第11章羟基酸和羰基酸

会计学1第11章羟基酸和羰基酸医用有机化学

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Chemistry西安交通大学理学院唐玉海tyh57@.c029-8265539913119108093第1页/共61页

第11章

羟基酸和羰基酸

第2页/共61页本章要求

掌握羟基酸和酮酸的结构和命名

掌握醇酸的化学性质掌握酮酸的化学性质掌握乙酰乙酸乙酯的酮型—烯醇型互变异构现象第3页/共61页掌握酮体的概念了解醇酸和酮酸的体内化学过程；了解α-酮酸氨基化反应的生物学意义

熟悉医药学上重要的羟基酸和酮酸的性能与生物活性建议学时：3h第4页/共61页11．1羟基酸的结构和命名

1、定义羟基酸：是分子中既含有羟基又含羧基的化合物。醇酸（alcoholicacid）

：羟基连接在脂肪烃基上的羟基酸酚酸（phenolicacid）：连接在芳环上的羟基酸第5页/共61页醇酸的系统命名：以羧酸为母体，羟基为取代基，并用阿拉伯数字或希腊字母a、b、g

等标明羟基的位置。一些来自自然界的羟基酸多采用俗名

2、命名第6页/共61页α-羟基丙酸(2-α-羟基丙酸)

（2-hydroxy-propanicacid）

乳酸(lacticacid)α-羟基丙酸(2-羟基丙酸)第7页/共61页羟基丁二酸

hydroxybutanedioicacid苹果酸(malicacid)第8页/共61页酚酸的命名：以芳香酸为母体，标明羟基在芳环上的位置

邻-羟基苯甲酸间-羟基苯甲酸对-羟基苯甲酸

o-hydroxybenzoicm-hydroxybenzoicp-hydroxybenzoicacid

acid

acid水杨酸(salicylicacid)

第9页/共61页11.2羟基酸的物理性质

常见的醇酸多为晶体或粘稠的液体，在水中的溶解度和熔点较相应碳原子数的醇和酸大，多数醇酸具有旋光性。酚酸都为晶体，多以盐、酯或糖苷的形式存在于植物中。

第10页/共61页一些重要羧酸的物理性质第11页/共61页11.3羟基酸的化学性质

羟基酸羟基酸具有羟基和羧基的各种典型反应，羟基和羧基都可以生成酯；羟基可以氧化成羰基，也可以被卤代：羧基可以成盐等。酚酸也可以有酚的特性，与三氯化铁溶液反应产生颜色等。由于羟基和羧基的相互影响，产生羟基酸特有的性质。这些特性又由于羟基与羧基的相对位置不同而有差异。

第12页/共61页11.3.1酸性

醇酸的酸性强于相应的羧酸，且随羟基与羧基的距离增大而减弱。（-OH：-I效应）酚酸与相应母体芳香酸比较，其酸性随羟基与羧基的相对位置不同而表现出明显的差异。酚酸的酸性受诱导效应、共轭效应和邻位效应的影响。

第13页/共61页Pka3.004氢键-I效应+C>-I第14页/共61页当酚酸中的羟基和羧基处于邻位时(如水杨酸)，它的酸性比苯甲酸的酸性强，这是由于羟基位于羧基的邻位时，可以形成分子内氢键，降低了羧基中羧基氧原子上的电子云密度，有利于氢原子离解成质子。同时也降低了羧基负离子的电荷密度，使羧基负离子稳定，质子不容易和羧基负离子结合，因而酸性增强。

第15页/共61页11.3.2

醇酸的氧化反应

稀硝酸一般不能氧化醇，但却能氧化醇酸生成醛酸、酮酸或二元酸。

Tollens试剂不与醇反应，却能将α-羟基酸氧化成α-酮酸。

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11．3．3α-醇酸的分解反应

α-醇酸与稀硫酸共热时，由于羟基和羧基都有-I效应，使羧基和羟基之间的电子云密度降低，有利于键的断裂，生成一分子醛或酮和一分子甲酸。第17页/共61页11．3．4醇酸的脱水反应

