脱羧

有机化学中把有机物中的羧基以二氧化碳或碳酸根的形式脱去的反应

脱羧是就是有机化学中把有机物中的羧基以二氧化碳或碳酸根的形式脱去的一类反应。

脱羧方法

一般情况下，羧酸中的羧基较为稳定，不易发生脱羧反应，但在特殊条件下，羧酸能脱去羧基（失去二氧化碳）而生成烃。最常用的脱羧方法是将羧酸的钠盐与碱石灰（CaO+NaOH）或固体氢氧化钠强热。

当羧酸的a碳上有强吸电子基时，也会使脱羧反应更容易的进行，如乙酰乙酸加热即可脱羧，生成更稳定的乙酸。

1、热化学脱羧

一般的脱羧反应不需要特殊的催化剂，而是在以下的条件下进行的：（1）加热；（2）碱性条件；（3）加热和碱性条件共存。最常用的脱羧方法是将羧酸的钠盐与碱石灰（CaO + NaOH）或固体氢氧化钠加热，发生脱羧反应，即-COONa被H原子取代，生成比羧酸钠盐少一个碳原子的烷烃。

实验室常用无水醋酸钠和碱石灰混合加热乙酸进行脱羧反应制取甲烷，脱羧的反应机理是羧酸根首先脱羧，生成二氧化碳和甲基负离子（-CH3-），甲基负离子是一个活性较强的碱，可夺取水中的氢，生成甲烷。在石油工业中，高酸原油中的石油酸主要成分为环烷酸，它对石油加工等产生很大影响，所以一般炼油企业在加工高酸原油之前要先将其中的环烷酸脱羧。石油酸中的羧基在 300 ℃以上发生热裂解反应脱羧，转化成烃类物质，其相对分子质量越大，分解温度也越高。可见，温度是影响此脱羧反应的主要因素。

但是对一般的脂肪酸，特别是长链的脂肪酸，由于反应温度太高，碳链发生断裂，脱羧产率低，加之不易分离，所以一般不用这类反应来制备烷烃。但是若脂肪酸的α-碳原子上带有吸电子基团如硝基、卤素、羰基等时，则使得脱羧容易而且产率也高，但是它们的反应历程不完全一样。

2、光 - 电化学脱羧

光化学脱羧是利用 N-羟基二氢吡啶硫酮及 N-酰氧基邻苯二甲酰亚胺等试剂与相应的羧酸生成活性中间体，然后进行光解，再在适当还原剂存在下发生还原性脱羧而得到相应的烃。此类反应条件温和、收率高。另外，还有珀脱法脱羧，例如在四乙酸铅、I2和 Cl4存在及光照下脱羧生成碘化烃。

3、电化学脱羧

柯尔伯（ H. Kolbe）电解反应，可能是自由基反应，即脂肪酸的钠盐或钾盐的浓溶液进行电解，羧酸根负离子在阳极上失去一个电子，转变为相应的自由基，后者脱去二氧化碳成为烃基自由基，两个烃基自由基偶联从而生成烃类。该类反应一般用铂制成电极，使用高浓度的羧酸钠盐，在中性或弱酸性溶液中进行电解。只要选择良好的电极材料及适当的电流密度，控制好羧酸盐的浓度，脱羧反应可很快进行。电化学脱羧反应使用的化学试剂少，对环境污染小。

作用机理

脂肪酸

这个反应对一般的脂肪酸，特别是长链的脂肪酸，由于反应温度太高，产率低，加之不易分离，所以一般不用来制备烷烃。但是若脂肪酸的α-碳原子上带有吸电子基团如硝基、卤素、羰基、氰基等时，则使得脱羧容易而且产率也高，但是它们的反应历程不完全一样。例如三氯乙酸的钠盐在水中50℃就可脱羧生成氯仿。

三氯乙酸盐

三氯乙酸的钠盐在水中完全离解成负离子，由于三个氯原子具有强的吸电子作用，就使得碳碳之间的电子云偏向于有氯取代的碳一边，这样形成的负碳离子就更加稳定，然后和质子结合形成氯仿，而羧基负离子上的电子转移到碳氧之间而形成二氧化碳。此反应是通过负离子进行的脱羧反应。

β-酮酸

β-酮酸很易脱羧，其反应过程与上述不同，而是通过一个六元环进行的协同反应，首先生成烯醇，然后经重排得到酮。由于反应的过渡态是一个六元环，能量低，因而反应很易进行。此反应在合成上很重要，丙二酸型化合物以及α，β-不饱和酸等的脱羧，一般都属于这一类型的反应。芳香酸的脱羧比脂肪酸容易进行，如苯甲酸在喹啉溶液中加少许铜粉作为催化剂，加热即可脱羧。特别是2，4，6-三硝基苯甲酸最容易脱羧，这是由于有三个强吸电子的硝基的作用，使得羧基与苯环间的碳碳键更容易断裂。

其它

当羧酸的α-C上连有强吸电子基时，加热可使它较顺利地脱羧。如：邻二芳香有机酸加强热的时候，也很容易脱去一个羧基，但温度低了会形成酸酐。不同的多元羧酸加热的时候，根据活性的不同，有的脱羧，有的脱水，有的又脱羧又脱水，庚二酸以上的脱水，以下的一般脱羧。

共价键断裂方式

脱羧反应的共价键断裂有两种方式：一种是异裂，即反应按离子型反应历程进行；一种是均裂，即反应按游离基型反应历程进行。

1、离子型反应历程

大多数脱羧反应属于离子型反应历程。有实验表明：这类脱羧反应属于单分子反应。反应过程大致为：羧酸先离解生成羧酸根负离子和氢离子，羧基负离子具有一个π键一并且是一个供电的基团，使共价键发生异裂，生成烃基负离子并释放出CO2 ，最后烃基负离子获得氢离子使反应完成。

反应速率决定于慢的第一步。如果羧酸的α一碳上连有卤素、硝基、羰基、羧基等吸电子基团，生成的负离子中间体由于负电荷得到分散而趋于稳定，脱羧反应便容易发生；如果羧酸的α一碳上连有供电子基团，负离子中间体便更不稳定，脱羧反应更难发生。

加碱可以促进羧酸电离，增大羧酸根离子浓度，因而可以增大脱羧反应速率，所以很多脱羧反应用碱作催化剂。

2、游离基型反应历程

游离基型反应历程的特点是：先通过一定方法产生羧酸根游离基，羧酸根游离基的结构特点是：(1)与羧酸根负离子一样，它是具有一个较完全的P一π共轭体系，这个体系在羧酸根游离基中是相对独立和稳定的部分，因此它也容易作为一个整体而脱去；(2)R—COO·的共价键通过均裂而断裂时，不需要发生电子转移，因此它比羧酸根负离子更易放出 CO2。所以，一般是羧酸根游离基一旦生成，便立即放出 CO2。

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