取代羧酸

稀HNO3
四、羟基酸的制备
1. 羟基腈水解
RCHO
HCN
RCHCN OH
H+/H2O
RCHCOOH OH
KCN
RCH=CH2
HOCl
RCHCH2Cl OH +
RCHCH2CN OH
H /H2O
RCHCH2COOH OH
OH-/H2O
2. 卤代酸水解
RCH2COOH
X2/P
RCHCOOH X
RCHCOOH OH
N 毛果芸香碱
CH3 N
三、酚酸的性质
化学性质：具有酚和芳香酸的一般性质，由于两 种官能团的相互影响，而具有一些特殊性质。 1. 酸性 羟基和芳环之间既有吸电子诱导效应又有供电子 共轭效应，所以酚酸异构体的酸性有所不同。
COOH COOH OH OH pKa 4.17 3.00 4.12 OH 4.54 COOH COOH
1. 酸性
R O HO C C H
CH3COOH pKa 4.76
酸性增加
R O H HO C H
HOCH2COOH 3.83
O C
O
}
-
+ H+
CH3CH2COOH CH3CHCOOH CH2CH2COOH OH pKa 4.88 3.87 OH 4.51
2. -醇酸的分解反应 -醇酸与稀硫酸共热，分解生成比原来分子 少一个碳原子的醛或酮和甲酸。
3. 瑞佛尔马斯基(Reformatsky)反应
BrCH2COOC2H5 H+/H2O Zn/乙醚 BrZnCH2COOC2H5RCHO RCHCH2COOC2H5 H2O OZnBr RCHCH2COOH + C2H5OH
RCHCH2COOC2H5 OH
羟基酸酯
羟基酸
4. 柯尔贝-斯密特(Kolbe-Schmitt)反应 工业上用来制备水杨酸，也是合成酚酸的方法。
CH3CHCOOH OH
2-羟基丙酸 (苹果酸)
HOOCCH2CHCOOH OH
2-羟基丁二酸 (苹果酸)
COOH
HOOCCHCHCOOH OH OH
2,3-二羟基丁二酸 (酒石酸)
HOOCCH2CCH2COOH COOH
3-羧基-3-羟基戊二酸 (柠檬酸)
COOH OH
2-羟基苯甲酸 (水杨酸)
第九章 取代羧酸
羧基分子中烃基上的氢原子被其它原子或原 子团取代的衍生物叫取代羧酸。 常见的取代羧酸有：卤代酸、羟基酸、羰基 酸(氧代酸)、氨基酸等。 本章重点讨论羟基酸、羰基酸。
第一节 羟基酸
一、羟基酸的分类和命名
分类：醇酸、酚酸 命名：醇酸以羧酸为母体，羟基为取代基； 酚酸以芳香酸为母体，羟基为取代基来命名。 自然界存在的羟基酸常按其来源命名。
O H C O H C
O
O
}+ H+
O
O
H
由于分子内氢键的形成，降低了羧基总共羟基 氧原子的电子云密度，使氢离子更易解离，同 时形成羧酸负离子的稳定体系。
2. 脱羧反应 处于邻位或对位的酚酸，对热不稳定，当加热 至熔点以上时，脱羧生成相应的酚。
COOH OH 200~220oC COOH
RCH2COOH
Br2/P
RCHCOOH Br
OH-/H2O
RCHCOOH OH
稀H2SO4
RCHO + HCOOH
常用于由高级羧酸制备少一个碳的高级醛
3. 脱水反应 醇酸的热稳定性较差，加热时易发生脱水反 应但产物因羟基的相对位置不同而不同。
1. -醇酸：两分子间交叉脱水，生成交酯。
O CH3 CH C OH H O O H HO C CH CH3 O O
COOH HO OH OH
3,4,5-三羟基苯甲酸 (没食子酸)
二、醇酸的性质
（一）物理性质 醇酸一般为结晶的固体或粘稠的液体，由于 羟基和羧基都能与水形成氢键，所以醇酸在水中 的溶解度比相应的醇或酸都大，醇酸的熔点比相 应的羧酸高。 （二）化学性质 醇酸既有醇的性质又有羧酸的性质，同时由 于羟基和羧基的相互影响，而具有一些特殊的性 质。
O 稀H2SO4 RCCOOH RCHO + CO2 o 150 C O 浓H2SO4 RCCOOH RCOOH + CO
2.氧化反应
-酮酸很容易氧化，Tollens试剂即可将其 氧化成羧酸和CO2。 O Tollens RCCOOH RCOONH4 + Ag
（二） -酮酸的性质
在 -酮酸分子中，由于羰基和羧基的吸电子 诱导效应的影响，使-位的亚甲基碳原子电子云 密度降低，因此亚甲基与相邻两个碳原子之间的 键容易断裂，在不同的反应条件下，发生酮式分 解和酸式分解反应，这是-酮酸的通性。 酸式分解 酮式分解
CH2 COOH CH2 CH2 OH CH2 C CH2 CH2
O CH2 H2C CH2 CH2 OH COOH H2C CH2 CH2 CH2 C O + H2O
