羧酸衍生物

羧酸中羧基碳呈sp2雜化，三個雜化軌道處於同一平面，鍵角大約為120º，其中一個與羰基氧形成σ鍵，一個與氫或烴基碳形成σ鍵。羧基碳上還剩有一個p軌道，與羰基氧上的p軌道經側面重疊形成鍵。羧酸衍生物的結構與羧酸類似。酰胺和酯中，氨基氮或烷氧基氧的孤對電子可以與羰基共軛，但在酰滷中，這種共軛效應則很弱，主要表現為強的吸電子效應 ^[1]  。

低級酰氯與酸酐是有刺鼻氣味的液體，高級的為固體。低級酯具有芳香的氣味，存在於水果中，可用作香料。十四碳酸以下的甲酯、乙酯均為液體。

酰胺除甲酰胺外，均為固體，這是由於分子中形成氫鍵，如果氮上的氫逐個被取

代，則氫鍵締合減少，因此脂肪族的N-取代酰胺常為液體 ^[1]  。

酰氯和酯的沸點因分子中沒有締合，比相應的羧酸低，酸酐與酰胺的沸點比相應的羧酸高。

羧酸衍生物一般都可溶於有機溶劑。

酰氯與酸酐不溶於水，低級的遇水分解；酯在水中溶解度很小；低級的酰胺可溶於水，N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺都是很好的非質子極性溶劑，可與水以任何比例混合 ^[1]  。

1. 親核取代反應

羧酸衍生物中酰基碳上的基團可被親核試劑取代，發生親核取代反應。該反應可在酸或鹼催化下進行，首先發生親核加成後再發生消除反應。包括羧酸衍生物的水解、醇解、氨解反應 ^[2-3]  。

其中，羧酸衍生物均可水解生成羧酸。一般而言，由於鹵素是很好的離去基團，酰滷的水解最易發生。酸酐可在中性、酸性、鹼性溶液中水解。酯的水解比酰氯、酸酐困難，需要加入酸或鹼催化劑。酰胺的反應條件則更為強烈，需要強酸或強鹼以及比較長時間的加熱迴流 ^[4]  。

羧酸衍生物進行羰基碳原子的親核取代的能力次序為：

RCOCl>(RCO)2O>RCOOR>RCONR2

醇解和氨解是羧酸衍生物中羰基碳上的基團分別被烷氧基和氨基置換，是合成酯和酰胺的常用方法。

2. 與有機金屬化合物的反應

羧酸衍生物與金屬有機化合物，如格氏試劑、有機鋰化合物、有機鎘化合物、二烷基銅鋰等可反應制備酮或三級醇。可通過控制加入有機金屬試劑的量、温度、調節空間位阻等控制反應產物 ^[1]  。

IR：醛、酮的羰基吸收峯1740 ~ 1705 cm-1；衍生物的羰基吸收峯1928 ~ 1550 cm-1。從誘導效應來説，吸電子基團降低了雙鍵的極性，增加了羰基的雙鍵性，使吸收頻率增高；共軛效應則由於推電子作用削弱了羰基的雙鍵性，使吸收頻率降低。當羰基與不飽和鍵或芳基共軛時，由於碳正效應，頻率降低。

1. 乙酰氯：是一種在空氣中發煙的無色液體，有窒息性的刺鼻氣味。能與乙醚、氯仿、冰醋酸、苯和汽油混溶。

2. 乙酸酐：又名醋酸酐，無色有極強醋酸氣味的液體，溶於乙醚，苯和氯仿。

3. 順丁烯二酸酐：又名馬來酸酐和失水蘋果酸酐。無色結晶性粉末，有強烈的刺激性氣味，易昇華，溶於乙醇、乙醚和丙酮，難溶於石油醚和四氯化碳。

4. 乙酸乙酯：無色可燃性的液體，有水果香味，微溶於水，溶於乙醇、乙醚和氯仿等有機溶劑。

5. 甲基丙烯酸甲酯：無色液體，在引發劑存在下，可聚合成無色透明的化合物，俗稱有機玻璃。

6.丙二酸二乙酯：丙二酸酯，無色有香味的液體，微溶於水，易溶於乙醇、乙醚等有機溶劑。

7. 光氣：碳酸的二酰氯COCl2，可以由四氯化碳和80%發煙硫酸製備。工業上可用一氧化碳和氯氣在無光照條件下通過活化的碳催化劑製備。光氣可與芳香烴發生經典的Friedel-Crafts酰化反應。

8. 尿素：碳酸的全酰胺，大量的尿素是用CO2和NH3在壓力下製備，主要用作肥料。