University of Science and Technology of China
第十三章
取 代 羧 酸
有
机
化
学
Organic Chem
羧酸碳链或环上的氢原子被其他
原子或基团取代的化合物
R C ( H ) C O O H
X ( O H,N H 2,= O )
卤代酸，羟基酸，氨基酸，羰基酸
Organic Chem
一、卤代酸
Dazen 反应：
C
O
P h C
2
H
5
+
C l C H C O O C
2
H
5
R ( H ) N a O C
2
H
5
o r N a N H
2
C C
R
C l
C O O C
2
H
5
C
2
H
5
P h
O H
( H )
- H C l
6 2 ~ 6 4 %
C
O
C
C
2
H
5
R ( H )
P h C O O C
2
H
5
C
O
C
C
2
H
5
R ( H )
P h C O O H
H
2
O / O H
-
- C O
2
C H C
O
R ( H )C
2
H
5
P h
Organic Chem
二、羟基酸
1,命名
广泛存在于自然界，常按来源命名
C HC H
3
C O O H
O H
C HP h C O O H
O H
C O O H
O H
C HH O O C C H
2
C O O H
O H
C O O H
H C O H
H C O H
C O O H
C
C H
2
C O O H
H O C O O H
C H
2
C O O H
柠 檬 酸
杏 仁 酸乳 酸
水 杨 酸
苹 果 酸
酒 石 酸
Organic Chem
2,羟基酸的反应
兼具醇和酸的性质，又互相影响
a,酸性
CH3CH2COOH HOCH2CH2COOH CH3CH(OH)COOH
pKa 4.88 4.51 3.86
C O O H
O H
C O O H
O H
C O O H
H O
C O O H
pKa 3.00 4.12 4.54 4.17
Organic Chem
b,脱水
α-羟基酸
β-羟基酸
C HC H 3
O H
C H 2 C O O H C H 3 C H C H C O O HH
+
+ H 2 O
α,β - 不 饱 和 酸
( R ) C H 3 C H
C
O
O H
H
O O C H
C
C H 3 ( R )
H O O
H
C H
C
O
C H
C
O( R ) C H 3
O
O
C H 3 ( R )
Organic Chem
γ-羟基酸
H O C H 2 C H 2 C H 2 C O O H
O
O
- H 2 O
δ-羟基酸,δ-内酯较难形成
ω-羟基酸：
H O C H 2 ( C H 2 ) x C O O H H O C H 2 ( C H 2 ) x C
O
O Hnn
聚酯
x>4
Organic Chem
c,氧化反应
d,脱羧
R C H
O H
C O O H R C
O
C O O H
[ O ]
土 伦 试 剂
- C O 2
R C H O
R C H
O H
C H 2 C O O H R C
O
C H 2 C O O H R C
O
C H 3
[ O ] - C O
2
R C H
O R '
C O O H
R C H
O
C O O H
C R '
O
R C H O
高 产 率
Organic Chem
e,与醛的反应
R C H C O O H
O H
+ R ' C H O
O O
R O
R '
R C H C H
2
C O O H
O H
+ R ' C H O
O O
O
R '
R
Organic Chem
3,羟基酸的制备
a,卤代酸水解
b,腈醇水解
c,reformatsky反应
X C H 2 C O O N a H O C H 2 C O O N aH 2 O
P h C H O N a C NN a H C O
3
P h C H
O H
C N H C l
5 0 ~ 5 2 %
P h C H
O H
C O O H
B r C H 2 C O O C 2 H 5 B r Z n C H 2 C O O C 2 H 5 R C H O C H C H 2 C O O C 2 H 5R
O HZ n
Organic Chem
d,由 Kolbe— Schmidt反应制酚酸
O N a
C O
2
1 8 0 ~ 2 0 0
O
C
O H
C O O N a
O H
O H
N a H C O
3
煮 沸
O H
O H
C O O H
C O
2
Organic Chem
三、羰基酸
α,β -羰基酸不稳定
C H 3 C C H 2
O
C O O H C H 3 C C H 3
O
C O 2
酯 化
C H 3 C C H 2
O
C O O C 2 H 5
Organic Chem
1,羰基酸的制备
a,Claisen缩合（同种酯的缩合）
C
O
C H 3 O C 2 H 5
N a O C 2 H 5
