第10章 取代酸(dfj100519,已打印) (1)

1、 第第10章章 取代酸（取代酸（2學時）學時）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團取代的衍生物?；鶊F取代的衍生物。 重要的取代酸有：重要的取代酸有：鹵代酸、鹵代酸、羥基酸羥基酸、羰基酸羰基酸、氨基酸等。氨基酸等。取代酸在取代酸在有機合成、有機合成、生物代謝生物代謝中扮演著重要的角色。中扮演著重要的角色。主要討論羥基酸和羰基酸。主要討論羥基酸和羰基酸。本章主要講解本章主要講解 醇酸失水反應；醇酸失水反應； 乙酰乙酸乙酯的制備，互變異構(gòu)、酮式分解、酸乙酰乙酸乙酯的制備，互變異構(gòu)、酮式分解、酸式分解；式分解； 乙酰乙酸乙酯與丙二酸二乙酯在合成中的應用。乙

2、酰乙酸乙酯與丙二酸二乙酯在合成中的應用。一、羥基酸一、羥基酸羧酸中羧酸中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。 生物體內(nèi)有很多羥基酸。生物體內(nèi)有很多羥基酸。 如：乳酸如：乳酸CH3CH(OH)COOH 杏仁酸杏仁酸C6H5CH(OH)COOH 它們大都有手性它們大都有手性C*，并有光活性。如肌肉中為，并有光活性。如肌肉中為L(+)-乳酸，乳酸，蔗糖發(fā)酵得到的為蔗糖發(fā)酵得到的為D-(-)-乳酸，葡萄汁發(fā)酵的乳酸，葡萄汁發(fā)酵的R-(+)-酒石酸。酒石酸。 羥基酸分為羥基酸分為醇酸和酚酸。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環(huán)芳香環(huán)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 根據(jù)根據(jù)OH與與COOH的相對位置，分為：的相對位置，分為：，羥基酸。羥基酸。OH連在連在C鏈末端的稱為鏈末端的稱為-羥基酸羥基酸。命名時，命名時，OH作為取代基命名或按其來源用俗名。例：作為取代基命名或按其來源用俗名。例： CH3CHCOOHOH6-羥基己酸羥基己酸羥基己酸2-羥基丙酸羥基丙酸乳酸2-羥基苯甲酸鄰羥基苯甲酸水楊酸OHCOOHOHOHHO

4、COOH3,4,5-三羥基苯甲酸沒食子酸CH2CH2CH2CH2CH2COOHOH2.羥基酸的性質(zhì)和反應羥基酸的性質(zhì)和反應(甲甲) 酸性酸性 由于由于OH的吸電子誘導效應，羥基酸的吸電子誘導效應，羥基酸的酸性比相應的羧酸強。的酸性比相應的羧酸強。 鹵代酸羥基酸羧酸鹵代酸羥基酸羧酸 (乙乙) 脫水反應脫水反應 脫水的方式隨脫水的方式隨OH的位置而異。的位置而異。（分子間失水形成交酯；分子內(nèi)失水形成內(nèi)酯、不（分子間失水形成交酯；分子內(nèi)失水形成內(nèi)酯、不飽和酸飽和酸 ）-H2O+ H2OCHOOR-（有六元環(huán)）內(nèi)酯R-CH-CH2CH2CH2-C-OHOO H羥基酸中性或酸性中性或酸性中性或酸性中性或

5、酸性由以上反應知，共軛體系、五元環(huán)、六元環(huán)穩(wěn)定。由以上反應知，共軛體系、五元環(huán)、六元環(huán)穩(wěn)定。許多內(nèi)酯存在于自然界，有些是天然香精的主要許多內(nèi)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十五內(nèi)酯(黃蜀葵素)辛內(nèi)酯癸內(nèi)酯交酯、內(nèi)酯都可以開環(huán)水解，并形成一個平衡關系。交酯、內(nèi)酯都可以開環(huán)水解，并形成一個平衡關系。內(nèi)酯內(nèi)酯堿堿羧酸鹽羧酸鹽酸化酸化OH與與COOH相距更遠時，發(fā)生分子間失水，形相距更遠時，發(fā)生分子間失水，形成交酯：成交酯： HO(CH2) COOHnH O(CH2) CO OH + (m-1)H2Onmn 5開鏈聚酯 (丙丙) ，-羥基酸的

