暨大有机化学课件第十二章_取代羧酸
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羧酸及取代羧酸 PPT
羧 酸 Carboxylic Acid
8、1、2 羧酸的重要化学性质
O RC
OH
sp2 R
O C
OH
O
R R C C pO-π共轭 O OHH
p-π共轭的结果使羧羰基碳原子上的正电荷 减少,羧羟基极性增加,C-O键得到加强。
羧 酸 Carboxylic Acid
O R=H时键长
RC
0.123nm 0.136nm
CH3 CH2 CH2 COOH
Cl
(4、52)
(4、82)
羧 酸 Carboxylic Acid
常见取代基诱导效应的强弱 NO2> CN>Cl>Br> CCH > OCH3> OH> Ph > CH=CH2 >H > CH3> CH(CH3)2>C(CH3)3 芳酸酸性>脂肪酸(但HCOOH除外？)
O RC
O-
ORC
O
0.127nm O ≡R C
0.127nm O
羧 酸 Carboxylic Acid
羧酸的性质可从结构上预测,主要有以下两 个重要特征:①氢氧键的极性增强,故羧酸显 示了明显的酸性。②羧基中碳氧双键上碳原 子的正电性降低,故不易进行类似醛、酮羰基 上的亲核加成反应。
H RC
H α H 的反应
O2N
COOH
(1)B2H6 ， O (2)H3O+
O2N
CH2OH
羧 酸 Carboxylic Acid
8、1、2、4 脱羧反应分子内失去羧基,放出CO2
CH3 CO2Na + NaO H(CaO)
碱石灰
CH4 +Na2CO3
第12章羧酸和取代羧酸
• 给主链编号 • 书写母体化合物名称，羧基总在第1位，不必标出。 • 标明构型及取代基情况
CH3CH2CHCOOH CH3
CH2CH3 HOOCCHCOOH
2-甲基丁酸
2-乙基丙二酸
HOOCCH=CHCOOH
丁烯二酸
顺丁烯二酸：马来酸 反丁烯二酸：富马酸
CO2H CO2H
环己烷羧酸 2-环戊烯羧酸
H+
O R C OR'
H2O
a. 影响酯化反应速度的因素 1OROH，2OROH酯化时按加成--消除机制进行， 且反应速率为：
醇：CH3OH>伯醇 > 仲醇 酸：HCO2H > CH3CO2H > RCH2CO2H
> R2CHCO2H > R3CCO2H
Cl2CHCOOH > ClCH2COOH > CH3COOH
第三节
结构和酸性
一、结构和酸性的关系
O R C O sp2
H
O
0.123nm
H
C
0.136nm
OH
羧酸、醛酮及醇的典型键长比较：
键长 化合物 羧酸 醛酮 醇 C=O 0.123nm 0.12nm 0.143nm C O 0.136nm
R
C
=
O O H 羧 酸 R C
O R OH O H 醇
RCOOH + CH3OH CH3COOH CH3CH2COOH (CH3)2CHCOOH (CH3)3CCOOH
H
+
相对速率 1 0.84 0.33 0.037 0.00016
(CH3CH2)3CCOOH
b.