O + H 2O
-羟基丁酸
-羟基戊酸
某些具有内酯结构的药物因水解而减效或失效， 如治疗青光眼的硝酸毛果芸香碱滴眼剂。
CH3 N CH2 O CH2CH3 O OH-/H2O CH2OH CH2 CHCHCH2CH3 N COOH 毛果芸香酸
O CH3 C CH R + CO2 + C2H5OH
1 浓OH2 H+， RCH2COOH + CH3COOH + C2H5OH
♀
♂ 设计下列有机物的合成路线
（1）3-乙基-2-己酮
（2）4-羟基-戊酸 O
（3）3-甲基 -2,5己二酮 CH C CH CH2CH2CH3 3 OH CH3 CHCH CH 2 CH 2CH 3 2 COOH
三、乙酰乙乙酯
（一）乙酰乙酸乙酯的制备
O O C2H5ONa CH3COC2H5 CH3CCH2COC2H5 + C2H5OH O
（二）酮式-烯醇式的互变异构
O O OH O CH3CCH2COC2H5 92.5% CH3C=CHCOC2H5 7.5%
互变异构现象 处于动态平衡中
乙酰乙酸乙酯
O H O CH3 C CH C OC2H5 92.5%
• 有羟基~~和金属钠 反应 • 有双键~~使溴水褪色 • 有烯醇结构~~FeCl3反应 • -氢活性更大 • 有羰基~~酮的特性 • 有甲基酮~~碘仿反应
OH O CH3 C CH C OC2H5 7.5%
（三）乙酰乙酸乙酯的分解 1.酮式分解
O 5%NaOH CH3 C CH2 COONa CH3 C CH2 COOC2H5 -C2H5OH O + H CH3 C CH3 + CO2 O
O
O
CH3 C C C OC2H5 Na R
R'X
O R' O CH3 C C C OC2H5 R
♀
O
O
CH3 C CH2 C OC2H5
NaH O R C X
O
O
♂
CH3 C CH C OC2H5 Na O O
CH3 C CH C OC2H5 H3C C O
O O CH3 C CH C OC2H5 R 1 稀OH+ 2 H ，
O
2- 酮戊二酸
CH3 C CH2 COOH HOOC C CH2CH2COOH
二、酮酸的化学性质
羰基酸分子中含有羰基和羧基，既有酮的性 质又有羧酸的性质，同时由于羰基和羧基的 相互影响，而具有一些特殊的性质。
（一）-酮酸的性质
1.脱羧和脱羰反应 -酮酸与稀硫酸或浓硫酸共热，分别发生脱羧 和脱羰反应生成醛或羧酸。这是-酮酸的通性。
210 C
o
OH + CO2
HO OH
OH
HO OH
OH
+ CO2
3. 氧化反应
醇酸分子中的羟基比醇分子中的羟基易被氧 化，弱氧化剂可使之氧化，如：稀HNO3、 Tollens试剂等。
OH CH3CHCOOH OH
Tollens
O CH3CCOOH O CH3CCH2COOH
CH3CHCH2COOH
ONa +CO2 125~146oC
608kPa
COONa OH
H
+
COOH OH
第二节 羰基酸
羰基酸是分子中既含羰基又含羧基的双官能团化合物
一、羰基酸的分类和命名
分类：-酮酸、 -酮酸、 -酮酸 命名：选择含有羰基和羧基的最长碳链，称为 某酮酸。用数字或希腊字母表示羰基的位置。
O
3-丁酮酸
H2 O
CH3 O O
O H3C
2. -羟基酸： -羟基酸中的-H同时受羧基和 羟基的影响较活泼，受热时羟基和-H结合成 水，并生成，-不饱和羧酸。
CH3CHCHCOOH OH H
CH3CH CHCOOH + H2 O
3. -,-羟基酸： -羟基酸和-羟基酸在室温 下分子内脱去一分子水而分别生成五元环和六 元环的内酯。 O
2.酸式分解
O CH3 C CH2 COOC2H5
40%NaOH
H+
2CH3COONa
CH3COOH
♂ （四）乙酰乙酸乙酯在合成上的应用
O O C2H5ONa O O RX
CH3 C CH2 C OC2H5
CH3 C CH C OC2H5 Na
O
O
CH3 C CH C OC2H5 R
C2H5ONa
O CH3 C CH CH2 COOH CH3
♀
O R C
CH2
COOH
1.酮式分解 -酮酸在高于室温下，脱羰基生成甲基酮。
O R C CH2 COOH O R C CH3 + CO2
2.酸式分解
-酮酸与浓碱共热时，发生-，-碳原子间的 键发生断裂，生成两分子羧酸盐。
O
40%NaOH
R C CH2 COOH
RCOONa + CH3COONa + H2O