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有机化学羧酸及衍生物有机羧酸及其衍生物是有机化学中应用最广泛的重要化合物之一，几乎所有的有机物都是结构和功能性的羧酸衍生物。
它们由非常复杂的结构，从一种亲水性的、具有一个或者多个氢原子的，比较简单的醛与醇体积式羧酸，到脂溶性的、具有脂类或碳酸酯等有机基组成的、比较复杂的多羟基羧酸。
它们都具有很好的化学稳定性和匹配性，在生物体内具有独特的生物活性，因此被广泛应用于各种科学领域。
有机羧酸及其衍生物可分为两大类：一类是单羟基羧酸，它们是由醛与醇有机化合物组成；另一类是多羟基羧酸，它们含有一个以上的羟基，而且具有脂溶性的有机基。
单羟基羧酸有很多种，具体分类如下：呋喃酸、玻璃酸、环酸、乙醇酸、丙酸、乳酸、鞣酸等；多羟基羧酸也有很多种，主要有有机醋酸、有机磷酸、有机碳酸和有机磷脂等。
有机羧酸及其衍生物在化学领域有着广泛的应用。
羧酸及其盐是常用的表面活性剂，羧酸与碱可缓解环境中硫氧化物及酸雨的危害；多羟基羧酸的衍生物是生物体的重要组成部分，包括DNA及RNA的碱基，也是酶的活性中心及核糖体的结构化合物。
此外，它们也可进一步衍生出有机键、芳环等，与功能性化合物相连，用于制造药物和高科技中的医疗器械。
有机羧酸及其衍生物应用广泛，必将深刻影响人们的日常生活，是实现未来科学社会化十分重要的一环。
Organic carboxylic acids and their derivatives are one of the most widely used important compounds in organic chemistry, almost all organic compounds are structural and functional carboxylic acid derivatives. They have very complex structures, from a comparatively simple hydrophilic and one or more hydrogen small molecular alcohol aldehyde carboxylic acid, to lipophilic and composed of lipids or esters and other organic base, more complex polyhydroxy carboxylic acid. They all have good chemical stability and matching, unique biological activity in organisms, and are widely used in various scientific fields.Organic carboxylic acids and their derivatives can be divided into two categories: one is monohydroxy carboxylic acid, which is composed of aldehyde and alcohol organic compounds; the other is polyhydroxy carboxylic acid, which contains one or more hydroxyl groups, and has lipophilic organic base. Monohydroxy carboxylic acid has many kinds, the specific classification is following: furan carboxylic acid, glacial acetic acid, cyclo carboxylic acid, ethyl alcohol carboxylic acid, propionic acid, lactic acid, tannic acid and so on; polyhydroxy carboxylic acid also has many kinds, mainly include organic acetic acid, organic phosphoric acid, organic carbonic acid and organic phospholipid.Organic carboxylic acids and their derivatives have a wide range of applications in chemical field. Carboxylic acid and its salts are commonly used surfactants, and carboxylic acid and alkali。
羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物Ⅰ 目的要求羧酸是含有羧基(―COOH)的含氧有机化合物，我们平常所说的有机酸就是指的这类化合物。
所谓羧酸衍生物，包括的化合物种类很多，诸如羧酸盐类、酰卤类、酯类(包括内酯、交酯、聚酯等)、酸酐类、酰胺类(包括酰亚胺、内酰胺)等都是羧酸衍生物，有人甚至把腈类也包括在羧酸衍生物的范围之内。
其实，比较常见的而又比较重要的是酰卤、酸酐、酯和酰胺这四类化合物。
羧酸盐与一般无机酸盐在键价类型上没大区别，不作专门介绍。
至于腈类，将放在含氮化合物中加以介绍。
这四类化合物都是羧酸分子中，因酰基转移而产生的衍生物，所以又叫羧酸的酰基衍生物。
羧酸及其衍生物RCOL(L：－OH、－X、－OOCR′、－OR′、－NH2)在许多重要天然产物的构成以及在生物代谢过程中均占有重要地位。
本章将以饱和一元脂肪酸为重点，讨论羧酸及其衍生物的结构和性质。
鉴于乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有机合成上的重要地位，本章作概括介绍。
希望学生在此基础上，探讨设计合成路线的一般方法。
本章学习的具体要求1、掌握羧酸的结构与性质之间的关系。
2、掌握羧酸衍生物的主要化学性质。
3、了解羧酸衍生物的亲核取代反应机理。
4、掌握羧酸与羧酸衍生物之间相互转变条件。
5、了解卤代酸、羟基酸的特性。
6、掌握乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯的制法、性质和在有机合成上的应用。
这也是本章的重点之一。
Ⅱ 学习提要(一)羧酸一、概述羧酸往往有俗名，希望学生有所了解，尽可能记忆一些，脂肪酸的系统命名原则和醛相β α同。
γCH3－CH－CH2－COOH2 14 3 OH 芳香酸命名是把芳环视作取代基。
76羧酸的沸点比分子量相近的其它有机物高，这是由于羧酸能以氢键缔合。
同时，即使在气态时，羧酸也是双分子缔合的，所以羧酸的沸点比分子量相近的醇还要高。
二、羧酸结构和化学性质亲核取代O 还原R－C－C－O－H α-H反应H 脱羧酸性1、酸性?E O O O +?R－C H + R－C R－C E EO－H O OO O NaOH/Na2CO3/ NaHCO3H2O + R－C E R－C EH+ O－Na O－H应用：①鉴别：与酚不同，与非酸性物质不同。
第十章 羧酸及其衍生物10.1 羧酸10.1.1羧酸的结构、分类和命名一、羧酸的结构羧酸中的羧基-COOH ，C 以sp 2杂化，形成三个σ键，p 轨道形成C=O π键，-OH 氧上的孤电子对与C=O 形成p-π共轭。
X-衍射证明：甲酸分子的两个碳氧键不同。
但当氢解离后，两个碳氧建长相等，没有单、双键区别。
0111124.1H+-0.127 nm0.1360.123C O-H C OO Hnmnmp-π共轭体系（3π4）二、分类羧酸的通式为：RCOOH ，根据R 的结构，羧酸分为：脂肪酸（饱和、不饱和）和芳香酸。
根据羧基的数目，羧酸分为一元酸、二元酸和多元酸。
三、羧酸的命名 1、俗名（习惯名称）羧酸广泛存在于自然界，因此，一些从天然产物中得到的羧酸，常根据来源命名。
如：2、普通命名法适用于简单的羧酸：选含羧基的最长碳链为主链，取代基位置从-COOH 的邻碳开始，用希腊字母表示：αβγδε…………ω。
如：CH 3CH 2CHCH 2COOHCH 3HOCH 2CH 2CHCH 2COOH ClPhCH 2CH 2COOH普通命名： β-甲基戊酸(β-甲基缬草酸) δ-羟基-β-氯戊酸 β-苯丙酸 系统命名： 3-甲基戊酸 5-羟基-3-氯戊酸 苯丙酸3、系统命名法选含羧基的最长碳链为主链，取代基位置从-COOH 开始编号，再加上取代基的名称。
芳香酸以苯甲酸为母体命名。