6、分解羥基酸的分解（略）（略） （降解（降解與稀硫酸作用生成甲酸及醛或酮）與稀硫酸作用生成甲酸及醛或酮）R-CH-COOHOHRCHO + HCOOH稀H2SO4TollensRCOO- + AgRCOOHOHRH+orOH-RRO+CH3COOH（?。ǘ。?-羥基酸的氧化羥基酸的氧化 -羥基酸的OH易被氧化，比醇中的OH易氧化。 弱氧化劑硝酸銀氨溶液(土倫試劑)即可將其氧化為羰基，得到-羰基酸。 而硝酸銀氨溶液不能氧化醇。 O CH3-CH(OH)-COOH CH3-COCOOH（二）（二） 酚酸酚酸羥基在芳環(huán)上的羥基羧酸羥基在芳環(huán)上的羥基羧酸(了解了解) 大多為固體，具有芳香羧酸和酚的典型

7、的反應。 水楊酸、對羥基苯甲酸和五倍子酸是重要的酚酸。 (甲).水楊酸 即鄰羥基苯甲酸 1.性質(zhì) 無色晶體，熔點159, 微溶于水，與鐵離子顯紅色，酸性較強，因為共軛堿能形成分子內(nèi)氫鍵，穩(wěn)定性增加。OHCOOH 2.反應OHCOOHHeatOH+CO2OHCOOHBr2OHBrBrBr+OHCOOH+(CH3CO)2OC5H5NOCOCH3COOHCO2乙酰水楊酸（水楊酸的羥基H被乙?；〈┌⑺酒チ郑ń鉄帷㈡?zhèn)痛） (乙乙).對羥基苯甲酸（略）對羥基苯甲酸（略）OK1.CO22.H3O+OHCOOHOHCOOH+HNO3H2SO4OHO2NNO2NO2+CO2 (丙丙). 酸酸-3，4，5-三

8、羥基苯甲酸三羥基苯甲酸，即五倍子酸，也，即五倍子酸，也叫沒食子酸。在醫(yī)學上可用作止血劑等，做皮革的植叫沒食子酸。在醫(yī)學上可用作止血劑等，做皮革的植物鞣劑。遇鐵鹽生成黑色沉淀，在自然界以丹寧的形物鞣劑。遇鐵鹽生成黑色沉淀，在自然界以丹寧的形式存在。式存在。 加熱時容易脫羧：COOHHOOHOHHeatHOOHOH+CO2 二、二、 羰基酸（醛酸、酮酸）羰基酸（醛酸、酮酸） C鏈上有鏈上有C=O的羧酸的羧酸 命名命名：醛作取代基時，用：醛作取代基時，用“氧代氧代”或或“甲?；柞；北肀硎?，示， 酮作取代基時，用酮作取代基時，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（以乙醛酸和丙酮酸為例）（略）（以乙醛酸和丙酮酸為例）（略）HOOC-COOHMg H2SO4OHCCOOHCl2CHCOOHH2OOHCCOOH乙醛酸乙醛酸：HOOC-CHO 最簡單的醛酸，最簡單的醛酸， 存在于未成熟的水果嫩葉中。存在于未成熟的水果嫩葉中。 由草酸還原或二氯乙酸水解得到。由草酸還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應性能。具有醛和羧酸的典型反應性能。 能形成穩(wěn)定的水合物，這是由于能形成穩(wěn)定的水

