第九章羧酸和取代羧酸 知识要点 1教酸和取代羧酸的定义、结构、分美、命名和理化性质。 2.甲酸的结构特性及其与性质的关系。 3重要的羧酸和取代羧酸在医药学上的应用。 烃分子中的氢原子被羧基（一COOH)取代而形成的化合物称为羧酸，其通式 为RCOOH(甲酸为HCOOH),羧基是羧酸的官能团. 羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或基团取代而形成的化合物称为取 代羧酸。常见的取代羧酸有卤代酸、羟基酸、羰基酸和氨基酸等。本章主要讨论 羟基酸和羰基酸。 羧酸和取代羧酸广泛存在于中草药或其他动植物中。它们与医药关系十分密 切，在有机合成、生物代谢及药物中起着十分重要的作用。 第一节羧酸 一、羧酸的结构 羧酸的官能团是羧基（一C0OH),它是由羰基和羟基相连而成的。现代物理 方法测定证明，甲酸分子中碳氧双键的键长为123m,比普通羰基的碳氧双键 键长120pm要长，而羧基中的碳氧单键键长为136pm,比醇中相应的碳氧单键 键长143pm又短得多，这说明羧基中羰基与羟基间存在着相互作用。 杂化轨道理论认为，羧酸分子中羧基碳原子采取s即杂化，形成的3个sp 杂化轨道分别与1个碳原子和2个氧原子形成3个。键，成键的4个原子处于 同一平面，未参与杂化的p轨道与羰基氧原子的p轨道形成π键（即羧基中C-0 的π键)，该π键又与羟基氧原子上含孤对电子的p轨道平行，故可以进行肩并 肩的部分重叠，形成Pπ共轭体系。Pπ共轭的存在，使碳氧间的健长发生了平 均化，如图9-1所示。 图91a图9-16 图91羧酸的结构示意图 当羧基解离成负离子时，由于电子的离域，氧上的负电荷不是集中在1个氧 原子上，而是平均分散在2个氧原子上。因此2个碳氧键的键长相等，都为127pm 没有单键和双键的区别
第九章 羧酸和取代羧酸 知识要点 1.羧酸和取代羧酸的定义、结构、分类、命名和理化性质。 2.甲酸的结构特性及其与性质的关系。 3.重要的羧酸和取代羧酸在医药学上的应用。 烃分子中的氢原子被羧基(－COOH)取代而形成的化合物称为羧酸，其通式 为 RCOOH(甲酸为 HCOOH)，羧基是羧酸的官能团。 羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或基团取代而形成的化合物称为取 代羧酸。常见的取代羧酸有卤代酸、羟基酸、羰基酸和氨基酸等。本章主要讨论 羟基酸和羰基酸。 羧酸和取代羧酸广泛存在于中草药或其他动植物中。它们与医药关系十分密 切，在有机合成、生物代谢及药物中起着十分重要的作用。 第一节 羧酸 一、羧酸的结构 羧酸的官能团是羧基(－COOH)，它是由羰基和羟基相连而成的。现代物理 方法测定证明，甲酸分子中碳氧双键的键长为 123pm，比普通羰基的碳氧双键 键长 120pm 要长，而羧基中的碳氧单键键长为 136pm，比醇中相应的碳氧单键 键长 143pm 又短得多，这说明羧基中羰基与羟基间存在着相互作用。 杂化轨道理论认为，羧酸分子中羧基碳原子采取 sp 2 杂化，形成的 3 个 sp 2 杂化轨道分别与 1 个碳原子和 2 个氧原子形成 3 个 σ 键，成键的 4 个原子处于 同一平面，未参与杂化的 p 轨道与羰基氧原子的 p 轨道形成 π 键（即羧基中 C=O 的 π 键），该 π 键又与羟基氧原子上含孤对电子的 p 轨道平行，故可以进行肩并 肩的部分重叠，形成 p-π 共轭体系。p-π 共轭的存在，使碳氧间的键长发生了平 均化，如图 9-1 所示。 图 9-1a 图 9-1b 图 9-1 羧酸的结构示意图 当羧基解离成负离子时，由于电子的离域，氧上的负电荷不是集中在 1 个氧 原子上，而是平均分散在2个氧原子上。因此2个碳氧键的键长相等，都为127pm， 没有单键和双键的区别
