼亚甲基上的反应

C

=OCH2 C

=OCH3 OC2H5

C2H5ONaC

=OCH C

=OCH3 OC2H5 Na+

C

=OCH C

=OCH3 OC2H5 Na+

R X C

=OCH C

=OCH3 OC2H5

R

RCOX C

=OCH C

=OCH3 OC2H5

R C O=这是一个亲核取代反应，主要生成烃基化和酰基化产物。

( 三 ) 乙酰乙酸乙酯及在合成上的应用

β- 酮酸酯 α- 碳原子上的两个氢原子均可被烃基取代。

¢Ù

¢ÚC

=OCH C

=OCH3 OC2H5

R

C2H5ONa

R¡¯ XC

=OC C

=OCH3 OC2H5

R

R¡¯

¢Ù

¢Ú

C

=OCH C

=OCH3 OC2H5

R

dil. OH-

H+ ¢Û ¡÷

( ͪ ʽ·Ö½â )

¦Á¦Â

C

=OCHCH3 R + CO2 + C2H5OH

һȡ´ú ±ûͪ

¢Ù

¢Ú

Ũ

H+

OH-

R C

=OOHCH2

һȡ´ú ÒÒËá

+ CH3COOH + C2H5OH( Ëáʽ·Ö½â )

同理，二取代乙酰乙酸乙酯进行酮式分解将得到二取代丙酮；进行酸式分解将得到二取代乙酸。

1. 合成甲基酮 经乙酰乙酸乙酯合成：

CH3COCH2CH3 CH3COCHCH2CH3

CH3

ÒýÈë»ùÍÅ ÒýÈë»ùÍÅ

分析： (1) 产物为甲基酮，合成时一定要经过酮式分解。 (2) 将 TM 的结构与丙酮进行比较，确定引入基团。 (3) 最后确定合成路线。 注意：当引入基团不同时，通常是先引入活性较高和体积较大的基团

2. 合成二羰基化合物

CH3CO

CH3COCH2

CH3COCH2

CH3COCH2

CH3COCH2

CH3COCH2

(CH2)n

¦Â-¶þôÊ»ù»¯ºÏ Îï ¦Ã-¡¡¶þôÊ»ù»¯ºÏ Îï

ÒýÈë»ùÍÅΪ COCH3

ÊÔ¼Á: CH3COCl

ÒýÈë»ùÍÅΪ CH2COCH3

ÊÔ¼Á: CH3COCH2Cl

»ò ÓÃI2żºÏ

ÊÔ¼Á:(CH2)n

X

X

3. 合成酮酸

这里值得注意的是：用 I2 偶合或用 X(CH2)nX 作烃基化试剂时，需要与 2mol 的乙酰乙酸乙酯。

4. 合成一元羧酸

作业１１－１３（１）（２）（３）（４）１１－１８（１）（２）（３）（４）１１－２４