第11章羟基酸和羰基酸.ppt

Chemistry is a key of science  天天 道道 酬酬 勤勤  医用有机化学 Medical Organic Chemistry西安交通大学理学院 唐玉海tyh57@mail.xjtu.edu.c029-8265539913119108093第11章  羟基酸和羰基酸 本章要求本章要求•掌握羟基酸和酮酸的结构和命名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醇酸的化学性质•掌握酮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掌握乙酰乙酸乙酯的酮型—烯醇型互变异构烯醇型互变异构现象现象•掌握酮体的概念掌握酮体的概念•了解醇酸和酮酸的体内化学过程；了解了解醇酸和酮酸的体内化学过程；了解αα-酮酸氨基化反应的生物学意义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熟悉医药学上重要的羟基酸和酮酸的性能与生物活性与生物活性•建议学时：建议学时：3 h11．1 羟基酸的结构和命名u1 1、定义、定义u羟基酸羟基酸：是分子中既含有羟基又含羧基的化：是分子中既含有羟基又含羧基的化合物。

合物u醇酸醇酸（（alcoholic acid）） ：羟基连接在脂：羟基连接在脂肪烃基上的羟基酸肪烃基上的羟基酸u酚酸酚酸（（phenolicphenolic acid acid）） ：连接在芳环上：连接在芳环上的羟基酸的羟基酸u醇酸的系统命名：醇酸的系统命名：以羧酸为母以羧酸为母体，羟基为取代基，并用阿拉伯体，羟基为取代基，并用阿拉伯数字或希腊字母数字或希腊字母a a、、b b、、g g 等标明等标明羟基的位置一些来自自然界的羟基的位置一些来自自然界的羟基酸多采用俗名羟基酸多采用俗名 2、命名、命名α-羟基丙酸羟基丙酸(2-α-羟基丙酸羟基丙酸) （（2-hydroxy-propanic acid）） 乳酸乳酸(lactic acid) α-羟基丙酸羟基丙酸(2-羟基丙酸羟基丙酸) 羟基丁二酸羟基丁二酸 hydroxybutanedioic acid 苹果酸苹果酸 (malic acid) u酚酸的命名酚酸的命名：以芳香酸为母体，标明羟：以芳香酸为母体，标明羟基在芳环上的位置基在芳环上的位置 邻邻- -羟基苯甲酸羟基苯甲酸 间间- -羟基苯甲酸羟基苯甲酸 对对- -羟基苯甲酸羟基苯甲酸  o- -hydroxybenzoic m- -hydroxybenzoic p- - hydroxybenzoic acid acid                                   acid 水杨酸水杨酸( (salicylic acid)salicylic acid) 1 11.2 1.2 羟基酸的物理性质羟基酸的物理性质 •常见的醇酸多为晶体或粘稠的液体，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。

数的醇和酸大，多数醇酸具有旋光性酚酸都为晶体，多以盐、酯或糖苷的酚酸都为晶体，多以盐、酯或糖苷的形式存在于植物中形式存在于植物中 一些重要羧酸的物理性质一些重要羧酸的物理性质1 11.3 1.3 羟基酸的化学性质羟基酸的化学性质u羟基酸羟基酸 羟基酸具有羟基和羧基的各种典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这些特性又由于羟基与羧基的相对位置不同而有差异同而有差异 11.3.1 酸性酸性u醇酸醇酸的酸性强于相应的羧酸，且随羟基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与羧基的距离增大而减弱 -OHOH：：- -I I效效应）应）u酚酸酚酸与相应母体芳香酸比较，其酸性随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轭效应和邻位效应的影响 Pka  3.004.124.174.54氢键氢键-I效应效应+C > -Iu当酚酸中的羟基和羧基处于当酚酸中的羟基和羧基处于邻位邻位时时( (如水杨酸如水杨酸) )，，它的酸性比苯甲酸的酸性强，这是由于羟基位于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，可以形成羧基的邻位时，可以形成分子内氢键分子内氢键，降低了羧，降低了羧基中羧基氧原子上的电子云密度，有利于氢原子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，因而酸性增强子结合，因而酸性增强11.3.2  醇酸的氧化反应醇酸的氧化反应u稀硝酸一般不能氧化醇，但却能氧化醇稀硝酸一般不能氧化醇，但却能氧化醇酸生成醛酸、酮酸或二元酸酸生成醛酸、酮酸或二元酸u TollensTollens试剂不与醇反应，却能将试剂不与醇反应，却能将αα- -羟羟基酸氧化成基酸氧化成αα- -酮酸。