二、羧酸的分类和命名 （(一)羧酸的分类 羧酸(R-COOH)按羧基所连接的烃基不同，可分为脂肪羧酸、脂环羧酸和芳 香羧酸：按烃基是否含不饱和键，可分为饱和羧酸和不饱和羧酸：按羧基数目不 同又可分为一元羧酸、二元羧酸和多元羧酸。 一元羧酸 二元酸弱 饱和羧酸CH3-COOH HOOC-CH2-COOH 脂肪羧酸 乙酸 丙二酸 (不饱和羧酸CH2=CH-COOH HOOC-CH=CH-COOH 丙烯酸 丁烯二酸 HOOCCOOH 羧酸 脂环羧酸 ○cooH 环已基甲酸 1,4环己基二甲酸 、芳香羧酸 COOH HOOCCOOH 苯甲酸 对苯二甲酸 (二)羧酸的命名 羧酸的系统命名法和醛相似，只需把“醛”改成“酸”字即可。 1,饱和脂肪酸的命名选择分子中含羧基的最长碳链作为主链，根据主链碳 原子的数目称为某酸。主链碳原子的编号从羧基碳开始，用阿拉伯数字标明取代 基的位次，也可用希腊字母来表示，从与羧基相邻的碳原子开始，依次为ā、 B、Y、.。例如： CH,-CH,-CH-COOH CH3-CH-CH2-CH-COOH CH-CHs 2.甲基丁酸 4.甲基.2.乙基戊酸 a-甲基丁酸 y甲基a-乙基戊酸 2.二元脂肪羧酸的命名选择分子中含两个羧基在内的最长碳链作为主链， 称为某二酸。例如：
二、羧酸的分类和命名 (一)羧酸的分类 羧酸(R-COOH)按羧基所连接的烃基不同，可分为脂肪羧酸、脂环羧酸和芳 香羧酸；按烃基是否含不饱和键，可分为饱和羧酸和不饱和羧酸；按羧基数目不 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 饱和羧酸 CH3-COOH HOOC-CH2-COOH 脂肪羧酸 乙酸 丙二酸 不饱和羧酸 CH2=CH-COOH HOOC-CH=CH-COOH 丙烯酸 丁烯二酸 羧酸 脂环羧酸 COOH HOOC COOH 环已基甲酸 1,4-环已基二甲酸 芳香羧酸 COOH HOOC COOH 苯甲酸 对苯二甲酸 (二)羧酸的命名 羧酸的系统命名法和醛相似，只需把“醛”改成“酸”字即可。 1.饱和脂肪酸的命名 选择分子中含羧基的最长碳链作为主链，根据主链碳 原子的数目称为某酸。主链碳原子的编号从羧基碳开始，用阿拉伯数字标明取代 基的位次，也可用希腊字母来表示，从与羧基相邻的碳原子开始，依次为 α、 β、γ、„。例如： CH3 CH2 CH COOH CH3 CH3 CH CH2 CH CH3 COOH CH2CH3 2.二元脂肪羧酸的命名 选择分子中含两个羧基在内的最长碳链作为主链， 称为某二酸。例如： 2-甲基丁酸 -甲基丁酸 4-甲基-2-乙基戊酸 -甲基-乙基戊酸
HOC-COOH HcCHcOOH CHCHCHCoO COOH 乙二酸 丁二酸 乙基丙二酸 3.不饱和脂肪酸的命名选择含羧基和不饱和键在内的最长碳链作为主链 称为某烯酸或某炔酸。主链碳原子的编号仍用阿拉伯数字或希腊字母来表示，把 双键和叁键的位次写在母体名称的前面。例如： CH3-CH=CH-COOH CH;-CH-C -COOH CH3 2-丁烯酸（巴豆酸） 2.甲基.2.丁桥酸 a丁烯酸 a甲基-a丁烯酸 当主链碳原子数目多于10个时，母体名称用“某碳烯酸”来表示，加一个 “碳”字是为了避免主链碳原子数目和双键数目的两个数字混淆。不饱和羧酸的 双键也可用“△”来表示，双键的位次写在“△”的右上角。例如： CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH 9,12-十八碳二烯酸（△912-十八碳二烯酸） 4.芳香羧酸和脂环羧酸的命名 以脂肪羧酸为母体，芳香烃基、脂环烃基为 取代基。例如： COOH COOH CH=CH-COOH CH; 苯甲酸 间甲基苯甲酸 3-苯基丙烯酸 CO CH2-COOH 邻装一甲酸 环戊基乙酸 另外，羧酸还常根据其天然来源或性质用俗名，如蚁酸HCOOH、醋酸 CHC00、草酸H00c-(00H、安息香酸o 等。 三、羧酸的物理性质 饱和一元羧酸中，甲酸、乙酸、丙酸是具有刺激性气味的液体：C4~C,的羧 酸是有恶臭气味的液体：C10以上的羧酸是无味的蜡状固体。脂肪族二元羧酸和 芳香羧酸都是结晶固体
