有机化学：第11章 取代酸

二、羟基酸的物理性质
1、羟基酸为结晶或糖浆状液体。 2、与水形成氢键。在水中溶解度一般很 大。 3、许多醇酸是手性分子，具有旋光性。

三、羟基酸的化学性质
（一）酸性 －OH吸电子基团，诱导效应，使 羟基酸比相应羧酸的酸性强。
CH3 CH COOH OH CH2 CH2 COOH OH
羟基的吸电子效应增强了酸性
O CH3CCOOH
乙酰乙酸
O HC CH2COOH
丙酮酸
O O H C C OH
甲酰乙酸
乙醛酸
二、羰基酸的化学性质
（一）脱羧反应 α-酮酸和β-酮酸都容易脱羧而生成少 一个碳原子的醛或酮.
O CH3CCH2 O O CH3C O C OH O H3C C O H3C C H CH3
C OH
（二）氧化和还原反应
HO C O CH CH3
-2H2O
- H2 O
交酯
O O H3C O CH3 O
α-羟基丙酸
O O O O + H2O
H 或 OH +
丙交酯
2 CH2COOH OH
乙交酯
羟基乙酸
β-醇酸
OH H
- H2 O
α,β-不饱和酸
CH3CH CHCOOH + H2O
CH3CH CHCOOH
2-丁烯酸
β-羟基丁酸
O O
NaOH CH 3
想一想
CH3
CH CH2 CH CH2 COONa OH CH3
CH3
3-甲基-1,5-己内酯 （β-甲基-δ-己内酯）
3-甲基-5-羟基己酸钠 （β-甲基-δ-羟基己酸钠）
(五) 酚酸的脱羧反应
COOH OH

2 CHO COOH NaOH CH2OH COONa + COONa COONa
2.丙酮酸 最简单的α-酮酸
制法：① α-羟基酸氧化
CH3CHCOOH OH
[O]
CH3CCOOH
O
COOH -H2O H C C COOH
酒石酸
草酰乙酸烯醇式
COOH H C CH2 COOH
草酰乙酸
COOH -CO2 C O + CO2
第十章
取代酸
取代酸-----羧酸分子中烃基上的氢上的氢原子被其它原子或基团取代的衍生
物。
X OH NH2 O
R CH COOH
R CH COOH
R CH COOH
R C
COOH
卤代酸 Ⅰ.羟基酸 包括：
羟基酸
氨基酸
羰基酸
醇酸----脂肪烃基上的氢原子被羟基取代的衍生物。 酚酸----芳香羧酸芳环上的氢原子被羟基取代的衍生物。
酮式（92.5％）
烯醇式（7.5％）
室温下，互变速度极快，不能分离
这种同分异构体间以一定平衡存在，并能相互转化的现象，叫互变异构现象。 将平衡混合物的石油醚溶液冷却到-78℃，则析出酮式晶体，与FeCl3不显颜 色反应，不使溴的乙醇溶液褪色，但放到室温后则能反应。
如将乙酰乙酸乙酯与金属Na作用得到的产物，悬浮在石油醚中，在-78℃时 通入干燥的HCl，则可得到液体的烯醇式异构体。实验证明，在较低温下，异构 体之间的相互转化很慢，但在室温，任一纯的异构体都能逐渐地部分转化为另一
γ-酮酸
C2H5O C CH2 成酸分解
O CH2 C OH
O O O Br CH2 C R CH3 C CH C OC2H5 O O CH3 C CH C OC2 H5 CH2 C R 成酮分解 O CH3 C O R C O CH2 CH2 O C R O C OH

