第11章 取代酸

γ,δ-羟基酸则发生分子内酯化，生成环状内酯。 羟基酸则发生分子内酯化，生成环状内酯。 羟基酸则发生分子内酯化
RCHCH2CH2COOH Δ OH
R O + H2O
O
羟基和羧基间隔较远时，加热失水可生成不饱和酸， 羟基和羧基间隔较远时，加热失水可生成不饱和酸， 也可以缩合生成高分子化合物。 也可以缩合生成高分子化合物。
羧酸碳链上的氢原子被其他基团取代， 羧酸碳链上的氢原子被其他基团取代，所生成的化合 物称为取代酸。 物称为取代酸。 取代酸 按取代基的种类，可分为卤代酸 羟基酸、 卤代酸、 按取代基的种类，可分为卤代酸、羟基酸、羰基酸和 氨基酸等 氨基酸等。 卤代酸同时具有卤代烃和羧酸的性质，新的性质不显著， 卤代酸同时具有卤代烃和羧酸的性质，新的性质不显著， 本章中重点体现在卤代酸的酸性强弱的比较。 本章中重点体现在卤代酸的酸性强弱的比较。 氨基酸是蛋白质的基本结构单位， 氨基酸是蛋白质的基本结构单位，在学习蛋白质的结 构和性质时再学习。 构和性质时再学习。
§11.1.2 羟基酸的代表化合物
没食子酸，系统名 三羟基苯甲酸。 没食子酸，系统名3,4,5-三羟基苯甲酸。 三羟基苯甲酸 为白色固体，具有强还原性，在空气中氧化成棕色。 为白色固体，具有强还原性，在空气中氧化成棕色。 加热到200℃时脱羧生成焦性没食子酸。 ℃时脱羧生成焦性没食子酸。 加热到
OH HO OH COOH
CH2COOH HO C COOH CH2COOH
柠檬酸无毒，易溶于水，具有柠檬的酸味， 柠檬酸无毒，易溶于水，具有柠檬的酸味，广泛用于饮 料食品工业，也用作金属表面清洗剂。 料食品工业，也用作金属表面清洗剂。 柠檬酸盐还可用于医药，钙盐是补钙剂， 柠檬酸盐还可用于医药，钙盐是补钙剂，柠檬酸铁 铵是补血剂等。 铵是补血剂等。
(1) 酮式分解和酸式分解 酮式分解：乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物与稀碱作用， 稀碱作用 酮式分解：乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物与稀碱作用，水 解生成β-羰基酸，受热后脱羧生成甲基酮。 解生成 羰基酸，受热后脱羧生成甲基酮。 羰基酸
O
O
① OH ②H
+
－
O
O
CH3CCH2COEt
CH3CCH2COH
－ CO2
乙酰乙酸乙酯存在顺反异构体， 型有分子内氢键 型有分子内氢键， 乙酰乙酸乙酯存在顺反异构体，Z型有分子内氢键，比 E型更稳定。 型更稳定。 型更稳定
CH3 O HO C C H
E型
OH
OEt
O C OEt
C
CH3试剂，酮式发生反应， 加入与酮作用的试剂，酮式发生反应，只要加入足够的 试剂，则可全部起酮的反应； 试剂，则可全部起酮的反应； 加入与烯醇式作用的试剂，也可以全部起烯醇式的反应。 加入与烯醇式作用的试剂，也可以全部起烯醇式的反应。
(2) 互变异构现象 乙酰乙酸乙酯在室温下是酮式和烯醇式的平衡混合物。 乙酰乙酸乙酯在室温下是酮式和烯醇式的平衡混合物。
O CH3C CH2
93%
O C OEt
OH CH3C CH
7%
O C OEt
原因：烯醇式结构中存在共轭体系，降低了体系的内能； 原因：烯醇式结构中存在共轭体系，降低了体系的内能； 烯醇式结构能通过分子内氢键形成较稳定的六元环， 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。 使稳定性增加。
(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， 乙酰乙酸乙酯分子中的亚甲基位于两个羰基之间，羰基 的吸电子效应使亚甲基上的氢酸性增强。 的吸电子效应使亚甲基上的氢酸性增强。 在强碱作用下生成的碳负离子，可以发生亲核取代反应。 在强碱作用下生成的碳负离子，可以发生亲核取代反应。
O
O
浓 OH
－
CH3CCH2COEt
CH3COOH + CH3COOH + EtOH
O
O
浓 OH
－
CH3CCHCOEt R
CH3COOH +RCH2COOH+EtOH
在合成反应中，一般不使用酸式分解合成羧酸。 在合成反应中，一般不使用酸式分解合成羧酸。 原因：所得的产物中，常混有酮式分解的产物。 原因：所得的产物中，常混有酮式分解的产物。
由两分子乙酸乙酯发生Claisen酯缩合反应制取。 酯缩合反应制取。 由两分子乙酸乙酯发生 酯缩合反应制取
O
① EtONa,EtOH
O
② CH3COOH,H2O
O
2CH3COEt
CH3CCH2COEt + EtOH
O
① EtONa,EtOH
O
② CH3COOH,H2O
O
2CH3CH2COEt
CH3CH2CCHCOEt + EtOH CH3
－
O
O
CH3CCH2CCH3
用卤代酸酯作试剂，可得酮酸。 用卤代酸酯作试剂，可得酮酸。