乙二酸 丁二酸 乙基丙二酸 HOOC COOH HOOC CH2 CH2 COOH CH3 CH2 CH COOH COOH 3.不饱和脂肪酸的命名 选择含羧基和不饱和键在内的最长碳链作为主链， 称为某烯酸或某炔酸。主链碳原子的编号仍用阿拉伯数字或希腊字母来表示，把 双键和叁键的位次写在母体名称的前面。例如： CH3 CH C COOH CH3 CH3 CH CH COOH 当主链碳原子数目多于 10 个时，母体名称用“某碳烯酸”来表示，加一个 “碳”字是为了避免主链碳原子数目和双键数目的两个数字混淆。不饱和羧酸的 双键也可用“△”来表示，双键的位次写在“△”的右上角。例如： CH3 (CH2 )4 CH = CH CH2 CH = CH (CH2 )7 COOH 9,12 十八碳二烯酸( △9,12 十八碳二烯酸 ) 4.芳香羧酸和脂环羧酸的命名 以脂肪羧酸为母体，芳香烃基、脂环烃基为 取代基。例如： 苯甲酸 间甲基苯甲酸 3 -苯基丙烯酸 CH=CH COOH CH3 COOH COOH 邻苯二甲酸 环戊基乙酸 COOH COOH CH2 COOH 另外，羧酸还常根据其天然来源或性质用俗名，如蚁酸 HCOOH、醋酸 CH3COOH、草酸 HOOC-COOH、安息香酸 COOH 等。 三、羧酸的物理性质 饱和一元羧酸中，甲酸、乙酸、丙酸是具有刺激性气味的液体；C4～C9 的羧 酸是有恶臭气味的液体；C10 以上的羧酸是无味的蜡状固体。脂肪族二元羧酸和 芳香羧酸都是结晶固体。 2-丁烯酸（巴豆酸） 2-甲基-2-丁烯酸 -丁烯酸 -甲基--丁烯酸
羧酸能与水分子形成氢键，低级脂肪酸易溶于水，但随着分子量的增高，在 水中的溶解度逐渐降低。高级脂肪酸几乎不溶于水，但能溶于乙醇、乙醚、苯等 有机溶剂。 饱和一元羧酸的沸点比分子量相近的醇高，如甲酸和乙醇的分子量相同，甲 酸的沸点100.5℃，乙醇的沸点78.3℃。这是因为羧酸分子之间可以形成两个比 较稳定的氢键而相互缔合成双分子二聚体，如图9-2所示。 图9-2 图9-2搬酸分子的二聚体 饱和一元羧酸和二元羧酸的熔点，随分子中碳原子数目的增加呈锯齿状的变 化，即含偶数碳原子的羧酸，比相邻的2个含奇数碳原子的羧酸熔点高，这种现 象被认为与分子的对称性有关。例如乙酸的熔点比甲酸和丙酸的熔点要高；丁二 酸的熔点比丙二酸和戊二酸的熔点要高。常见羧酸的物理常数见表9-1。 表91常见羧酸的物理常数 名称 沸点（℃）熔点（℃） 甲酸（蚁酸） 100.5 8.4 3.77 乙酸（醋酸） 118 16.6 4.76 丙酸（初油酸） 141 -22 4.88 丁酸（酪酸） 162.5 4.7 4.82 十六酸（软脂酸） 一 62.9 十八酸（硬脂酸） 69.9 丙烯酸（败脂酸） 141 426 乙二酸（草酸） 189.5 1.27 4.27 丙二酸（缩苹果 135.6 2.85 5.70 酸) 丁二酸（琥珀酸） 185 421 .6 戊二酸（胶酸） 97.5 4.3 5.41 顺丁烯二酸（马来 130 192 6.59 酸) 反丁烯二酸（富马 287 3.03 4.54
