013第十三章取代酸和beta二羰基化合物

第十三章取代酸和β-二羰基化合物13.1羟基酸

一、醇酸的命名和物理性质

二、醇酸的制法

三、醇酸的反应13.2羰基酸

一、羰基酸的性质

*二、重要的羰基酸13.3β-酮酸酯一、克莱森(Claisen)缩合二、β-酮酸酯与烯醇酯的互变异构

三、β-酮酸酯的水解13.4β-二羰基化合物的反应一、活性亚甲基的烃化和酰化

二、迈克尔(Michael)加成三、诺文格尔(Knoevenagel)缩合反应羧酸分子中烃基上的氢原子被其它原子或基团取代的衍生物叫做取代酸(substitutedacid)。

按照取代基团的不同，取代酸可分为卤代酸、羟基酸、羰基酸等。第十三章取代酸和β-二羰基化合物13.1羟基酸脂肪族羧酸分子中烃基上的氢原子被羟基取代后的产物叫做醇酸，芳香族羧酸芳环上的氢原子被羟基取代后的产物叫做酚酸。它们都属于羟基酸(hydroxyacid)。

一、醇酸的命名和物理性质醇酸(alcoholicacid)的系统命名是以羧酸为母体，羟基作为取代基来命名。也常根据其来源使用俗名：2-羟基丙酸2-hydroxypropanoicacid

(乳酸lacticacid)

2-羟基丁二酸2-hydroxybutanedioicacid(苹果酸malicacid)2,3-二羟基丁二酸2,3-dihydroxybutanedioicacid

(酒石酸tartaricacid)2-羟基丙烷-1,2,3-三甲酸2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylicacid(柠檬酸citricacid)醇酸多为结晶或糖浆状液体，其熔点、沸点及在水中的溶解度均比相应的羧酸高。很多醇酸具有旋光活性。

二、醇酸的制法1、卤代酸水解2、氰醇水解α-卤代酸或其它一些卤代酸水解都能制得相应的醇酸：

β-卤代酸在水解条件下容易发生消去反应，因此β-羟基酸通过其它方法制备。氰醇可由醛(酮)与氢氰酸加成而得，因此氰醇水解提供了由醛酮合成醇酸的合成方法。3、列弗尔马茨基(Reformatsky)反应例如：醛或酮与α-卤代酸酯的混合物在惰性溶剂中与锌粉反应，产物水解后得到β-羟基酸酯：

三、醇酸的反应醇酸具有醇羟基和羧基的典型反应：羟基可以发生酯化、成醚等反应，羧基可以成盐和转变成酰卤、酯、酰胺等衍生物。羟基和羧基的相互影响，醇酸还具有一些特殊性质，这种特殊性质因羟基与羧基的相对位置不同也有差异。1、氧化反应乳酸(lacticacid)丙酮酸(pyruvicacid)

β-羟基丁酸(β-hydroxybutyricacid)3-氧亚基丁酸(3-oxobutanoicacid)乙酰乙酸(acetoaceticacid)2、脱水反应醇酸受热或用脱水剂处理时，α-羟基酸分子间发生交叉脱水生成六元环的交酯(lactide)：

β-羟基酸受热时，容易失水而成α,β-不饱和酸：

γ-或δ-羟基酸发生分子内的酯化生成内酯(lactone)：丁-4-内酯(butano-4-lactone)γ-丁内酯(γ-butyrolactone)戊-5-内酯(pentano-5-lactone)δ-戊内酯(δ-valerolactone)

15-羟基十五烷酸(0.007mol/L)(15-hydroxypentadecanoicacid)

高度稀释的溶液中，高级醇酸也能在分子内脱水(酯化)生成大环内酯：亮菌甲素armillarisinA(治疗胆囊炎)穿心莲内酯andrographolide(抗菌消炎)3、聚合羟基羧基相距五个碳原子以上时，用质子酸或路易斯酸催化并在反应中不断除去水，分子间脱水生成聚酯：丙交酯(lactide)聚己内酯polycaprolactone(PCL)聚丙交酯(聚乳酸)Polylacticacid(PCA)4、分解反应

