第11章羥基酸和羰基酸

會(huì)計(jì)學(xué)1第11章羥基酸和羰基酸醫(yī)用有機(jī)化學(xué)

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Chemistry西安交通大學(xué)理學(xué)院唐玉海tyh57@.c029-8265539913119108093第1頁/共61頁

第11章

羥基酸和羰基酸

第2頁/共61頁本章要求

掌握羥基酸和酮酸的結(jié)構(gòu)和命名

掌握醇酸的化學(xué)性質(zhì)掌握酮酸的化學(xué)性質(zhì)掌握乙酰乙酸乙酯的酮型—烯醇型互變異構(gòu)現(xiàn)象第3頁/共61頁掌握酮體的概念了解醇酸和酮酸的體內(nèi)化學(xué)過程；了解α-酮酸氨基化反應(yīng)的生物學(xué)意義

熟悉醫(yī)藥學(xué)上重要的羥基酸和酮酸的性能與生物活性建議學(xué)時(shí)：3h第4頁/共61頁11．1羥基酸的結(jié)構(gòu)和命名

1、定義羥基酸：是分子中既含有羥基又含羧基的化合物。醇酸（alcoholicacid）

：羥基連接在脂肪烴基上的羥基酸酚酸（phenolicacid）：連接在芳環(huán)上的羥基酸第5頁/共61頁醇酸的系統(tǒng)命名：以羧酸為母體，羥基為取代基，并用阿拉伯?dāng)?shù)字或希臘字母a、b、g

等標(biāo)明羥基的位置。一些來自自然界的羥基酸多采用俗名

2、命名第6頁/共61頁α-羥基丙酸(2-α-羥基丙酸)

（2-hydroxy-propanicacid）

乳酸(lacticacid)α-羥基丙酸(2-羥基丙酸)第7頁/共61頁羥基丁二酸

hydroxybutanedioicacid蘋果酸(malicacid)第8頁/共61頁酚酸的命名：以芳香酸為母體，標(biāo)明羥基在芳環(huán)上的位置

鄰-羥基苯甲酸間-羥基苯甲酸對(duì)-羥基苯甲酸

o-hydroxybenzoicm-hydroxybenzoicp-hydroxybenzoicacid

acid

acid水楊酸(salicylicacid)

第9頁/共61頁11.2羥基酸的物理性質(zhì)

常見的醇酸多為晶體或粘稠的液體，在水中的溶解度和熔點(diǎn)較相應(yīng)碳原子數(shù)的醇和酸大，多數(shù)醇酸具有旋光性。酚酸都為晶體，多以鹽、酯或糖苷的形式存在于植物中。

第10頁/共61頁一些重要羧酸的物理性質(zhì)第11頁/共61頁11.3羥基酸的化學(xué)性質(zhì)

羥基酸羥基酸具有羥基和羧基的各種典型反應(yīng)，羥基和羧基都可以生成酯；羥基可以氧化成羰基，也可以被鹵代：羧基可以成鹽等。酚酸也可以有酚的特性，與三氯化鐵溶液反應(yīng)產(chǎn)生顏色等。由于羥基和羧基的相互影響，產(chǎn)生羥基酸特有的性質(zhì)。這些特性又由于羥基與羧基的相對(duì)位置不同而有差異。

第12頁/共61頁11.3.1酸性

醇酸的酸性強(qiáng)于相應(yīng)的羧酸，且隨羥基與羧基的距離增大而減弱。（-OH：-I效應(yīng)）酚酸與相應(yīng)母體芳香酸比較，其酸性隨羥基與羧基的相對(duì)位置不同而表現(xiàn)出明顯的差異。酚酸的酸性受誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)和鄰位效應(yīng)的影響。