羧酸能与水分子形成氢键，低级脂肪酸易溶于水，但随着分子量的增高，在 水中的溶解度逐渐降低。高级脂肪酸几乎不溶于水，但能溶于乙醇、乙醚、苯等 有机溶剂。 饱和一元羧酸的沸点比分子量相近的醇高，如甲酸和乙醇的分子量相同，甲 酸的沸点 100.5℃，乙醇的沸点 78.3℃。这是因为羧酸分子之间可以形成两个比 较稳定的氢键而相互缔合成双分子二聚体，如图 9-2 所示。 图 9-2 图 9-2 羧酸分子的二聚体 饱和一元羧酸和二元羧酸的熔点，随分子中碳原子数目的增加呈锯齿状的变 化，即含偶数碳原子的羧酸，比相邻的 2 个含奇数碳原子的羧酸熔点高，这种现 象被认为与分子的对称性有关。例如乙酸的熔点比甲酸和丙酸的熔点要高；丁二 酸的熔点比丙二酸和戊二酸的熔点要高。常见羧酸的物理常数见表 9-1。 表 9-1 常见羧酸的物理常数 名 称 沸点(℃) 熔点(℃) 1 pKa 2 pKa 甲酸(蚁酸) 100.5 8.4 3.77 － 乙酸(醋酸) 118 16.6 4.76 － 丙酸(初油酸) 141 -22 4.88 － 丁酸(酪酸) 162.5 -4.7 4.82 － 十六酸(软脂酸) － 62.9 － － 十八酸(硬脂酸) － 69.9 － － 丙烯酸(败脂酸) 141 13 4.26 － 乙二酸(草酸) － 189.5 1.27 4.27 丙二酸 ( 缩苹果 酸) － 135.6 2.85 5.70 丁二酸(琥珀酸) － 185 4.21 5.64 戊二酸（胶酸） － 97.5 4.34 5.41 顺丁烯二酸(马来 酸) － 130 1.92 6.59 反丁烯二酸（富马 － 287 3.03 4.54
酸) 苯甲酸（安息香 249 121.7 酸) 4.17 邻苯二甲酸（酞 231 2.89 5.57 酸) 四、羧酸的化学性质 羧酸的化学性质主要表现在官能团羧基上。羧基在形式上由羰基和羟基组 成，但由于它们通过pπ共轭构成了一个整体，使羧酸在性质上有别于羰基化合 物和醇类，而具有特殊性质。 ,脱羧反应 H 0 酸性 C , a-H被取代 ^0-H OH被取代后 生成羧酸衍生物 (一)酸性 由于羧基中的pπ共轭体系，使羟基氧原子上的电子云密度降低，导致氢氧 键极性增强，易于解离出质子，表现酸性。一般的羧酸都属弱酸，它们在水中只 是部分解离： 8-om一R8-0+r 羧酸的酸性强弱可以用电离常数K或其负对数pK表示。K愈大或pK愈 小，酸性愈强。羧酸的pK。一般都在3~5。饱和一元羧酸中，甲酸的酸性比同 系列中其他羧酸的酸性强，这是由于烷基的给电子诱导效应，降低了氢氧键的极 性，使氢较难解离，因此酸性减弱。如甲酸的pK为3.77，乙酸的pKa为4.76。 烷基越大，给电子能力越强，酸性越弱。所以，随着碳原子数目的增加，一元羧 酸的酸性逐渐减弱。见表9-1。 芳香酸比甲酸的酸性弱，但比其他饱和一元羧酸酸性强（如苯甲酸的pK为
酸） 苯甲酸 ( 安息香 酸) 249 121.7 4.17 － 邻苯二甲酸 ( 酞 酸) － 231 2.89 5.51 四、羧酸的化学性质 羧酸的化学性质主要表现在官能团羧基上。羧基在形式上由羰基和羟基组 成，但由于它们通过 p-π 共轭构成了一个整体，使羧酸在性质上有别于羰基化合 物和醇类，而具有特殊性质。 R C H H C O O H 酸性 脱羧反应 生成羧酸衍生物 -OH 被取代后 α-H 被取代 α (一)酸性 由于羧基中的 p-π 共轭体系，使羟基氧原子上的电子云密度降低，导致氢氧 键极性增强，易于解离出质子，表现酸性。一般的羧酸都属弱酸，它们在水中只 是部分解离： R C OH R C O + H O O = = 羧酸的酸性强弱可以用电离常数 Ka 或其负对数 pKa表示。Ka愈大或 pKa愈 小，酸性愈强。羧酸的 pKa 一般都在 3～5。饱和一元羧酸中，甲酸的酸性比同 系列中其他羧酸的酸性强，这是由于烷基的给电子诱导效应，降低了氢氧键的极 性，使氢较难解离，因此酸性减弱。如甲酸的 pKa 为 3.77，乙酸的 pKa 为 4.76。 烷基越大，给电子能力越强，酸性越弱。所以，随着碳原子数目的增加，一元羧 酸的酸性逐渐减弱。见表 9-1。 芳香酸比甲酸的酸性弱，但比其他饱和一元羧酸酸性强(如苯甲酸的 pKa 为
