第十三章 取代羧酸

B. Hell-Volhard-Zelinsky反应
RCH2COOH + Br2
PBr3 -HBr
RCHCOOH Br
13-4
卤代酸
羧酸碳链上的氢被卤素原子取代得到的取代酸 卤代酸的合成
CH3-CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -COOH e b a
4－甲基－5－羰基己酸
13-3
卤代酸
羧酸碳链或碳环上的氢被卤素原子取代得到的取代酸 卤代酸的合成
CH3-CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -COOH e b a
1 a-卤代酸的合成 A . 羧酸直接卤化
CH3CH2COOH
Br2
CH3CHCOOH Br
+ [(CH3)2CH]2NLi 二异丙基氨锂 （LDA）
O (CH3)2CCH2COEt OLi 烯醇盐
CH2
C
OLi OEt
Байду номын сангаас
烯醇盐
H2O
OH
O
(CH3)2CCH2COEt
3－羟基－3－甲基丁酸乙酯
13-18
羟基酸的合成
3 -羟基酸的合成——内酯的水解
O CH3 O CF3COOH O O CH3 (1) NaOH , C2H5OH (2) H3O 2 －甲基环己酮 OH 6 －羟基庚酸 O CH3CH(CH2)4COH
(CH2)10
O
85% 大环内酯 在极稀的溶液中进行
13-10
卤代酸的化学性质
II.Reformatsky反应——制备β－羟基酸酯 a-卤代酸酯和锌在无水的惰性有机溶剂 (乙醚或芳烃等) 中 形成类似于格氏试剂的有机锌化合物（锌试剂），但是其稳定 性稍好一些，可以保留酯中的羰基不受破坏。与羰基化合物 ( 醛、酮、酯) 反应，得到b-羟基酸酯 (与醛、酮反应) 或b-酮 酸酯 (与酯反应)，
2 b-卤代酸的合成（a,b-不饱和酸与HX的反马氏加成）
Br RCH=CH-COOH + HBr RCHCH2COOH
3 、或离羧基更远的卤代酸的合成 (二元羧酸的单酯的Hunsdiecker反应）
O AgNO3 , KOH ROC CH2 n COOH O Br2 , CCl4 ROC CH2 n COOAg
与等摩尔NaOH水溶液反应，生成羟基羧酸盐。在极稀的条件下，加 热与等摩尔碱反应，也可得到相应的内酯
Br(CH2)5COOH
ε– 溴代己酸
NaOH , H O 2
H+
HO(CH2)5COOH
ε– 羟基己酸
O C
Br(CH2)10COOH ω – 卤代酸 （碳数在9以上）
K2CO3 CH3COOEt
Br(CH2)10COO
13-6
卤原子易被取代，也可被消除
卤代酸的化学性质
I. 与碱的反应——随卤素位置不同而得到不同的产物 A a－卤代酸 亲核取代与消除反应竞争
O CH2C X OR + Nu O CH2C Nu
R-CH-COOH Br
① NaHCO3 ② NaCN
OR + X
NaOH H2O
H+
Nu = -OH, -CN, -NHR'
主要官能团的优先次序
类 别 羧酸 磺酸 羧酸酯 酰氯 酰胺 腈 醛 酮 醇 -OH 官 能 团 -COOH -SO3H -COOR -COCl -CONH2 -CN -CHO 醚 氯化物 硝基化合物 -OR -Cl -NO2 类 别 酚 硫醇 胺 炔烃 烯烃 官 能 团 -OH -SH -NH2 -CC-
- 羟基酸。与卤代酸一样，羟基连在碳链末端时，称为–羟基酸。在生物
科学中，以俗名命名也很常见。
13-14
羟基酸
羧酸分子中脂肪烃基上的氢原子被羟基取代而成的产物为醇酸， 若羟基连在芳香族羧酸的芳环上则为酚酸。
酚酸的命名：以芳香酸为母体，标明羟基在芳环上的位置
COOH OH COOH HO COOH
(3) 用β -羰基酯还原，水解合成
O 1) C H ONa CH COOC H
3 2 5 3 2 5
H , Ni CH C-CH COOC H
3 2 2 2 5
CH C-CH COOC H
oC 3 2
2) H O+
压 , 100 力
2 5
OH
13-17
羟基酸的合成
