有机化学/羧酸衍生物
羧基（缩写为-CO2H 或 -COOH）是化学和生物化学中最常见的官能团之一。羧基是一系列称为酰基化合物或羧酸衍生物的相关化合物的核心。
本节中涵盖的所有反应和化合物在水解时都会生成羧酸，因此被称为羧酸衍生物。水解是亲核酰基取代的一个例子，这是一个非常重要的两步机理，在本节中涵盖的所有反应中都很常见。
这类化合物还包含羰基，但现在羰基碳上连接了一个电负性原子（氧、氮或卤素）。这种结构上的差异导致了反应性的重大变化。
羧酸衍生物的系统 IUPAC 命名法对于这个庞大类别中的各种化合物是不同的，但每个命名法都基于最接近衍生物结构的羧酸的名称。每种类型将在下面单独讨论。
酰基的命名方法是将相应羧酸的-ic acid去掉，换成-yl。
示例
CH3COOH = 乙酸
CH3CO-R = 乙酰基-R
只需在酰基的末尾添加连接的卤素的名称。
示例
CH3COOH = 乙酸
CH3COBr = 乙酰溴
羧酸酐 ([RC=O]O[O=CR]) 是一种羧酸 (COOH)，它的氧上连接了一个酰基 (RC=O)，而不是氢。如果两个酰基相同，则它就是羧酸的名称，将acid替换为anhydride。如果酰基不同，则按字母顺序以相同的方式命名它们，将anhydride替换为acid。
示例
CH3COOH = 乙酸
CH3CO-O-OCCH3 = 乙酸酐
当羧酸上的氢被烷基取代时，就会生成酯。酯以其令人愉悦的果香和味道而闻名，它们通常存在于天然和人工香料中。酯 (RCOOR1) 的命名方法为烷基烷酸酯。直接连接到氧上的烷基先命名，然后是酰基，用-ate替换酰基的-yl。
示例
CH3COOH = 乙酸
CH3COOCH2CH2CH2CH3 = 乙酸丁酯
cooh 1 cooh 1 2-乙酸
在羰基 (RC=O) 上连接了氨基 (-NH2) 的酰胺的命名方法是将相应羧酸的-oic acid 或 -ic acid 替换为-amide。
示例
CH3COOH = 乙酸
CH3CONH2 = 乙酰胺
腈 (RCN) 可以看作羰基的氮类似物，以其强烈的吸电子性质和毒性而闻名。腈的命名方法是在最长的烃链（包括氰基的碳）上添加后缀-nitrile。它也可以通过将相应羧酸的-ic acid 或 -oic acid 替换为-onitrile 来命名。官能团 IUPAC 命名法也可以以烷基氰化物的形式使用。
示例
CH3CH2CH2CH2CN = 戊腈或丁基氰化物
稳定性和反应性之间存在反比关系，这意味着化合物越稳定，通常反应性越弱——反之亦然。由于酰卤是上述列表中最不稳定的基团，因此它们可以被化学转化为其他类型是有道理的。由于酰胺是上述列表中最稳定的类型，因此它不能轻易地转化为其他分子类型，这确实是事实。
任何类型羧酸衍生物的稳定性通常取决于其官能团向分子其他部分供电子的能力。从本质上讲，连接到羰基的原子或基团电负性越强，分子稳定性越弱。这很容易解释酰卤的反应性最强，因为卤素通常电负性很大。这也解释了酸酐不稳定的原因；两个羰基彼此靠得太近，它们之间的氧不能通过共振来稳定两者——它不能向两个羰基借电子。
以下衍生物类型按反应性递减排序（第一个反应性最强）
酰卤 (CO-X) > 酰酐 (-CO-O-OCR) > 酰基硫酯 (-CO-SR) > 酰基酯 (-CO-OR) > 酰胺 (-CO-NR2)
如前所述，上述列表中的任何物质都可以很容易地转化为其右侧的物质；也就是说，反应性更强的衍生物类型（酰卤）可以直接转化为反应性更弱的衍生物类型（酯和酰胺）。每种类型都可以直接由羧酸制备（因此得名），但羧酸也可以由这些类型中的任何一种制备。
1) 作为酸
RCO2H + NaOH ----> RCO2-Na+ + H2O RCO2H + NaHCO3 ----> RCO2-Na+ + H2O + CO2
2) 还原
RCO2H + LiAlH4 --- (1) Et2O -- (2) H2O ----> RCH2OH
2a) 福岛还原：Pd 和 Et3SiH COOH->CHO
3) 转化为酰氯
RCO2H -----SOCl2 or PCl5 ----> RCOCl
4) 转化为酯（费歇尔酯化）
RCOOH + R'-OH <--- HA ---> RCOOR' + H2O
5) 转化为酰胺
RCO2H -----SOCl2 or PCl5 ----> RCOCl + NH3 <------> RCOO-NH4+ --- heat ---> R-CONH2 + H2O
6) 脱羧：（注意：此反应需要在远离羰基的两个碳原子上有一个双键氧原子（羰基）或连接到同一个碳原子的两个羧基才能进行。）
