第10章 取代酸(dfj100519,已打印) (1)

1、 第第10章章 取代酸（取代酸（2学时）学时）取代酸取代酸 羧酸分子中羧酸分子中R上的上的H原子被其它原子或原子被其它原子或基团取代的衍生物。基团取代的衍生物。 重要的取代酸有：重要的取代酸有：卤代酸、卤代酸、羟基酸羟基酸、羰基酸羰基酸、氨基酸等。氨基酸等。取代酸在取代酸在有机合成、有机合成、生物代谢生物代谢中扮演着重要的角色。中扮演着重要的角色。主要讨论羟基酸和羰基酸。主要讨论羟基酸和羰基酸。本章主要讲解本章主要讲解 醇酸失水反应；醇酸失水反应； 乙酰乙酸乙酯的制备，互变异构、酮式分解、酸乙酰乙酸乙酯的制备，互变异构、酮式分解、酸式分解；式分解； 乙酰乙酸乙酯与丙二酸二乙酯在合成中的应用。乙

2、酰乙酸乙酯与丙二酸二乙酯在合成中的应用。一、羟基酸一、羟基酸羧酸中羧酸中R上的上的H原子被原子被OH取取代的衍生物。代的衍生物。 生物体内有很多羟基酸。生物体内有很多羟基酸。 如：乳酸如：乳酸CH3CH(OH)COOH 杏仁酸杏仁酸C6H5CH(OH)COOH 它们大都有手性它们大都有手性C*，并有光活性。如肌肉中为，并有光活性。如肌肉中为L(+)-乳酸，乳酸，蔗糖发酵得到的为蔗糖发酵得到的为D-(-)-乳酸，葡萄汁发酵的乳酸，葡萄汁发酵的R-(+)-酒石酸。酒石酸。 羟基酸分为羟基酸分为醇酸和酚酸。醇酸和酚酸。 醇酸醇酸脂肪羧酸脂肪羧酸R R上的上的H H原子被原子被OHOH取代的衍生物。取

3、代的衍生物。 如：乳酸如：乳酸CH3CH(OH)COOH 杏仁酸杏仁酸C6H5CH(OH)COOH 酚酸酚酸芳香羧酸芳香羧酸芳香环芳香环上的上的H H原子被原子被OHOH取代的取代的衍生物叫酚酸。衍生物叫酚酸。（一）醇酸（一）醇酸1.命名命名 根据根据OH与与COOH的相对位置，分为：的相对位置，分为：，羟基酸。羟基酸。OH连在连在C链末端的称为链末端的称为-羟基酸羟基酸。命名时，命名时，OH作为取代基命名或按其来源用俗名。例：作为取代基命名或按其来源用俗名。例： CH3CHCOOHOH6-羟基己酸羟基己酸羟基己酸2-羟基丙酸羟基丙酸乳酸2-羟基苯甲酸邻羟基苯甲酸水杨酸OHCOOHOHOHHO

4、COOH3,4,5-三羟基苯甲酸没食子酸CH2CH2CH2CH2CH2COOHOH2.羟基酸的性质和反应羟基酸的性质和反应(甲甲) 酸性酸性 由于由于OH的吸电子诱导效应，羟基酸的吸电子诱导效应，羟基酸的酸性比相应的羧酸强。的酸性比相应的羧酸强。 卤代酸羟基酸羧酸卤代酸羟基酸羧酸 (乙乙) 脱水反应脱水反应 脱水的方式随脱水的方式随OH的位置而异。的位置而异。（分子间失水形成交酯；分子内失水形成内酯、不（分子间失水形成交酯；分子内失水形成内酯、不饱和酸饱和酸 ）-H2O+ H2OCHOOR-（有六元环）内酯R-CH-CH2CH2CH2-C-OHOO H羟基酸中性或酸性中性或酸性中性或酸性中性或

5、酸性由以上反应知，共轭体系、五元环、六元环稳定。由以上反应知，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许多内酯存在于自然界，有些是天然香精的主要成分。例如：成分。例如： OC6H13OOOC3H7OO十五内酯(黄蜀葵素)辛内酯癸内酯交酯、内酯都可以开环水解，并形成一个平衡关系。交酯、内酯都可以开环水解，并形成一个平衡关系。内酯内酯碱碱羧酸盐羧酸盐酸化酸化OH与与COOH相距更远时，发生分子间失水，形相距更远时，发生分子间失水，形成交酯：成交酯： HO(CH2) COOHnH O(CH2) CO OH + (m-1)H2Onmn 5开链聚酯 (丙丙) ，-羟基酸的