C
O
C H 3 C H 2 C
O
O C 2 H 52
C
O
C H
3
C H
2
C O O C
2
H
5
-
O C
2
H
5
C
O
C H
3
C H C H O O C
2
H
5
-
p K a = 1 1
C
O
C H
3
O C
2
H
5
C
O
-
C H
2
O C
2
H
5
+ C
O
-
C H
3
C H
2
C O O C
2
H
5
O C
2
H
5
C
O
C H
3
O C
2
H
5 C
O
-
C H
2
O C
2
H
5
-
O C
2
H
5
+ C
2
H
5
O H
p K a = 2 4 p K a = 1 7
Organic Chem
b,两种不同酯的缩合
两种不同的酯的缩合 产物有四种，无制备意义
若选择一种酯不含 α -H，只做亲核进攻受体 产物唯一
P h C O O C H 3 + C H 3 C H 2 C O O C 2 H 5 1 ) N a O H2 ) H + P h C C H
O C H 3
C O O C 2 H 5
例
i.
ii.
C 2 H 5 O C
O
C O C 2 H 5
O
+ P h C H 2 C O O C 2 H 5
CO
P h C H C O O C 2 H 5
8 0 ~ 8 5 %
C O O C 2 H 5
P h C H C O O C 2 H 5
1 ) N a O H
2 ) H +
1 7 5
O
C
C
O
O C 2 H 5
Organic Chem
c,分子内酯缩合（ W.Dieekmann缩合）
C O O C 2 H 5
C O O C 2 H 5
N a
少 量 乙 醇
H + O
C O O C 2 H 5
O H C C O O C 2 H 5 + C H 3 C O O C 2 H 5
1 ) N a O H
2 ) H 2 O
O H C C H 2 C O O C 2 H 5
- 3 H 2 O
C 2 H 5 O O C C O O C 2 H 5
C O O C 2 H 5
太活泼
聚合
iii.
Organic Chem
2,乙酰乙酸乙酯
C H 3 C H 2
O
O C 2 H 5
O
C H
O
C H 3
H
O
O C 2 H 5
酮 式 烯 醇 式
9 2 %
8 %
a,互变异构
同时存在烯和醇的证据,
与 NaCN加成
与 NaHSO3反应
与 Na反应 H2↑
Br2褪色
FeCl3颜色反应
=>说明有 C=O
=>有 C=C
=>有 C=C— OH
=>有 OH
i
ii
Organic Chem
酮式 烯醇式互变是普遍现象
亚胺 烯胺
亚硝基 肟
N
O
C
H
N
O H
C
C
N H
C
H
C
N H 2
C
C C
H
N H N C C
Organic Chem
不同化合物的烯醇含量
与产生移位的质子的酸性,H-键、空间因素等有关
pKa 20 16 13
11 9
8 76.4 89.2
C
O
C H 3C H 3 C
O
C H 3P h C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
C H 3 C C H 2
O
C O C 2 H 5
O
C H 3 C C H 2
O
C P h
O
C H 3 C C H 2
O
C C H 3
O
烯醇含量 1.5× 10-4 3.5× 10-2 0.77
Organic Chem
b,乙 酰乙酸乙酯在合成中的应用
C H 3 C C H 2
O
C O O C 2 H 5 C H 3 C C H
O
C O C 2 H 5
O
N a O C 2 H 5
C H 3 C C H
O
C O C 2 H 5
OR
R X
重 复 上 述 过 程, C H 3 C C
O
C O C 2 H 5
OR
R '
( R,R ' A r,,活 性？ ） = 3 。 （ 消 除 ）, 最 好 1 。 。
Organic Chem
酮式分解在有机合成中非常有用
几乎与格氏反应和付 -克反应齐名
C H
3
C
O
C H
R
C O C
2
H
5
O
C H
3
C
O
C H
R
C O H
O
C H
3
C
O
C H
2
R
+ C O
2
C H
3
C O O H + C
2
H
5
O H + R C H
2
C O O H ( 酸 式 分 解 ）
（ 酮 式 分 解 ）
（ 常 伴 有 酮 式 分 解, 用 丙 二 酸 酯 法 更 好 ）
稀 碱
浓 碱
Organic Chem
R X （ 卤 代 烃 ） C H
3
C C H
2
O R
（ 甲 基 酮 ）
X C H
2
C
O
R C H
3
C C H
2
O
C H
2
C
O
R ?(
- -
二 酮 ）
X C H
2
C O R '
O
C H
3
C C H
2
O
C H
2
C
O
O R '
X C R
O
C H
3
C C H
2
O
C R
O
(
?
