《有机化学》课程授课教案（讲义）第九章 羧酸、羧酸衍生物、取代酸

第八章羧酸、羧酸衍生物、取代酸讲课学时：6(7)教学目的：通过课堂教学使学生掌握羧酸、羧酸衍生物、取代酸的结构特征、系统命名法、物理性质与主要的化学性质。教学难点：羧酸、羧酸衍生物、取代酸的各类化学性质。教学方式：课堂讲授、多媒体、模型、课堂讨论教学内容：（一）羧酸（1）羧基的结构（2）羧酸的系统命名法和俗名（3）羧酸的物理性质（4）羧酸的化学性质：酸性、生成各类羧酸衍生物、0-取代反应、还原、二元羧酸的反应（5）自然界常见的羧酸类物质（二）羧酸衍生物（1）四类羧酸衍生物的结构和命名（2）四类羧酸衍生物的化学性质：水解、醇解、氨解、酯缩合反应（3）伯酰胺的降解（Hofmann降解）（三）碳酸衍生物（1）碳酸酰氯（光气)：结构与性质(2）碳酸酰胺（尿素)：结构与性质（3）碳酸酯与氨基甲酸酯：结构与性质（四）取代酸（1）醇酸（羟基酸)：结构与性质(2）酚酸（羟基酸)：结构与性质（3）羰基酸：结构与性质（4）乙酰乙酸乙酯（羰基酸酯)：结构与性质

1 第八章 羧酸、羧酸衍生物、取代酸 讲课学时：6（7） 教学目的：通过课堂教学使学生掌握羧酸、羧酸衍生物、取代酸的结构 特征、系统命名法、物理性质与主要的化学性质。 教学难点：羧酸、羧酸衍生物、取代酸的各类化学性质。 教学方式：课堂讲授、多媒体、模型、课堂讨论 教学内容：（一） 羧酸 （1）羧基的结构 （2）羧酸的系统命名法和俗名 （3）羧酸的物理性质 （4）羧酸的化学性质：酸性、生成各类羧酸衍生物、α-取代反 应、还原、 二元羧酸的反应 （5）自然界常见的羧酸类物质 （二）羧酸衍生物 （1）四类羧酸衍生物的结构和命名 （2）四类羧酸衍生物的化学性质：水解、醇解、氨解、酯缩合 反应 （3）伯酰胺的降解（Hofmann 降解） （三）碳酸衍生物 （1）碳酸酰氯（光气）：结构与性质 （2）碳酸酰胺（尿素）：结构与性质 （3）碳酸酯与氨基甲酸酯：结构与性质 （四）取代酸 （1）醇酸（羟基酸）：结构与性质 （2）酚酸（羟基酸）：结构与性质 （3）羰基酸：结构与性质 （4）乙酰乙酸乙酯（羰基酸酯）：结构与性质

课程进程「课程题目丨形式时间详细内容备注或讨论\min辅助手段(-)羧酸羧酸的结 讲授（1）羧酸的官能团是羧基多媒体辅助15梦教学；-0H-COOH 羧基中碳和氧都是SP2杂化，羧基中所有的原子在同一个平面上，羧基中的羰基和羟基形成P-元共轭(2)羟基上的氢解离后，两个C-0键键长完全平均化，负电荷均与分布在两个C-O键上，结构更稳定，所以羧基显示酸性，但仍属弱酸。羧酸的系讲授25羧酸类化合物在自然界大量存在，多媒体辅助统命名法因此很多羧酸化合物都有俗名。教学：和俗名例如：甲酸也叫蚁酸；乙酸也课堂练习；醋酸羧酸的系统命名法与醛相同，取含有羧基的最长碳链作为主链，编号由羧基开始。羧基连在脂肪环或芳香环上，要以甲酸为母体，例如环已烷甲酸、苯甲酸。[羧酸的物讲授10羧酸类化合物的沸点较高。例如乙多媒体辅助理性质酸的沸点117.9℃，分子量相当的教学；丙醛沸点才48.8℃。课堂讨论；分子量较低的羧酸类化合物水溶性较好，碳链增长，水溶性下降。例如四个碳以下的羧酸可以与水