酮酸  1 11 1．．3 3．．3 3 αα- -醇酸的分解反应醇酸的分解反应uαα- -醇酸醇酸与与稀硫酸稀硫酸共热时，由于羟基和羧基都有共热时，由于羟基和羧基都有- -I I效应，使羧基和羟基之间的电子云密度降低，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，有利于键的断裂，生成一分子醛或酮和一分子甲生成一分子醛或酮和一分子甲酸11．．3．．4  醇酸的脱水反应醇酸的脱水反应 uαα- -醇酸醇酸加热时分子间脱水生成交酯加热时分子间脱水生成交酯 ub-b-醇酸醇酸加热时分子内脱水生成加热时分子内脱水生成αα，，ββ- -不饱和酸不饱和酸u g g- -醇酸醇酸和和d d- -醇酸醇酸加热时加热时分子内脱水形成分子内脱水形成内酯内酯 • g g- -醇酸易发生分子内脱水，室温下失水成形成稳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定的五元环内酯  1 11.3.5 1.3.5 酚酸的脱羧反应酚酸的脱羧反应 u羟基在羧基羟基在羧基邻、对位邻、对位的酚酸加热至的酚酸加热至熔点以上时，易脱羧分解成相应的熔点以上时，易脱羧分解成相应的酚例如：酚例如：1 11.4 1.4 羰基酸的结构和命名羰基酸的结构和命名u羰基酸羰基酸是分子中既含有羰基又含羧基的双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（酸，含有酮基的称为酮酸（keto acid）u酮酮酸的分类酸的分类：根据酮基和羧基的相对位置：根据酮基和羧基的相对位置不同，不同，酮酮酸酸 可分为可分为a a、、b b、、g g ……酮酮酸u酮酮酸的命名：酸的命名： 酮酸的命名酮酸的命名是以羧酸为母是以羧酸为母体，酮基作取代基，并用阿拉伯数字或希体，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；也可以羧酸为母腊字母标明酮基的位置；也可以羧酸为母体，用体，用“氧代氧代”表示羰基表示羰基 a a- -丙酮酸丙酮酸 ( (pyruvicpyruvic acid) acid) 2-2-氧代丙酸氧代丙酸 2-oxopropanoic acid b b- -丁酮酸丁酮酸 （（b b- -butanone acid）） 3-3-氧代丁酸氧代丁酸 3-oxobutanoic acid 乙酰乙酸乙酰乙酸(acetoacetic acid) 11.5 羰基酸的羰基酸的化学性质化学性质u羰基酸羰基酸分子中含有酮基和羧基，因此具酮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，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酸具有一些特殊性质 11.5.1     酸性酸性    u由于羰基氧吸电子能力强于羟基，因此由于羰基氧吸电子能力强于羟基，因此酮酸的酮酸的酸性强于相应的醇酸酸性强于相应的醇酸，更强于相应的羧酸例，更强于相应的羧酸例如：如：1 11.5.2 1.5.2 a a- -酮酸的氨基化反应酮酸的氨基化反应在在体体内内αα-酮酮酸酸在在NADH催催化化下下可可转转变变成成αα-氨氨基基酸酸，，其其中中GPT对对肝肝炎炎病病人人的的临临床床诊诊断断是十分有用的如：是十分有用的如：•氨是体内代谢的产物，大部分氨在肝脏内转变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，在组织细胞内与用下，在组织细胞内与a a－－酮戊二酸反应生成谷酮戊二酸反应生成谷氨酸。

