第十章 取代酸

OH H 2O
O C H
3C
-
H
+
O - CO 2
O
CH 3 CCH 2 CH 2 CH 2 COH
O
2C
O CH
2C
O Et
E tO
-
C lC H
H
2C
CH
O
3
C H
3C
-C H -C O O E t C H
2C
H
2C
C H
3
O O H H 2O
-
H
+
O - CO
2
O CH
2C
C H
3C
H
2C
H
2C
O C-OH H-O CH-R + R-CH O-H HO-C O
-H2O
R- CH O
O C C O
O CH-R
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+ H2O
交酯（有六元环）
β−羟基酸
OH H R-CH-CH-COOH
-H2O
O RCH=CH-C-OH + H2O
α,β− 不饱和酸 （有 π−π 共轭）
γ− 羟基酸
O R-CH-CH2CH2-C-OH
O H
O R-CH-CH2CH2CH2-C-OH O H
-H2O
R- CH O
γ− 内酯
O
+ H 2O
（有五元环）
δ− 羟基酸
-H2O
R- CH O O
+ H2O
δ− 内酯 （有六元环）
由以上反应知，共轭体系、五元环、六元环稳定。
• (丙) α-羟基酸的分解 （了解） • （降解——与稀硫酸作用生成醛或酮和甲酸）
H2O/H
+
NaOC2H5
O C-OC2H5 CH C-OC2H5 O
-CO2
-
Na+
RX
O C-OH R- CH C-OH O
O C-OC2H5 R- CH C-OC2H5 O
150-200 C
。
H R-CH-COOH
一烃基取代乙酸
基本要求： • 掌握醇酸失水反应； • 掌握乙酰乙酸乙酯与丙二酸二乙酯在合成 中的应用。
C H
3
+
C H
C O × O× H
3
注： β-酮酸酯R-CO-CH2-COOR都可进行与乙酰 乙酸乙酯相同的反应。
(4) 丙二酸二乙酯在有机合成上的应用 ——制备羧酸
（丙二酸二乙酯虽不是羰基羧酸，但它与乙酰乙酸乙酯 反应性质相似——有活泼亚甲基）
O C-OC2H5 例： CH2 C-OC2H5 O
NaOH/EtOH） α-C, β-C之间键断裂，生成两分子羧酸的盐
O α O CH3C-CH2-COC2H5
NaO H
40% NaOH
O 2 CH3C-ONa + C2H5OH
CH3CO-C(R)H-COOC2H5 →CH3COONa+RCH2COONa+C2H5OH
β
α
(3) 乙酰乙酸乙酯在合成上的应用 (甲) 制备甲基酮
O O
NaOC2H5
CH3C-CH2-COC2H5
活泼氢
O O CH3C-CH-COC2H5
-
Na
+ RX
O O CH3C-CH-COC2H5 R
一烃基乙酰乙酸乙酯
成酮
5% NaOH 成酮分解 40% NaOH 成酸分解
O O CH3C-CH-C-O-C2H5 R
成酸 成酸
O CH3C-CH2-R + CO2 + C2H5OH
※（二） β –酮酸酯（ R-CO-CH2-COOR ）
1.乙酰乙酸乙酯的 酮-烯醇互变异构
乙酰乙酸乙酯既有羰基的性质，又有羟基和双键的性质，表 明它是由酮式和烯醇式两种互变异构体组成的：
O CH3-C-CH2COOC2H5
酮式(92.5%) 能与羟胺、苯肼反应，生成肟、苯腙等； √ 能与NaHSO3、HCN等发生加成反应； √ （ × ） 能被还原为β -羟基酸酯； 经水解、酸化后，可以脱羧生成丙酮。
CH 3
分子内氢键
C O
CH H
C O
OC 2 H 5
CH 3 -C OH
CH-C-OC O
2H 5
六元环
共轭体系
• 互变异构现象——某些化合物中的一个官能团改变其结构成为另 一种官能团异构体，且互相转换，成为处在动态平衡中两种异构 体的混合物的现象。 • 互变异构体——这两种异构体称为互变异构体。
(一）β –酮酸 (典型代表——乙酰乙酸） ※
β –酮酸,室温以上是不稳定的化合物，容易脱羧转变 为酮，这是β－酮酸的共性！
CH3COCH2COOH ─→ CH3COCH3 + CO2 ※ 加热时： R-CO-CH2-COOH ─→ R-CO-CH3 + CO2 但是 β –酮酸酯是稳定的。