2 b-羟基酸的合成
(4) 用Reformatsky反应得到β- 醇酸酯，将酯基水解
NaOH H2O
CH 3 CH 3-C-COONa CH 2OH
13-8
卤代酸的化学性质
I. 与碱的反应——随卤素位置不同而得到不同的产物 C ，－卤代酸
与等摩尔NaOH水溶液反应，转化成相应的五或六员环内酯。进一步与碱 反应则生成羟基羧酸盐
CH2 R CH X HO CH2 C O NaOH , H2O R O O
-羟基丁酸钠
-戊内酯
13-22
羟基酸的性质
II. 化学性质 B。脱水反应 4) ω-羟基酸(C>9)在极稀溶液内，可形成大环内酯
O HOC CH2 n Br
O H+ , H2O ROC CH2 n Br
13-5
卤代酸的化学性质
卤代酸具有卤代烃和羧酸的性质
当a-C上卤原子积累时易断裂脱羧
卤代酸的酸性与卤素的位置有关
R
Br
COO H
α位的卤素能使羧酸的酸性 增强，而且卤原子的数目越 多，酸性越大。处于β位的 卤素，增强羧酸酸性的作用 明显下降，在γ碳上的卤素 作用已很小，处于第四个碳 上的卤素已没有什么作用。
13-12
卤代酸的化学性质
III.Darzens反应——a－卤代酸酯在醇钠或氨基钠作用下与醛酮发生的羟醛
缩合反应，产物为a,b－环氧酸酯。
R ClCH CO2C2H5 R C C CO2C2H5 O Cl
C2H5 1) OH
-
NaOC2H5 or NaNH2
R ClC CO2C2H5
O Ph C C2H5
13-13
羟基酸
羧酸分子中脂肪烃基上的氢原子被羟基取代而成的产物为醇酸， 若羟基连在芳香族羧酸的芳环上则为酚酸。
2,3-二羟基丁二酸 酒石酸
羟基丁二酸 苹果酸
2-羟基丙酸（α-羟基丙酸） 乳酸
2-羟基-1,2,3-丙三羧酸 柠檬酸
除IUPAC的命名法则外，醇酸可根据羟基与羧基的相对位置称为a-,b- 和
第十三章 取代羧酸
课程内容
取代羧酸：羧酸碳链或碳环上的氢被其他原子或基团取代所生成的化合物
I.
卤代酸
II. 羟基酸 III. b-羰基酸及b-二羰基化合物 IV. 缩合反应小结
13-2
双官能团化合物的命名
一般是选取其中一个官能团为母体，另外的官能团为取代基。按官能团的优 先次序排列，优先者为母体，其他为取代基。
+
OH
R C CH2CO2Et R'(H)
机理：BrCH2CO2Et + Zn R
乙醚
BrZnCH2CO2Et OZnBr H2O OH R C CH2CO2Et R'(H)
O + BrZnCH2CO2Et (H)R'
R C CH2CO2Et R'(H)
注：1。由于碘代酸酯难制备，氯代酸酯不太活泼，所以此反应常用溴代酸酯 2。a一卤代酯易生成Zn有机试剂，但 a一卤代酸，a一卤代醛(酮)的 C(δ-)活性高，会与Zn有机试剂反应，不易生成Zn的有机试剂 3。羰基化合物无论是脂肪族，还是芳香族的，都可发生此反应，活性次 序为：醛>酮>酯，但当空间阻碍太大时反应不能发生。
O
CH3CHOH HO O C OH HO C O CH3CH O C O C O O
O O O
CH 3
CHCH3
CHCH3
+ 2H2O
a-羟基丙酸
丙交酯
H3C
2)b-醇酸：分子内脱水生成α,β-不饱和酸
CH2 HO CH COOH H
13-21
CH2 CHCOOH
+ H2O
羟基酸的性质
II. 化学性质 B。脱水反应 3) -羟基酸与-羟基酸在中性或酸性条件下形成内酯，在碱性条
C2H5 Ph
- HCl 62~64%
C2H5
R
C C Ph O CO2C2H5
R
R C O H C O O - CO2
C2H5 Ph
C2H5
R
C Ph
C C OH
2) H3O
CH C Ph O
常用的碱为t-BuOK，RONa以及NaNH2等。生成的环氧酸酯皂化后再酸化， 则脱羧重排成增加碳原子的醛、酮。合成较醛酮多一个碳原子的醛。
CH3CH2COOH pKa： 4.86 CH3CHCOOH CH2CH2COOH CH2COOH CH2COOH OH OH Cl OH 2.86 3.85 3.87 4.51
13-20
羟基酸的性质