2 课程进程： 课程题目 形式 时间 min 详细内容 备注或讨论 \ 辅助手段 （一） 羧酸 羧酸的结 构 讲授 15 （1）羧酸的官能团是羧基 -COOH = C OH O 羧基中碳和氧都是 SP2 杂化，羧基 中所有的原子在同一个平面上，羧 基中的羰基和羟基形成 P- 共轭。 , （2）羟基上的氢解离后，两个 C-O 键键长完全平均化，负电荷均与分 布在两个 C-O 键上，结构更稳定， 所以羧基显示酸性，但仍属弱酸。 多媒体辅助 教学； 羧酸的系 统命名法 和俗名 讲授 25 羧酸类化合物在自然界大量存在， 因此很多羧酸化合物都有俗名。 例如：甲酸 也叫 蚁酸；乙酸 也 叫 醋酸。 羧酸的系统命名法与醛相同，取含 有羧基的最长碳链作为主链，编号 由羧基开始。 羧基连在脂肪环或芳香环上，要以 甲酸为母体，例如环己烷甲酸、苯 甲酸。 COOH COOH 多媒体辅助 教学； 课堂练习； 羧酸的物 理性质 讲授 10 羧酸类化合物的沸点较高。例如乙 酸的沸点 117.9℃，分子量相当的 丙醛沸点才 48.8℃。 分子量较低的羧酸类化合物水溶 性较好，碳链增长，水溶性下降。 例如四个碳以下的羧酸可以与水 多媒体辅助 教学； 课堂讨论；

以任何比例互溶。小分子的羧酸化合物有刺激性的气味和酸臭味。羧酸的化(1) 酸性多媒体辅助讲授50学性质羧酸的酸性比水和碳酸强，比大多教学；数酚强，但它仍属于弱酸。它可以课堂练习；和金属氧化物和氢氧化物形成盐。」课堂讨论R-COOH + NaOHR-O0ONa + H,O-COO).MgOH羧酸可以分解一般的酚盐：ONaR-COC羧酸可以分解碳酸盐，生二氧化R-COOH + NONa+ CONaHoR-COoH + Na,CO,-COoONa + CO,羧酸盐可以被更强的酸分解：COONaCOOHNaoHC利用羧酸的酸性，可以对混合物进做混合物分行分离纯化。离练习；（2）羧基上羟基的取代反应羧基上的羟基可以被一系列的原子和原子团所取代，生成的产物是羧酸衍生物：A-0-NH（3）还原催化氢化不能还原羧基，只有四氢铝锂（LiAIH4）可以把羧基直接还例题、课堂练原到醇：习；

3 以任何比例互溶。 小分子的羧酸化合物有刺激性的 气味和酸臭味。 羧酸的化 学性质 讲授 50 （1）酸性 羧酸的酸性比水和碳酸强，比大多 数酚强，但它仍属于弱酸。它可以 和金属氧化物和氢氧化物形成盐。 羧酸可以分解一般的酚盐： 羧酸可以分解碳酸盐，产生二氧化 碳 羧酸盐可以被更强的酸分解： 利用羧酸的酸性，可以对混合物进 行分离纯化。 （2）羧基上羟基的取代反应 羧基上的羟基可以被一系列的原 子和原子团所取代，生成的产物是 羧酸衍生物： R C O OR' R C O NH2 R C O X R C O O C R R C O O OH （3）还原 催化氢化不能还原羧基，只有四氢 铝锂（LiAlH4）可以把羧基直接还 原到醇： 多媒体辅助 教学； 课堂练习； 课堂讨论 做混合物分 离练习； 例题、课堂练 习；

(4)α-卤代反应羧基的拉电子作用使α-氢活泼，在日光或红磷的催化下，含有α-氢的例题、课堂做羧酸和卤素反应，生成α-卤代羧「合成练习；酸CH2COOHCHgCOOH + CI2 —OCHCOOHCIC—COOH（5）二元羧酸的性质a草酸（乙二酸）加热分解COOHHCOOH+CO2COOH二酸加热脱羧反应CH3COOHorCH2COCCHaCCH2COOCH2CO己二酸、戊二酸在氢氧化钡作用下加热失水与失羧CH.CHCOOH0+H,0+cO2做合成练习；CHCH.COC<0 + H2O + CO2CH2CH2COO（6）草酸与甲酸的还原性草酸和甲酸都具有还原性，都能使高锰酸钾褪色。甲酸还可以还原Fehling 溶液和 Tolln 试剂。草酸和甲酸的还原性可用于鉴别。自然界常列举部分自然界存在的羧酸类化