反应机理的证明
①羧酸与光活性醇的反应实验 ②同位素跟踪实验
讲稿(PP)-取代酸
+ H2O
α-羟基丙酸 羟基丙酸
丙交酯
（2）β-羟基酸受热发生分子内脱水， 羟基酸受热发生分子内脱水， 生成α 生成α，β不饱和酸
CH3－CH－CH2－COOH | OH HO－CHCOOH HO CHCOOH | H－CHCOOH △ CH3－CH＝CH－COOH＋H2O
酶
HC－COOH || ＋ H2O HOOC－CH
第十一章
取代羧酸
O || R－C－OH － － (Ar) 羧酸分子中烃基的氢原子被某些原子或原 子团取代的化合物称为取代羧酸。 子团取代的化合物称为取代羧酸。按取代基的 种类不同，取代羧酸可分为卤代酸 羟基酸、 卤代酸、 种类不同，取代羧酸可分为卤代酸、羟基酸、 羰基酸和氨基酸等 羰基酸和氨基酸等。
R－C－CH2－C－R － － － || || O O R－C－CH＝C－R － － ＝ － || | O OH
乙酰乙酸乙酯的反应
O
O
CH3－C－CH2－C －O C2H5 － 能和氢氰酸、亚硫酸氢钠、 能和氢氰酸、亚硫酸氢钠、 2,4-二硝基苯肼等发生加成或 二硝基苯肼等发生加成或 加成缩合反应 能使溴褪色 能和三氯化铁发生颜色反应
烯醇式7.5% 烯醇式
二羰基化合物由于具有活泼的亚甲基， β-二羰基化合物由于具有活泼的亚甲基，常被 二羰基化合物由于具有活泼的亚甲基 称为活泼亚甲基化合物。它们在碱的作用下， 称为活泼亚甲基化合物。它们在碱的作用下，容易 形成烯醇负离子（碳负离子）， ），作为亲核试剂与卤 形成烯醇负离子（碳负离子），作为亲核试剂与卤 代烃、酰卤、羰基发生亲核反应， 代烃、酰卤、羰基发生亲核反应，在合成上是重要 的增长碳链的试剂。 的增长碳链的试剂。乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯 是其中的典型代表。 是其中的典型代表。
有机化学第12章羧酸及其衍生物PPT课件
O
O
2 0 o C
C l C H 2C O C 2 H 5 + N H 3 H 2 O C l C H 2C N H 2+ C H 3 C H 2 O H
酸酐也能发生氨解：
( C H 3 C O ) 2 O + H 2 N O C 2 H 5 C H 3 C O N H O C 2 H 5 + C H 3 C H 2 O H
一、亲核加成－消去反应
1.机理
O
RC
L
Nu
O
慢
RC
L
亲核加成
Nu
四面体中间体
O
RC
L
O 快
RC
Nu ＋ L
消去
Nu
(1）反应活性取决于羰基碳原子正电性,反应活性：酰卤>酸酐>酯>酰胺
吸电子诱导效应(-I)：X > OCOR’ > OR > NH2
给电子共轭效应(+C)： X < OCOR’ < OR < NH2
O H +C H 3 C O C lN (C H 2 C H 3 )3
O
O C C H 3
19
羧酸通过酰氯再与醇反应比直接酯化产率高：
( C H 3 ) 3 C C O O H S O C l 2( C H 3 ) 3 C C O C lC 6 吡 H 5 啶 O H ( C H 3 ) 3 C C O O C 2 H 5 80％
O ＋ H2O ＋ CO2 状聚酐
13
12.3 羧酸的制法*
一、氧化法
1.醛和伯醇的直接氧化得到同碳原子数的羧酸；
(1 )K M n O 4 ,O H -
羧酸和取代羧酸10-PPT课件
O
Tollens H C C C O O H H C CH COOH + 3 3
Ag
+
OH
O
(3) 脱水反应 ① 羟 基 酸
RCH C O O H OH OH H O O C HCR
（2） o-硝基苯甲酸＞p-硝基苯甲酸 ＞
m-硝基苯甲酸＞苯甲酸
(2) 醇酸氧化反应 -羟酸中的羟基比醇分子中的羟基更易于氧化
O
HOCH COOH 2
稀 H N O 3 稀 H N O 3
H
C
COOH
HOOCCOOH
3
H C CH CH COOH CC CH COOH 3 2 3 2 稀 H N OH OH
1.乙二酸、丙二酸
脱羧