- -
二 酮 ）
生 成 C H 用 N a O H,避 免 C
2
H
5
O N a 与 R C X
O
反 应 。
常 用 非 质 子 溶 剂, 醇 镁 代 替 醇 钠, 溶 于 非 质 子 溶 剂, 加 速 反 应
C H
M g O C
2
H
5
+
C H
3
C C H C O C
2
H
5
O O
+
二元取代 ……
Organic Chem
3,丙二酸酯
a,丙二酸酯的制法
C l C H 2 C O O H N a C NN a O H N C C H 2 C O O N a
C 2 H 5 O H
H 2 S O 4
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
b,丙二酸酯在合成上的应用
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
N a O C 2 H 5 R X
R C H ( C O O C 2 H 5 ) 2 N a O H
H 3 + O
R C H ( C O O H ) 2
- C O 2
R C H 2 C O O H
[ - C H ( C O O C 2 H 5 ) 2 ] N a +
Organic Chem
丙二酸酯可以
一次导入两个相同 R基
例 1：
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
1, 2 N a O C 2 H 5
2, 2 C 2 H 5 B r
( C 2 H 5 ) 2 C ( C O O C 2 H 5 ) 2
- C O 2
( C 2 H 5 ) 2 C H C O O H
8 6 %
水 解
酸 化
Organic Chem
例 2：
[ P h C H
2
C ( C O O C
2
H
5
)
2
] N a
+
B r C H
2
C O O C
2
H
5
9 6 %
C ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
2
C O O C
2
H
5
P h C H
2 1, N a O H
2, H C l
C ( C O O H )
2
C H
2
C O O H
P h C H
2
C H C O O H
C H
2
C O O H
P h C H
2
-
- C O
2
Organic Chem
如果用二卤代烃取代，
根据条件不同，可以生成二酸或环状酸。
例,1 ) 2 N a O H
2 ) B r ( C H 2 ) 3 B r
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2 1 ) 水 解
2 ) 酸 化
- C O 2
C H 2 C O O H
C H 2 C O O H
2 C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
1 ) N a O C 2 H 5
2 ) B r ( C H 2 ) 3 C l
C O O H
2 ) B r ( C H 2 ) 2 B r
C O O H
1 ) N a O C 2 H 5
Organic Chem
C H ( C O O C 2 H 5 ) 2-
亲 核 加 成
（ α,β - 不 饱 和 醛 酮 的 亲 核 加 成 M i c h a e l 加 成 ）
亲 核 取 代
Michael加成是非常有用的合成 1,5— 二羰基化合物的反应
C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2
- C O 2 水 解酸 化
+
N a O C
2
H
5
H O C
2
H
5
O O H
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
O
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
O
C H
2
C O O H
9 0 %
Organic Chem
Michael反应的另一重要的应用是
用来合成环状化合物 Robinson关环
羟 醛 缩 合
草 酸
O
C H
3
C H
2
C H C
O
C H
3
N a O C
2
H
5
O
O
C H
3
N a O H
C H
3
H O
O
- H
2
O
O
+
Organic Chem
☆ 上述 Michael加成总是发生在
有烷基取代的 α -位。
1 烷基增加了烯醇离子的活性
2 Michael加成可逆 —— 取代少的
加成产物，逆向易 被破坏
可能解释：
Organic Chem
第十三章
取 代 羧 酸
有
机
化
学
Organic Chem
羧酸碳链或环上的氢原子被其他
原子或基团取代的化合物