6、分解羟基酸的分解（略）（略） （降解（降解与稀硫酸作用生成甲酸及醛或酮）与稀硫酸作用生成甲酸及醛或酮）R-CH-COOHOHRCHO + HCOOH稀H2SO4TollensRCOO- + AgRCOOHOHRH+orOH-RRO+CH3COOH（丁）（丁） -羟基酸的氧化羟基酸的氧化 -羟基酸的OH易被氧化，比醇中的OH易氧化。 弱氧化剂硝酸银氨溶液(土伦试剂)即可将其氧化为羰基，得到-羰基酸。 而硝酸银氨溶液不能氧化醇。 O CH3-CH(OH)-COOH CH3-COCOOH（二）（二） 酚酸酚酸羟基在芳环上的羟基羧酸羟基在芳环上的羟基羧酸(了解了解) 大多为固体，具有芳香羧酸和酚的典型

7、的反应。 水杨酸、对羟基苯甲酸和五倍子酸是重要的酚酸。 (甲).水杨酸 即邻羟基苯甲酸 1.性质 无色晶体，熔点159, 微溶于水，与铁离子显红色，酸性较强，因为共轭碱能形成分子内氢键，稳定性增加。OHCOOH 2.反应OHCOOHHeatOH+CO2OHCOOHBr2OHBrBrBr+OHCOOH+(CH3CO)2OC5H5NOCOCH3COOHCO2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） (乙乙).对羟基苯甲酸（略）对羟基苯甲酸（略）OK1.CO22.H3O+OHCOOHOHCOOH+HNO3H2SO4OHO2NNO2NO2+CO2 (丙丙). 酸酸-3，4，5-三

8、羟基苯甲酸三羟基苯甲酸，即五倍子酸，也，即五倍子酸，也叫没食子酸。在医学上可用作止血剂等，做皮革的植叫没食子酸。在医学上可用作止血剂等，做皮革的植物鞣剂。遇铁盐生成黑色沉淀，在自然界以丹宁的形物鞣剂。遇铁盐生成黑色沉淀，在自然界以丹宁的形式存在。式存在。 加热时容易脱羧：COOHHOOHOHHeatHOOHOH+CO2 二、二、 羰基酸（醛酸、酮酸）羰基酸（醛酸、酮酸） C链上有链上有C=O的羧酸的羧酸 命名命名：醛作取代基时，用：醛作取代基时，用“氧代氧代”或或“甲酰基甲酰基”表表示，示， 酮作取代基时，用酮作取代基时，用“氧代氧代”表示。表示。 例：例： HCOCH2 COOH 丙醛酸（丙

9、醛酸（3氧代丙酸）或甲酰乙酸氧代丙酸）或甲酰乙酸 CH3 COCH2COOH 3-丁酮酸（或乙酰乙酸丁酮酸（或乙酰乙酸3氧代丁酸）氧代丁酸）(一一)a-羰基酸羰基酸（以乙醛酸和丙酮酸为例）（略）（以乙醛酸和丙酮酸为例）（略）HOOC-COOHMg H2SO4OHCCOOHCl2CHCOOHH2OOHCCOOH乙醛酸乙醛酸：HOOC-CHO 最简单的醛酸，最简单的醛酸， 存在于未成熟的水果嫩叶中。存在于未成熟的水果嫩叶中。 由草酸还原或二氯乙酸水解得到。由草酸还原或二氯乙酸水解得到。 乙醛酸乙醛酸具有醛和羧酸的典型反应性能。具有醛和羧酸的典型反应性能。 能形成稳定的水合物，这是由于能形成稳定的水