α-醇酸加热时分子间脱水生成交酯

第18页/共61页b-醇酸加热时分子内脱水生成α，β-不饱和酸第19页/共61页

g-醇酸和d-醇酸加热时分子内脱水形成内酯

g-醇酸易发生分子内脱水，室温下失水成形成稳定的五元环内酯

第20页/共61页11.3.5酚酸的脱羧反应

羟基在羧基邻、对位的酚酸加热至熔点以上时，易脱羧分解成相应的酚。例如：第21页/共61页11.4羰基酸的结构和命名

羰基酸是分子中既含有羰基又含羧基的双官能团化合物。分子中含有醛基的称为醛酸，含有酮基的称为酮酸（ketoacid）。酮酸的分类：根据酮基和羧基的相对位置不同，酮酸

可分为a、b、g

……酮酸。酮酸的命名：酮酸的命名是以羧酸为母体，酮基作取代基，并用阿拉伯数字或希腊字母标明酮基的位置；也可以羧酸为母体，用“氧代”表示羰基。第22页/共61页a-丙酮酸(pyruvicacid)

2-氧代丙酸

2-oxopropanoicacid

第23页/共61页b-丁酮酸

（b-butanoneacid）

3-氧代丁酸3-oxobutanoicacid

乙酰乙酸(acetoaceticacid)

第24页/共61页11.5羰基酸的化学性质

羰基酸分子中含有酮基和羧基，因此具酮的性质和羧酸的性质。如酮基可以被还原成羟基，可与羰基试剂反应生成相应的产物；羧基可与碱成盐，与醇成酯等。此外，由于两个官能团的之间的相互影响，使酮酸具有一些特殊性质。

第25页/共61页11.5.1

酸性

由于羰基氧吸电子能力强于羟基，因此酮酸的酸性强于相应的醇酸，更强于相应的羧酸。例如：第26页/共61页11.5.2 a-酮酸的氨基化反应

在体内α-酮酸在NADH催化下可转变成α-氨基酸，其中GPT对肝炎病人的临床诊断是十分有用的。如：第27页/共61页氨是体内代谢的产物，大部分氨在肝脏内转变成尿素由肾排除，少部分氨在谷氨酸脱氢酶的作用下，在组织细胞内与a－酮戊二酸反应生成谷氨酸。

a－酮戊二酸

谷氨酸脱氢酶

谷氨酸

式中NAD为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶I），在反应中起递氢作用。

第28页/共61页在生物体内a-酮酸和a-氨基酸在转氨酶的作用下可发生相互转化，即a-氨基酸的a-氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸，这种反应称为转氨基作用(transamination)。

a－酮戊二酸

丙氨酸GPT

谷氨酸

丙酮酸第29页/共61页在正常情况下，GPT存在于人体细胞内。在急性肝炎患者肝细胞破裂后大量GPT逸入血清,使血清中GPT的活性会明显上升。临床上测定血清中GPT的活性，就是利用上述反应生成的丙酮酸，在碱性条件下与2，4-二硝基苯肼作用显红棕色，在用比色法测定后，即可推算出血清中GPT的活性。第30页/共61页11.5.2a－酮酸的氧化反应

α-酮酸能被弱氧化剂Tollens试剂氧化第31页/共61页11.5.3酮酸的分解反应

1.a－酮酸的分解反应

α-酮酸和β-酮酸因分子中羰基和羧基的相对位置不同，在不同条件下分解，得到不同的产物。第32页/共61页2.b-酮酸的分解反应酮式分解：第33页/共61页b-酮酸的酸式分解反应：b-酮酸与浓氢氧化钠共热时，a-碳原子和b-碳原子之间发生键的断裂，生成两分子羧酸盐