R C ( H ) C O O H
X ( O H,N H 2,= O )
卤代酸，羟基酸，氨基酸，羰基酸
Organic Chem
一、卤代酸
Dazen 反应：
C
O
P h C
2
H
5
+
C l C H C O O C
2
H
5
R ( H ) N a O C
2
H
5
o r N a N H
2
C C
R
C l
C O O C
2
H
5
C
2
H
5
P h
O H
( H )
- H C l
6 2 ~ 6 4 %
C
O
C
C
2
H
5
R ( H )
P h C O O C
2
H
5
C
O
C
C
2
H
5
R ( H )
P h C O O H
H
2
O / O H
-
- C O
2
C H C
O
R ( H )C
2
H
5
P h
Organic Chem
二、羟基酸
1,命名
广泛存在于自然界，常按来源命名
C HC H
3
C O O H
O H
C HP h C O O H
O H
C O O H
O H
C HH O O C C H
2
C O O H
O H
C O O H
H C O H
H C O H
C O O H
C
C H
2
C O O H
H O C O O H
C H
2
C O O H
柠 檬 酸
杏 仁 酸乳 酸
水 杨 酸
苹 果 酸
酒 石 酸
Organic Chem
2,羟基酸的反应
兼具醇和酸的性质，又互相影响
a,酸性
CH3CH2COOH HOCH2CH2COOH CH3CH(OH)COOH
pKa 4.88 4.51 3.86
C O O H
O H
C O O H
O H
C O O H
H O
C O O H
pKa 3.00 4.12 4.54 4.17
Organic Chem
b,脱水
α-羟基酸
β-羟基酸
C HC H 3
O H
C H 2 C O O H C H 3 C H C H C O O HH
+
+ H 2 O
α,β - 不 饱 和 酸
( R ) C H 3 C H
C
O
O H
H
O O C H
C
C H 3 ( R )
H O O
H
C H
C
O
C H
C
O( R ) C H 3
O
O
C H 3 ( R )
Organic Chem
γ-羟基酸
H O C H 2 C H 2 C H 2 C O O H
O
O
- H 2 O
δ-羟基酸,δ-内酯较难形成
ω-羟基酸：
H O C H 2 ( C H 2 ) x C O O H H O C H 2 ( C H 2 ) x C
O
O Hnn
聚酯
x>4
Organic Chem
c,氧化反应
d,脱羧
R C H
O H
C O O H R C
O
C O O H
[ O ]
土 伦 试 剂
- C O 2
R C H O
R C H
O H
C H 2 C O O H R C
O
C H 2 C O O H R C
O
C H 3
[ O ] - C O
2
R C H
O R '
C O O H
R C H
O
C O O H
C R '
O
R C H O
高 产 率
Organic Chem
e,与醛的反应
R C H C O O H
O H
+ R ' C H O
O O
R O
R '
R C H C H
2
C O O H
O H
+ R ' C H O
O O
O
R '
R
Organic Chem
3,羟基酸的制备
a,卤代酸水解
b,腈醇水解
c,reformatsky反应
X C H 2 C O O N a H O C H 2 C O O N aH 2 O
P h C H O N a C NN a H C O
3
P h C H
O H
C N H C l
5 0 ~ 5 2 %
P h C H
O H
C O O H
B r C H 2 C O O C 2 H 5 B r Z n C H 2 C O O C 2 H 5 R C H O C H C H 2 C O O C 2 H 5R
O HZ n
Organic Chem
d,由 Kolbe— Schmidt反应制酚酸
O N a
C O
2
1 8 0 ~ 2 0 0
O
C
O H
C O O N a
O H
O H
N a H C O
3
煮 沸
O H
O H
C O O H
C O
2
Organic Chem
三、羰基酸
α,β -羰基酸不稳定
C H 3 C C H 2
O
C O O H C H 3 C C H 3
O
C O 2
酯 化
C H 3 C C H 2
O
C O O C 2 H 5
Organic Chem
1,羰基酸的制备
a,Claisen缩合（同种酯的缩合）
C
O
C H 3 O C 2 H 5
N a O C 2 H 5
C
O
C H 3 C H 2 C
O
O C 2 H 52
C
O
C H
3
C H
2
C O O C
2
H
5
-
O C
2
H
5
C
O