4.17),这是由于苯环的大π键与羧基可以形成ππ共轭体系，羧基的吸电子共 轭效应，使环上的电子云向羧基偏移，减弱了氢氧键的极性，氢的解离能力降低， 故酸性比甲酸弱。 二元羧酸含有两个羧基，第一步解离时受到另一个羧基吸电子诱导效应的影 响，解离比一元羧酸要容易，第二步解离时受到己经解离的羧基给电子诱导效应 的影响，其解离比一元羧酸要难，K>K。>K。两个羧基距离越近，影响越大。 二元羧酸的电离常数见表9-1。 综上所述，羧酸的酸性强弱顺序如下： 二元羧酸>甲酸>苯甲酸>其他饱和一元羧酸 一元羧酸具有一定的酸性，其酸性比盐酸、硫酸等无机强酸的酸性要弱，但 比碳酸和酚类的酸性强。羧酸与其他有关化合物的酸性强弱顺序如下： HsO.HCI RCOOH HCO,>O HO>RO 所以羧酸可以与NaOH、NaCO、NaHCO3发生反应，常用与NaHCO反应 放出CO2气体来鉴别羧酸。 R-COOH+NaOH R-COONa+H20 R-CO0H+Na,CO3→R-C0ONa+CO2↑+H,0 R-COOH+NaHCO,→R-COONa+CO,↑+H0 ②H0 4-CH-O .COO.CCHCOOHOOC-COOHC.COOH (二)搬基上羟基的取代反应 羧酸分子中羧基上的羟基被卤素、酰氧基、烷氧基和氨基取代，生成相应的 酰卤、酸酐、酯和酰胺等羧酸衍生物。羧酸分子中去掉羟基剩余的部分(RC-) 称为酰基。 1.酰卤的生成羧基中的羟基被卤素取代后的产物称为酰卤。酰氯是常见的 酰卤，它可由羧酸与三氯化磷、五氯化磷或亚硫酰氯反应生成
4.17)，这是由于苯环的大 π 键与羧基可以形成 π-π 共轭体系，羧基的吸电子共 轭效应，使环上的电子云向羧基偏移，减弱了氢氧键的极性，氢的解离能力降低， 故酸性比甲酸弱。 二元羧酸含有两个羧基，第一步解离时受到另一个羧基吸电子诱导效应的影 响，解离比一元羧酸要容易，第二步解离时受到已经解离的羧基给电子诱导效应 的影响，其解离比一元羧酸要难，Ka1>Ka >Ka2。两个羧基距离越近，影响越大。 二元羧酸的电离常数见表 9-1。 综上所述，羧酸的酸性强弱顺序如下： 二元羧酸＞甲酸＞苯甲酸＞其他饱和一元羧酸 一元羧酸具有一定的酸性，其酸性比盐酸、硫酸等无机强酸的酸性要弱，但 比碳酸和酚类的酸性强。羧酸与其他有关化合物的酸性强弱顺序如下： H2SO4、HCl ＞ RCOOH ＞ H2CO3 ＞ ＞ ＞ OH H2O ROH 所以羧酸可以与 NaOH、Na2CO3、NaHCO3 发生反应，常用与 NaHCO3 反应 放出 CO2 气体来鉴别羧酸。 R COOH + NaOH R COONa + H2O R R COOH + Na2CO3 R COONa + CO2 R COOH + NaHCO3 COONa + CO2 + H2O + H2O 课堂互动 试将下列各组化合物按酸性由强到弱顺序排列 (1)①CH3COOH，②H2O，③CH3CH2OH，④C6H5OH，⑤NH3，⑥H2CO3 (2)①CH3COOH，②HCOOH，③(CH3)2CH－COOH，④HOOC-COOH，⑤ C6H5COOH (二)羧基上羟基的取代反应 羧酸分子中羧基上的羟基被卤素、酰氧基、烷氧基和氨基取代，生成相应的 酰卤、酸酐、酯和酰胺等羧酸衍生物。羧酸分子中去掉羟基剩余的部分( = R C O ) 称为酰基。 1.酰卤的生成 羧基中的羟基被卤素取代后的产物称为酰卤。酰氯是常见的 酰卤，它可由羧酸与三氯化磷、五氯化磷或亚硫酰氯反应生成
0 0 R-C-OH PCI -R-e-CI+HgPOs 三氯化磷 酰氯 亚磷酸 -l rCR8c+OC,IGt 五氯化磷 酰氯三氯氧磷 R8OH SOChR8CI+s0.1+HCI 0 亚疏酰氯 酰氯 (氯化亚飘) 制备酰氯常用的方法是亚硫酰氯与羧酸反应，因该反应生成的副产物都是气 体，在反应中随时逸出，可得到较纯净的酰氯。酰氯很活泼，它是一类具有高度 反应活性的化合物，广泛用于药物和有机合成中。 2.酸酐的生成羧酸在脱水剂（如P2O)作用下加热，2个羧基间失去一分子 水，生成酸酐。 R-8OH+HO-R 酸酐 具有4个或5个碳原子的二元酸（如丁二酸、戊二酸、邻苯二甲酸等）加热， 分子内脱水，形成较稳定的五元环或六元环的环状酸酐（环酐）。如： CH2-C-OH 6 t-8 丁二酸 丁二酸酐 0 邻苯二甲酸 邻苯二甲酸酐 3.酯的生成在少量酸（如浓硫酸）的催化作用下，羧酸可与醇反应生成酯 该反应称为酯化反应。有机酸和醇的酯化反应速度极慢，必须在酸的催化及加热 下进行。 0 ,浓Hs0R-&0R+0 0 R2oH+RoH△ 羧酸 醇
