暨大有机化学课件第十二章-取代羧酸

第十二章取代羧酸曾向潮生命科学技术学院化学系第十二章取代羧酸（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。

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：-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-COOHBrR-CH-COOHR-CH-COOHR-CH-COONaR-CH(COOH)2NaOHH2OH+NH3①

NaHCO3②

NaCNOHNH2CNH3O+第二节羟基酸一、羟基酸羟基酸分类、命名、制法

羟基酸是分子中同时具有羟基和羧基的化合物，是多官能团化合物。（1）分类

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。（2）命名把羟基作为取代基，或按其来源用俗名。例：（3）羟基酸的制法

1.卤代酸水解

2.羟基腈水解

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：

托伦（Tollen）试剂不能氧化醇，却能将α-羟基酸氧化成α-酮酸：（3）脱水反应

不同的羟基酸，失水反应的产物不同。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：当羟基与羧基相距更远时，发生分子间失水：（4）α-羟基酸的分解（降解）

1.与稀硫酸作用——生成甲酸和醛/酮

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：（5）水杨酸

水杨酸为无色晶体，熔点：159℃，微溶于水，与铁离子显红色，其酸性较强（PKa=2.96），可能是由于它的共轭碱能生成分子内氢键，其稳定性增加：水杨酸在加热时脱羧：溴化时，羧基被溴原子取代：水杨酸用于染料及药物合成中，其钠盐有抑菌和杀菌作用。

乙酰水杨酸乙酰水杨酸即阿司匹林，由水杨酸和乙酐在吡啶存在下加热得到。乙酰水杨酸可用作止痛剂和解热剂。

第三节羰基酸

碳链上有羰基的羧酸叫羰基酸，包括醛酸和酮酸（也是多官能团化合物）。

按羰基的位置可分为α-羰基酸、β-羰基酸和γ-羰基酸。一、α-羰基酸最简单的α-羰基酸是乙醛酸和丙酮酸。乙醛酸存于未成熟的水果中，果实成熟，糖份增加，乙醛酸消失。丙酮酸是动物体内代谢的中间产物，酒石酸经脱水，再脱羧也可得丙酮酸，所以丙酮酸又叫焦性酒石酸。丙酮酸也可以由相应腈水解得到：丙酮酸为无色液体，沸点为165℃，能与水混溶。

α-酮酸分子中的酮基与羧基直接相连，由于氧原子有较强的电负性，使得酮基与羧基碳原子间的电子云密度较低，因而碳-碳键容易断裂。α-酮酸被弱氧化剂（Tollen’s试剂）氧化，发生银镜反应（可用于定性鉴定）：与稀硫酸加热，发生脱羧反应（成醛反应）：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。一、乙酰乙酸乙酯的互变异构现象

93%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；

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。

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。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。

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：

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。常见的β-二羰基化合物碳负离子的反应有下列几种：

（1）碳负离子和卤代烷的反应，即羰基α-碳原子的烷基化。

（2）碳负离子和羰基化合物的反应，也常称为羰基化合物和β-二羰基化合物的缩合反应。当其与酰卤或酸酐作用时可得到酰基化产物。

（3）碳负离子与α,β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应或1,4-加成反应（Michael反应）。

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

二、亚甲基的活泼性

但在合成反应中，一般不使用酸式分解合成羧酸，原因是这样分解所得的产物中，常混有酮式分解的产物。

三、乙酰乙酸乙酯在合成上的应用

用卤代烃作试剂，可得甲基酮：

用酰卤作试剂可得β-二酮：

用卤代酸酯作试剂，可得酮酸：

一、制法

第六节丙二酸酯的性质及在有机合成上的应用二、性质

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：

亚甲基上的氢还可以进一步被取代：以卤代酸酯为原料，可合成二元羧酸：

以二卤代烷为原料，调配不同的反应物比例，可得不同的产物。

（1）丙二酸酯:二卤代烷=1:1（2）丙二酸酯:二卤代烷=2:1（3）合