第十一章取代酸2005

1、1第十一章 取代酸RCH2(CH2)nCOOH羧酸C(CH2)nCOOHRXH卤代酸C(CH2)nCOOHROHH羟 基 酸C(CH2)nCOOHRO羰 基 酸C(CH2)nCOOHRNH2H氨基酸2 第一节 羟基酸 一、分类与命名 1.分类 按烃基 醇酸 酚酸；依羟基与羧基的相对位置分为、 羟基酸 2.命名羟基酸除可按系统命名法命名外，许多由自然界取得的重要羟基酸常用俗名：HO-CH2CH2CO2H羟基丙酸CH3CHCO2HOH1232-羟基丙酸 -羟基丙酸乳酸HOCHCO2H羟基丁二酸苹果酸CH2CO2H3HOCHCO2H酒石酸2,3-二羟基丁二酸CHCO2HHO柠檬酸CH2CO2HCCO

2、2HCH2CO2HHOHOCHCO2H异柠檬酸CHCO2HCHCO2H4OCOCH3CO2HOHCO2CH3乙酰水杨酸水杨酸甲酯5丹宁6二、来源与制备 很多羟基酸存在于自然界，如乳酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸等，这些酸均可由相应的天然产物中得到。 羟基酸合成的几种常用方法 其一是卤代酸水解制备。 第二是羟基腈水解法：醛与氰氢酸加成得到羟基腈，水解即生成羟基酸；由卤代醇和氰化钠作用能得到羟基腈，水解得到羟基酸。CH3CH2CO2HBr2PCH3CHCO2HBri)-OH, H2Oii)H3O+CH3CHCO2HOHPhCHOHCNCPhCNHOHHClCPhCO2HHOH7另一种方法是通过醛，卤代

3、酸酯和锌粉作用制备羟基酸。这外反应叫瑞佛马斯基 (Reformatsky)反应.OCXCH2COOEtZn+苯或乙醚CH2COOEtCOZnXCH2COOEtOHCH2 OBrCH2COEtOC6H5CCH3OZnH2 OC6H5C CH2COOEtCH3OH+(1)(2)8机理：机理：BrCH2COEtOZnCH2COEtOCH2C OC2H5O-ZnZnBrBrZn2+OCZnOCH2C OC2H5BrOCH2 OCH2COOEtCHOOZnCOCH2C OC2H5Br9三、物理性质 醇酸多为晶体或粘稠液体，在水中的溶解度较同碳数的醇、酸大。许多醇酸具有旋光性。酚酸都是晶体，多以盐、酯或糖

4、苷的形式存在于植物中。羧基酸的熔点比同碳数的羧酸高。表10-1重要取代酸的物理性质 化合物 熔点/ m/mLg-1dm-1 溶解度/g pKa (+)-乳酸26+3.8 3.87(-)-乳酸 26-3.8 3.87 ()-乳酸180 3.87(+)-苹果酸 100 +2.3 3.40(pKa1)(-)-苹果酸100-2.3 3.40(pKa1) ()-苹果酸 128.5 0 144 3.40(pKa1) (+)-酒石酸 170 +15 168170 2.95(pKa1)(-)-酒石酸170 -15 168170 2.95(pKa1)meso-酒石酸 146148 0 140 3.11(pKa1

5、)()-酒石酸 2060 206 2.96(pKa1)柠檬酸153 133 3.15(pKa1)水杨酸 159 微溶冷水，溶于热水 2.98 没食子酸253 溶 10四、化学性质 羟基酸含有两种官能团，具有醇和酸两种性质，如可以成醚、成酯等。1、酸性：112. 羟基酸的氧化反应 醇酸分子中的羟基因受羧基-I效应的影响，比醇分子中的羟基易氧。如稀硝酸不能氧化醇分子中的羟基，但醇酸能被稀硝酸氧化成醛酸、酮酸或二元羧酸；Tollens试剂与醇不起反应，但它却能将-羟基酸氧化成-酮酸。123. -羟基酸的分解反应 -羟基酸与稀硫酸或盐酸共热，分解为少1个碳原子的醛（酮）和甲酸；与浓硫酸共热，分解为少1

6、个碳原子的醛（酮）、水和一氧化碳；若用稀高锰酸钾溶液加热处理，则分解为羧酸（酮），二氧化碳和水。这些反应是-醇酸特有的反应，可用于区别其他醇酸。 134. 醇酸的脱水反应 醇酸与脱水剂共热或直接加热脱水时，因羟基与羧基的相对位置不同，产物各异。-羟基酸145. 酚酸的脱羧反应 酚酸比苯甲酸容易脱羧。如在羟基苯甲酸脱羧的条件下，苯甲酸不发生脱按反应。 15第二节 羰基酸（Carbonyl acid）分子中含有羰基的羧酸叫羰基酸。一、羰基酸的分类与命名一、羰基酸的分类与命名1.分类根据羰基酸分子中羰基是否在链端可为醛酸和酮酸。H C CH2COOHOCH3C COOHO根据羰基酸分子羰基与羧基的相