H O O CC O O H
H C 2 C O O H C O O H
O H C O O H+ C 2
C H C O O H +C O 3 2
2.丁二酸、戊二酸
脱水
O CH 2 C OH OH CH 2 C O
O CH 2 C O O+ H 2 CH 2 CO
3.己二酸、庚二酸 既脱羧又脱水
当羧基离解为负离子后，甲酸根负 离子的两个
C－O键键长都是127pm。
O H C O -
负电荷完全均等地分布在 O－C－O链上，即两个C－O键
键长完全平均化。
（二）羧酸的分类和命名
除甲酸外，羧酸是由烃基和羧基两部分构成。 1、根据烃基R的不同分为 脂肪酸 脂环酸 芳香酸 饱和酸 不饱和酸 一元酸 多元酸
三、羧酸的化学性质
H R C
O C
:
O H
p－ 共轭： 1. 降低了羰基碳原子的正电性，不利于羰基发 生亲核加成反应。 2.羟基中氧氢键的极性增大，因而显示酸性。 3.-H的活性降低
羧酸及取代羧酸ppt课件
主要性质
羧
酸
酸性
羧酸衍生物的生 成
α－H的卤代反应 脱羧反应
水溶液中显酸性，其酸性强于碳酸，能与氢氧化 钠、碳酸氢钠等成盐，常用于与酚相区别
羧基中的羟基被卤素、酰氧基、烷氧基、氨基取 代，生成酰卤、酸酐、酯、酰胺等羧酸衍生物 α－H原子可逐个被卤素取代生成一系列卤代酸 一元羧酸在碱石灰的催化下脱羧，生成少一个碳 的烃；二元羧酸中乙二酸和丙二酸脱羧生成少一 个碳原子的一元羧酸
（乳酸） α–羟基丙酸
CH3 CH CH2 COOH
OH
3–羟基丁酸
β–羟基丁酸
HO CH COOH
CH2 COOH
羟基丁二酸 （苹果酸）
HO CH COOH
HO CH COOH
2,3–二羟基丁二酸 （酒石酸）
CH2 COOH HO C COOH
3–羟基C–H32–羧C基OO戊H二酸 （柠檬酸）
2、酚酸：羟基和羧基连在芳环上
O
O
RC
R
OH
C .. O
H
OH
羧基上的p-π共轭示意图
2、羧酸的分类 1、根据分子中烃基的结构，羧酸分为： 脂肪羧酸（饱和脂肪羧酸和不饱和脂肪羧酸） 脂环羧酸（饱和脂环羧酸和不饱和脂环羧酸） 芳香羧酸
2、根据分子中羧基的数目，羧酸分为：
一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸
脂肪羧酸 C3HC2HC2HCOOCHH3 CH CH COOH
羧酸能与碱作用成盐，也可分解碳酸盐。此性质可用于醇、
酚、酸的鉴别和分离：不溶于水的羧酸既溶于NaOH也溶于
NaHCO3，不溶于水的酚能溶于NaOH不溶于NaHCO3，不
溶于水的醇既不溶于NaOH也不溶于NaHCO3。
有机化学 第十二章羧酸及取代羧酸优质公开课获奖课件
CH3CH2COOH<CH3COOH<HOCH2CH2COOH<
pKa
4.88
4.76
4.51
CH3CH(OH)COOH<HOCH2COOH
pKa
3.87
3.83
2022/5/10
30
酚酸的酸性
受诱导效应、共轭效应和邻位效应的综合影响
p ka
C O O H >
O H
3 .0 0
C O O H
C O O H
2. 生成酸酐(acid anhydride)
O CH3 COH
O HOCCH3
COOH COOH
OO CH3 COCCH3
O
O O
H2O
H2O
条件：脱水剂P2O5或强热。
2022/5/10
18
3. 生成酯(ester)
R C O O H + R 'O H H 2 S O 4 R C O O R ' + H 2 O
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14
共轭效应对酸性的影响
COOH < HCOOH
当苯环上连有取代基时，其种类及位置会影响取代苯甲酸的酸性。 吸电子基团如硝基可通过共轭作用吸电子使羧酸的酸性增强 推电子基团如羟基、烷氧基使取代苯甲酸的酸性减弱 基团取代在对位时，使酸性增加或减弱的程度较大，而取代在间 位时，酸性增加或减弱的程度较小，这是由共轭作用决定的。 当基团取代在邻位时，无论是吸电子基团还是推电子基团， 都比对位和间位取代的苯甲酸的酸性强。
