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1、 第十一章第十一章 取代酸取代酸 取代酸：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。重要的取代酸有：卤代酸、羟基酸、羰基酸、氨基酸等。取代酸在有机合成和生物代谢中扮演着重要的角色。主要讨论羟基酸和羰基酸。一、羟基酸一、羟基酸 羟基酸包括醇酸和酚酸。羧酸分子中饱和碳原子上有羟基的称为醇酸，一般习惯称之为羟基酸。酚酸羟基在芳环上的羟基羧酸。（一）醇酸（一）醇酸 羧酸分子中饱和碳原子上有羟基的称为醇酸，常根据他们的来源命名。1.命名命名 根据羟基与羧基的相对位置不同，可将羟基酸分根据羟基与羧基的相对位置不同，可将羟基酸分为：为：-，-，-，-，羟基酸。将羟基连在羟基酸。将羟基连在碳链末端
2、碳链末端的称为的称为-羟基酸羟基酸。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OHCOOHOHOHHOCOOH3,4,5-三羟基苯甲酸没食子酸CH2CH2CH2CH2CH2COOHOH 2.羟基酸的性质和反应(甲甲)酸性酸性 由于羟基的吸电子诱导效应，羟基酸的酸性比相由于羟基的吸电子诱导效应，羟基酸的酸性比相应的羧酸强。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 脱水的方式随羟基的位置而异。-H2O+H2OCHOOR-（有六元环）内酯R-CH-CH2CH2CH2-C-OHOO H羟基酸 由以上反应知，共轭
3、体系、五元环、六元环稳定。许多内由以上反应知，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成分。例如：酯存在于自然界，有些是天然香精的主要成分。例如：OC6H13OOOC3H7OO十五内酯(黄蜀葵素)辛内酯癸内酯羟基与羧基相距更远时，发生分子间失水：羟基与羧基相距更远时，发生分子间失水：HO(CH2)COOHnH O(CH2)CO OH+(m-1)H2Onmn 5开链聚酯(丙丙)，-羟基酸的分解羟基酸的分解（降解）（降解）R-CH-COOHOHRCHO+HCOOH稀H2SO4TollensRCOO-+AgRCOOHOHRH+orOH-RRO+CH3COOH（丁）（丁
4、）-羟基酸的氧化羟基酸的氧化-羟基酸的羟基酸的OH易被氧化易被氧化，比醇中的比醇中的OH易氧化。易氧化。弱氧化剂弱氧化剂硝酸银氨溶液硝酸银氨溶液(土伦试剂土伦试剂)即可将其氧化为羰即可将其氧化为羰基，得到基，得到-羰基酸羰基酸。而而硝酸银氨溶液不能氧化醇硝酸银氨溶液不能氧化醇。OO CHCH3 3-CH(OH)-COOH CH-CH(OH)-COOH CH3 3-COCOOH-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 大多为固体，具有芳香羧酸和酚的典型的反应。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
5、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。2.反应OHCOOHHeatOH+CO2OHCOOHBr2OHBrBrBr+OHCOOH+(CH3CO)2OC5H5NOCOCH3COOHCO2乙酰水杨酸（阿斯匹灵）(乙乙).对羟基苯甲酸对羟基苯甲酸OK1.CO22.H3O+OHCOOHOHCOOH+HNO3H2SO4OHO2NNO2NO2+CO2(丙丙).酸酸-3，4，5-三羟基苯甲酸三羟基苯甲酸，即五倍子酸，也叫，即五倍子酸，也叫没食子酸。在医学上可用作止血剂等，在自然界以丹宁的没食子酸。在医学上可用作止血剂等，在自然界以丹宁的形式存在。形式存在。加热时容
6、易脱羧：COOHHOOHOHHeatHOOHOH+CO2 二、二、羰基酸羰基酸 羰基酸分为醛酸、酮酸。醛酸：羰基连在碳链一端。酮酸：羰基连在碳链中间。(一一).a-羰基酸羰基酸（以乙醛酸和丙酮酸为例）（了解）（以乙醛酸和丙酮酸为例）（了解）乙醛酸由草酸还原或二氯乙酸水解得到：HOOC-COOHMg H2SO4OHCCOOHCl2CHCOOHH2OOHCCOOH乙醛酸能形成稳定的水合物 (HO)2CHCOOH丙酮酸由相应的腈水解得到，能还原土伦试剂，用硝酸氧化则生成草酸，与稀丙酮酸由相应的腈水解得到，能还原土伦试剂，用硝酸氧化则生成草酸，与稀硫酸加热脱酸生成乙醛，与浓硫酸加热则生成乙酸，这是硫酸
7、加热脱酸生成乙醛，与浓硫酸加热则生成乙酸，这是a-酮酸的特性反应酮酸的特性反应.CH3CClONaCNCH3CCNOH3O+CH3CCOOHCH3CCOOHOOA g(N H3)2+CH3COOH+CO2CH3CCOOHOHNO3HOOC-COOH+CO2CH3CCOOHOH2SO4H2OH eatCH3CHO+CO2CH3CCOOHOH2SO4H eatCH3COOH+CO2(二二)酮酸酮酸（了解）（了解）酮酸是不稳定的化合物，只有在低温下稳定，在室温以上容易脱羧转变为丙酮，但 酮酸酯是稳定的。这是 酮酸的共性。乙酰乙酸是的 酮酸典型代表，它是机体内脂肪代谢的之间产物。它的酯是稳定的化合物，
8、是非常重要的有机合成原料，一般常用的是乙酰乙酸乙酯。H3CCOOOHOOH3COHCH3COHCH2+CO2CH3CCH3OCO2+有的多环 酮酸加热时不脱羧，可能是由于脱羧生成的烯醇含有张力很大的桥头双键，不容易生成。(三三).-酮酸酮酸（了解）（了解）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 酮酸分子中羰基的诱导效应使酸性增强，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-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