β-酮酸酯分子中羰基和酯基之间的亚甲基，受两个吸电子基团的影 响而有很高的反应活性，即具有较强的酸性，称为活性亚甲基。 常见的为乙酰乙酸乙酯。
第十章 取代酸
• 取代酸——羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或基 团取代的衍生物叫取代酸。如，卤代酸、羟基酸、氨基 酸等。 一、羟基酸(包括醇酸、酚酸） • 羟基酸——羧酸分子中烃基上的氢原子被羟基取代的衍 生物叫羟基酸。 • 醇酸——脂肪羧酸烃基上的氢原子被羟基取代的衍生物 叫醇酸。 • 酚酸——芳香羧酸芳香环上的氢原子被羟基取代的衍生 物叫酚酸。
副产物少，产率高，常用
√
R-CH2COONa + CH3COONa + C2H5OH
副产物（酮式）多，产率低，不常用
(乙) 选用合适的原料制备酮酸、二酮化合物 选用卤代酸酯、卤代酮作原料
O O O CH 3 CCH 2 COEt EtO
-
ClCH 2 CH 2 COEt
O CH 3 C-CH-COOEt CH 2 CH 2 COOC 2 H 5
R-CH-COOH OH
稀H 2SO4
RCHO + HCOOH
Tollen's
RCOO- + Ag
• （稀硫酸） • RCR’(OH) COOH ——— RCOR’ + HCOOH • （酮）
酚酸（命名）
（1）水杨酸（邻羟基苯甲酸） 乙酰水杨酸（水杨酸的羟基H被乙酰基取 代）——阿司匹 林（解热、镇痛） （2）五倍子酸（没食子酸）——做皮革的植物鞣剂。 遇铁盐生成黑色沉淀
CH2COOH HO-C-COOH CH2COOH
3-羟基-3-羧基戊二酸 柠檬酸
• 2.醇酸的性质和反应
※
(甲) 酸性
醇酸酸性：醇酸＞相应的羧酸 的酸性
原因：羟基为吸电子的诱导效应
※
(乙) 脱水反应
不同的羟基酸，失水反应的产物不同。 （分子间失水形成交酯；分子内失水形成内酯、不饱和酸 ）
α− 羟基酸
ε δ γ β α
CH2CH2CH2CH2CH2COOH OH
6-羟基己酸 ε−羟基己酸 ω−羟基己酸
CH3CHCOOH OH
2-羟基丙酸 α−羟基丙酸 乳酸
COOH OH
2-羟基苯甲酸 邻羟基苯甲酸 水杨酸
√
COOH HO OH OH
3,4,5-三羟基苯甲酸 没食子酸
√
二、 羰基酸（醛酸、酮酸）—碳链上有羰基的羧酸 命名：醛作取代基时，用“氧代”或“甲酰基”表示，酮 作取代基时，用“氧代”表示。 例： HCOCH2COOH 丙醛酸（3－氧代丙酸）或甲酰乙酸 CH3COCH2COOH 3-丁酮酸（或乙酰乙酸／3－氧代丁酸）
• 1.命名 根据羟基与羧基的相对位置不同，可将羟基酸 分为：α-，β-，γ-，δ-，……羟基酸。将羟基连在 碳链末端的称为ω-羟基酸。命名时，羟基作为取代基 命名或按其来源用俗名。例：
CH2CH2CH2CH2CH2COOH OH
√
6-羟基己酸 ε−羟基己酸 ω−羟基己酸
ε δ γ β α
CH3CHCOOH OH
(2) 乙酰乙酸乙酯的性质 (甲) 成酮分解√——在稀酸作用下 （或先稀碱，再酸化）
O O CH3C-CH2-COC2H5
-CO2 微热 5% NaOH
O O CH3C-CH2-C-ONa
H
+
O O CH3C-CH2-C-OH
O CH3C-CH2-H
(乙) 成酸分解 ——在浓碱作用下（40％NaOH, 或
OH CH3-C=CHCOOC2H5
烯醇式(7.5%) 能与钠作用放出氢气； √ 能与乙酰氯作用生成酯； 能使Br2/CCl4褪色； √ 能与FeCl3作用呈现紫红色。 √
• 乙酰乙酸乙酯不是一种单一物质，而是酮式和烯醇式两种物质的 互变平衡混合物。（室温下，彼此互变速率极快，不能将二者分 离。） 原因：WHY? ① α-氢具有较强的酸性，故形成一定数量的烯醇式 ②因其烯醇式结构能形成分子内氢键及共轭体系，具有一定的稳 定性。（而丙酮中的烯醇式含量仅有0.00025％）
2-羟基丙酸 α−羟基丙酸 乳酸
COOH OH
2-羟基苯甲酸 邻羟基苯甲酸 水杨酸 √
COOH HO OH OH
√
3,4,5-三羟基苯甲酸 没食子酸
COOH CHOH CHOH COOH
2,3-二羟基丁二酸 α,α '二羟基丁二酸 − 酒石酸
COOH CHOH CH2 √ COOH
2-羟基丁二酸 α−羟基丁二酸 苹果酸