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第9章 羧酸及其衍生物
羧酸(carboxylic acid)是分子中
含有羧基(carboxyl) 并且具有酸
性的一类有机化合物。
结构通式： R
COOH
羧酸
1.羧酸的分类
脂肪酸
根据分子中羧基相
连的烃基种类不同
脂环酸
芳香酸
按
照烃基
饱和程
度不
同
饱和酸
不饱和酸
依据羧酸分子中羧基数目不同
一
元
酸
二
元
酸
多
元
酸
2.羧酸的命名
2.1 俗名：根据来源命名。
C17H35COOH
硬脂酸
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
油酸
2.2 系统命名
以羧酸为母体，从羧基端开始编号，编
号用阿拉伯数字或用希腊字母,规则类似于
醛。
CH3CH=CHCOOH
2-丁烯酸
•
CH2CHCH=CHCOOH
CH3OH
4-羟基-2-已烯酸
HOOCCH2CH=CHCH2COOH
3-己烯二酸
含脂环和芳环的羧酸命名时，以脂
环和芳环做取代基，脂肪酸做母体。
CH2COOH
2-萘乙酸
CHCH2COOH
CH3
3-环已基丁酸
脂类中的脂肪酸在系统命名
时的三种编码体系：
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COOH
△编码体系 9 8 7
6 5
ω编码体系 1 2
4 5
希腊字母
3
ω … …… δ
4
6
3 2 1
7
8 9
γ β α
脂肪酸系统名称的简写符号书写：
软脂酸的简写符号16:0。
亚油酸系统名9,12-十八碳二烯酸
CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COOH
9，12
△
-十八碳
二烯酸
18:2△9，12
ω6,9-十八碳二
烯酸
18:2ω6,9
3.羧酸的结构
3.1特点：羧羟基氧原子上的p电子对与羧
羰基的π键形成p-π共轭体系。
O
(H,Ar) R C
O
H
3.2 羧基中p-π共轭形成后的特性：
（1）键长平均化。
（2）羰基性质不典型，不利于
羰基的亲核加成反应。
（3）氧氢键极性增强，表现出
明显的酸性。
4.羧酸的化学性质
H
R
C
H
α-H的取代
反应
羟基被取
代的反应
O
C
O
H
O-H键的
酸性
脱羧反应
4.1 羧酸的酸性与成盐
羧酸在水溶液中离解出质子而呈酸性，
可与碱作用生成盐。
R COOH
H2O
RCOOH + NaOH
-
RCOO
+
H3O
RCOONa + H2O
饱和一元羧酸的酸性比无机
强酸的酸性弱，但比碳酸和苯酚
的酸性强。
无机强酸
pKa
1～3
一元羧酸
3.5～5
碳酸
6.38
苯酚
10
酸性： RCOOH > H2CO3 >ArOH
COOH
OH
NaHCO3
COONa
H2O
OH
分离鉴别
羧酸与酚
增加药物
的水溶性，
提高药效。
羧酸的酸性与成盐
用途
影
响
脂
肪
酸
酸
性
因
素
电子效应
埸效应
空间位阻
电子效应：
凡是能使羧基电子云密度降低的
基团，羧基氧氢键的极性增加，酸
性增大。反之，亦然。
H
当A为吸电子基团 酸
性增强
H
当D为推电子基团
酸性减弱
O
A C
O
O
D
C
O
下面的酸性强弱的排列次序：
HCOOH>ArCOOH>C2H5COOH>C3H7COOH
CH2FCOOH>CH2ClCOOH>CH2BrCOOH
CH3CH2C(Cl)HCOOH>CH3C(Cl)HCH2COOH >
ClCH2CH2CH2COOH
二元羧酸的酸性与二个羧基的相对距离有
关：草酸>丙二酸>丁二酸