氨酸 a a－－酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 谷氨酸谷氨酸  式中式中NAD为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶I），在反应中起递氢作用在反应中起递氢作用 u在生物体内在生物体内a a- -酮酸和酮酸和a a- -氨基酸氨基酸在在转氨酶转氨酶的作用下可发的作用下可发生生相互转化相互转化，即，即a a- -氨基酸的氨基酸的a a- -氨基借助转氨酶的催化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反应称为转氨基作用(transamination) a a－－酮戊二酸酮戊二酸 丙氨酸丙氨酸GPTGPT 谷氨酸谷氨酸 丙酮酸丙酮酸u在在正正常常情情况况下下，，GPTGPT存存在在于于人人体体细细胞胞内内在在急急性性肝肝炎炎患患者者肝肝细细胞胞破破裂裂后后大大量量GPTGPT逸逸入入血血清清, ,使使血血清清中中GPTGPT的的活活性性会会明明显显上上升升临临床床上上测测定定血血清清中中GPTGPT的的活活性性，，就就是是利利用用上上述述反反应应生生成成的的丙丙酮酮酸酸，，在在碱碱性性条条件件下下与与2 2，，4-4-二二硝硝基基苯苯肼肼作作用用显显红红棕棕色色，，在在用用比比色色法法测测定定后后，，即可推算出血清中即可推算出血清中GPTGPT的活性。

的活性1 11.5.2 1.5.2 a a－－酮酸的氧化反应酮酸的氧化反应uαα- -酮酸酮酸能被弱氧化剂能被弱氧化剂TollensTollens试剂氧试剂氧化化 1 11.5.3 1.5.3 酮酸的分解反应酮酸的分解反应u1. 1.a a－－酮酸的分解反应酮酸的分解反应 αα- -酮酸酮酸和和ββ- -酮酸酮酸因分子中羰基和羧基的相因分子中羰基和羧基的相对位置不同，在不同条件下分解，得到不同对位置不同，在不同条件下分解，得到不同的产物u2.  b b-酮酸的分解反应酮酸的分解反应 u 酮式分解：酮式分解：ub b- -酮酸的酸式分解反应：酮酸的酸式分解反应：b b- -酮酸与浓氢氧化钠酮酸与浓氢氧化钠共热时，共热时，a a- -碳原子和碳原子和b b- -碳原子之间发生键的断碳原子之间发生键的断裂，生成两分子羧酸盐裂，生成两分子羧酸盐  1 11.6 1.6 醇酸和酮酸的体内化学过程醇酸和酮酸的体内化学过程u 体内的醇酸和酮酸均为糖、脂肪和蛋白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，发生一系列化学反内各种酶的催化下，发生一系列化学反应应( (如氧化、脱羧及脱水等如氧化、脱羧及脱水等) )，在反应过，在反应过程中，伴随着氧气的吸收、二氧化碳的程中，伴随着氧气的吸收、二氧化碳的放出以及能量的产生，为生命活动提供放出以及能量的产生，为生命活动提供了物质基础。

了物质基础 例如：苹果酸在脱氢酶的作用下生成例如：苹果酸在脱氢酶的作用下生成草酰乙酸草酰乙酸 在人体内，草酰乙酸与丙酮酸在一些酶的作用下，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：经酯缩合反应生成柠檬酸，其反应式如下：  脂脂肪肪代代谢谢过过程程中中所所产产生生的的中中间间产产物物——乙乙酰酰乙酸在酶的作用下被还原成乙酸在酶的作用下被还原成ββ- -羟基丁酸羟基丁酸乙酰乙酸可在酶催化下脱羧生成丙酮乙酰乙酸可在酶催化下脱羧生成丙酮 酮体酮体：： β- β-羟基丁酸、羟基丁酸、ββ- -丁酮酸丁酮酸和丙酮三者在医学上称为酮体和丙酮三者在医学上称为酮体u正常人的血液中酮体的含量低于正常人的血液中酮体的含量低于1010mgmg. .L L-1-1, ,而糖尿而糖尿病人因糖代谢不正常，靠消耗脂肪供给能量，其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血液中酮体的含量在3 3 g g. .L L-1-1 ～～ 4 g 4 g. .L L-1-1 以上酮体存在于糖尿病患者的小便和血液中，并能引起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，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还需要检查是否有酮体的存在1 11.7 1.7 前列腺素前列腺素u前列腺素前列腺素(prostaglandins ,PG)是花生四是花生四烯酸以及其他不饱和脂肪酸的衍生物它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前列腺素前列腺素是具有五元环和20个个碳原子的脂肪酸其基本结构是前列腺碳原子的脂肪酸其基本结构是前列腺(烷烷)酸酸(prostanoic acid  PA)随着分子中所随着分子中所含的酮基、羟基、双键数目和位置不同，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形成了各种性能不同的PG前列腺前列腺(烷烷)酸酸  前列腺素可分为前列腺素可分为PG A、、B、、C、、D、、E、、F、、G、、H及及I九型它们彼此间的区别是五碳环上的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取代基及双键位置不同。