4 （4）-卤代反应 羧基的拉电子作用使 -氢活泼，在 日光或红磷的催化下，含有 -氢的 羧酸和卤素反应，生成 -卤代羧 酸： CH3COOH + Cl2 CH2COOH Cl C Cl CHCOOH Cl Cl COOH Cl Cl （5）二元羧酸的性质 a.草酸（乙二酸）加热分解 b.丙二酸加热脱羧反应 H2C COOH COOH CH3COOH + CO2 c. 丁二酸、戊二酸加热失水 CH2COOH CH2COOH O + H2O O O H2C CH2COOH CH2COOH O + H2O O O d. 己二酸、戊二酸在氢氧化钡作用下， 加热失水与失羧 CH2CH2COOH CH2CH2COOH Ba(OH)2 O + H2O + CO2 H2C CH2CH2COOH CH2CH2COOH Ba(OH)2 O + H2O + CO2 （6）草酸与甲酸的还原性 草酸和甲酸都具有还原性，都能使 高锰酸钾褪色。甲酸还可以还原 Fehling 溶液和 Tollen 试剂。 草酸和甲酸的还原性可用于鉴别。 例题、课堂做 合成练习； 做合成练习； 自然界常 列举部分自然界存在的羧酸类化

见的羧酸合物。类物质(三) 羧酸衍生物四类羧酸讲授通过具体化合物学习四类羧酸衍多媒体辅助120衍生物的生物酰卤、酸酐、酯、酰胺的命名：」教学；结构和命名aengaOchgogoanonCH,COOCH,CONH四类羧酸讲授（1）水解多媒体辅助35衍生物的教学：课堂讨论；化学性质10课堂练习；110RNH（2）醇解I做酯交换练目-C-OH习题，(3）氨解o.-1-0H（4）酯缩合反应CH3COOCH2CH3+CH3COOCH2CH做酯缩合练NaOC2H5OC2H5习题，+ CHaCH2OH产物称为乙酰乙酸乙酯（三乙）（4）伯酰胺的降解（Hofmann降解）：在Br2和氢氧化钠存在下，伯酰胺发生脱羰反应，生成伯胺

5 见的羧酸 类物质 合物。 （二）羧 酸衍生物 四类羧酸 衍生物的 结构和命 名 讲授 20 通过具体化合物学习四类羧酸衍 生物酰卤、酸酐、酯、酰胺的命名： 多媒体辅助 教学； 四类羧酸 衍生物的 化学性质 讲授 35 40 （1）水解 （2）醇解 （3）氨解 （4）酯缩合反应 CH3COOCH2CH3 + CH3COOCH2CH3 NaOC2H5 CH3 C CH2 COOC2H5 O + CH3CH2OH 产物称为乙酰乙酸乙酯（三乙） （4）伯酰胺的降解（Hofmann 降 解）： 在 Br2 和氢氧化钠存在下，伯酰胺 发生脱羰反应，生成伯胺。 多媒体辅助 教学； 课堂讨论； 课堂练习； 做酯交换练 习题， 做酯缩合练 习题

（三）碳酸衍生物碳酸酰氯讲授碳酸是不稳定的化合物，但它的衍多媒体辅助15（光气）：生物-碳酸酰氯、碳酸酰胺、碳酸教学；结构与性酯都是稳定的化合物。市碳酸酰氯也叫光气，是一种有毒的气体，吸入后可使人室息：CI-C-C0碳酸酰氯可以发生水解、醇解和氨解+HO:HN-C-NH, + HC碳酸酰胺讲授20人和动物排泄物中成分，蛋白质代多媒体辅助（尿素）谢的最后产物。成人每日尿中约含」教学；结构与性有30克尿素：市（1）水解在酸性、碱性或尿素酶的催化下尿素可以发生水解：NHs + Na2CoaHCI+CC（2）与亚硝酸作用尿素与亚硝酸作用定量地放出氮气，通过测定氮气的量，可以计算出尿素的量：H.N--NH, + HNO, N, + H.CO.CO, + H,O（3）二缩脲的生成及反应12N-C-NH2N--NH-9-NH2 + E生成的产物叫二缩脲，二缩脲在碱性条件下与硫酸铜作用，生成紫色物质，这个反应称为二缩腺反应；用该反应可以鉴别所有含2个以上酰胺键的化合物，例如二肽以上的多肽。碳酸酯与讲授15目前有人试用将碳酸二甲酯或碳多媒体辅助氨基甲酸酸三乙酯替代硫酸二甲酯和硫酸教学；20