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28
C H 3C HC O O H O H
-羟 基 丙 酸 (乳 酸 ) la ctica cid
《取代羧酸》PPT课件
解释：酚酸的酸性受诱导效应、 共轭 效应和邻位效应的影响。
-I 使酸性增强，+C使酸性减弱
COOH
由于对位上羟基与羧基相距
较远，吸电子诱导效应很弱，主要是供
OH
电子共轭效应占优势，使酸性减弱。
COOH
羟基处于间位时，主要是吸
电子诱导效应占优势， 但因间隔三个碳
原子，影响大大减弱，使间-羟基苯甲酸
OH 的酸性比苯甲酸略有增强。
2. 醇酸的脱水反应 由于羧基和羟基之间的相互影响，使醇酸
热稳定性较差，加热时易发生脱水反应。脱水 方式随羧基和羟基的位置不同而不同，产物当 然也不同。
（1） α-醇酸的脱水反应
羟基酸
交酯 + 水 分子间脱水
O
CH3 CH C OH + H O
-2H2O
O H HO C CH CH3
O
α- 羟基丙酸
（一）酮式－烯醇式互变异构
O
O
H3C C CH2 C OCH2CH3
OH
O
H3C C CH C OCH2CH3
1.互变异构（tautomerism）现象：同分异构 体之间能以一定的比例平衡存在，并能相互 转化。
2.互变异构是有机化合物中比较普遍存在的现
象，从理论上讲，凡有
基
本结构的化合物都可能有酮型和烯醇型两种
羟基处于邻位时表现出一
COOH 种特殊的邻位效应，无论致活基团还 OH 是致钝基团在邻位（氨基除外）都使
酸性增强，其作用机理复杂，可能存 在电子效应、立体效应、氢键等多种 因素。 a.由于邻位的因空间位阻效应，使
得羧基不能与苯环共平面，吸电子诱导效应 占优势，使酸性增强。
b.由于分子内的氢键形成，增强了 羧基中O-H的极性，离解后的质子也不容易再 和羧基负离子结合，而使酸性增强。
-I 使酸性增强，+C使酸性减弱
COOH
由于对位上羟基与羧基相距
较远，吸电子诱导效应很弱，主要是供
OH
电子共轭效应占优势，使酸性减弱。
COOH
羟基处于间位时，主要是吸
电子诱导效应占优势， 但因间隔三个碳
原子，影响大大减弱，使间-羟基苯甲酸
OH 的酸性比苯甲酸略有增强。
2. 醇酸的脱水反应 由于羧基和羟基之间的相互影响，使醇酸
热稳定性较差，加热时易发生脱水反应。脱水 方式随羧基和羟基的位置不同而不同，产物当 然也不同。
（1） α-醇酸的脱水反应
羟基酸
交酯 + 水 分子间脱水
O
CH3 CH C OH + H O
-2H2O
O H HO C CH CH3
O
α- 羟基丙酸
（一）酮式－烯醇式互变异构
O
O
H3C C CH2 C OCH2CH3
OH
O
H3C C CH C OCH2CH3
1.互变异构（tautomerism）现象：同分异构 体之间能以一定的比例平衡存在，并能相互 转化。
2.互变异构是有机化合物中比较普遍存在的现
象，从理论上讲，凡有
基
本结构的化合物都可能有酮型和烯醇型两种
羟基处于邻位时表现出一
COOH 种特殊的邻位效应，无论致活基团还 OH 是致钝基团在邻位（氨基除外）都使
酸性增强，其作用机理复杂，可能存 在电子效应、立体效应、氢键等多种 因素。 a.由于邻位的因空间位阻效应，使
得羧基不能与苯环共平面，吸电子诱导效应 占优势，使酸性增强。
b.由于分子内的氢键形成，增强了 羧基中O-H的极性，离解后的质子也不容易再 和羧基负离子结合，而使酸性增强。
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2-羟基丁二酸 羟基丁二酸
苹果酸
CH2COOH HO-C-COOH
CH2COOH
3-羟基-3-羧基戊二酸 柠檬酸
（3）羟基酸的制法
1. 卤代酸水解
CH2-COOH H
Cl2 红P
CH2-COOH H2O/OH- CH2-COOH
Cl
OH
2. 羟基腈水解
R C=O HCN/弱OHR' (H)
OH C
H
CH3CH2CH CHCO2H
-卤代羧酸中的卤原子较活泼，可发生亲核取代反应，
生成其它取代羧酸。例如：