4.2 羧酸衍生物的生成
O
O
RC OH
RC Cl
O
O
RC O CR
O
RC OR
O
RC NH2
羧基上的
羟基被其他
原子或基团
取代后产生
的化合物，
称羧酸衍生
物。
1. 酰卤的生成
羧酸与PX3、PX5（X＝Cl、Br）、
SOCl2反应生成酰卤。例如：
O
R C OH + PCl5
O
R C Cl
+ POCl3 + HCl
ÈýÂÈÑõÁ×
£¨ ·Ðµã107¡æ£©
O
3 R C OH + PCl3
O
R C OH + SOCl2
O
3 R C Cl
+ H3PO3
+ HCl
ÑÇÁ×Ëá
200¡æ·Ö½â
O
R C Cl + SO2
+
HCl
卤代剂的选择
最常用的
卤代剂
氯化亚砜
•理由 ：副产物SO2和HCl是气体
易于挥发，而过量的低沸点
SOCl2可通过蒸馏除去，所得的
酰卤较纯。
三卤化磷
作卤代剂
理由：反应中生成的
酰卤沸点低可随时蒸
出。
制备分子量小的酰卤
制备分子量大的酰卤
五卤化磷
作卤代剂
理由：分子量大的酰
卤沸点高，反应后容
易把三卤氧磷蒸馏出
来。
2、形成酸酐的反应
羧酸在脱水剂作用下或加热，羧基间
失水生成酸酐。常用脱水剂为五氧化二
磷、乙酰氯、乙酸酐。
O
CH3COOH+CH3COOH
COOH
COOH
180¡æ
P2O5
O
CH3 C O C CH3+H2O
»ò¼Ó
ÈÈ
O
C
C O+H2O
O
混合酸酐可用酰卤和无水羧酸
盐共热的方法制备。
O
O
CH3C ONa + CH3CH2C Cl
CH3
O
O
C O C CH3 + NaCl
可以制备混酐或制取单酐。
3、酯化反应
•
羧酸与醇生成酯的反应称为酯化反
应（esterification ）。
H2SO4
RCOOH + R'OH
RCOOR' + H2O
反应特点：
反应速度慢,常需加入催化剂：
H2SO4、磷酸和苯磺酸。
反应机理为：
伯醇或仲醇与羧酸进行酯化时，羧基
提供羟基，醇提供氢：
O
18
R C OH +
H O
O
18
R C O R
H+
R
+ H2O
酸催化的酯化反应机理如下：
O
H
+
+
18
OH
R C OH
OH
HO R
R C OH
R C OH
18
+O
R
+
H2O
OH
18
R C O R
H+
OH
O
18
R C O R
H
+
R C OH2
18
O R
叔醇与羧酸酯化时，则羧基提供氢，
醇提供羟基：
O
R C O H
+
18
H O
H+
R
O
R C O R
18
+ H2O
酸催化反应的反应机理如下：
18
H+
R3C OH
O
R C OH + R3C+
18
R3C
R3C OH2
O H
R C O CR3
18
+ H2O
H+
O
R C O CR3
影响
酯化
反应
速度
的因
素
酸或醇的烃基体积小、数目少，
速度快
原因是反应中间体是正四面体
结构，空间位阻越大的，反应
速度越慢。
醇：CH3OH >10 >20>30
酸：HCOOH>CH3COOH>RCH2COOH
>R2CHCOOH >R3CCOOH
4、 酰胺的生成
羧酸与氨或胺反应生成羧酸的铵
盐。然后将铵盐加热失水而得酰胺。
RCOOH
NH3
RCOONH 4
-H2O

酰胺类化合物含有酰胺键：
O H
C N
RCONH 2
4.3 脱羧反应
羧酸分子脱去羧基放出二氧化碳的反应
称为脱羧反应（decarboxylation ）。
脂肪羧酸的钠盐及芳香酸的钠盐与碱石
灰（NaOH+CaO）共热脱羧。
CH3COONa +
NaOH(CaO)
COONa +
NaOH(CaO)
CH4
+ Na2CO3
+ Na2CO3
硝基、卤素、氰基、羰基和羧基
与羧酸的α-碳相连易脱羧。