第13頁/共61頁P(yáng)ka3.004氫鍵-I效應(yīng)+C>-I第14頁/共61頁當(dāng)酚酸中的羥基和羧基處于鄰位時(shí)(如水楊酸)，它的酸性比苯甲酸的酸性強(qiáng)，這是由于羥基位于羧基的鄰位時(shí)，可以形成分子內(nèi)氫鍵，降低了羧基中羧基氧原子上的電子云密度，有利于氫原子離解成質(zhì)子。同時(shí)也降低了羧基負(fù)離子的電荷密度，使羧基負(fù)離子穩(wěn)定，質(zhì)子不容易和羧基負(fù)離子結(jié)合，因而酸性增強(qiáng)。

第15頁/共61頁11.3.2

醇酸的氧化反應(yīng)

稀硝酸一般不能氧化醇，但卻能氧化醇酸生成醛酸、酮酸或二元酸。

Tollens試劑不與醇反應(yīng)，卻能將α-羥基酸氧化成α-酮酸。

第16頁/共61頁

11．3．3α-醇酸的分解反應(yīng)

α-醇酸與稀硫酸共熱時(shí)，由于羥基和羧基都有-I效應(yīng)，使羧基和羥基之間的電子云密度降低，有利于鍵的斷裂，生成一分子醛或酮和一分子甲酸。第17頁/共61頁11．3．4醇酸的脫水反應(yīng)

α-醇酸加熱時(shí)分子間脫水生成交酯

第18頁/共61頁b-醇酸加熱時(shí)分子內(nèi)脫水生成α，β-不飽和酸第19頁/共61頁

g-醇酸和d-醇酸加熱時(shí)分子內(nèi)脫水形成內(nèi)酯

g-醇酸易發(fā)生分子內(nèi)脫水，室溫下失水成形成穩(wěn)定的五元環(huán)內(nèi)酯

第20頁/共61頁11.3.5酚酸的脫羧反應(yīng)

羥基在羧基鄰、對(duì)位的酚酸加熱至熔點(diǎn)以上時(shí)，易脫羧分解成相應(yīng)的酚。例如：第21頁/共61頁11.4羰基酸的結(jié)構(gòu)和命名

羰基酸是分子中既含有羰基又含羧基的雙官能團(tuán)化合物。分子中含有醛基的稱為醛酸，含有酮基的稱為酮酸（ketoacid）。酮酸的分類：根據(jù)酮基和羧基的相對(duì)位置不同，酮酸

可分為a、b、g

……酮酸。酮酸的命名：酮酸的命名是以羧酸為母體，酮基作取代基，并用阿拉伯?dāng)?shù)字或希臘字母標(biāo)明酮基的位置；也可以羧酸為母體，用“氧代”表示羰基。第22頁/共61頁a-丙酮酸(pyruvicacid)

2-氧代丙酸

2-oxopropanoicacid

第23頁/共61頁b-丁酮酸

（b-butanoneacid）

3-氧代丁酸3-oxobutanoicacid

乙酰乙酸(acetoaceticacid)

第24頁/共61頁11.5羰基酸的化學(xué)性質(zhì)

羰基酸分子中含有酮基和羧基，因此具酮的性質(zhì)和羧酸的性質(zhì)。如酮基可以被還原成羥基，可與羰基試劑反應(yīng)生成相應(yīng)的產(chǎn)物；羧基可與堿成鹽，與醇成酯等。此外，由于兩個(gè)官能團(tuán)的之間的相互影響，使酮酸具有一些特殊性質(zhì)。

第25頁/共61頁11.5.1

酸性

由于羰基氧吸電子能力強(qiáng)于羥基，因此酮酸的酸性強(qiáng)于相應(yīng)的醇酸，更強(qiáng)于相應(yīng)的羧酸。例如：第26頁/共61頁11.5.2 a-酮酸的氨基化反應(yīng)