△
5
羟基酸失水反应：分子内失水 不饱和羧酸。 ②β-羟基酸失水反应 分子内失水，形成 、β-不饱和羧酸。 羟基酸失水反应 分子内失水，形成α、 不饱和羧酸
OH R O OH O
CH CH2 C
△
R
CH CH C
OH
羟基酸失水反应： ③γ、δ-羟基酸失水反应：分子内酯化反应，生成环状内酯。 、 羟基酸失水反应 分子内酯化反应，生成环状内酯。
O R CH C OH OH H2SO4 R
△
CHO ＋ HCOOH
4
失水反应： ⑷ 失水反应： 羟基酸失水反应：双分子脱水反应 ①α-羟基酸失水反应 双分子脱水反应，产物为交酯。 羟基酸失水反应 双分子脱水反应，产物为交酯。
O C R CH OH HO C O OH OH CH R O R CH O C O C O CH R
乙酰水杨酸 阿司匹林
COOH
水杨酸甲酯
HO OH
OH
3，4，5-三羟基苯甲酸 ， ， 三羟基苯甲酸 没食子酸 或 蓓酸
7
10.2 羰基酸 一、结构：含羰基的酸 结构：
O HC CH2 COOH H3C O C COOH
丙醛酸 3-氧代丙酸 氧代丙酸
丙酮酸 2-氧代丙酸 氧代丙酸
8
二、羰基酸的化学性质
(1) NaOH (2) H3O +
2 CH2(CO2Et)2
(1) EtONa EtOH (2) BrCH2CH2Br
T.M
18
完！
19
2
3.化学性质 化学性质
酸性：由于羟基起吸电子诱导作用，羟基酸的酸性比相应的羧酸强 由于羟基起吸电子诱导作用 酸性比相应的羧酸强。 ⑴ 酸性 由于羟基起吸电子诱导作用，羟基酸的酸性比相应的羧酸强。

H+
（常用的催化剂有盐酸 、硫酸、苯磺酸等）
定义：羧酸与醇在酸的催化作用下失去一分子水而生成酯的反应称为酯化反应。
酯化反应的机制
*
1 加成--消除机制
双分子反应一步活化能较高
质子转移
加成
消除
四面体正离子
H2O
H+
按加成--消除机制进行反应，是酰氧键断裂
1OROH，2OROH酯化时按加成--消除机制进行，且反应速率为: CH3OH>RCH2OH>R2CHOH
一元羧酸 二元羧酸 三元羧酸
按羧基所连接的烃基种类
(2) 羧酸的命名
*
俗名——根据天然来源(蚁酸(甲酸)、醋酸(乙酸)等)
*
系统命名法 (1)选择含有羧基的最长碳链为主链(母体); (2)碳链编号时,从羧基的碳原子开始; (3)酸前要冠以官能团位置的数字(编号最小); (4)其它同烷烃的命名规则
苯二甲酸
二元羧酸的酸性 羧基是吸电子基——pKa2 > pKa1
氰基的水解
01
二元羧酸的制备
02
工业制法 酸的α-H卤代
03
乙二酸（草酸）
*
加热分解
氧化
使KMnO4溶液褪色！
酸性较甲酸及其他二元酸强
5(COOH)2+2KMnO4+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4+10CO2+ 8H2O
01
羧酸显示酸性的原因——羧酸根负离子的稳定性
02
3 取代基对羧酸酸性的影响
*
（1）电子效应的影响： 吸电子取代基使酸性增大，给电子取代基使酸性减少. HCOOH C6H5-COOH CH3COOH pka 3.37 4.20 4.73

3．γ－醇酸分子内脱水生成五元环的内酯。
CH2 CH2 C O CH2 CH2 CH2 OH OH CH2 C O + H2O
O γ -丁内酯
应用化学系
第11章 取代酸
有机化学2012
4．羟基和羧基相隔五个或五个以上碳原子的醇 酸，受热后则发生多分子间的酯化脱水，生成 链状结构的聚酯。
mHO(CH2)nCOOH H [O(CH2)n CO ] mOH + (m-1)H2O (n ≥ 5)
第11章 取代酸
有机化学2012
第11章 取代酸
主讲人：冯志彪
应用化学系
第11章 取代酸
有机化学2012
羧酸分子中烃基上的氢原子被其它原子或基团取代所生成的化合物叫取代酸。
11.1 羟基酸概述
α－醇酸、β－醇酸、γ－醇酸等。
H3C CH COOH HO 2－羟基丙酸(乳酸)
HOOC CH CH2 COOH HOOC CH CH COOH OH OH OH 2－羟基丁二酸(苹果酸) 2,3－二羟基丁二酸(酒石酸)
CH3COCH(CO2C2H5)2 79%
O R C CH2 O C Y R
有机化学2012
OH CH3C CHCOCH3 20%
OH CH3C C(CO2C2H5)2 21%
OH C C O C Y
Y 为强吸电子基团
应用化学系
第11章 取代酸
有机化学2012
11.9 乙酰乙酸乙酯及丙二酸二乙酯在有机合成中的应用 自学（不要求）
应用化学系
丙氨酰苯丙氨酰甘氨酰丝氨酸
第11章 取代酸
五、呈色反应
１．与水合茚三酮的反应
有机化学2012
α－氨基酸与水合茚三酮在弱酸水溶液中加热时，并生成蓝紫色化合物。