CCl3COOH
CHCl3 + CO2
芳香羧酸较脂肪羧酸容易脱羧。
原因是苯基是一个吸电子基团有
利于碳碳键断裂脱羧。
4.4 羧酸还原反应
氢化铝锂（LiAlH4）把羧基中的
羰基还原成伯醇。氢化铝锂是一种
选择性还原剂，对双键、叁键不产
生影响。
O
CH2=CH C OH + LiAlH4
¢ÙÎÞ Ë®ÒÒ
ÃÑ
+
H
£¬H2O
¢Ú
CH2=CH CH2OH
4. 5 脂肪酸α-H的卤代反应
羧酸的α-H卤代反应需在少量红磷催化
下才能顺利进行，并且α-H的卤代可分步
取代。
O
RCH2C OH + Cl2
º ì Á×
。
通过α-卤代酸可合成α-羟
基酸、α-氨基酸、丙烯
酸等多种α-取代酸
O
RCHC OH + HCl
Cl
Cl2
º ì Á×
Cl O
R C C OH
Cl
+ HCl
4. 6二元羧酸受热时的特殊反应
不同的二元羧酸受热可发生脱水或脱
羧反应，得到不同的产物。
1、2~3个碳的二元酸受热时，脱羧生成
少一个碳的羧酸。
COOH
COOH
HCOOH + CO2
COOH
CH2
COOH
CH3COOH + CO2
2、 4~5个碳的二元酸受热时，分子
内脱水生成稳定的五元环或六元环的
环酐
O
CH2COOH
CH2COOH
H 2C
C
+
O
H 2C
C
H 2O
O
O
CH2COOH
CH2
CH2COOH
CH2
C
H2C
O
CH2
C
O
+
H2O
3、 6~7个碳的二元酸受热时，分子内脱
羧又脱水，生成少一个碳的环酮。
CH2CH2COOH
CH2CH2COOH
+ H2O
O
+ CO2
CH2CH2COOH
CH2
CH2CH2COOH
O
+ H2O
+ CO2
4、含7个碳原子以上的直链二元羧酸，
受热发生分子间脱水反应，生成链状高
分子聚酸酐。
M HOOC(CH2)nCOOH
n>5
O
O
O
C(CH2)n C O C (CH2)n
O
C O
M
羧酸衍生物
羧酸分子中羧基上的羟基被其它原
子或基团取代后生成的化合物，称
羧 酸 衍 生 物 （ derivatives of
carboxylic acid）。
O
O
RC OH
RC Cl
O
O
RC O CR
O
RC OR
O
RC NH2
O
R(Ar) C L
1、羧酸衍生物的结构
酰卤中的C-Cl键易
断裂，化学性质活
泼。
p-π共轭体系
O
R(Ar) C L
酰胺中C-N键具有部分
双键的性质，化学性质
较稳定。
酸酐和酯的化学活
泼性介于酰氯和酰
胺之间。
2.羧酸衍生物的命名
2.1 酰基的命名
酰基的命名是将相应羧酸的“酸”
字改为“酰基”即可。
O
CH3 C OH
乙酸
O
CH3 C
乙酰基
O
CH2=CH C OH
丙烯酸
O
CH2=CH C
丙烯酰基
O
C OH
苯甲酸
O
C
苯甲酰基
O
S OH
O
O
O
苯磺酸
S
苯磺酰基
2.2 酰卤的命名
酰卤称“某酰卤”
O
CH3 C Cl
乙酰氯
O
C Br
苯甲酰溴
O
CH2=CH C Cl
丙烯酰氯
2.3 酸酐命名
单酐：相同的羧酸所生成的
混酐：不同的羧酸所生成的
酸酐命名
单酐：
羧酸名称
+酐
混酐： 简单羧酸
名称+复杂羧酸名
称+酐
CH3
O
C
CH3
O
C
O
O
CH3CH2 C
O
CH3 C
O
乙酸酐
乙丙酐
O
O
CH2 C
O
CH2 C
O
丁二酸酐
O
O
邻苯二甲酸酐
2.4 酯的命名
羧酸名称+醇名称+酯，通常醇字省略
O
H C OCH2CH3
甲酸乙酯
CH3
O
C O
乙酸苯酯
O
C OCH3
苯甲酸甲酯
多元醇的酯称为“某醇某酸酯”。二
元羧酸与一元醇可形成酸性酯和中性
酯。
O
CH2 O C CH3