三氯化磷 酰氯 亚磷酸 五氯化磷 酰氯 三氯氧磷 亚硫酰氯 （氯化亚砜） 酰氯 R C OH + PCl3 R C Cl + H3PO3 = = O O = = O O R C OH + PCl5 R C Cl + POCl3 + HCl = = O O R C OH + SOCl2 R C Cl + SO2 + HCl 制备酰氯常用的方法是亚硫酰氯与羧酸反应，因该反应生成的副产物都是气 体，在反应中随时逸出，可得到较纯净的酰氯。酰氯很活泼，它是一类具有高度 反应活性的化合物，广泛用于药物和有机合成中。 2.酸酐的生成 羧酸在脱水剂(如 P2O5)作用下加热，2 个羧基间失去一分子 水，生成酸酐。 酸酐 R C OH + HO C R R C O C R + H2O = = P2O5 = = O O O O 具有 4 个或 5 个碳原子的二元酸(如丁二酸、戊二酸、邻苯二甲酸等)加热， 分子内脱水，形成较稳定的五元环或六元环的环状酸酐(环酐)。如： 丁二酸 丁二酸酐 CH2 C OH = = = = CH2 C OH O O CH2 C CH2 C O O O 300℃ + H2O 邻苯二甲酸 邻苯二甲酸酐 = = = = C C O O O O C C OH OH O + H2O 230℃ 3.酯的生成 在少量酸(如浓硫酸)的催化作用下，羧酸可与醇反应生成酯， 该反应称为酯化反应。有机酸和醇的酯化反应速度极慢，必须在酸的催化及加热 下进行。 羧酸 醇 酯 = O R C OH + R' OH R C O R' + H2O = 浓 H O 2SO4
酯化反应在酸性条件下是可逆反应，生成的酯在同样条件下可与水作用生成 羧酸和醇，称为酯的水解反应。所以要提高酯的产率，可以增加反应物的浓度或 及时蒸出生成的酯和水，使平衡向生成酯的方向移动。 羧酸与醇的酯化反应，在大多数情况下（羧酸与伯醇和仲醇成酯），是羧酸的 羟基与醇羟基上的氢形成水。如用含有同位素180的乙醇与乙酸进行反应，发现 180转移到生成酯的分子中，而不是在水的分子中。说明酯化反应是羧酸发生酰 氧键断裂，羧基的羟基被烃氧基取代。 CH-oH+目0CHcH,、HcH-&0-CHCH+H0 4.酰胺的生成羧酸与氨反应，先生成羧酸的铵盐，将铵盐进一步加热，分 子内失水生成酰胺， 0 R&-OH+NH,→R-&ONE△R-&-NH+HO 羧酸铵 酰胺 酰胺是一类很重要的化合物，很多药物的分子结构中都含有酰胺结构。如果 继续加热，酰胺可进一步失水生成腈。 R-Nh△R=N+H0 (三)-H原子的卤代反应 受羧基吸电子效应的影响，羧酸分子中α-H原子具有一定的活性，但因羧 基中的羟基与羰基形成pπ共轭体系，使羧基的致活能力比羰基小，所以羧酸α-H 的卤代反应需要在红磷或三卤化磷的催化作用下才能进行。 Br Br Br 羧酸卤代时，控制反应条件和卤素的用量，能得到产率较高的一卤代酸。Q 卤代酸是制取a-羟基酸、一氨基酸以及α，-不饱和酸的重要中间体，通过它可 进一步合成多种有机化合物。例如：