II. 化学性质 B。脱水反应 1) a-醇酸用脱水剂处理或加热时，两分子相互酯化，生成 六元环交酯；交酯在水中又会变为原来的醇酸
R-CH-COOH OH R-CH-COOH NH2 R-CH-COONa H3O CN R-CH(COOH)2
+
H+ NH3
C2H5-CH-COOC2H5 Br
KOH/C2H5OH
Or C6H5N(CH3)2
CH3CH=CH-COOC2H5
13-7
卤代酸的化学性质
I. 与碱的反应——随卤素位置不同而得到不同的产物 B b－卤代酸 1)有a-H，在碱作用下，生成 a,β-不饱和酸
CH3CH2CHBrCH2COOH
NaOH-H2O H+
CH3CH2CH=CHCOONa
CH3CH2CH=CHCOOH
2)无a -H，在碱性CCl4溶液中，生成β-丙内酯， 在碱水 中，β-丙内酯开环生成a,a-二烃基-b-羟基丙酸
CH 3 CH 3-C-COOH CH 2Br
NaOH CCl4
CH 3 CH3C C=O O
γ－卤代酸
CH2 CH2 R CH X CH2 C HO O NaOH , H2O
4－烷基－1 , 4 －丁内酯
R
O
O
δ－卤代酸
5－烷基－1 , 5 －戊内酯
如果与碱的醇溶液或吡啶等有机碱一起加热，则b，，-卤代酸 均易发生消除反应生成不饱和羧酸。
13-9
卤代酸的化学性质
I. 与碱的反应——随卤素位置不同而得到不同的产物 D e，－卤代酸
4
e-羟基酸的合成——将二元酸单酯的酯基还原成醇
Na + C2H5OH or LiBH4 H2O
HOOC(CH2)nCOOC2H5
HOOC(CH2)nCH2OH
5 酚酸的合成——Kolbe-Schmidt 反应
13-19
羟基酸的性质
I.物理性质 醇酸一般是晶体或黏稠液体。由于羟基和羧基都能与水形成 氢键，因此醇酸在水中的溶解度比相应的醇和酸都大，在乙 醚中溶解度则较小。 II.化学性质 A。酸性 和卤原子相似，羟基也是吸电子基，并能生成氢键，所以醇 酸的酸性比母体羧酸的酸性强，但羟基对酸性的影响没有卤 原子大。羟基距羧基越远，对于酸性的影响越小
R O + (H)R' BrCH2CO2Et 1. Zn, Et2O 2. H , H2O
+
OH R C CH2CO2Et R'(H)
13-11
卤代酸的化学性质
II.Reformatsky反应——制备b-羟基酸酯,b-羟基酸，a,b-不饱和羧酸
R O + (H)R' BrCH2CO2Et 1. Zn, Et2O 2. H , H2O
OZnBr RCHO BrCH 2COOC2H5 BrZnCH2COOC2H5 RCH CH2COOC2H5 OH (1) OH OH H2O RCHCH 2COOC2H5 (2) H RCHCH 2COOH+ C2H5OH
Zn
改进的新方法：
O CH3COEt 酯
Li O (CH3)2C CH2 酮 O C OEt
件下可开环形成羧酸盐，酸化后又成内酯，-内酯的稳定性不 如-内酯（在内酯中，五元环张力最小，最稳定），室温放置 即吸水开环而呈酸性。羟基与羧基相距四个以上碳原子时，内 酯更难生成
CH2CH2CH2C OH
O OH OH
O

O
O
NaOH
HOCH2CH2CH2COONa
OH
O O
-丁内酯(1,4-丁内酯)
邻羟基苯甲酸 水杨酸
间羟基苯甲酸
COOH
OH
对羟基苯甲酸
HO
OH
OH 3,4,5-三羟基苯甲酸 没食子酸
13-15
羟基酸的合成
1 a-羟基酸的合成 A . 二元醇的控制氧化 B. 卤代酸的水解
CH3CH2CHCOOH Br 1) K2CO3, H2O 2) H+, 69% CH3CH2CHCOOH OH
OH H O3 C CN OH C COOH
HOCH2CH2OH
HNO3, H2O
O HOCH2COH
C. 羟基腈的水解
C
O
HC N
13-16
羟基酸的合成
2 b-羟基酸的合成
(1)醛
羟醛缩合
β-羟基醛
选择性氧化
β-羟基酸
(2) β-氯醇与NaCN反应，再水解
RCH CH2 HOCl OH Cl NaCN OH CN H3O RCH CH2 醇 RCH CH2 OH RCH CH2COOH