乙二醇二乙酸酯
CH2 O C CH3
O
O
O
C O CH2CH3
C O CH2CH3
C O H
C O CH2CH3
O
O
乙二酸氢乙酯
（酸性酯）
乙二酸二乙酯
（中性酯）
CH3
O
γ-戊内酯
O
2.5 酰胺的命名
氮原子与酰基直接连接而成的
化合物称为酰胺
O
CH3C NH2
乙酰胺
（伯酰胺）
O
O
CH3C N CCH3
H
O
O
CH3C N CCH3
二乙酰胺
（仲酰胺）
三乙酰胺
（叔酰胺）
O C CH3
酰胺称“某酰胺”。当酰胺氮
上有取代基时，用 N表示取代基
连在氮原子上。
O
C NH2
苯甲酰胺
CH3
O
C NH
乙酰苯胺
H
O CH3
H C N CH3
N，N-二甲基甲酰胺
O CH
O 3 CH3
C NC CH
N 2CH
CH32CH3
N
H
N-甲基-N-乙基苯甲酰胺
O
N
H
O
δ-戊内酰胺
二元羧酸的二个酰基与NH基或取
代的NH基相连接的环状化合物叫做
酰亚胺，命名时称为“某酰亚胺”。
O
NH
O
O
O
NH
O
邻苯二甲酰亚胺
O
NH
NH
O
O
丁二酰亚胺
3、羧酸衍生物的化学性质
羧酸衍生物分子中的羰基容易与
亲核试剂（水、醇、氨）发生水
解、醇解和氨解反应.
这些反应都是亲核取代反应，
由于酰基所连的离去基团不同，
因此反应活性各有差异。
3.1 水解(hydrolysis )
酰卤、酸酐、酯和酰胺均能水解生成相应
的羧酸。
O
ÊÒÎÂ
R C Cl
O
O
R C O R'
O
R C NH2
O
·ÐÌÚ
R C O C R
O
HCl
+
H OH
+
H »ò OH
O
R C OH
-
+
HO C R
HO R'
H+ »ò OH
-
NH3
»ØÁ÷
水解反应的活性次序是：
酰卤 > 酸酐 > 酯 > 酰胺
酯碱性水解产物可与碱作用生成羧酸
钠盐而使水解完全。
酯的碱性水解反应也称为皂化反应
(saponification )。
3.2 醇解(alcoholysis )
酰卤、酸酐、酯、酰胺和醇反应
生成相应的酯。
O
HCl
R C Cl
O
O
O
O
R C O C R
O
+
R C OR"
H OR"
R C O R'
O
R C NH2
+
HO C R
HO R'
H+ »ò OH
-
NH3
»ØÁ÷
用途：用于制备不能直接由酯化
反应合成的酯。
例如：
O
CH3 C Cl
+
HO
CH3
O
C O
酯的醇解生成了新酯和新醇，故
此反应又称酯交换反应。
在有机合成中，常用低级醇的酯通
过酯交换反应来制备高级醇的酯。
3.3 氨解(aminolysis )
酰卤、酸酐、酯和酰胺与氨（或胺）作用，
生成酰胺。一般酰氨的氨解（胺解）比较困难。
胺反应物的碱性应比离去氨基的碱性强，并需
胺过量。
O
R C Cl
NH4Cl
O
O
R C O C R
+
H NH2
O
R C NH2
O
R C O R'
O
R C NH2
+
O
R C ONH4
HO R'
+
H 2N R
O
R C NHR
+
NH3
有机分子中引入酰基的反应又称
为酰化反应(acylation) 或酰基转移
反应。
能提供酰基的化合物称为酰化剂
(acidylating agent )。
酰卤和酸酐是常用的酰化剂。
增加药物的脂
溶性，以改善
体内吸收，延
长疗效
引入酰基
后可降低
药物的毒
性，减少
药物的副
作用
药物的羟基或氨基
被酰化后不易代谢
失活，药物的稳定
增加，作用时间延
长
酰化在药物合成
中的应用
3.4 羧酸衍生物亲核取代反应机理
加成—消去机理完成取代反应的，反应分
二步进行。
O-
O
R C L + Nu-
R C L
Nu
羧
酸
衍
生
物
亲
核