酯化反应在酸性条件下是可逆反应，生成的酯在同样条件下可与水作用生成 羧酸和醇，称为酯的水解反应。所以要提高酯的产率，可以增加反应物的浓度或 及时蒸出生成的酯和水，使平衡向生成酯的方向移动。 羧酸与醇的酯化反应，在大多数情况下(羧酸与伯醇和仲醇成酯)，是羧酸的 羟基与醇羟基上的氢形成水。如用含有同位素 18O 的乙醇与乙酸进行反应，发现 18O 转移到生成酯的分子中，而不是在水的分子中。说明酯化反应是羧酸发生酰 氧键断裂，羧基的羟基被烃氧基取代。 CH3 C OH + H 18O CH2CH3 CH3 C 18O CH2CH3 + H2O = = O O H 4.酰胺的生成 羧酸与氨反应，先生成羧酸的铵盐，将铵盐进一步加热，分 子内失水生成酰胺。 羧酸铵 酰胺 R C OH + NH3 R C ONH4 R C NH2 + H2O O O O = = = 酰胺是一类很重要的化合物，很多药物的分子结构中都含有酰胺结构。如果 继续加热，酰胺可进一步失水生成腈。 = R C NH2 R C N O + H2O (三)α-H 原子的卤代反应 受羧基吸电子效应的影响，羧酸分子中 α-H 原子具有一定的活性，但因羧 基中的羟基与羰基形成p-π共轭体系，使羧基的致活能力比羰基小，所以羧酸α-H 的卤代反应需要在红磷或三卤化磷的催化作用下才能进行。 CH3CH2COOH CH3CHCOOH CH3CCOOH Br2 Br2 ,P P Br Br Br 羧酸卤代时，控制反应条件和卤素的用量，能得到产率较高的 α-卤代酸。α- 卤代酸是制取 α-羟基酸、α-氨基酸以及 α,β-不饱和酸的重要中间体，通过它可 进一步合成多种有机化合物。例如：
CHCHCOOH 101CH.COoH 0 ②H' OH 丙酮酸 羟基丙酸 CH CHCOOH 8 CHCHCOOH NH2 q一氨基丙酸 o壁，cH-CHC0OH ②H 丙烯酸 (四)还原反应 羧酸分子中，羧基上的羰基由于受羟基的影响，失去了羰基的典型性质，所 以羧酸在一般情况下与多数还原剂不反应，但能被强还原剂—氢化铝锂 (LiH)还原成伯醇。用氢化铝锂还原羧酸时，不但产率高，而且分子中的C=C 双键不受影响，只还原羧基，生成不饱和醇。 RCH-CH-CHCOOH RCH-CH-CHCHOH (五)脱羧反应 羧酸的碱金属盐与碱石灰(NaOH-CaO)共热，脱去二氧化碳生成烃，像这种 羧酸失去羧基放出二氧化碳的反应，称为脱羧反应。 Re0o9aC1需R-H+Nac0, CHCOONa+NaOHCHat+Na.CO, 此反应常用于实验室制取甲烷。某些二元羧酸比饱和一元羧酸更易脱羧。例如： HOOC-COOH HCOOH CO. HO0C-CH2-COOH△，CH,COOH+CO2↑ 人体新陈代谢过程中的脱羧反应是在脱羧酶的催化下进行的，它是一类非常 重要的生物化学反应。 五、与医药学有关的羧酸类化合物 (一)甲酸 甲酸(HCOOH)俗名蚁酸，最初是从蚂蚁体内发现的。甲酸存在于许多昆虫 的分泌物及某些植物（如荨麻、松叶）中。甲酸是具有刺激性气味的无色液体，沸
CH3CHCOOH = Cl CH3CHCOOH CH3CCOOH CH3CHCOOH CH2=CHCOOH H2O H NH3 H OH H α 羟基丙酸 α 氨基丙酸 乙醇 丙酮酸 丙烯酸 ① ① ① ② ② ② OH O NH2 O OH [ ] (四)还原反应 羧酸分子中，羧基上的羰基由于受羟基的影响，失去了羰基的典型性质，所 以羧酸在一般情况下与多数还原剂不反应，但能被强还原剂——氢化铝锂 (LiAlH4)还原成伯醇。用氢化铝锂还原羧酸时，不但产率高，而且分子中的 C=C 双键不受影响，只还原羧基，生成不饱和醇。 RCH2CH=CHCOOH RCH2CH=CHCH2OH LiAlH4 H (五)脱羧反应 羧酸的碱金属盐与碱石灰(NaOH-CaO)共热，脱去二氧化碳生成烃，像这种 羧酸失去羧基放出二氧化碳的反应,称为脱羧反应。 R COONa + NaOH R H + Na2CO3 强热 CaO CH3COONa + Na OH CH4 + Na2CO3 强热 CaO 此反应常用于实验室制取甲烷。某些二元羧酸比饱和一元羧酸更易脱羧。例如： HOOC-COOH HCOOH ＋ CO2 HOOC-CH2 -COOH CH3COOH +CO2 人体新陈代谢过程中的脱羧反应是在脱羧酶的催化下进行的，它是一类非常 重要的生物化学反应。 五、与医药学有关的羧酸类化合物 （一）甲酸 甲酸(HCOOH)俗名蚁酸，最初是从蚂蚁体内发现的。甲酸存在于许多昆虫 的分泌物及某些植物(如荨麻、松叶)中。甲酸是具有刺激性气味的无色液体，沸