heat O O OH HO O O
O
+ O
O
a-当归内酯
β –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。
O OH
PKa
O
O OH 3.51
O 2.49
O OH O 4.63 4.66 O O OH
• （四）β-酮酸酯 四 酮酸酯
• β-酮酸酯分子中羰基和酯基之间的亚甲基，受两个吸电子 基团的影响而有很高的反应活性，称为活性亚甲基。 • 1.β-酮酸酯的制备（了解） 酮酸酯的制备（ 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 β酮酸酯。 酮酸酯。 乙酰乙酸乙酯的合成：
二、 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。
•
羰基酸（以乙醛酸和丙酮酸为例）（了解） • (一).a-羰基酸（以乙醛酸和丙酮酸为例）（了解） 一 羰基酸 ）（了解 • 乙醛酸由草酸还原或二氯乙酸水解得到：
HOOC--COOH Cl2CHCOOH
CO ∆ C2H5OH
H3O
+
O
O
C2H5OC CHCOC2H5 CH3
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
O O
C2H5ONa
C2H5OC (CH2)5 COC H5 2
∆
H3O
+
O CO2C2H5
(3).酮与酯的缩合
O O O O C2H5ONa CH3CCH3 + CH3COC2H5 CH3CCH2CCH3 约40%Yield O O O O C2H5ONa PhCCH3 + PhCOC2H5 PhCCH2CPh 60-70% Yield

应用举例
COOC2H5 H2C COOC2H5 (2) (1) C2H5ONa CH2Cl CH2 C H COOC2H5
COOC2H5
(1)OH
-
(2)H3O
Cl2 CH2CH2COOH PCl3
CH2CHCOOH
Cl
NH3
CH2CHCOOH NH2
应用举例
COOC2H5 H2C COOC2H5 C2H5OOC Br(CH2)2Br C2H5ONa COOC2H5 NaOH H2O C2H5OOC COOC2H5 -CO2 CH(COOC2H5)2 (CH2)2 CH(COOC2H5)2 COOH I(CH2)2I C2H5ONa
O COOCH3 + BrCH2COCH3 NaOC2H5
O COOCH3 O CH3 NaOH/H2O
O O CH3
H3C CH3COOH H3C
COOH COOH

C2H5OH CH3COOH H2SO4 CH3COOC2H5
C2H5ONa
O H3C C H2
O OC2H5 H3C
O
O CH OC2H5 CH3
第二节、羰 基 酸
命名：羰基在碳链一端的是醛酸，在碳链 当中的是酮酸。 系统命名是取含羰基和羧基的最长碳链，叫 做某醛酸或某酮酸；用“氧代”或“羰基” 表示酮基；醛基有时以“甲酰基”表示。
O COOH H C H2
O H3C COOH
H3 C
O COOH C H2
丙醛酸（3氧代丙酸或 甲酰乙酸）
COOH
乳 酸 丙酮酸
3、α-羟基酸的分解反应 α-羟基酸与稀硫酸共热，羧基和α-碳之间的 键断裂。
OH R C H COOH