试
剂
四面
体中
间体
O
L
+
R C Nu
加成—消去反应历程，加成和消去这
两步对反应速度的影响。
加成：羰基正电性较强，且形成的四
面体中间体的空间位阻小，则有利于亲
核加成反应；
消去：离去基团的碱性越小，基团越
易离去，则有利于消去的进行。
• 离去基团的碱性由强至弱的次序是：
NH2-> RO- > RCOO- > Cl-，
• 离去能力是Cl-> RCOO- > RO-> NH2-。
• 羧酸衍生物发生亲核取代反应的活性
次序是：酰卤> 酸酐> 酯> 酰胺。
3.5 Claisen酯缩合反应
• 含有α-H的酯在醇钠的作用下可与另一
分子酯失去一分子醇，生成β-酮酸酯的
反应，称为Claisen酯缩合反应。例如：
CH3
OC2H5
O
O
C OC2H5 + H CH2 C OC2H5
NaOC2H5
CH3
O
C
CH2
NaOC2H5
CH3
O
C
O
C OC2H5 + C2H5OH
CH
反应的机理：
C2H5O- +
CH3
H CH2
O
C OC2H5 +
O
CH3 C
O
C OC2H5
O
-
CH2 C OC2H5
O
CH2 C OC2H5
O
-
CH2 C OC2H5 + C2H5OH
OCH3 C OC2H5
CH2COOC2H5
_ C H O2 5
• 交叉Claisen酯缩合反应。
• 含α-H的酯与无α-H且羰基比较活泼
的酯（甲酸酯、草酸酯、碳酸酯、
苯甲酸酯）进行的酯缩合反应称之。
O
O
H C OC2H5 + CH3CH2CH2C OC2 H5
O
CH2CH2C OC2 H5
NaOC2H5
O
H C CH
CH
NaOC2H5
O
O
H C CHC OC2H5 + C2H5OH
CH2CH3
3.6 羧酸衍生物的还原反应
羧酸衍生物被还原成伯醇或酰
胺——用氢化铝锂化学还原剂还原。
碳碳双键可不受影响。
O
R C Cl
O
LiAlH4
O
R C O C R'
LiAlH4
RCH2OH
+ HCl
2 RCH2OH
O
R C O R'
LiAlH4
RCH2OH + HO R'
O
R C NH2
LiAlH4
RCH2NH2
l
酰卤还原成醛—— 用降低了活性
的钯催化剂（Pd/BaSO4）。醛的制
备方法之一。
O
CH3CH2CH2C Cl
+ H2
Pd BaSO4
+ H2
Pd BaSO4
CH3CH2C
O
CH3CH2CH2C H + HCl
酯还原成伯醇 ——用钠/醇还原剂，
碳碳双键或叁键不受影响，可用此法
制备伯醇。
O
CH3CH2CH=CHCH2CH2C OC2H5
a + C2H5OH
Na + C2H5OH
CH3CH
CH3CH2CH=CHCH2CH2CH2OH + C2H5OH
• 酯还原成醇——用铜铬氧化物
（CuO.CuCrO4）作催化剂加氢，双
键可同时被还原，但苯不受影响，这
个反应大量应用于催化氢解植物油和
脂肪以制取长链脂肪醇。
H=CH2
O
C O CH2CH=CH2
CuO CuCrO4
CH2OH +
125¡æ£¬¼Ó
ѹ
CuO CuCrO4
125¡æ£¬¼Ó
ѹ
CH2OH + CH CH CH OH
3
2
2
酰胺的特性
1、酸碱性
酰胺是中性化合物。
O
R C
N H
H
原因：p-π共轭体系使氮原子上的电子云密
度下降，接受质子的能力减弱，碱性减弱，因
此仅是在强酸强碱条件下显示出弱碱弱酸性。
酰亚胺具有酸性。
原因：氮原子连接两个酰基，氮上电
子云密度极大降低，使N-H键极性加大，
而呈现明显的酸性。
酰亚胺能与氢氧化钠（氢氧化钾）水溶
液生成盐。 O
O
pKa=9.6
NH
O
pKa=9.6
+ NaOH
N Na + H2O
O