如：BrCH 2CH=CCH 2CH 2COOH CH 3COOHCOOHCH 2CH 2COOHCOOH环己烷甲酸 环己基丙酸 邻苯二甲酸 4-甲基-6-溴-4-己烯酸 酰基：羧酸分子中去掉羧基上的OH 所余下的部分称为酰基。
CH 3CO- 乙酰基，PhCO- 苯甲酰基；RCOO-称酰氧基；-COOH ，羧基；-COO -称羧基负离子。
10.1.2 饱和一元羧酸的物理性质与光谱特征 一、物理性质状态：低级脂肪酸：液体，溶于水，具有刺激气味。
中级脂肪酸：液体，部分溶于水，具有难闻气味。
高级脂肪酸：腊状固体，不溶于水，无味。
芳香酸：结晶固体，微溶于水。
所有的二元酸都是结晶固体。
沸点：高于烷烃、卤代烃，甚至醇。
如乙醇（沸点78.3℃）与甲酸（100℃） 结构：电子衍射证明：低级羧酸常以二聚体形式存在，甚至在蒸气中。
HCH CHOO0.1630.104如甲酸的二聚体，其氢键键能约为30kJ/mol ，而乙醇的氢键键能为25kJ/mol 。
测定的甲酸的二聚体的离解能为59 kJ/mol 。
因此，可以说，一些羧酸分子是由两个氢键结合而成，因此沸点很高。
熔点：与烷烃的变化规律相同，随分子量的增大呈锯齿状上升，含偶数碳的羧酸的熔点高于邻近奇数碳原子羧酸的熔点。
（对称性高）晶体结构：碳链按锯齿状排列，两分子羧基以氢键缔合，缔合的双分子有规律地层层排列，烃基层间分子间力微弱，相互间可滑动。
因此，高级脂肪酸具有润滑性。
二、光谱性质：IR: υC=O 单体 二缔合体RCOOH 1770~1750cm -1 ~1710cm -1CH 2=CHCOOH ~ 1720 cm -1 ~1690cm -1 ArCOOH 1700-1690cm -υ O-H ~ 3550 cm -1 3000 ~2500cm -宽散峰 υC-O ~ 1250 cm -1NMR ： -C H COO H δH: 10~12 ppm δH: 2~2.6 ppm如：苯甲酸：IR ：2500~3000，~1670，~1430，920（OH 弯曲振动），~1300（C-O ）10.1.3羧酸的化学性质羧酸中，由于羧基氧与羰基氧发生共轭，增加了羧基负离子的稳定性，羧基中的氢可以解离为氢离子，而显示酸性。
其各自的共振式为：C OHO CO -OH +COO -CO -O羧基负离子具有两个完全相等的共振式，负电荷分布于两个氧及一个碳上，因此，其杂化体更稳定，能量降低的较多。
一、羧基中氢原子的反应1、羧酸的酸性羧酸的重要性质之一是酸性，在水中可离解出质子H +，可使石蕊试纸变红。
羧酸的酸性强度用酸离解常数Ka 或pKa 来表示，大多数的羧酸为弱酸，其酸性比碳酸和苯酚强，比一般无机酸弱。
羧酸的pKa 值一般在3.5~5。
羧基上连有的基团不同，酸性也不同。
因羧酸的酸性，与碱水溶液反应转化为羧酸盐，用无机酸酸化，又转变为原来的羧酸。
故羧酸能分解碳酸盐和碳酸氢盐放出CO 2，此性质可用于醇、酚、酸的鉴别和分离，不溶于水的羧酸既溶于NaOH 也溶于NaHCO 3，不溶于水的酚能溶于NaOH 不溶于NaHCO 3，不溶于水的醇既不溶于NaOH 也溶于NaHCO 3。
RCOOH + NaHCO 3 → RCOONa + CO 2↑ + H 2ONaHCO 3+ArOH H 2O +CO 2+ArONa利用羧酸被碱中和的特性，可用标准碱溶液滴定一定重量的羧酸样品，即可求得羧酸的中和当量：中和当量=W 羧酸×1000/N NaOH V NaOH = MW 羧酸/-COOH 数目 羧酸分子量 = 中和当量×-COOH 数目。
常以此法推测羧酸结构。
2、取代基对羧酸酸性的影响（1）、诱导效应的影响：如：CH 3COOH CCH 2COOH Cl 2CHCOOH Cl 3CCOOH pKa 4.76 2.86 1.26 0.64 CH 3CH 2CH 2COOH ClCH 2CH 2CH 2COOH CH 3CHClCH 2COOH CH 3CH 2CHClCOOHpKa 4.82 4.70 4.41 2.82HCOOH C 6H 5-COOH CH 3COOHp K a 3.37 4.20 4.73因此，吸电子基使羧酸负离子的负电荷更加分散而稳定，氢离子容易解离，酸性增强。