10、合物，这是由于-COOH的吸电子诱的吸电子诱导效应，导效应，C=O能和能和1分子水生成结晶水合乙醛酸。分子水生成结晶水合乙醛酸。 HOOC-CHO + H2O HOOC-CH(OH) 2乙醛酸还能进行乙醛酸还能进行Cannizzaro反应。反应。即在浓碱中，即在浓碱中，无无H的醛的醛发生岐化反应。发生岐化反应。 COOHCHONaOHCOONaCH2OHCOONaCOONa2丙酮酸：丙酮酸：是最简单的是最简单的a-酮酸，酮酸， 可由乳酸氧化或有相应的腈水解得到，可由乳酸氧化或有相应的腈水解得到， 它是有机体内糖代谢过程的中间产物。它是有机体内糖代谢过程的中间产物。 CH3CHCOOHOHOCH

11、3COCOOH丙酮酸的合成丙酮酸的合成 丙酮酸具有一般羧酸和酮的典丙酮酸具有一般羧酸和酮的典型性质，还具有型性质，还具有a-酮酸特有的性质。酮酸特有的性质。电子密度较低，电子密度较低，易断易断被土伦试剂氧化被土伦试剂氧化被硝酸氧化被硝酸氧化与稀硫酸加热脱酸与稀硫酸加热脱酸与浓硫酸加热脱羰与浓硫酸加热脱羰CH3CClONaCNCH3CCNOH3O+CH3CCOOHCH3CCOOHOOA g(N H3)2+CH3COOH+CO2CH3CCOOHOHNO3HOOC-COOH+CO2CH3CCOOHOH2SO4H2OH eatCH3CHO+CO2CH3CCOOHOH2SO4H eatCH3COOH+C

12、O2以下是以下是a-酮酸的特性反应：酮酸的特性反应：(二二) 酮酸酮酸H3CCOOOHOOH3COHCH3COHCH2+CO2CH3CCH3OCO2+ R-CO-CH2-COOH R-CO-CH3 + CO2 烯醇烯醇共性：共性：是是不稳定不稳定的化合物，的化合物，只在低温下稳定，只在低温下稳定，在室温以上容易脱羧转变为在室温以上容易脱羧转变为甲基酮，甲基酮， 酮酸酯是稳定的酮酸酯是稳定的。典型代表典型代表 乙酰乙酸乙酰乙酸乙酰乙酸乙酰乙酸脱羧脱羧 乙酰乙酸是机体内脂肪代谢的之间产物。它乙酰乙酸是机体内脂肪代谢的之间产物。它的酯是稳定的，是重要的有机合成原料，一般的酯是稳定的，是重要的有机合成

13、原料，一般常用的是乙酰乙酸乙酯。常用的是乙酰乙酸乙酯。 有的有的多环多环 酮酸酮酸加热时不脱羧，可能是由于加热时不脱羧，可能是由于脱羧生成的烯醇含有张力很大的桥头双键，不脱羧生成的烯醇含有张力很大的桥头双键，不容易生成。容易生成。 (三三). -酮酸酮酸（略）（略） 4-戊酮酸是最简单的-酮酸，加热容易脱水：OOHOOOHOheatO+OOa-当归内酯 当归内酯当归内酯 O 异构化 失水 酮酸的酸性：分子中羰基的诱导效应使酮酸酸性增强，羰基的影响随其与羧基之间距离的增加而减小。OHOOOHOOOOHOOOHO2.493.514.634.66PKa（四）（四）-酮酸酯酮酸酯活性亚甲基活性亚甲基

14、RCCH2COR1OO 易断裂易断裂电子云密度较低电子云密度较低反应活性很高反应活性很高较强的酸性较强的酸性1.-酮酸酯的合成酮酸酯的合成Claisen酯缩合（可逆）酯缩合（可逆）乙酰乙酸乙酯的合成乙酰乙酸乙酯的合成CH3COC2H5O+C2H5OHCH3COCH2COC2H5OC2H5OH+2含有含有a-H的酯的酯-酮酸酯酮酸酯负碳离子负碳离子醇钠醇钠与另一分子酯与另一分子酯C=O亲亲核加成并消除核加成并消除RO-，缩合去一分子醇缩合去一分子醇有愉快的香味有愉快的香味2、乙酰乙酸乙酯的酮乙酰乙酸乙酯的酮-烯醇互变异构：烯醇互变异构：CH3-C-CH2COOC2H5OCH3-C=CHCOOC2