6 （三）碳 酸衍生物 碳酸酰氯 （光气）： 结构与性 质 讲授 15 碳酸是不稳定的化合物，但它的衍 生物-碳酸酰氯、碳酸酰胺、碳酸 酯都是稳定的化合物。 碳酸酰氯也叫光气，是一种有毒的 气体，吸入后可使人窒息： 碳酸酰氯可以发生水解、醇解和氨 解： 多媒体辅助 教学； 碳酸酰胺 （尿素）： 结构与性 质 讲授 20 人和动物排泄物中成分，蛋白质代 谢的最后产物。成人每日尿中约含 有 30 克尿素： （1）水解 在酸性、碱性或尿素酶的催化下尿 素可以发生水解: H2N C NH2 O + H2O NaOH NH3 + Na2CO3 HCl NH3.HCl + CO2 NH3 + CO2 酶 （2）与亚硝酸作用 尿素与亚硝酸作用定量地放出氮 气，通过测定氮气的量，可以计算 出尿素的量： （3）二缩脲的生成及反应 H2N C NH2 O 2 H2N C NH O C NH2 O + NH3 生成的产物叫二缩脲，二缩脲在碱 性条件下与硫酸铜作用，生成紫色 物质，这个反应称为二缩脲反应； 用该反应可以鉴别所有含 2 个以上 酰胺键的化合物，例如二肽以上的 多肽。 多媒体辅助 教学； 碳酸酯与 氨基甲酸 讲授 15 20 目前有人试用将碳酸二甲酯或碳 酸二乙酯替代硫酸二甲酯和硫酸 多媒体辅助 教学；

二乙酯作为烷基化试剂，效果理棋氨基甲酸酯是医药和农药的大类型，有很好的生理活性。.HN9-OR母体结构：了解氨基甲酸酯类化合物的制备；（四）取代酸羧酸烃基上的氢被其他的原子或多媒体辅助羟基酸讲授基团所取代，生成一系列取代羧教学；酸。例如卤代酸、氨基酸、羟基酸、羰基酸等。这章仅讨论羟基酸和羰基酸。羟基连在脂肪羧酸的碳链上，称为醇酸醇酸（1）醇酸的命名醇酸绝大多数是α-羟基酸，植物中存在非常广泛，通常都有俗名，系统命名法将羟基作为取代基：介绍α-羟基CH.CHCOOHHOOCCH-CHCOOH酸的应用；OHOHCH,COOHDOCCHCH,COOHO-C-COOHCH,COOH上述羟基酸分别为：α-羟基丙酸（乳酸），2,3-二羟基丁二酸（酒石酸)，羟基丁二酸（苹果酸），3-羟基-3-羧基戊二酸（柠檬酸)（2）醇酸的化学性质醇酸的化学性质主要是脱水，各种醇酸加热后都能发生脱水反应生成不同的产物。α-羟基酸加热，脱掉2分子水，成交酯：Y+2H2轻基酸加热脱水，生成不饱利15CHCH2COOH.CH-CHCOOH

7 酯 二乙酯作为烷基化试剂，效果理 想。 氨基甲酸酯是医药和农药的大类 型，有很好的生理活性。 母体结构： C OR O H2N 了解氨基甲酸酯类化合物的制备； （四）取 代酸 羟基酸 醇酸 讲授 40 50 羧酸烃基上的氢被其他的原子或 基团所取代，生成一系列取代羧 酸。例如卤代酸、氨基酸、羟基酸、 羰基酸等。这章仅讨论羟基酸和羰 基酸。 羟基连在脂肪羧酸的碳链上，称为 醇酸： （1）醇酸的命名 醇酸绝大多数是 α-羟基酸，植物中 存在非常广泛，通常都有俗名，系 统命名法将羟基作为取代基： 上述羟基酸分别为：α-羟基丙酸 （乳酸），2,3-二羟基丁二酸（酒石 酸），羟基丁二酸（苹果酸），3-羟 基-3-羧基戊二酸（柠檬酸） （2）醇酸的化学性质 醇酸的化学性质主要是脱水，各种 醇酸加热后都能发生脱水反应生 成不同的产物。 a. -羟基酸加热, 脱掉 2 分子水， 生成交酯： H3C CH COOH OH 2 O O O O + 2 H2O b. -羟基酸加热脱水，生成不饱和 酸： CH3CHCH2COOH OH CH3CH=CHCOOH 多媒体辅助 教学； 介绍 α-羟基 酸的应用；