R-CH-COOH Br
NaOH H+
R-CH-COOH
H2O
OH
NH3 R-CH-COOH NH2
① NaHCO3 R-CH-COONa
② NaCN
CN
H3O+
R-CH(COOH)2
第二节 羟基酸
与浓硫酸一起加热，则脱去一氧化碳（成酸反应） ：
二、β-酮酸
β-酮酸只在低温下稳定，在室温以上易脱羧生成酮，这 是β-酮酸的共性。
β-酮酸受热时比较α-酮酸更易脱羧，一方面是由于酮基 上的氧原子的吸电子诱导效应，另一方面是由于酮基上氧 原子与羧基上的氢形成分子内氢键，故受热时易于脱羧。
第四节 β-二羰基化合物
一、乙酰乙酸乙酯的互变异构现象
O
O
CH3C CH2 C OEt
93%
OH
O
CH3C CH C OEt
7%
❖原因： ①在烯醇式结构中存在共轭体系，降低了体系的内能； ②烯醇式结构能通过分子内氢键形成较稳定的六元环， 使稳定性增加。
❖在乙酰乙酸乙酯中，加入与酮作用的试剂，酮式发生 反应；
CO
NH2OH 苯肼 HCN
可以用2,4-戊二酮为例来说明。它在碱的作用下生 成的负离子如下式所示：
但这种负离子并不是单纯的如上式所示的酮式结构，它 的负电荷实际可以在两个羰基间离域，这种离域作用比单 羰基的离域作用要强得多。可以用下列共振结构式的叠加 来表示：
由β-二羰基化合物得到的负离子的结构，其烯醇式结构 的共振式一般称之为烯醇负离子。亚甲基碳原子上带有负 电荷的共振式，一般称之为碳负离子，且反应往往发生在 此碳原子上。
分子中含有两个羰基官能团的化合物，统称为二羰基化合 物。其中两个羰基由一个亚甲基间隔的化合物，叫做β-二羰 基化合物。例如：
由于它们的亚甲基对于两个羰基来说，都是α位置，在两 个羰基的共同影响下，这个碳上的α-氢原子显得特别活泼， 因此β-二羰基化合物也常叫做含有活泼亚甲基的化合物。β二羰基化合物因此具有自己独特的反应，在有机合成上有 着多方面的应用。
浓 OH－
Δ
CH3COONa + CH3COONa + C2H5OH
二、亚甲基的活泼性
OO CH3CCH2COC2H5 C2H5ONa
OO
－
RX
CH3CCHCOC2H5
OHale Waihona Puke CH3CCHCOC2H5R
O
稀 OH－
Δ
CH3CCH2R
浓 OH－
Δ RCH2COONa
OO
C2H5ONa
CH3CCHCOC2H5 R
3. 羰基酸的酸性（大于羟基酸酸），α-羰基酸，能与 “托伦”试剂发生银镜反应；与稀硫酸共热，脱羧 (CO2)成醛；与浓硫酸共热，脱碳(CO)成酸。 β-羰基酸 易脱羧成酮。
4. 二羰基化合物的结构与性质 5. 乙酰乙酸乙酯的性质：既有烯醇的性质，也具有酮的
性质 6.乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯在合成中的应用
比醇更容易被氧化。稀硝酸一般不能氧化醇，但却能氧化
醇酸生成醛酸、酮酸或二元酸。例如：
HOCH2CO2H 稀 HNO3
O HCCO2H
稀 HNO3
HO2C CO2H
OH CH3CHCH2CO2H
稀 HNO3
O CH3CCH2CO2H
托伦（Tollen）试剂不能氧化醇，却能将α-羟基酸氧化 成α-酮酸：
OO
OO
O
CH3CCH2COC2H5
①C2H5ONa ② RX
CH3CCHCOC2H5
稀 OH－
Δ
CH3CCH2R
R
❖用酰卤作试剂可得β-二酮：
OO
OO
OO
① C2H5ONa
稀 OH－
CH3CCH2COC2H5 ② RCOX CH3CCHCOC2H5
CH3CCH2CR
COR
❖用卤代酸酯作试剂，可得酮酸：
OH
Tollen's RCOO- + Ag
讨论：a. 可利用分解反应来区别α-羟基酸与其他羟基酸； b. 可利用分解反应来制备少一个碳的醛或酸。
2. 与浓硫酸作用（脱CO）
α-醇酸与浓硫酸一起加热时，分解为醛/酮、一氧化碳和 水：
O RR'CCOH
OH
H2SO4
O R C R' + CO + H2O
第一节 卤代酸
一、卤代酸的结构 羧酸烃基上的氢被卤素取代的羧酸，称卤代酸。