O
O
NH + NaOH
O
pKa=7.4
N Na
O
+ H 2O
2、与亚硝酸反应
具有氨基的化合物都可与亚硝酸
反应，氨基被羟基取代，并放出氮
气。
O
R C NH2 + HNO2
O
R C OH + N2 +
H2O
3、Hofmann降解反应
氮上未取代的酰胺在碱性溶液中与
卤素作用，失去羰基而生成少一个碳
原子的伯胺反应称Hofmann降解反应。
O
R C NH2 + Br2 + NaOH
r2 + NaOH
RNH2 + NaBr +
RNH2 + NaBr + Na2CO3 + H2O
Hofmann降解反应常用来制备伯胺，此法
产率高，所得产品也较纯。
碳酸衍生物
O
HO C OH
碳酸可看成是羟基甲酸，与羧酸
相似，碳酸可形成酰卤、酯和酰胺
等碳酸衍生物。
1、碳酰氯
碳酰氯俗称光气，目前工业上是由
一氧化碳和氯气通过活性碳制备。
CO + Cl2
»î ÐÔ
̼
200¡æ
Cl
O
C Cl
光气是有毒，能引起窒息，使用时
应注意安全。光气具有酰氯的典型
化学性质，容易发生水解解、醇解
和氨解。
2 H2O
O
Cl
C Cl
HOR
NH3
CO2 + HCl + H2O
O
RO C Cl
HOR
O
RO C OR
O
H2N C NH2 + NH4Cl
2、碳酰胺
O
H2N C NH2 + HNO 3
碳酰胺又称尿素(urea )
或脲(carbamide )，
是碳酸的二酰胺。
尿素具有酰胺结构，故具有酰胺
的一般化学性质，但因二个氨基与
同一个羰基相连，它们相互影响的
结果，也具有一些特殊性质。
2.1 弱碱性
尿素具有弱碱性只能与强酸作用生成盐
。
O
O
H2N C NH2 + HNO 3
H2N C NH2 HNO 3
硝酸脲白色沉淀
2. 2 水解
尿素在酸、碱或尿素酶的催化下
水解，生成二氧化碳、氨或铵。
HCl
O
H2N C NH2 + H2O
NaOH
ø
CO2 + 2 NH4Cl
Na2CO3 + NH3
NH3
+ H2CO3
CO2 + H2O
2.3 与亚硝酸反应
尿素与亚硝酸反应，氨基被羟基取
代，定量放出氮气，同时生成二氧
化碳和水。
O
H2N C NH2 + HNO2
O
N2
+ HO C OH
CO2 + H2O
2.4 缩二脲的生成及缩二脲反应
将固体尿素加热至150～160℃时，两分子
的尿素之间失去一分子氨，生成缩二脲
(biruet )，此反应称缩二脲生成反应。
O
O
H2N C NH2 + H2N C NH2
O
O
H2N C NH C NH2 + NH3
150~160¡æ
缩二脲
在缩二脲碱性溶液中加入微量硫酸铜即显紫红
色或紫色，这种颜色反应称缩二脲反应。缩二脲反
应可用于鉴别多肽和蛋白质。
3、巴比妥类药物
巴比妥酸又称丙二酰脲，可由尿
素与丙二酰氯或丙二酸二乙酯在乙
醇钠的催化下进行缩合反应制备。
O
C OC2H5
CH2
C OC2H5
O
H
H N
+
C O
NaOC2H5
O
H
C
N
CH2
C O + 2 C2H5OH
H N
C
N
H
O
H
丙二酰脲在水溶液中存在酮式—
烯醇式互变异构平衡
O
C
OH
C N
H
N
CH2
C O
C
N
O
H
HC
C OH
C N
OH
烯醇式（pKa=3.98）显示出比乙酸
（pKa=4.76）还强的酸性，故称为巴比妥酸。
巴比妥酸本身无镇静催眠作用，当它的
五位亚甲基上的两个氢被烃基取代后才
呈现镇静催眠的生理活性，这些巴比妥
酸的衍生物总称为巴比妥类药物。
4
R'
5
O
H
C
N
巴比妥：
3
C
R
2
C O
6C
O
N1
R'=R"=
_
C 2H 5
R'= _ C2H5
R"=
H
苯巴比妥：