瞬软GCHCH2CHCH.CHCH,CH,CH,COO酚酸:酚酸苯环上同时连有羟基和羧基的化合物，称为酚酸。具有羧酸和酚的介绍酚酸的一般性质。应用一乙酰例如水杨酸和没食子酸：水杨酸；COOHOHOH（1）羰基酸的命名羰基酸HOOC-CHOCH-C-COOHCH-C-CH,-COOH以上面三个羰基酸为例进行命名练习。（2）羰基酸的化学性质8-羟基酸加热脱CH.CH-f-CH,COO乙酰乙酸讲授30β-酮酸酯的一个代表物是乙酸乙多媒体辅助教学；乙酯（羰酰乙酯（三乙）CHo-f-CH,-COOC,H课堂讨论；基酸酯）课堂练习；该化合物可以和苯肼作用生成黄色结晶。可以和溴作用使溴褪色。可以和金属钠作用产生氢气可以和三氯化铁水溶液作用生成紫色。以上性质说明该化合物应具有烯醇结构，（1）互变异构：（两种结构共存）」课堂练习：

8 酚酸 羰基酸 c. -、 -羟基酸加热脱水，生成内 酯： CH3CHCH2CH2COOH OH O O + H2O CH3CHCH2CH2CH2COOH OH O O + H2O 酚酸： 苯环上同时连有羟基和羧基的化 合物，称为酚酸。具有羧酸和酚的 一般性质。 例如水杨酸和没食子酸： （1）羰基酸的命名 以上面三个羰基酸为例进行命名 练习。 （2）羰基酸的化学性质 -羟基酸加热脱羧 介绍酚酸的 应 用 — 乙 酰 水杨酸； 乙酰乙酸 乙酯（羰 基酸酯） 讲授 30 40 -酮酸酯的一个代表物是乙酸乙 酰乙酯（三乙）： 该化合物可以和苯肼作用生成黄 色结晶。 可以和溴作用使溴褪色。 可以和金属钠作用产生氢气。 可以和三氯化铁水溶液作用生成 紫色。 以上性质说明该化合物应具有烯 醇结构。 （1）互变异构：（两种结构共存） 多媒体辅助 教学； 课堂讨论； 课堂练习； 课堂练习：

CH.CCH.COC,HCH,C-CHCOC,H各种结构互变异构体；互变异构现象的几点说明：判断可以发1）两种形式所占的比例随温度的生互变异构改变而有所改变。的化合物；2）由于互变速度太快，室温下无法分离。3）是一一种动态平衡体系，各占的比例一定，消耗了一种异构体，另一种异构体就会部分地转变。（实验）4）α-碳原子上必须有氢α-H只向酮羰基转移6）酮基越多，烯醇式比例越高。7某些二酮类化合物也有互变异构现象。（2）β-酮酸酯的分解反应成分鱼以三乙为例店在稀酸或稀碱作用三乙分解为丙酮、乙醇和二氧化碳：io.成酸分解在浓碱作用下，三乙可以分解为2分子酸和一分子醇：1HCHaCCHoCH.COOCH2CHaH.CH三乙和酯与卤代多媒体辅助讲授利用三乙和25丙二酸二烃作用，可以制备各种酮和羧酸。教学；课堂讨论；乙酯在有试剂是：醇钠、卤代烃。机合成中1）先用强碱制备负碳离子；课堂练习；的应用2）选择合适的卤代烃；3）利用三乙和丙二酸二乙酯在酸或碱存在下，加热分解反应，制备所需要的化合物

9 互变异构现象的几点说明： 1）两种形式所占的比例随温度的 改变而有所改变。 2）由于互变速度太快，室温下无 法分离。 3）是一种动态平衡体系，各占的 比例一定，消耗了一种异构体，另 一种异构体就会部分地转变。（实 验） 4）-碳原子上必须有氢。 5） -H 只向酮羰基转移。 6）酮基越多，烯醇式比例越高。 7）某些二酮类化合物也有互变异 构现象。 （2）-酮酸酯的分解反应 a.成酮分解 以三乙为例，在稀酸或稀碱作用 下，三乙分解为丙酮、乙醇和二氧 化碳： CH3CCH2COOCH2CH3 H+ O CH3CCH2COOH + CH3CH2OH O CH3CCH3 O + CO2 b.成酸分解 在浓碱作用下，三乙可以分解为 2 分子酸和一分子醇： CH3CCH2COOCH2CH3 O OH - CH3COO- + CH3COO- + CH3CH2OH 各种结构互 变异构体； 判断可以发 生互变异构 的化合物； 三乙和 丙二酸二 乙酯在有 机合成中 的应用 讲授 25 45 利用三乙和丙二酸二乙酯与卤代 烃作用，可以制备各种酮和羧酸。 试剂是：醇钠、卤代烃。 1) 先用强碱制备负碳离子； 2) 选择合适的卤代烃； 3) 利用三乙和丙二酸二乙酯在酸 或碱存在下，加热分解反应，制备 所需要的化合物。 多媒体辅助 教学； 课堂讨论； 课堂练习；