C H
3
C H C H O O C
2
H
5
-
p K a = 1 1
C
O
C H
3
O C
2
H
5
C
O
-
C H
2
O C
2
H
5
+ C
O
-
C H
3
C H
2
C O O C
2
H
5
O C
2
H
5
C
O
C H
3
O C
2
H
5 C
O
-
C H
2
O C
2
H
5
-
O C
2
H
5
+ C
2
H
5
O H
p K a = 2 4 p K a = 1 7
Organic Chem
b,两种不同酯的缩合
两种不同的酯的缩合 产物有四种，无制备意义
若选择一种酯不含 α -H，只做亲核进攻受体 产物唯一
P h C O O C H 3 + C H 3 C H 2 C O O C 2 H 5 1 ) N a O H2 ) H + P h C C H
O C H 3
C O O C 2 H 5
例
i.
ii.
C 2 H 5 O C
O
C O C 2 H 5
O
+ P h C H 2 C O O C 2 H 5
CO
P h C H C O O C 2 H 5
8 0 ~ 8 5 %
C O O C 2 H 5
P h C H C O O C 2 H 5
1 ) N a O H
2 ) H +
1 7 5
O
C
C
O
O C 2 H 5
Organic Chem
c,分子内酯缩合（ W.Dieekmann缩合）
C O O C 2 H 5
C O O C 2 H 5
N a
少 量 乙 醇
H + O
C O O C 2 H 5
O H C C O O C 2 H 5 + C H 3 C O O C 2 H 5
1 ) N a O H
2 ) H 2 O
O H C C H 2 C O O C 2 H 5
- 3 H 2 O
C 2 H 5 O O C C O O C 2 H 5
C O O C 2 H 5
太活泼
聚合
iii.
Organic Chem
2,乙酰乙酸乙酯
C H 3 C H 2
O
O C 2 H 5
O
C H
O
C H 3
H
O
O C 2 H 5
酮 式 烯 醇 式
9 2 %
8 %
a,互变异构
同时存在烯和醇的证据,
与 NaCN加成
与 NaHSO3反应
与 Na反应 H2↑
Br2褪色
FeCl3颜色反应
=>说明有 C=O
=>有 C=C
=>有 C=C— OH
=>有 OH
i
ii
Organic Chem
酮式 烯醇式互变是普遍现象
亚胺 烯胺
亚硝基 肟
N
O
C
H
N
O H
C
C
N H
C
H
C
N H 2
C
C C
H
N H N C C
Organic Chem
不同化合物的烯醇含量
与产生移位的质子的酸性,H-键、空间因素等有关
pKa 20 16 13
11 9
8 76.4 89.2
C
O
C H 3C H 3 C
O
C H 3P h C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
C H 3 C C H 2
O
C O C 2 H 5
O
C H 3 C C H 2
O
C P h
O
C H 3 C C H 2
O
C C H 3
O
烯醇含量 1.5× 10-4 3.5× 10-2 0.77
Organic Chem
b,乙 酰乙酸乙酯在合成中的应用
C H 3 C C H 2
O
C O O C 2 H 5 C H 3 C C H
O
C O C 2 H 5
O
N a O C 2 H 5
C H 3 C C H
O
C O C 2 H 5
OR
R X
重 复 上 述 过 程, C H 3 C C
O
C O C 2 H 5
OR
R '
( R,R ' A r,,活 性？ ） = 3 。 （ 消 除 ）, 最 好 1 。 。
Organic Chem
酮式分解在有机合成中非常有用
几乎与格氏反应和付 -克反应齐名
C H
3
C
O
C H
R
C O C
2
H
5
O
C H
3
C
O
C H
R
C O H
O
C H
3
C
O
C H
2
R
+ C O
2
C H
3
C O O H + C
2
H
5
O H + R C H
2
C O O H ( 酸 式 分 解 ）
（ 酮 式 分 解 ）
（ 常 伴 有 酮 式 分 解, 用 丙 二 酸 酯 法 更 好 ）
稀 碱
浓 碱
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R X （ 卤 代 烃 ） C H
3
C C H
2
O R
（ 甲 基 酮 ）
X C H
2
C
O
R C H
3
C C H
2
O
C H
2
C
O
R ?(
- -
二 酮 ）
X C H
2
C O R '
O
C H
3
C C H
2
O
C H
2
C
O
O R '
X C R
O
C H
3
C C H
2
O
C R
O
(
?