10、合物，這是由于-COOH的吸電子誘的吸電子誘導效應，導效應，C=O能和能和1分子水生成結(jié)晶水合乙醛酸。分子水生成結(jié)晶水合乙醛酸。 HOOC-CHO + H2O HOOC-CH(OH) 2乙醛酸還能進行乙醛酸還能進行Cannizzaro反應。反應。即在濃堿中，即在濃堿中，無無H的醛的醛發(fā)生岐化反應。發(fā)生岐化反應。 COOHCHONaOHCOONaCH2OHCOONaCOONa2丙酮酸：丙酮酸：是最簡單的是最簡單的a-酮酸，酮酸， 可由乳酸氧化或有相應的腈水解得到，可由乳酸氧化或有相應的腈水解得到， 它是有機體內(nèi)糖代謝過程的中間產(chǎn)物。它是有機體內(nèi)糖代謝過程的中間產(chǎn)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質(zhì)，還具有型性質(zhì)，還具有a-酮酸特有的性質(zhì)。酮酸特有的性質(zhì)。電子密度較低，電子密度較低，易斷易斷被土倫試劑氧化被土倫試劑氧化被硝酸氧化被硝酸氧化與稀硫酸加熱脫酸與稀硫酸加熱脫酸與濃硫酸加熱脫羰與濃硫酸加熱脫羰CH3CClONaCNCH3CCNOH3O+CH3CCOOHCH3CCOOHOOA g(N H3)2+CH3COOH+CO2CH3CCOOHOHNO3HOOC-COOH+CO2CH3CCOOHOH2SO4H2OH eatCH3CHO+CO2CH3CCOOHOH2SO4H eatCH3COOH+C

12、O2以下是以下是a-酮酸的特性反應：酮酸的特性反應：(二二) 酮酸酮酸H3CCOOOHOOH3COHCH3COHCH2+CO2CH3CCH3OCO2+ R-CO-CH2-COOH R-CO-CH3 + CO2 烯醇烯醇共性：共性：是是不穩(wěn)定不穩(wěn)定的化合物，的化合物，只在低溫下穩(wěn)定，只在低溫下穩(wěn)定，在室溫以上容易脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)樵谑覝匾陨先菀酌擊绒D(zhuǎn)變?yōu)榧谆?，甲基酮?酮酸酯是穩(wěn)定的酮酸酯是穩(wěn)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脫羧脫羧 乙酰乙酸是機體內(nèi)脂肪代謝的之間產(chǎn)物。它乙酰乙酸是機體內(nèi)脂肪代謝的之間產(chǎn)物。它的酯是穩(wěn)定的，是重要的有機合成原料，一般的酯是穩(wěn)定的，是重要的有機合成

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。 有的有的多環(huán)多環(huán) 酮酸酮酸加熱時不脫羧，可能是由于加熱時不脫羧，可能是由于脫羧生成的烯醇含有張力很大的橋頭雙鍵，不脫羧生成的烯醇含有張力很大的橋頭雙鍵，不容易生成。容易生成。 (三三). -酮酸酮酸（略）（略） 4-戊酮酸是最簡單的-酮酸，加熱容易脫水：OOHOOOHOheatO+OOa-當歸內(nèi)酯 當歸內(nèi)酯當歸內(nèi)酯 O 異構(gòu)化 失水 酮酸的酸性：分子中羰基的誘導效應使酮酸酸性增強，羰基的影響隨其與羧基之間距離的增加而減小。OHOOOHOOOOHOOOHO2.493.514.634.66PKa（四）（四）-酮酸酯酮酸酯活性亞甲基活性亞甲基

14、RCCH2COR1OO 易斷裂易斷裂電子云密度較低電子云密度較低反應活性很高反應活性很高較強的酸性較強的酸性1.-酮酸酯的合成酮酸酯的合成Claisen酯縮合（可逆）酯縮合（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-酮酸酯酮酸酯負碳離子負碳離子醇鈉醇鈉與另一分子酯與另一分子酯C=O親親核加成并消除核加成并消除RO-，縮合去一分子醇縮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-烯醇互變異構(gòu)：烯醇互變異構(gòu)：CH3-C-CH2COOC2H5OCH3-C=CHCOOC2