C
+
顺乌头酸
COOH
C
2
异柠檬酸
O CO2 CO2
C CH2 CH2
COOH
O H
O
COOH
+
C H 2C O O H C H 2C O O H
H
+
H
H
CO C
CO2
2
C CH O H O
CH2 COOH 戊酮二酸
C H 2C O O H C H 2C O O H
CH2
COOH
草酰琥珀酸
CH2
COOH
H+
酸式分解：浓NaOH
O O || || CH3—C—CH2—C—OC2H5
浓NaOH
2CH3COOH
△
2CH3COO- + C2H5OH
4、乙酰乙酸乙酯
2.
互变异构现象：
—NH—NH2 橙黄色↓ 浅黄色↓ 褪色 紫红色 H2↑
O O || || CH3CCH2COC2H5 +
NaOH—I2 Br2水 FeCl3 Na
二、化学性质
2.
醇酸的酸性：
OH | R—CH—COOH + NaOH OH | R—CH—COONa + H2O

酸性强弱： α—羟基酸 > β—羟基酸 > 羧酸
二、化学性质
3.
氧化：多发生在生物体内。
OH | R—CH—COOH O || R—C—COOH + Ag↓黑
Ag(NH3)+2 OH -
与羟胺、苯肼等生成苯腙 与HCN、NaHSO3等反应
2.互变异构
O OEt
O
H 3C C C C H2

脂肪族多元酸： 选择含有两个羧基的最长碳链为主链，称为某二酸。 例如：
COOH COOH
CH2COOH CH2COOH
丁二酸（琥珀酸）
乙二酸（草酸）
HOOC C C H
H
H C C
COOH
COOH
H
COOH
顺-丁烯二酸 （马来酸）
反-丁烯二酸 （富马酸）
HO CHCOOH CH2COOH
羟基丁二酸 （苹果酸）
H2 O
R C NH 2
酰胺键的结 构： 请指出氨苄青霉素中的酰胺键
CHCONH NH2 O N S
O H C N
CH3 CH3
COONa COOH
4 脱羧反应 decarboxylation
脱羧反应：羧酸及其盐中的羧基失去CO2的反应。 饱和一元羧酸对热稳定，通常不发生脱羧反 应，但在特殊条件下，如变成钠盐后与碱石灰混合 强热失去CO2 ，变成少一个碳原子的烃。
R C OH + PCl5
五氯化磷
R C Cl + POCl3 + HCl
三氯氧磷 107°C
O R C OH + SOCl2
O R C Cl + SO2 + HCl
氯化亚砜（亚硫酰氯）
79°C
其中下反应最为常用：
O C6H5COOH SOCl2 79°C C6H5 C Cl SO2
197 °C
HCl
COOH
CH2COOH
苯甲酸
2-萘乙酸
COOH
CHCH2COOH CH3
3-苯基丁酸 ο-苯二甲酸
COOH
脂环族的羧酸：将脂肪环作为取代基，以脂肪酸为母体。
CH2COOH

稀 H2SO4
CH3
？ + H3C CH CHO CO2
CH3
？ + H3C CH COOH CO
III. 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯
一、 乙酰乙酸乙酯 （一）制备
+ CH3COOC2H5 H CH2COOC2H5 + C2H5ONa CH3COCH2COOC2H5 C2H5O
（二）互变异构现象
第十一章 取代酸
卤代酸 羟基酸 羰基酸 氨基酸
I.羟基酸
醇酸
OH
H3C C COOH
2-羟基丙酸 乳酸
酚酸
COOH OH
邻羟基苯甲酸（水杨酸）
HO CH COOH HO CH COOH
2,3-二羟基丁二酸 酒石酸 COOH
OH 间羟基苯甲酸
一、醇 酸
OH R HC COOH
ɑ-羟基酸
OH R CH CH2COOH
2、互变异构现象
O
O
H3C C CH2 C OC2H5
FeCl 3溶液 变色 溴水 退色
Na H2
C C OH
CCC C
OH
O
O
H3C C CH2 C OC2H5
酮式（92.5%）
OH
O
H3C C CH C CC2H5
烯醇式（7.5%）
3.亚甲基的活泼性：
乙酰乙酸乙酯分子中的亚甲基位于两个羰基之间，受它们
影响，亚甲基上的氢活泼性增强，可与乙醇钠作用生成盐， 这个盐可以和卤代烃或酰卤作用，在分子中引入烃基或酰基 ，然后再经酮式分解或酸式分解，可得各种不同结构的 酮或
羧酸等。
O
O
H 3C C CH 2 C OC 2 H 5