- -
二 酮 ）
生 成 C H 用 N a O H,避 免 C
2
H
5
O N a 与 R C X
O
反 应 。
常 用 非 质 子 溶 剂, 醇 镁 代 替 醇 钠, 溶 于 非 质 子 溶 剂, 加 速 反 应
C H
M g O C
2
H
5
+
C H
3
C C H C O C
2
H
5
O O
+
二元取代 ……
Organic Chem
3,丙二酸酯
a,丙二酸酯的制法
C l C H 2 C O O H N a C NN a O H N C C H 2 C O O N a
C 2 H 5 O H
H 2 S O 4
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
b,丙二酸酯在合成上的应用
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
N a O C 2 H 5 R X
R C H ( C O O C 2 H 5 ) 2 N a O H
H 3 + O
R C H ( C O O H ) 2
- C O 2
R C H 2 C O O H
[ - C H ( C O O C 2 H 5 ) 2 ] N a +
Organic Chem
丙二酸酯可以
一次导入两个相同 R基
例 1：
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
1, 2 N a O C 2 H 5
2, 2 C 2 H 5 B r
( C 2 H 5 ) 2 C ( C O O C 2 H 5 ) 2
- C O 2
( C 2 H 5 ) 2 C H C O O H
8 6 %
水 解
酸 化
Organic Chem
例 2：
[ P h C H
2
C ( C O O C
2
H
5
)
2
] N a
+
B r C H
2
C O O C
2
H
5
9 6 %
C ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
2
C O O C
2
H
5
P h C H
2 1, N a O H
2, H C l
C ( C O O H )
2
C H
2
C O O H
P h C H
2
C H C O O H
C H
2
C O O H
P h C H
2
-
- C O
2
Organic Chem
如果用二卤代烃取代，
根据条件不同，可以生成二酸或环状酸。
例,1 ) 2 N a O H
2 ) B r ( C H 2 ) 3 B r
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2 1 ) 水 解
2 ) 酸 化
- C O 2
C H 2 C O O H
C H 2 C O O H
2 C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2
1 ) N a O C 2 H 5
2 ) B r ( C H 2 ) 3 C l
C O O H
2 ) B r ( C H 2 ) 2 B r
C O O H
1 ) N a O C 2 H 5
Organic Chem
C H ( C O O C 2 H 5 ) 2-
亲 核 加 成
（ α,β - 不 饱 和 醛 酮 的 亲 核 加 成 M i c h a e l 加 成 ）
亲 核 取 代
Michael加成是非常有用的合成 1,5— 二羰基化合物的反应
C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2
- C O 2 水 解酸 化
+
N a O C
2
H
5
H O C
2
H
5
O O H
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
O
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
O
C H
2
C O O H
9 0 %
Organic Chem
Michael反应的另一重要的应用是
用来合成环状化合物 Robinson关环
羟 醛 缩 合
草 酸
O
C H
3
C H
2
C H C
O
C H
3
N a O C
2
H
5
O
O
C H
3
N a O H
C H
3
H O
O
- H
2
O
O
+
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☆ 上述 Michael加成总是发生在
有烷基取代的 α -位。
1 烷基增加了烯醇离子的活性
2 Michael加成可逆 —— 取代少的
加成产物，逆向易 被破坏
可能解释：
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