二、卤代酸的化学性质 （1）卤代酸的酸性（参见P260，11.4.2） （2）卤代酸在稀碱溶液中的反应
β-卤代酸在碱的存在下，发生消除反应，生成α,β-不饱 和酸：
CH3CH2CHCH2CO2H Br
NaOH / H2O
CH3CH2CH CHCO2Na
第十二章 取代羧酸
第十二章 取代羧酸
（一）卤代酸 （二）羟基酸 （三）羰基酸 （四）β-二羰基化合物 （五）乙酰乙酸乙酯的性质及在有机合成上的
应用 （六）丙二酸酯的性质及在有机合成上的应用
本章重点：
1. 羟基酸的制法：卤代酸、羟基腈水解；
2. 羟基酸的酸性（大于羧酸，小于卤代酸），羟基酸的 失水反应(生成共轭体系或五元、六元环)； α-羟基酸， 能与“托伦”试剂发生银镜反应；水杨酸和乙酰水杨 酸。
CN
羟基腈
H2O/H+
OH C
COOH
羟基酸
RCH=CH2 HOCl
OH Cl RCH-CH2 KCN
OH RCH-CH2CN
H2O/H+
羟基腈
OH RCH-CH2COOH
羟基酸
二、羟基酸的性质
（1）酸性（与诱导效应有关） 酸性：卤代酸 ＞ 羟基酸 ＞ 羧酸
（2）醇酸的氧化反应 α-和β-醇酸分子中的羟基受到羧基的影响，使得其羟基
OH CH3CHCO2H
Tollen's
O CH3CCO2H
（3）脱水反应
不同的羟基酸，失水反应的产物不同。
羟基酸
O
O
C-OH H-O
R-CH +
CH-R
O-H HO-C
-H2O
C R- CH
O C
O CH-R
+
H2O
O
O 交酯（有六元环）
羟基酸
羟基酸
OH H R-CH-CH-COOH -H2O
通过这些反应，都形成了新的碳碳键。它们在有机合 成中都是很重要的反应，有着非常广泛的应用。
第五节 乙酰乙酸乙酯的性质及在有机合成上的应用
一、乙酸乙酰乙酯的酮式分解和酸式分解
OO
OO
CH3CCH2COC2H5 稀 OH－ CH3CCH2COH + C2H5OH
－CO2
Δ
O CH3CCH3
OO
CH3CCH2COC2H5
CH2COONa
C2H5OH H2SO4
CH2(COOC2H5)2
Cl
CN
二、性质
CH2(COOC2H5)2 C2H5ONa
－
CH(COOC2H5)2
CH2(COOC2H5)2
H2O H+ or OH－
CH2(COOH)2
－CO2
Δ
CH3COOH
三、丙二酸二乙酯在合成上的应用
❖用卤代烃为原料引入烃基，可合成一元羧酸：
NaHSO3
肟 腙 α－羟基腈 α－羟基磺酸钠
❖加入与烯醇式作用的试剂，只要加入足够的试剂，也 可以全部起烯醇式的反应。
OH C CH
Na Br2 / CCl4
FeCl3
H2 褪色 紫色
二、β-二羰基化合物的酸性和烯醇负离子的稳定性
由于β-二羰基化合物中的亚甲基同时受到两个羰基的 影响，使α-氢原子有较强的酸性，例如，简单的羰基 化合物如丙酮的烯醇含量是0.00015%（见P300），丙二 酸二乙酯的烯醇含量是0.1%，而2,4-戊二酮的烯醇含量 是76% ，远比醇、水的酸性强。
O R-CH-CH 2CH2-C-OH
OH
O RCH=CH-C-OH + H2O
,不饱和酸
（有 pp 共轭）
-H2O
R- CH O
+ H2O O
内酯
（有五元环）
羟基酸
O R-CH-CH2CH2CH2-C-OH
-H2O
R-CH O
OH
O
+ H2O
内酯 （有六元环）
由以上反应可知，共轭体系、五元环、六元环稳定。 许多内酯存在于自然界，有些是天然香精的主要成分。例如：
三、β-二羰基化合物碳负离子的反应
由共振结构式可以看出，带部分负电荷的碳原子或氧原子， 都具有亲核性能，因此在碳原子和氧原子上都有可能发生亲 核反应，如下列简式所示：
O CC E
O CC
E
OE CC
E
O
CC
但反应主要发生在亲核的碳原子上，所以在一般情况下得到 的主要是碳原子上的烷基化或酰基化产物；也有少量氧原子 上的烷基化或酰基化产物生成。
苹果酸
CH2COOH HO-C-COOH
CH2COOH
3-羟基-3-羧基戊二酸 柠檬酸
（3）羟基酸的制法
1. 卤代酸水解
CH2-COOH H
Cl2 红P
CH2-COOH H2O/OH- CH2-COOH