第34页/共61页11.6醇酸和酮酸的体内化学过程

体内的醇酸和酮酸均为糖、脂肪和蛋白质代谢的中间产物，这些中间产物在体内各种酶的催化下，发生一系列化学反应(如氧化、脱羧及脱水等)，在反应过程中，伴随着氧气的吸收、二氧化碳的放出以及能量的产生，为生命活动提供了物质基础。

第35页/共61页例如：苹果酸在脱氢酶的作用下生成草酰乙酸

在人体内，草酰乙酸与丙酮酸在一些酶的作用下，经酯缩合反应生成柠檬酸，其反应式如下：

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脂肪代谢过程中所产生的中间产物——乙酰乙酸在酶的作用下被还原成β-羟基丁酸。乙酰乙酸可在酶催化下脱羧生成丙酮。

第37页/共61页酮体：β-羟基丁酸、β-丁酮酸和丙酮三者在医学上称为酮体。正常人的血液中酮体的含量低于10mg.L-1,而糖尿病人因糖代谢不正常，靠消耗脂肪供给能量，其血液中酮体的含量在3g.L-1～4g.L-1

以上。酮体存在于糖尿病患者的小便和血液中，并能引起患者的昏迷和死亡。所以临床上对于进入昏迷状态的糖尿病患者，除检查小便中含有葡萄糖外，还需要检查是否有酮体的存在。第38页/共61页11.7前列腺素

前列腺素(prostaglandins,PG)是花生四烯酸以及其他不饱和脂肪酸的衍生物。它是在前列腺的分泌物中检测出来的，故名前列腺素。前列腺素是具有五元环和20个碳原子的脂肪酸。其基本结构是前列腺(烷)酸(prostanoicacidPA)。随着分子中所含的酮基、羟基、双键数目和位置不同，形成了各种性能不同的PG。第39页/共61页前列腺(烷)酸

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前列腺素可分为PGA、B、C、D、E、F、G、H及I九型。它们彼此间的区别是五碳环上的取代基及双键位置不同。体内PGA、E及F较多。根据侧链R′及R″所含双键的数目而分为1、2、3类。又根据五碳环上9位-OH基的立体构型而分为α及β两型；α-型用虚线表示，β-型用实线表示。天然前列腺素均为α-型，不存在β-型。支链上手性碳原子的立体构型用R或S表示（S用虚线，R用实线）；链上C=C的构型用Z或E表示。

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ABEF

第42页/共61页9(α),11(α),15(S)-三羟基-13(E)前列烯酸OCOOHHOHOHCOOHOHOHOHH11(α),15(S)-二羟基-9-酮基-5(Z),13(E)前列二烯酸第43页/共61页11.8酮型-型互变异构第44页/共61页乙酰乙酸乙酯EthylAcetoacetate第45页/共61页

乙酰乙酸乙酯1、Na2.HCl,-78℃

油状液体1、石油醚-78℃无色结晶第46页/共61页说明有酮式结构存在第47页/共61页紫色乙酰乙酸乙酯说明有烯醇式结构存在FeCl3第48页/共61页-HBr第49页/共61页紫色乙酰乙酸乙酯紫色消失FeCl3紫色第50页/共61页93%KetoForm7%EnolForm第51页/共61页1.互变异构现象(Tautomerism)：由于同分异构体之间相互转变，并以一定比例呈动态平衡存在的现象，叫做互变异构现象。第52页/共61页2.酮式—烯醇式互变异构现象(Keto—EnolTautomerism)：酮式、烯醇式两种同分异构体之间相互转变，并以一定比例呈动态平衡存在的现象，就叫酮式—烯醇式互变异构现象。第53页/共61页3、酮式—烯醇式互变异构现象的产生原因：α－H的活性第54页/共61页第55页/共61页各种化合物酮型和烯醇型存在的比例大小主要取决于分子结构，要有明显的烯醇型存在，分子必须具备如下条件：1．分子中的亚甲基氢受两个吸电子基团影响而酸性增强。2．形成烯醇型产生的双键应与羰基形