体内PG A、、E及及F较多根据侧链根据侧链R′及及R″所含双键的数目而分为所含双键的数目而分为1、、2、、3类又根据五碳环上类又根据五碳环上9位位-OH基的立体构型而分基的立体构型而分为为αα及及ββ两型；两型；αα-型用虚线表示，型用虚线表示，ββ-型用实线型用实线表示天然前列腺素均为表示天然前列腺素均为αα-型，不存在型，不存在ββ-型支链上手性碳原子的立体构型用支链上手性碳原子的立体构型用R或或S表示（表示（S用用虚线，虚线，R用实线）；链上用实线）；链上C=C的构型用的构型用Z或或E表示               A                 B             E                F               9(α),11(α),15(S)-三羟基三羟基-13(E)前列烯酸前列烯酸OCOOHHOHOHCOOHOHOHOHH11(αα),15(S)-二羟基二羟基-9-酮基酮基-5(Z),13(E)前列二烯酸前列二烯酸1 11.8 1.8 酮型酮型- -型互变异构型互变异构乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯 Ethyl Acetoacetate    乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯1、Na2.HCl,-78℃℃ 油状液体油状液体1、石油醚、石油醚-78℃℃无色结晶无色结晶说说明明有有酮酮式式结结构构存存在在紫色紫色乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯说说明明有有烯烯醇醇式式结结构构存存在在FeCl3-HBr紫色紫色乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯紫色消失紫色消失FeCl3紫色紫色93%Keto Form7%Enol  Form1. 互变异构现象互变异构现象(Tautomerism)：：由于同分异构体之间相互转变，并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，以一定比例呈动态平衡存在的现象，叫做互变异构现象。

叫做互变异构现象2. 酮式酮式—烯醇式互变异构现象烯醇式互变异构现象( (KetoKeto——EnolEnol TautomerismTautomerism) )：：酮式、酮式、烯醇式两种同分异构体之间相互转变，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，并以一定比例呈动态平衡存在的现象，就叫就叫酮式酮式—烯醇式互变异构现象烯醇式互变异构现象3、酮式、酮式—烯醇式互变异构现象的烯醇式互变异构现象的产生原因产生原因：：α－－H的活性的活性各种化合物酮型和烯醇型存在的比例大小主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，要要取决于分子结构，要有明显的烯醇型有明显的烯醇型存在，存在，分子必须具备如下条件：分子必须具备如下条件：1 1．．分分子子中中的的亚亚甲甲基基氢氢受受两两个个吸吸电电子子基基团团影影响响而酸性增强而酸性增强2 2．．形形成成烯烯醇醇型型产产生生的的双双键键应应与与羰羰基基形形成成ππ－－ππ共共轭轭，，使使共共轭轭体体系系有有所所扩扩大大和和加加强强，，内内能能有所降低有所降低3 3．烯醇型可形成分子内氢键，构成稳定性更．烯醇型可形成分子内氢键，构成稳定性更大的环状螯合物。

大的环状螯合物 分子内氢键分子内氢键 ππ－－ππ共轭体系共轭体系4 4 、、酮式烯醇式互变异构产生酮式烯醇式互变异构产生的条件的条件11.2.9  医药学上重要的羟基酸和酮酸u乳酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、水杨酸、乳酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、水杨酸、乙酰水杨酸、水杨酸甲酯、对乙酰水杨酸、水杨酸甲酯、对- -氨基水杨酸、氨基水杨酸、丙酮酸、丙酮酸、ββ- -丁酮酸、丁酮酸、αα- -酮丁二酸、酮丁二酸、αα- -酮酮戊二酸戊二酸 下节课内容提示下节课内容提示               第12章  胺。