Cl
OH
2. 羟基腈水解
R C=O HCN/弱OHR' (H)
OH C
H
CH3CH2CH CHCO2H
-卤代羧酸中的卤原子较活泼，可发生亲核取代反应，
生成其它取代羧酸。例如：
R-CH-COOH Br
NaOH H+
R-CH-COOH
H2O
OH
NH3 R-CH-COOH NH2
① NaHCO3 R-CH-COONa
② NaCN
CN
H3O+
R-CH(COOH)2
第二节 羟基酸
与浓硫酸一起加热，则脱去一氧化碳（成酸反应） ：
二、β-酮酸
β-酮酸只在低温下稳定，在室温以上易脱羧生成酮，这 是β-酮酸的共性。
β-酮酸受热时比较α-酮酸更易脱羧，一方面是由于酮基 上的氧原子的吸电子诱导效应，另一方面是由于酮基上氧 原子与羧基上的氢形成分子内氢键，故受热时易于脱羧。
第四节 β-二羰基化合物
一、乙酰乙酸乙酯的互变异构现象
O
O
CH3C CH2 C OEt
93%
OH
O
CH3C CH C OEt
7%
❖原因： ①在烯醇式结构中存在共轭体系，降低了体系的内能； ②烯醇式结构能通过分子内氢键形成较稳定的六元环， 使稳定性增加。
❖在乙酰乙酸乙酯中，加入与酮作用的试剂，酮式发生 反应；
CO
NH2OH 苯肼 HCN
可以用2,4-戊二酮为例来说明。它在碱的作用下生 成的负离子如下式所示：
但这种负离子并不是单纯的如上式所示的酮式结构，它 的负电荷实际可以在两个羰基间离域，这种离域作用比单 羰基的离域作用要强得多。可以用下列共振结构式的叠加 来表示：
由β-二羰基化合物得到的负离子的结构，其烯醇式结构 的共振式一般称之为烯醇负离子。亚甲基碳原子上带有负 电荷的共振式，一般称之为碳负离子，且反应往往发生在 此碳原子上。
分子中含有两个羰基官能团的化合物，统称为二羰基化合 物。其中两个羰基由一个亚甲基间隔的化合物，叫做β-二羰 基化合物。例如：
由于它们的亚甲基对于两个羰基来说，都是α位置，在两 个羰基的共同影响下，这个碳上的α-氢原子显得特别活泼， 因此β-二羰基化合物也常叫做含有活泼亚甲基的化合物。β二羰基化合物因此具有自己独特的反应，在有机合成上有 着多方面的应用。
浓 OH－
Δ
CH3COONa + CH3COONa + C2H5OH
二、亚甲基的活泼性
OO CH3CCH2COC2H5 C2H5ONa
OO
－
RX
CH3CCHCOC2H5
OHale Waihona Puke CH3CCHCOC2H5R
O
稀 OH－
Δ
CH3CCH2R
浓 OH－
Δ RCH2COONa
OO
C2H5ONa
CH3CCHCOC2H5 R
3. 羰基酸的酸性（大于羟基酸酸），α-羰基酸，能与 “托伦”试剂发生银镜反应；与稀硫酸共热，脱羧 (CO2)成醛；与浓硫酸共热，脱碳(CO)成酸。 β-羰基酸 易脱羧成酮。
4. 二羰基化合物的结构与性质 5. 乙酰乙酸乙酯的性质：既有烯醇的性质，也具有酮的
性质 6.乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯在合成中的应用
比醇更容易被氧化。稀硝酸一般不能氧化醇，但却能氧化
醇酸生成醛酸、酮酸或二元酸。例如：
HOCH2CO2H 稀 HNO3
O HCCO2H
稀 HNO3
HO2C CO2H
OH CH3CHCH2CO2H
稀 HNO3
O CH3CCH2CO2H
托伦（Tollen）试剂不能氧化醇，却能将α-羟基酸氧化 成α-酮酸：
OO
OO
O
CH3CCH2COC2H5
①C2H5ONa ② RX
CH3CCHCOC2H5
稀 OH－
Δ
CH3CCH2R
R
❖用酰卤作试剂可得β-二酮：
OO
OO
OO
① C2H5ONa
稀 OH－
CH3CCH2COC2H5 ② RCOX CH3CCHCOC2H5
CH3CCH2CR
COR
❖用卤代酸酯作试剂，可得酮酸：
OH
Tollen's RCOO- + Ag
讨论：a. 可利用分解反应来区别α-羟基酸与其他羟基酸； b. 可利用分解反应来制备少一个碳的醛或酸。
2. 与浓硫酸作用（脱CO）
α-醇酸与浓硫酸一起加热时，分解为醛/酮、一氧化碳和 水：