比较各类取代乙酸的酸性，可得出各基团的诱导效应顺序为：吸电子效应：NO 2>CN>F>Cl>Br>I>C C>OCH 3>OH>C 6H 5>C=C>H给电子效应：(CH 3)3C > (CH 3)2CH > CH 3CH 2 > CH 3 > Ph > H （2）、共轭效应的影响共轭效应有给电子共轭和吸电子共轭两种，凡是能降低共轭体系电子云密度的基团，则具有吸电子共轭；凡是能增高共轭体系的电子云密度，则这些基团具有给电子的共轭效应。
如：比较各种取代苯甲酸的酸性：取代基具有吸电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：邻 ＞ 对 ＞ 间 取代基具有给电子共轭效应时，酸性强弱顺序为：邻 ＞ 间 ＞ 对因为： 邻 位（诱导、共轭、场、氢键效应、空间效应 均要考虑。
） 对 位（诱导很小、共轭为主。
） 间 位（诱导为主、共轭很小。
）结果发现：邻位取代基，不论是给电子还是吸电子基团，其酸性均比间位和对位强。
这种影响称为邻位效应。
（邻位可通过形成氢键增加酸性，如邻羟基苯甲酸）OHOO H4 。
（3）诱导效应通过空间的静电作用称为场效应。
如丙二酸的羧基负离子对另一羧基既有诱导效应，又有场效应。
两者共同作用的结果，均使质子不易离去，酸性减弱。
COO -HOOCCH 2场效应与距离的平方成反比，距离越远，作用越小。
通常比较难以区别诱导效应和场效应，有时两者作用相反。
如：邻氯苯丙炔酸，诱导效应使酸性增强，场效应使酸性减弱。
C ClC COOH-I G COOHG= H pKa= 6.04G= Cl pKa= 6.25二、羧基上的羟基（OH）的取代反应羧酸中的羰基由于与羟基氧上的孤电子对共轭，降低了羰基碳的亲电能力，一些很容易与醛酮反应的亲核试剂，却不易与羧酸反应，但羧酸在酸、碱催化下，可发生亲核取代反应，羧基上的羟基被一些原子或基团所取代，生成羧酸衍生物——酯、酰卤、酸酐和酰胺。
羧酸分子中消去OH基后的剩下的部分（）称为酰基。
1、酯化：羧酸与醇在酸催化下直接作用成酯：RCOOH+R'OH H+RCOOR'+H2O（1）酯化反应是可逆反应，Kc≈4，一般只有2/3的转化率。
提高酯化率的方法：a 增加反应物的浓度（一般是加过量的醇）b 移走低沸点的酯或水（2）酯化反应的活性次序：酸相同时CH3OH > RCH2OH > R2CHOH > R3COH醇相同时HCOOH > CH3COOH >RCH2COOH > R2CHCOOH > R3CCOOH酯化反应可发生两种断键方式：羧酸酰氧键断裂或醇的烷氧基断裂，实验证明：大多数情况下，反应发生羧酸的酰氧键断裂：3）成酯方式ⅠⅡ同位素实验：RCOOH+R'O18HO18R'2O C R'O酯酰胺酰卤酸酐R COROO R'HH2OR C OOR'+R COHH2OR OOR'+酰氧断裂烷氧断裂光活性实验：CH 3COOH +2)53CH 33CH 3(CH 2)5CH 3光活性保留根据实验事实，证明酯化是羧酸提供-OH 。
反应经过四面体中间物的过程。
反应机理：*1加成--消除机制O CH 3C-OHCH 3-C-OHOH HO C 2H 5+CH 3-C-OH 22H 5++OH3C-OC 2H 5OCH 3C-OC 2H 5-H +H+RCOH +OHR'OHR COH OHH +OR'RC OH OH 2+OR'H 2ORC OH +OR'H +RCOOR'羧酸与一级、二级醇的酯化按加成--消除机理进行；且反应速率为：CH 3OH >RCH 2OH >R 2CHOH HCOOH >CH 3COOH >RCH 2COOH >R 2CHCOOH >R 3CCOOH 羧酸与三级醇酯化时，醇发生烷氧键断裂：——*2碳正离子机制H +H +-3HRC OO +CR'3R'3C +R'3COH①3o ROH 按此反应机制进行酯化。
② 由于R 3C +易与碱性较强的水结合，不易与羧酸结合，故逆向反应比正向反应易进行。
所以3o ROH 的酯化反应产率很低。
该反应机制也从同位素方法中得到了证明。
OCH 3C-O 18H + (CH 3)3O 18CH 3C-OC(CH 3)3+ H 2O少数空间位阻很大的酯很难发生酯化，如2，4，6-三甲基苯甲酸的酯化，先将其溶于100%H 2SO 4，形成酰基正离子C +=O ，然后倒入醇中则得酯：——*3酰基正离子机制COOHNOO 2N2C +=O2O 2NNO 2CNO O 2N2O +COOCH 3NO 2O 2NNO 2酯也可溶于浓硫酸，然后倒入大量冰水中，得到产率很高的酸。