α-羟基酸与浓硫酸一起加热可分解为醛或酮，一氧化碳和水，若与稀硫酸共热，则分解为醛或酮及甲酸：13.2羰基酸碳链上含有羰基的羧酸称作羰基酸，羰基酸包括醛酸和酮酸(ketoacid)。其中以α和β-酮酸较为重要。羰基酸的命名：以羧酸为母体，编号从距离羰基最近的羧基开始，用阿拉伯数字或希腊字母表示羰基的位置。羰基酸常用俗名。2-氧亚基丙酸2-oxopropanoicacid(丙酮酸pyruvicacid)3-氧亚基丁酸2-oxobutanoicacid2-甲基-4-氧亚基戊酸2-methyl-4-oxopentanoicacid一、羰基酸的性质羰基酸分子中羰基的吸电子诱导效应使酸性增强，这种影响随羰基与羧基之间距离的增加而减小：pKa2.493.514.635.66脱羧反应：机理：β-酮酸α-酮酸分子内氢键环状过渡态二、重要的羰基酸1、丙酮酸(CH3COCOOH)无色刺激性的液体，沸点165℃(分解)，能溶于水。丙酮酸是人体内糖、脂肪、蛋白质代谢过程中的中间产物，在酶催化下能转化成α-氨基酸或柠檬酸等。2、α-氧亚基戊二酸(HOOCCOCH2CH2COOH)熔点为109～110℃，能溶于水、乙醇。它是动物体内柠檬酸的降解产物。α-氧亚基戊二酸α-oxopentanedioicacidα-丙氨酸α-aminopropanoicacid谷丙氨酸glutamicacid丙酮酸pyruvicacid3、3-氧亚基丁酸(CH3COCH2COOH)丙酮酸

2,4-二硝基苯肼丙酮酸腙测定血清中谷丙转氨酶的活性，就是根据上述反应产生的丙酮酸与2,4-二硝基苯肼作用后的红棕色腙的比色分析确定的。乙酰乙酸(acetoaceticacid)丙酮

3-羟基丁酸13.3β-酮酸酯一、克莱森缩合(Claisencondensation)

β-酮酸酯分子中羰基和酯基之间的甲叉基(俗名亚甲基)，受两个吸电子基团的影响有较高的反应活性，因而称为活性亚甲基(activemethylene)。可以起烃化和酰化反应。乙酸乙酯(ethylacetate)乙酰乙酸乙酯(ethylacetoacetate)，即β-丁酮酸乙酯(3-氧亚基丁酸乙酯ethyl3-oxobutanoate)，具有清香气味的无色透明液体，沸点181℃，微溶于水，易溶于乙醚，丙酮等有机溶剂。乙酰乙酸乙酯(ethylacetoacetate)α-H丙酸乙酯(ethylpropanoate)2-甲基-3-氧亚基戊酸乙酯(ethyl2-methyl-3-oxopentanoate)具有α-H的羧酸酯也可以起克莱森酯缩合：一种酯具有α-H，另一种酯没有α-H，它们的等摩尔混合物也可以起交叉克莱森缩合：甲酸乙酯(ethylformate)乙酸乙酯(ethylacetate)3-氧亚基丙酸乙酯(ethyl3-oxopropanoate)酯和具有α-Η的醛酮也可以起克莱森缩合：机理：乙酰乙酸乙酯四面体中间体碳负离子(carbanion)烯醇盐(enolate)pKa≈24.5乙酰乙酸乙酯的活性亚甲基有较强的酸性(pKa＝10.7)，乙醇钠能使之完全成为烯醇盐，使下面的平衡偏向右边：反应后用乙酸酸化，即得到乙酰乙酸乙酯：烯醇盐乙酰乙酸乙酯二、β-酮酸酯与烯醇酯的互变异构乙酰乙酸乙酯具有甲基酮的典型反应，能与羟胺和苯肼分别生成肟和苯腙，与氢氰酸、亚硫酸氢钠起亲核加成反应，同时也能发生碘仿反应；同时又具有典型的烯醇的性质，能与金属钠作用放出氢气，使溴的四氯化碳溶液褪色，使三氯化铁溶液显色：室温：92.5%7.5%

烯醇式，共轭体系

分子内氢键，六元螯环

互变异构现象三、β-酮酸酯的水解成酮水解成酸水解成酮水解：成酸水解：13.4β-二羰基化合物的反应一、活性亚甲基的烃化和酰化1、乙酰乙酸乙酯合成法(1)合成甲基酮(2)合成γ-二酮(3)合成γ-酮酸(4)合成β-二酮其他β-酮酸脂可发生类似反应2、丙二酸酯合成法(1)合成一元酸氯乙酸chloroaceticacid氰乙酸cyanoaceticacid丙二酸二乙酯diethylmalonatepKa13.3(2)合成二元酸二、迈克尔(Michael)加成反应碳负离子(烯醇盐)，如乙酰乙酸乙酯，丙二酸二乙酯等与α,β-不饱和羰基化合物的加成反应，得到1,5-二羰基化合物：丁-3-烯-2-酮but-3-en-2-one丙二酸二乙酯diethylmalonate2-(3-氧亚基丁基)丙二酸二乙酯diethyl2-(3-oxobutyl)malonate5-氧亚基己酸5-oxohexanoicacid环己-2-烯酮cyclohex-2-enone3-氧亚基-2-(3-氧亚基环己基)丁酸乙酯ethyl3-oxo-2-(3-oxocyclohexyl)butanoate3-(2-氧亚基丙基)环己酮3-(2-oxocyclopropyl)cyclohexanone己-1,3-二酮cyclohe