O RR'CCOH
OH
H2SO4
O R C R' + CO + H2O
第一节 卤代酸
一、卤代酸的结构 羧酸烃基上的氢被卤素取代的羧酸，称卤代酸。
二、卤代酸的化学性质 （1）卤代酸的酸性（参见P260，11.4.2） （2）卤代酸在稀碱溶液中的反应
β-卤代酸在碱的存在下，发生消除反应，生成α,β-不饱 和酸：
CH3CH2CHCH2CO2H Br
NaOH / H2O
CH3CH2CH CHCO2Na
第十二章 取代羧酸
第十二章 取代羧酸
（一）卤代酸 （二）羟基酸 （三）羰基酸 （四）β-二羰基化合物 （五）乙酰乙酸乙酯的性质及在有机合成上的
应用 （六）丙二酸酯的性质及在有机合成上的应用
本章重点：
1. 羟基酸的制法：卤代酸、羟基腈水解；
2. 羟基酸的酸性（大于羧酸，小于卤代酸），羟基酸的 失水反应(生成共轭体系或五元、六元环)； α-羟基酸， 能与“托伦”试剂发生银镜反应；水杨酸和乙酰水杨 酸。
CN
羟基腈
H2O/H+
OH C
COOH
羟基酸
RCH=CH2 HOCl
OH Cl RCH-CH2 KCN
OH RCH-CH2CN
H2O/H+
羟基腈
OH RCH-CH2COOH
羟基酸
二、羟基酸的性质
（1）酸性（与诱导效应有关） 酸性：卤代酸 ＞ 羟基酸 ＞ 羧酸
（2）醇酸的氧化反应 α-和β-醇酸分子中的羟基受到羧基的影响，使得其羟基
OH CH3CHCO2H
Tollen's
O CH3CCO2H
（3）脱水反应
不同的羟基酸，失水反应的产物不同。
羟基酸
O
O
C-OH H-O
R-CH +
CH-R
O-H HO-C
-H2O
C R- CH
O C
O CH-R
+
H2O
O
O 交酯（有六元环）
羟基酸
羟基酸
OH H R-CH-CH-COOH -H2O
通过这些反应，都形成了新的碳碳键。它们在有机合 成中都是很重要的反应，有着非常广泛的应用。
第五节 乙酰乙酸乙酯的性质及在有机合成上的应用
一、乙酸乙酰乙酯的酮式分解和酸式分解
OO
OO
CH3CCH2COC2H5 稀 OH－ CH3CCH2COH + C2H5OH
－CO2
Δ
O CH3CCH3
OO
CH3CCH2COC2H5
CH2COONa
C2H5OH H2SO4
CH2(COOC2H5)2
Cl
CN
二、性质
CH2(COOC2H5)2 C2H5ONa
－
CH(COOC2H5)2
CH2(COOC2H5)2
H2O H+ or OH－
CH2(COOH)2
－CO2
Δ
CH3COOH
三、丙二酸二乙酯在合成上的应用
❖用卤代烃为原料引入烃基，可合成一元羧酸：
NaHSO3
肟 腙 α－羟基腈 α－羟基磺酸钠
❖加入与烯醇式作用的试剂，只要加入足够的试剂，也 可以全部起烯醇式的反应。
OH C CH
Na Br2 / CCl4
FeCl3
H2 褪色 紫色
二、β-二羰基化合物的酸性和烯醇负离子的稳定性
由于β-二羰基化合物中的亚甲基同时受到两个羰基的 影响，使α-氢原子有较强的酸性，例如，简单的羰基 化合物如丙酮的烯醇含量是0.00015%（见P300），丙二 酸二乙酯的烯醇含量是0.1%，而2,4-戊二酮的烯醇含量 是76% ，远比醇、水的酸性强。
O R-CH-CH 2CH2-C-OH
OH
O RCH=CH-C-OH + H2O
,不饱和酸
（有 pp 共轭）
-H2O
R- CH O
+ H2O O
内酯
（有五元环）
羟基酸
O R-CH-CH2CH2CH2-C-OH
-H2O
R-CH O
OH
O
+ H2O
内酯 （有六元环）
由以上反应可知，共轭体系、五元环、六元环稳定。 许多内酯存在于自然界，有些是天然香精的主要成分。例如：
三、β-二羰基化合物碳负离子的反应
由共振结构式可以看出，带部分负电荷的碳原子或氧原子， 都具有亲核性能，因此在碳原子和氧原子上都有可能发生亲 核反应，如下列简式所示：
O CC E
O CC
E
OE CC
E
O
CC
但反应主要发生在亲核的碳原子上，所以在一般情况下得到 的主要是碳原子上的烷基化或酰基化产物；也有少量氧原子 上的烷基化或酰基化产物生成。