Note: Decarboxylation by heating can only occur for ẞ-keto acids or 1,1-dicarboxylic acids RCOCH2COOH --- heat ---> R-COCH3 + CO2 HOCOCH2COOH --- heat ---> CH3COOH + CO2
7)R-COOH + R-OH ---------R-COOR + H2O
1) 转化为酸
R-COCl + H2O ----> R-COOH + HCl
2) 转化为酸酐
R-COCl + R'COO- ----> R-CO-O-COR' + Cl-
3) 转化为酯
R-COCl + R'-OH --- pyridine ---> R-COOR' + Cl- + pyr-H+
4) 转化为酰胺
R-COCl + R'NHR" (excess) ---> R-CONR'R" + R'NH2R"Cl
R' 和/或 R" 可以是 H
5) 转化为酮
傅克酰基化
R-COCl + C6H6 --- AlCl3 ---> C6H5-COR
二烷基铜锂（也称为吉尔曼试剂）的反应
R-COCl + R'2CuLi ----> R-CO-R'
6) 转化为醛
R-COCl + LiAlH[OC(CH3)3]3 --- (1) Et2O (2) H2O ---> R-CHO
1) 转化为酸
(R-CO)2-O + H2O ----> 2 R-COOH
2) 转化为酯类
(R-CO)2-O + R'OH ----> R-COOR' + R-COOH
3) 转化为酰胺
(R-CO)2-O + H-N-(R'R") ----> R-CON-(R'R") + R-COOH
R' 和/或 R'' 可能为 H。
4) 转化为芳香酮（傅克酰基化反应）
(R-CO)2-O + C6H6 --- AlCl3 C6H5-COR + R-COOH
1) 水解
R-COOR' + H2O <--- HA ---> R-COOH + R'-OH R-COOR' + OH- ----> RCOO- + R'-OH
2) 转酯化（转化为其他酯类）
R-COOR' + R"-OH <--- HA ---> R-COO-R" + R'-OH
3) 转化为酰胺
R-COOR' + HN-(R"R"') ----> R-CON-(R"R"') + R'-OH
R'' 和/或 R''' 可能为 H
4) 与格氏试剂反应
R-COOR' + 2 R"MgX --- Et2O ---> R-C-R"2OMgX + R'OMgX ---> H3O+ R-C-R"2OH
中间体和最终产物为一个四面体碳，两个 R'' 直接连接到碳上，以及 R 和 OH/OMgX
X = 卤素。
5) 还原
R-COOR' + LiAlH4 --- (1) Et2O (2) H2O ---> R-CH2OH + R'-OH
1) 水解
R-CON(R'R") + H3O+ --- H2O ---> R-COOH + R'-N+H2R" R-CON(R'R") + OH- --- H2O ---> R-COO- + R'-NHR"
R、R' 和/或 R'' 可能为 H。
2) 脱水（转化为腈类）
R-CONH2 --- P4O10, heat, (-H2O) ---> R-CN
1) 水解
R-CN --- H3O+,heat ---> RCOOH R-CN --- OH-,H2O,heat ---> RCOO-
2) 还原为醛
R-CN --- (1) (i-Bu)2AlH (2) H2O ---> R-COH
(i-Bu)2AlH = DIBAL-H
3) 转化为酮（通过格氏试剂或有机锂试剂）
R-CN + R"-M --- (1) Et2O (2) H3O+ ---> R-COR"
M = MgBr（格氏试剂）或 Li（有机锂试剂）
羧酸衍生物反应中常见的结构是四面体中间体。羰基极性很强，碳原子电子密度低，氧原子电子密度高。在酸催化剂的作用下，H+ 会加到羰基氧原子上，使碳原子上的正电荷增加。然后亲核试剂可以进攻羰基，生成四面体中间体。
例如，在费歇尔酯化反应中，反应机理可以概括如下：1) H+ 加到羰基氧原子 2) 醇的氧原子加到羰基碳原子 3) 质子从醇氧原子转移到羧基氧原子 4) 水分子从四面体中间体中脱离，双键形成，重新生成羰基 5) H+ 从羰基氧原子去除（对酸的碱还原非常重要）