15、H5OH酮式(92.5%)烯醇式(7.5%)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；经水解、酸化后，可以脱羧生成丙酮。能被还原为 -羟基酸酯；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。互变异构互变异构乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯不是一种单一物质，不是一种单一物质，是平衡混合物。是平衡混合物。室温下，彼此互变速率极快，不能将二者分离。室温下，彼此互变速率极快，不能将二者分离。实验发现实验发现: :有有C=OC=O、 OHOH、 C=CC=C的性质的性质表明是由酮式和烯醇式表明是由酮式和烯醇式两种互变异构体组成

16、的。两种互变异构体组成的。乙酰乙酸乙酯的反应取向：乙酰乙酸乙酯的反应取向：CH3COCH2COC2H5OCH3COHCHCOC2H5O在足够量试剂的作用下，最后全部转化为所需要在足够量试剂的作用下，最后全部转化为所需要的异构体的衍生物。的异构体的衍生物。如加入足够量的溴水或金属如加入足够量的溴水或金属NaNa，则以烯醇式异构，则以烯醇式异构体发生反应，则最后得到的都是烯醇式异构体的衍体发生反应，则最后得到的都是烯醇式异构体的衍生物。生物。遇到与遇到与C=O反应的试剂反应的试剂遇到与遇到与OH或或C=C反应的试剂反应的试剂形成互变异构体的原因？形成互变异构体的原因？ COHOCCHCH3OC2H

17、5六元环CH3-C CH-C-OC2H5OHO共轭体系 活性亚甲基上的活性亚甲基上的H具有较强的酸性，故形成一具有较强的酸性，故形成一定数量的烯醇式。定数量的烯醇式。烯醇式结构能形成分子内烯醇式结构能形成分子内H键及共轭体系，具有键及共轭体系，具有一定的稳定性。一定的稳定性。（但丙酮中的烯醇式含量仅有（但丙酮中的烯醇式含量仅有0.00025）分子内分子内H键键3、乙酰乙酸乙酯的分解乙酰乙酸乙酯的分解 -酮酸酯的典型反应酮酸酯的典型反应 活性活性亚甲基亚甲基在不同的反应条件下，可以发生两种在不同的反应条件下，可以发生两种不同类型的分解反应：不同类型的分解反应： 成酮分解成酮分解 成酸分解成酸分解

18、 (甲甲)成成酮分解酮分解在稀酸作用下，或先用稀碱在稀酸作用下，或先用稀碱处理，然后再酸化。处理，然后再酸化。CH3C-CH2-COC2H5OO5% NaOHCH3C-CH2-C-OHOOH+CH3C-CH2-C-ONaOOCH3C-CH2-HO-CO2 稀酸，水解稀酸，水解水解水解 -羰基乙酸羰基乙酸不稳定不稳定 -羰基羧酸盐羰基羧酸盐 酮酮 用用85%磷酸代替稀碱，产率很好磷酸代替稀碱，产率很好(乙乙)成成酸分解酸分解在浓碱在浓碱（40NaOH, 或或 NaOH / EtOH）作用下，克莱森酯缩合的逆反应（水解）。作用下，克莱森酯缩合的逆反应（水解）。CH3C-CH2-COC2H5OO40

19、% NaOHNaO HCH3C-ONaO+ C2H5OH22CH3COOHH所有的所有的-酮酸酯都可以发生两种不同类型的分解酮酸酯都可以发生两种不同类型的分解反应。反应。a-、C键断裂键断裂生成两分子酸的盐，生成两分子酸的盐，酸化得到相应的酸。酸化得到相应的酸。4、乙酰乙酸乙酯在合成中的应用、乙酰乙酸乙酯在合成中的应用乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯酮式分解酮式分解甲基酮、甲基酮、二元酮、二元酮、 -酮酸等酮酸等 乙酰乙酸乙酯的乙酰乙酸乙酯的a-H非常活泼，并且可进行非常活泼，并且可进行酮式分解。酮式分解。 强碱夺取强碱夺取-H ,生成负碳离子生成负碳离子 亲核取代，亲核取代， -C导入烃基导入烃基乙