9、高的反应活性，称为活性亚甲基。1.-酮酸酯的制备（了解）酮酸酯的制备（了解）(1).Claisen酯缩合（可逆）含有a-H的酯，a-H比较活泼，在醇钠作用下，能与另一分子酯缩合去一分子醇，生成-酮酸酯。酮酸酯。乙酰乙酸乙酯的合成：CH3COC2H5O+C2H5OHCH3COCH2COC2H5OC2H5OH+2反应机理：+H2OCH3COC2H5OC2H5OCH2COC2H5OCH2=COC2H5O+C2H5OHCH3COC2H5OCH3COCH2COC2H5OOC2H5CH3COCH2COC2H5OC2H5O+*pKa=11CH3COCHCOC2H5OC2H5OH+H(1)(2)(3)(4)缩
10、合产物 含有一个a-氢的酯的缩合+(CH3)2CHCOC2H5O+HCC2H5OH+2LiN(CH(CH3)2)2CH3COC2H5OCH3(CH3)2CHCOHN(CH(CH3)2)2+(LDA)用其它强碱也可催化该反应，如Ph3CLi,NaNH2等 交叉Claisen酯缩合：其中的一个酯无a-氢，根据反应物活性选用不同的碱 CO2C2H5+CH3CH2COC2H5ONaHTHFH3O+CHCOC2H5OCCH3O反应活性低CH3CH2COC2H5O+H3O+C2H5ONaC2H5OHCOC2H5OC2H5OCOCOC2H5OCOCHCOC2H5OCH3反应活性高C2H5OCOCHCOC2H
11、5OCH3CO其它酯如：甲酸酯、碳酸酯等 都可以发生类似的反应(2).Dickmann关环：合成5、6员环结构(CH2)5C2H5OCOCOC2H5OC2H5ONaH3O+OCO2C2H5(3).酮与酯的缩合CH3CCH3C2H5ONa+CH3COC2H5CH3CCH2CCH3OOOO约40%YieldPhCCH3C2H5ONa+PhCOC2H5PhCCH2CPhOOOO60-70%Yield 2.-酮酸酯的烃化和酰化（了解）酮酸酯的烃化和酰化（了解）（1）烷基化 OCO2CH3C2H5ONaClCH2CO2CH3+OCO2CH3CH2CO2CH3OHH2OHOCH2CO2H（2）酰基化CAX
12、 CRO+CACROXCACROX:卤素，烷氧基，羧基等3、乙酰乙酸乙酯的乙酰乙酸乙酯的 酮酮-烯醇互变异构：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。CH3-C-CH2COOC2H5OCH3-C=CHCOOC2H5OH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。为什么乙酰乙酸乙酯是由酮式和烯醇式两种互变异构体
13、组成的为什么乙酰乙酸乙酯是由酮式和烯醇式两种互变异构体组成的？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。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。COHOCCHCH3OC2H5CH3-C CH-C-OC2H5OHO4.乙酰乙酸乙酯的分解的分解-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使碳原子上的电子云密度较低，亚甲基与相邻的两个碳原子之间的键容易断裂，有很高的反应活性，称为活性亚甲基。在不同的反应条件下，所有的-酮酸酯都可以发生两种不同类型的分解反应：酮式分解、酸式分解。以乙酰乙酸乙酯为例:(甲甲)酮式分解在稀酸作用下(或先用稀碱处理，然
14、后再酸化)，乙酰乙酸乙酯分解为丙酮、乙醇，并放出CO2。CH3C-CH2-COC2H5OO5%NaOHCH3C-CH2-C-OHOOH+CH3C-CH2-C-ONaOOCH3C-CH2-HO-CO2(乙乙)酸式分解在浓碱作用下，乙酰乙酸乙酯在a-与 碳原子间发生键的断裂，生成两分子酸的盐，经酸化得到相应的酸。CH3C-CH2-COC2H5OO40%NaOHNaO HCH3C-ONaO+C2H5OH2 所有的-酮酸酯都可以进行乙酰乙酸乙酯相同的反应。由于乙酰乙酸乙酯的a-氢非常活泼，并且可以进行酮式分解，所以通过乙酰乙酸乙酯可以合成甲基酮、二元酮、-酮酸等化合物。5、乙酰乙酸乙酯在合成中的应用
15、强碱夺取-H,生成负碳离子 亲核取代，-C导入烃基乙酰乙酸乙酯的钠盐CH3C-CH2-COC2H5OO活泼氢NaOC2H5RXCH3C-CH-COC2H5OO-Na+RCH3C-CH-COC2H5OO一烃基乙酰乙酸乙酯-烷基取代的乙酰乙酸乙酯，通过酮式分解得到甲基酮：(甲甲)制甲基酮制甲基酮 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-取代的乙酰乙酸乙酯，还有一个-H,同法可得到-烷基取代甲基
16、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)选用合适的原料制备酮酸、二酮化合物选用合适的原料制备酮酸、二酮化合物 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-C上可导入CH2COOR，CH(R)COOR等 基团，再经酮式分解得到酮酸。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-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-ClCH2CH2CCH3OCH3