O O
① EtONa ②BrCH2COOEt
RCCH2COOH O
RCCH3+ CO2 O
许多醇酸作为生化过程中的中间产物而存在于自然界 中，因此，往往按照它们的来源命名。 因此，往往按照它们的来源命名。
§11.1.3 羟基酸的化学性质
醇酸失水反应 α-羟基酸加热时，分子间脱水生成交酯。 羟基酸加热时，分子间脱水生成交酯。 羟基酸加热时
RCH
O
C R COEt
RX
O R O
CH3C C R COEt
CH3CCHCOEt R
CH3C
注意： 一般不宜用叔卤代烷或乙烯式卤代烃 一般不宜用叔卤代烷或乙烯式卤代烃， 注意：RX一般不宜用叔卤代烷或乙烯式卤代烃，最好用 伯卤代烷。 伯卤代烷。 如要在亚甲基上引入两个取代基， 如要在亚甲基上引入两个取代基，通常第一次引入较大的 基团。 基团。 RX也可是卤代酸酯和卤代酮。 也可是卤代酸酯和卤代酮。 也可是卤代酸酯和卤代酮
O
O
EtONa
O
－
O
RX
O
O
CH3CCH2COEt
CH3CCHCOEt
CH3CCHCOEt R O O
O
O
EtONa
O
－
O
RCOCl
CH3CCH2COEt
CH3CCHCOEt
CH3CCHCOEt COR
亚甲基上的另一个氢还可以进一步被取代。 亚甲基上的另一个氢还可以进一步被取代。
O
O
EtONa
O
－
O
CH3CCH3
Δ
O
O
① OH － ②H
+
O
O
CH3CCHCOEt R
CH3CCHCOH R
－ CO2
O
CH3CCH2R
Δ
酸式分解：乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物在浓碱作用下， 酸式分解：乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物在浓碱作用下， 浓碱作用下 主要发生乙酰基的断裂，生成乙酸或取代乙酸。 主要发生乙酰基的断裂，生成乙酸或取代乙酸。
学习目的与要求 ★掌握醇酸的物理性质、化学性质。 掌握醇酸的物理性质、化学性质。 掌握醇酸的物理性质 ★了解自然界的醇酸。 了解自然界的醇酸。 了解自然界的醇酸 ★理解酚酸。 理解酚酸。 理解酚酸 ★掌握乙酰乙酸酯、丙二酸酯。 掌握乙酰乙酸酯、丙二酸酯。 掌握乙酰乙酸酯 重点难点 取代酸命名、结构、化学性质 取代酸命名、结构、 乙酰乙酸酯、 乙酰乙酸酯、丙二酸酯的化学性质及其 在合成上的应用
CHOH CHOH COOK COOSbO
·H2O
2
§11.1.2 羟基酸的代表化合物
苹果酸广泛存在于未成熟的水果中， 苹果酸广泛存在于未成熟的水果中，分子中有一个手性 碳，存在一对对映异构体，天然苹果酸为左旋体。 存在一对对映异构体，天然苹果酸为左旋体。
COOH H HO CH2COOH
COOH H OH CH2COOH
O O H C C OH
乙醛酸 glyoxalic acid
O O H3C C CH2 C OH
乙酰乙酸 acetoacetic acid
O O H3C C C OH
丙酮酸 pyruvic acid
O O H3C C CH2 C OCH2CH3
乙酰乙酸乙酯 ethyl acetoacetate
1 乙酰乙酸乙酯
酒石酸分子中有两个相同的手性碳原子， 酒石酸分子中有两个相同的手性碳原子，因此存在一对 对映体和一个内消旋体。 对映体和一个内消旋体。
COOH H OH HO H COOH COOH HO H OH H COOH COOH H OH H OH COOH
酒石酸钾钠用来配制Fehling试剂，酒石酸锑钾又叫吐酒石， 试剂，酒石酸锑钾又叫吐酒石， 酒石酸钾钠用来配制 试剂 是治疗血吸虫病的特效药。 是治疗血吸虫病的特效药。
(-)-苹果酸 苹果酸
(+)-苹果酸 苹果酸
苹果酸无毒，广泛用于食品工业，如制造饮料。 苹果酸无毒，广泛用于食品工业，如制造饮料。苹果酸钠 是无盐饮食的调味品。 是无盐饮食的调味品。
§11.1.2 羟基酸的代表化合物
柠檬酸常以游离状态存在于水果中，柠檬中含量高达 。 柠檬酸常以游离状态存在于水果中，柠檬中含量高达6%。 也存在于动物组织里，是生物体内糖、脂肪、 也存在于动物组织里，是生物体内糖、脂肪、蛋白质代 谢过程中的产物之一。 谢过程中的产物之一。
§11.1.1 羟基酸的结构、命名和性质
生物体内有很多羟基酸，乳酸、酒石酸、苹果酸、 生物体内有很多羟基酸，乳酸、酒石酸、苹果酸、柠 檬酸、杏仁酸等 檬酸、 根据分子中羟基和羧基的相对位置， 根据分子中羟基和羧基的相对位置，有α、β、γ、 δ、ω 羟基酸 除系统命名法外， 除系统命名法外，更常用俗名
(4) 在合成上的应用 利用乙酰乙酸乙酯与醇钠作用生成的碳负离子， 利用乙酰乙酸乙酯与醇钠作用生成的碳负离子，发生亲 核取代，再经酮式分解，可得各种不同结构的甲基酮。 核取代，再经酮式分解，可得各种不同结构的甲基酮。