20、酰乙酸乙酯的钠盐CH3C-CH2-COC2H5OO活泼氢NaOC2H5RXCH3C-CH-COC2H5OO-Na+RCH3C-CH-COC2H5OO一烃基乙酰乙酸乙酯(甲甲) 制甲基酮：制甲基酮：在乙酰乙酸乙酯钠盐的在乙酰乙酸乙酯钠盐的-C上导入上导入R ，再酮式分解。再酮式分解。CH3C-CH2-RO5% NaOH成酮分解40% NaOH成酸分解+ CO2 + C2H5OH+ CH3COONa + C2H5OHR-CH2COONa 副产物（酮式）多，产率低，不常用副产物少，产率高，常用 RCH3C-CH-C-O-C2H5OO成酮成酸成酸同法可得到同法可得到-烷基二取代烷基二取代甲基酮。甲基酮

21、。甲基酮甲基酮CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaCH3COCHCOOC2H5RXCH3COCHCOOC2H5RC2H5ONaCH3COCCOOC2H5RRXCH3COCCOOC2H5RR稀NaOH酮式分解浓 NaOH酸式分解CH3COCHRRCH3COOH+RCHCOOHR乙酰乙酸乙酯的应用(乙乙) 选用合适的卤代物：可选用合适的卤代物：可在乙酰乙酸乙酯钠盐的在乙酰乙酸乙酯钠盐的-C上导入不同的上导入不同的 基团，再经酮式分解得到基团，再经酮式分解得到酮酸、酮酸、二酮化合物二酮化合物（略）。（略）。卤代酸酯卤代酸酯卤代酮卤代酮酰卤酰卤乙酰乙酸乙酰乙酸乙酯钠盐乙酯钠盐酮式分解酮式分解-

22、C上可导入上可导入CH(R)COOR等等CH2COR等等COR+酮酸酮酸二酮二酮-二酮二酮稀碱稀碱 选用卤代酸酯作原料：选用卤代酸酯作原料： 在乙酰乙酸乙酯钠盐的在乙酰乙酸乙酯钠盐的-C上可导入上可导入CH2COOR，CH(R)COOR等等 基团，再经酮式分解得到基团，再经酮式分解得到酮酸。酮酸。CH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2COEtOCH3C-CH-COOEtOCH2CH2COOC2H5OH-H+H2O- CO2 若选用若选用-卤代酸酯作原料卤代酸酯作原料，得到的是，得到的是-酮酸。酮酸。或或-卤代酸酯卤代酸酯-CH(R)COOR-酮酸

23、酮酸选用卤代酮作原料：选用卤代酮作原料： 在乙酰乙酸乙酯钠盐的-C上可导入CH2COR，CH2CH2COR 等 基团，再经酮式分解得到二酮。CH3CCH2CH2CH2CCH3 + CH3COOHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2CCH3OCH3C-CH-COOEtOCH2CH2CCH3OH-H+H2O- CO2O若选用若选用-卤代酮，可得到卤代酮，可得到-二酮。若选用酰卤作原料：若选用酰卤作原料： 在-C上可导入COR 基团，得到-二酮 。 应为乙醇应为乙醇或或(RCOCl)(-COR)-二酮二酮乙酰乙酸乙酯的应用举例：乙酰乙酸乙酯的应用举例：CH3CCH2CCOOC2H5

24、OOCH3COCH2CH2COCH3(1) C2H5ONa(2) CH2CHCH2BrCH3COCHCOCOOC2H5CH2CHCH2稀NaOHCH3COCH2CH2CHCH2H+/H2OCH3COCH2CH2CHCH3OHKMnO4/H+-二酮二酮CH3COCH2COOC2H5CH3CH2CH2CH2COOH(1) C2H5ONa(2) CH3CH2CH2BrCH3COCHCOOC2H5CH2CH2CH3浓NaOH乙酰乙酸乙酯的应用举例：乙酰乙酸乙酯的应用举例： 4. 丙二酸二乙酯在合成中的应用： 丙二酸酯不属于羰基酸酯，但它与乙酰乙酸乙酯的反应性能很相似。丙二酸酯的亚甲基a-H很活泼，在强碱作用下，产生负碳离子，然后与各种卤代物作用，导入不同的基团，再经水解脱羧，合成各种羧酸、取代羧酸。CH2C-OC2H5C-OC2H5OOCHC-OC2H5C-OC2H5OONa+-NaOC2H5RXR-CHC-OC2H5C-OC2H5OOR-CHC-OHC-OHOOH2O/H+R-CH-COOHH150-200 C。-CO2一烃基取代乙酸 一烃基取代乙酸可进一步