15、H5OH酮式(92.5%)烯醇式(7.5%)能與羥胺、苯肼反應，生成肟、苯腙等；能與NaHSO3、HCN等發(fā)生加成反應；經(jīng)水解、酸化后，可以脫羧生成丙酮。能被還原為 -羥基酸酯；能與鈉作用放出氫氣；能與乙酰氯作用生成酯；能使Br2/CCl4褪色；能與FeCl3作用呈現(xiàn)紫紅色?；プ儺悩?gòu)互變異構(gòu)乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯不是一種單一物質(zhì)，不是一種單一物質(zhì)，是平衡混合物。是平衡混合物。室溫下，彼此互變速率極快，不能將二者分離。室溫下，彼此互變速率極快，不能將二者分離。實驗發(fā)現(xiàn)實驗發(fā)現(xiàn): :有有C=OC=O、 OHOH、 C=CC=C的性質(zhì)的性質(zhì)表明是由酮式和烯醇式表明是由酮式和烯醇式兩種互變異構(gòu)體組成

16、的。兩種互變異構(gòu)體組成的。乙酰乙酸乙酯的反應取向：乙酰乙酸乙酯的反應取向：CH3COCH2COC2H5OCH3COHCHCOC2H5O在足夠量試劑的作用下，最后全部轉(zhuǎn)化為所需要在足夠量試劑的作用下，最后全部轉(zhuǎn)化為所需要的異構(gòu)體的衍生物。的異構(gòu)體的衍生物。如加入足夠量的溴水或金屬如加入足夠量的溴水或金屬NaNa，則以烯醇式異構(gòu)，則以烯醇式異構(gòu)體發(fā)生反應，則最后得到的都是烯醇式異構(gòu)體的衍體發(fā)生反應，則最后得到的都是烯醇式異構(gòu)體的衍生物。生物。遇到與遇到與C=O反應的試劑反應的試劑遇到與遇到與OH或或C=C反應的試劑反應的試劑形成互變異構(gòu)體的原因？形成互變異構(gòu)體的原因？ COHOCCHCH3OC2H

17、5六元環(huán)CH3-C CH-C-OC2H5OHO共軛體系 活性亞甲基上的活性亞甲基上的H具有較強的酸性，故形成一具有較強的酸性，故形成一定數(shù)量的烯醇式。定數(shù)量的烯醇式。烯醇式結(jié)構(gòu)能形成分子內(nèi)烯醇式結(jié)構(gòu)能形成分子內(nèi)H鍵及共軛體系，具有鍵及共軛體系，具有一定的穩(wěn)定性。一定的穩(wěn)定性。（但丙酮中的烯醇式含量僅有（但丙酮中的烯醇式含量僅有0.00025）分子內(nèi)分子內(nèi)H鍵鍵3、乙酰乙酸乙酯的分解乙酰乙酸乙酯的分解 -酮酸酯的典型反應酮酸酯的典型反應 活性活性亞甲基亞甲基在不同的反應條件下，可以發(fā)生兩種在不同的反應條件下，可以發(fā)生兩種不同類型的分解反應：不同類型的分解反應： 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，或先用稀堿在稀酸作用下，或先用稀堿處理，然后再酸化。處理，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穩(wěn)定不穩(wěn)定 -羰基羧酸鹽羰基羧酸鹽 酮酮 用用85%磷酸代替稀堿，產(chǎn)率很好磷酸代替稀堿，產(chǎn)率很好(乙乙)成成酸分解酸分解在濃堿在濃堿（40NaOH, 或或 NaOH / EtOH）作用下，克萊森酯縮合的逆反應（水解）。作用下，克萊森酯縮合的逆反應（水解）。CH3C-CH2-COC2H5OO40

19、% NaOHNaO HCH3C-ONaO+ C2H5OH22CH3COOHH所有的所有的-酮酸酯都可以發(fā)生兩種不同類型的分解酮酸酯都可以發(fā)生兩種不同類型的分解反應。反應。a-、C鍵斷裂鍵斷裂生成兩分子酸的鹽，生成兩分子酸的鹽，酸化得到相應的酸。酸化得到相應的酸。4、乙酰乙酸乙酯在合成中的應用、乙酰乙酸乙酯在合成中的應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?；顫?，并且可進行非?；顫?，并且可進行酮式分解。酮式分解。 強堿奪取強堿奪取-H ,生成負碳離子生成負碳離子 親核取代，親核取代， -C導入烴基導入烴基乙