7、对位置不同可分为-羰基酸、-羰基酸和-羰基酸。CH3C COOHOH3C C CH2COOHOOC CH2CH2COOHCH3-羰基酸-羰基酸-羰基酸醛酸酮酸162. 命名 羰基酸命名时，应注意羰基的位置，并用阿拉伯数字或希腊字母标出羰基的位置。某些重要的羰基酸也有用俗名表示。CH3C COOHO丙酮酸3-丁酮酸、 -丁酮酸、乙酰乙酸H3C C CH2COOHOOC CH2CH2COOHHOOCOC CH2COOHHOOC-丁酮二酸、草酰乙酸-戊酮二酸、2-戊酮二酸二、羰基酸的化学性质二、羰基酸的化学性质 羰基酸具有羰基和羧基，因此它具有醛（酮）和羧酸的性质，由于羰基和羧基共存，故其又有一些特

8、殊性质。1. 酸性17 因为羰基为吸电子基团，故羰基酸的酸性大于同碳羧酸；又由于羰基吸电子能力大于羟基，因此，其酸性大于相应的羟基酸；结构不同的羰基酸，其分子中羰基距羧基越近，酸性越强。即：羰基酸羟基酸羧酸CH3C COOHOCH3CH COOHOHCH2COOHCH3CH3C COOHOH3C C CH2COOHOOC CH2CH2COOHCH32. 脱羧反应 在稀酸或稀碱作用下，-羰基酸和-羰基酸可发生脱羧反应生成羰基化合物。CH3C COOHO稀硫酸CH3-CHO+CO218CH3C CH2COOHOH+CH3C CH3O+CO2H C CH2COOHOH+CH3-CHO+CO23. 羰

9、基上的加成反应加氢还原成羟基酸CH3C COOHOHOCH3CH COOHOH 羰基酸加氢还原生成羟基酸，而羟基酸氧化则生成羰基酸，即羟基酸和羰基酸可通过氧化剂或还原进行转化。与氨的加成 羰基酸的羰基可以与NH3发生加成，其加成产物经脱水、还原后得到氨基酸，利用这个反应可实现氨基酸的合成。例：19CH3C COOHONH3CH3CNH2HOCOOH-H2OCH3CNHCOOHHCH3CHNH2COOH四、四、-酮酸酯酮酸酯CH3CCH2COEtOOCH3CH2CCHCOEtOCH3O201、合成酯缩合H3CCOC2H5ONaOC2H5H2CCOC2H5OH3CCOC2H5OH2CCOC2H5O

10、H3CCOC2H5OOC2H5H2CCOC2H5OH3CCO212、互变异构现象与、互变异构现象与 -氢的活性氢的活性 互变异构是结构异构的一种，在前面炔烃中加水反应中己遇到过。CHCHCH3COH+ H2OCH2CHOH烯醇式结构不稳定，它可转变为另一种能够稳定存在的酮式。但是若存在使稀醇式能够稳定存在的因素，则稀醇式也能够稳定存在，例如乙酰乙酸乙酯中即有稀醇式存在。22CH3-C-CH2-C-OC2H5OONaH2Br2/CCl4FeCl3NaHSO3NH2OH硝基苯肼2,4-=黄白（ ）（ ）白（ ）有活性氢溴褪色（具双键）蓝紫色（具烯醇结构）23OC CH COCH3OCH2CH3HO

11、HC CH COCH3OCH2CH3烯醇式(7.5%)酮式(92.5%) 乙酰乙酸乙酯分子中，由于其亚甲基（-CH2-）上的氢原子受羰基和羧基二个吸电子基团的影响比较活泼，可转移到羰基的氧原子上，形成烯醇式。COCHHCOCH3OCH2CH3 乙酰乙酸乙酯的稀醇式能够稳定存在的另一个原因是烯醇式结构中羟基上的氢可以与羰基上氧形成氢键，从而形成了六员螯合环。一般来讲，只要分子中存在有OCCH2Y结构（Y为吸电子24团，均能发生互变异构。例：CH3C CH2C CH3OOCH3CCH C CH3OHOOCCH2NO2CH3OHCCH NO2CH3OHCCH CNCH3OCCH2CNCH3 在下列结

12、构中，也存在互变异构，这种互变异构在杂环化合物中广泛存在。HNCONCOH几种含活泼亚甲基化合物的互变异构体中烯醇式的含量见P177表10-2。 253、-酮酸酯的烃化和酰化酮酸酯的烃化和酰化OEtNaOEtOOOEtOOEOEtOOEOEtOOOEtO O-Na+Na+OEtOONa+-E E+ +O-烃化（酰化）烃化（酰化）C-烃化（酰化）烃化（酰化）进一步二烃化（酰化）进一步二烃化（酰化）OEtOOE ER+E=,(RX), RCO(RCCl)O+264、-酮酸酯的水解酮酸酯的水解(1). 成酮水成酮水解解OEtOOROEtOORR R条件：稀碱（冷）水解，酸化，条件：稀碱（冷）水解，酸