点100.5℃，易溶于水，有很强的腐蚀性。蜂蜇或荨麻刺伤皮肤引起肿痛，就是 甲酸造成的。 甲酸的分子结构特殊，分子中既有羧基的结构，又有醛基的结构，如图9-3 所示。 图9-3 图9-3甲酸的结构示意图 因此，甲酸的酸性比其他饱和一元羧酸强。甲酸除了具有羧酸的性质外，还 具有醛的还原性，能与托伦试剂发生银镜反应，能与斐林试剂反应产生砖红色沉 淀，还能使酸性高锰酸钾溶液褪色。利用这些反应可以区别甲酸与其他饱和羧酸。 甲酸常用作还原剂。因有杀菌能力，也可用作消毒防腐剂。 课堂互动 用化学方法鉴别下列各组化合物 1.甲酸和丙酸 2.苯甲酸和苯酚 (二)乙酸 乙酸(CH;COOH)又称醋酸，是食醋的主要成分，食醋中乙酸的浓度为60~ 80gL。我国自古就有关于谷物发酵制醋的记载。因为许多微生物可将不同的有 机物发酵转化为乙酸，所以乙酸在自然界中分布很广。如酸牛奶中、酸葡萄酒中 都含有乙酸。此外，乙醇氧化以及乙炔经水合为乙醛后，再经氧化也可得到乙酸。 乙酸是无色有刺激性气味的液体，易溶于水，熔点16.6℃，沸点118℃。室 温低于16.6℃时，乙酸能凝结成冰状的固体，所以常把无水乙酸称为冰醋酸。 乙酸是染料、香料、制药等工业的原料。乙酸的稀溶液在医药上可作为消毒防腐 剂，还有消肿治癣、预防感冒等作用。 (三)苯甲酸 苯甲酸(C。H;COOH)俗称安息香酸，因其存在于安息香树胶中而得名。苯甲 酸是白色晶体，熔点121.7℃，难溶于冷水，易溶于热水、乙醚、乙醇和氯仿中， 受热易升华。苯甲酸及其钠盐具有抑菌防腐作用，且毒性小，可用做食品和药物 的防腐剂。苯甲酸钠还可作为助溶剂使用。例如：中药液体制剂中常用苯甲酸作 为防腐剂：安钠咖注射液是无水咖啡因和苯甲酸钠的复方制剂，这里的苯甲酸钠
点 100.5℃，易溶于水，有很强的腐蚀性。蜂蜇或荨麻刺伤皮肤引起肿痛，就是 甲酸造成的。 甲酸的分子结构特殊，分子中既有羧基的结构，又有醛基的结构，如图 9-3 所示。 图 9-3 图 9-3 甲酸的结构示意图 因此，甲酸的酸性比其他饱和一元羧酸强。甲酸除了具有羧酸的性质外，还 具有醛的还原性，能与托伦试剂发生银镜反应，能与斐林试剂反应产生砖红色沉 淀，还能使酸性高锰酸钾溶液褪色。利用这些反应可以区别甲酸与其他饱和羧酸。 甲酸常用作还原剂。因有杀菌能力，也可用作消毒防腐剂。 课堂互动 用化学方法鉴别下列各组化合物 1．甲酸和丙酸 2．苯甲酸和苯酚 （二）乙酸 乙酸(CH3COOH)又称醋酸,是食醋的主要成分，食醋中乙酸的浓度为 60～ 80g·L-1。我国自古就有关于谷物发酵制醋的记载。因为许多微生物可将不同的有 机物发酵转化为乙酸，所以乙酸在自然界中分布很广。如酸牛奶中、酸葡萄酒中 都含有乙酸。此外，乙醇氧化以及乙炔经水合为乙醛后，再经氧化也可得到乙酸。 乙酸是无色有刺激性气味的液体，易溶于水，熔点 16.6℃，沸点 118℃。室 温低于 16.6℃时，乙酸能凝结成冰状的固体，所以常把无水乙酸称为冰醋酸。 乙酸是染料、香料、制药等工业的原料。乙酸的稀溶液在医药上可作为消毒防腐 剂，还有消肿治癣、预防感冒等作用。 （三）苯甲酸 苯甲酸(C6H5COOH)俗称安息香酸,因其存在于安息香树胶中而得名。苯甲 酸是白色晶体，熔点 121.7℃，难溶于冷水，易溶于热水、乙醚、乙醇和氯仿中， 受热易升华。苯甲酸及其钠盐具有抑菌防腐作用，且毒性小，可用做食品和药物 的防腐剂。苯甲酸钠还可作为助溶剂使用。例如：中药液体制剂中常用苯甲酸作 为防腐剂；安钠咖注射液是无水咖啡因和苯甲酸钠的复方制剂，这里的苯甲酸钠