20、酰乙酸乙酯的鈉鹽CH3C-CH2-COC2H5OO活潑氫NaOC2H5RXCH3C-CH-COC2H5OO-Na+RCH3C-CH-COC2H5OO一烴基乙酰乙酸乙酯(甲甲) 制甲基酮：制甲基酮：在乙酰乙酸乙酯鈉鹽的在乙酰乙酸乙酯鈉鹽的-C上導入上導入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 副產(chǎn)物（酮式）多，產(chǎn)率低，不常用副產(chǎn)物少，產(chǎn)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酮式分解濃 NaOH酸式分解CH3COCHRRCH3COOH+RCHCOOHR乙酰乙酸乙酯的應用(乙乙) 選用合適的鹵代物：可選用合適的鹵代物：可在乙酰乙酸乙酯鈉鹽的在乙酰乙酸乙酯鈉鹽的-C上導入不同的上導入不同的 基團，再經(jīng)酮式分解得到基團，再經(jīng)酮式分解得到酮酸、酮酸、二酮化合物二酮化合物（略）。（略）。鹵代酸酯鹵代酸酯鹵代酮鹵代酮酰鹵酰鹵乙酰乙酸乙酰乙酸乙酯鈉鹽乙酯鈉鹽酮式分解酮式分解-

22、C上可導入上可導入CH(R)COOR等等CH2COR等等COR+酮酸酮酸二酮二酮-二酮二酮稀堿稀堿 選用鹵代酸酯作原料：選用鹵代酸酯作原料： 在乙酰乙酸乙酯鈉鹽的在乙酰乙酸乙酯鈉鹽的-C上可導入上可導入CH2COOR，CH(R)COOR等等 基團，再經(jīng)酮式分解得到基團，再經(jīng)酮式分解得到酮酸。酮酸。CH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2COEtOCH3C-CH-COOEtOCH2CH2COOC2H5OH-H+H2O- CO2 若選用若選用-鹵代酸酯作原料鹵代酸酯作原料，得到的是，得到的是-酮酸。酮酸?；蚧?鹵代酸酯鹵代酸酯-CH(R)COOR-酮酸

23、酮酸選用鹵代酮作原料：選用鹵代酮作原料： 在乙酰乙酸乙酯鈉鹽的-C上可導入CH2COR，CH2CH2COR 等 基團，再經(jīng)酮式分解得到二酮。CH3CCH2CH2CH2CCH3 + CH3COOHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2CCH3OCH3C-CH-COOEtOCH2CH2CCH3OH-H+H2O- CO2O若選用若選用-鹵代酮，可得到鹵代酮，可得到-二酮。若選用酰鹵作原料：若選用酰鹵作原料： 在-C上可導入COR 基團，得到-二酮 。 應為乙醇應為乙醇或或(RCOCl)(-COR)-二酮二酮乙酰乙酸乙酯的應用舉例：乙酰乙酸乙酯的應用舉例：CH3CCH2CCOOC2H5

24、OOCH3COCH2CH2COCH3(1) C2H5ONa(2) CH2CHCH2BrCH3COCHCOCOOC2H5CH2CHCH2稀NaOHCH3COCH2CH2CHCH2H+/H2OCH3COCH2CH2CHCH3OHKMnO4/H+-二酮二酮CH3COCH2COOC2H5CH3CH2CH2CH2COOH(1) C2H5ONa(2) CH3CH2CH2BrCH3COCHCOOC2H5CH2CH2CH3濃NaOH乙酰乙酸乙酯的應用舉例：乙酰乙酸乙酯的應用舉例： 4. 丙二酸二乙酯在合成中的應用： 丙二酸酯不屬于羰基酸酯，但它與乙酰乙酸乙酯的反應性能很相似。丙二酸酯的亞甲基a-H很活潑，在強堿作用下，產(chǎn)生負碳離子，然后與各種鹵代物作用，導入不同的基團，再經(jīng)水解脫羧，合成各種羧酸、取代羧酸。CH2C-OC2H5C-OC2H5OOCHC-OC2H5C-OC2H5OONa+-NaOC2H5RXR-CHC-OC2H5C-OC2H5OOR-CHC-OHC-OHOOH2O/H+R-CH-COOHH150-200 C。-CO2一烴基取代乙酸 一烴基取代乙酸可進一步