13、化，加热脱羧得酮加热脱羧得酮eg.OCH3CCH2COOEtH2 OKOHH3O+(1)(2)(3)CH3COCH327CH3C CH C OC2H5OORCH3C CH2ROCH3C CH C OC2H5OOCORCH3C CH2OCOR28(2). 成酸水解成酸水解OEtOORR ROEtOOR条件：浓碱中加热，条件：浓碱中加热，酸化得两分子酸酸化得两分子酸eg.OCH3CCHCOOEtH3OCH3NaOH+(1)(2)40%CH3COOHCH3CH2COOHC2H5OH+29第三节第三节 乙酰乙酸乙酯合成法和丙二酸酯合成法乙酰乙酸乙酯合成法和丙二酸酯合成法乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯的烃化，

14、水解和脱羧结合进行，可的烃化，水解和脱羧结合进行，可得到各种甲基酮得到各种甲基酮 CHCH3 3COCHCOCH2 2R R 和和 CHCH3 3COCHRR COCHRR ， 若成酸水解，则可得到若成酸水解，则可得到 RCHRCH2 2COOHCOOH其他其他-酮酸酯经烃化，水解和脱羧后，生成各种酮酸酯经烃化，水解和脱羧后，生成各种结构的酮结构的酮OORCH2COEtRCH2CCH2R克莱森缩合克莱森缩合酮酮式式分分解解ORRCH2CCHCOOEt一、乙酰乙酸乙酯合成法一、乙酰乙酸乙酯合成法30练习：练习：以乙酰乙酸乙酯为原料合成以乙酰乙酸乙酯为原料合成OCH3CH3CCHCH2CH3解：解

15、：CH3CCH2COOEtOC2H5ONa C2H5OHC2H5Br(1)(2)OCH3CCHCOOEtC2H5C2H5ONa C2H5OHCH3Br(1)(2)OCH3CCCOOEtCH3C2H5H3ONaOH+(1)(2)稀(3)T.M31CH3C CH2CH2OCH3C CH2OCOC CH3OCH2+ “三 乙 ”CH3C CHCH2CH=CH2OCH332二二. 丙二酸酯合成法丙二酸酯合成法（1）丙二酸酯的制法）丙二酸酯的制法ClCH2CO2HNCCH2CO2NaNaCNNaOHCO2C2H5CH2C2H5OHH2SO4CO2C2H5（2）合成上的应用：制备羧酸）合成上的应用：制备羧

16、酸 丙二酸酯也具有活性亚甲基，可引入烃基丙二酸酯也具有活性亚甲基，可引入烃基R或酰或酰基基RCO，然后再水解，然后再水解CH2(CO2Et)2EtONa EtOHRX(1)(2)CH(CO2Et)2RH3ORCH2COOH+33引入烃基引入烃基R，水解得，水解得RCH2COOH引入两烃基引入两烃基R，R，再水解、脱羧则得，再水解、脱羧则得RRCHCOOH用二卤代烷作烃化剂，再水解、脱羧，则可得到酯环用二卤代烷作烃化剂，再水解、脱羧，则可得到酯环族羧酸族羧酸用卤代酸作烃化剂，再水解、脱羧，则可得到二元羧用卤代酸作烃化剂，再水解、脱羧，则可得到二元羧酸酸34练习：练习：1. 以丙二酸二乙酯为原料，

17、合成以丙二酸二乙酯为原料，合成CH2COOHCH2COOH2.以丙二酸二乙酯为原料，合成以丙二酸二乙酯为原料，合成CH2CH2COOHCH2CH2COOH3.以丙二酸二乙酯为原料，合成以丙二酸二乙酯为原料，合成COOHCOOH分分析析CH2(CO2Et)2EtONa EtOHClCH2COOC2H5(1)(2)CH(CO2Et)2CH2COOC2H5H3ONaOH(1)(2)+T.M分分析析CH2(CO2Et)2EtONa EtOHBrCH2CH2Br2(1)(2)H3ONaOH(1)(2)+T.M35分析：分析：CH2(CO2Et)2EtONa EtOHBr(CH2)3Br2(1)(2)CH

18、(CO2Et)2CH(CO2Et)2(CH2)3EtONa EtOHCH2I2(1)(2)CO2EtCO2EtCO2EtCO2EtH3ONaOH(1)(2)+T.M36三、三、 应用乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯、环己酮和应用乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯、环己酮和不超过不超过4个碳的简单有机原料及必要的无机试剂合成个碳的简单有机原料及必要的无机试剂合成下列化合物。下列化合物。(1)(2)(3)(4)CCH3OHO2CCO2HCOOHHOHOCO2C2H5CO2C2H5371.分分析析CH3CCH2COC2H5OOBr(CH2)4Br+OCCH32.分分析析HO2CCO2HBrBrBrBrCH2(CO2Et)22OHOHHOHOCH3CHOHCHO+43.分分析析