在體內(nèi)α-酮酸在NADH催化下可轉(zhuǎn)變成α-氨基酸，其中GPT對(duì)肝炎病人的臨床診斷是十分有用的。如：第27頁/共61頁氨是體內(nèi)代謝的產(chǎn)物，大部分氨在肝臟內(nèi)轉(zhuǎn)變成尿素由腎排除，少部分氨在谷氨酸脫氫酶的作用下，在組織細(xì)胞內(nèi)與a－酮戊二酸反應(yīng)生成谷氨酸。

a－酮戊二酸

谷氨酸脫氫酶

谷氨酸

式中NAD為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（輔酶I），在反應(yīng)中起遞氫作用。

第28頁/共61頁在生物體內(nèi)a-酮酸和a-氨基酸在轉(zhuǎn)氨酶的作用下可發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，即a-氨基酸的a-氨基借助轉(zhuǎn)氨酶的催化作用轉(zhuǎn)移到酮酸的酮基上，結(jié)果原來的氨基酸生成相應(yīng)的酮酸，而原來的酮酸則形成相應(yīng)的氨基酸，這種反應(yīng)稱為轉(zhuǎn)氨基作用(transamination)。

a－酮戊二酸

丙氨酸GPT

谷氨酸

丙酮酸第29頁/共61頁在正常情況下，GPT存在于人體細(xì)胞內(nèi)。在急性肝炎患者肝細(xì)胞破裂后大量GPT逸入血清,使血清中GPT的活性會(huì)明顯上升。臨床上測定血清中GPT的活性，就是利用上述反應(yīng)生成的丙酮酸，在堿性條件下與2，4-二硝基苯肼作用顯紅棕色，在用比色法測定后，即可推算出血清中GPT的活性。第30頁/共61頁11.5.2a－酮酸的氧化反應(yīng)

α-酮酸能被弱氧化劑Tollens試劑氧化第31頁/共61頁11.5.3酮酸的分解反應(yīng)

1.a－酮酸的分解反應(yīng)

α-酮酸和β-酮酸因分子中羰基和羧基的相對(duì)位置不同，在不同條件下分解，得到不同的產(chǎn)物。第32頁/共61頁2.b-酮酸的分解反應(yīng)酮式分解：第33頁/共61頁b-酮酸的酸式分解反應(yīng)：b-酮酸與濃氫氧化鈉共熱時(shí)，a-碳原子和b-碳原子之間發(fā)生鍵的斷裂，生成兩分子羧酸鹽

第34頁/共61頁11.6醇酸和酮酸的體內(nèi)化學(xué)過程

體內(nèi)的醇酸和酮酸均為糖、脂肪和蛋白質(zhì)代謝的中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物在體內(nèi)各種酶的催化下，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)(如氧化、脫羧及脫水等)，在反應(yīng)過程中，伴隨著氧氣的吸收、二氧化碳的放出以及能量的產(chǎn)生，為生命活動(dòng)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

第35頁/共61頁例如：蘋果酸在脫氫酶的作用下生成草酰乙酸

在人體內(nèi)，草酰乙酸與丙酮酸在一些酶的作用下，經(jīng)酯縮合反應(yīng)生成檸檬酸，其反應(yīng)式如下：

第36頁/共61頁

脂肪代謝過程中所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物——乙酰乙酸在酶的作用下被還原成β-羥基丁酸。乙酰乙酸可在酶催化下脫羧生成丙酮。

第37頁/共61頁酮體：β-羥基丁酸、β-丁酮酸和丙酮三者在醫(yī)學(xué)上稱為酮體。正常人的血液中酮體的含量低于10mg.L-1,而糖尿病人因糖代謝不正常，靠消耗脂肪供給能量，其血液中酮體的含量在3g.L-1～4g.L-1

以上。酮體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。所以臨床上對(duì)于進(jìn)入昏迷狀態(tài)的糖尿病患者，除檢查小便中含有葡萄糖外，還需要檢查是否有酮體的存在。第38頁/共61頁11.7前列腺素

前列腺素(prostaglandins,PG)是花生四烯酸以及其他不飽和脂肪酸的衍生物。它是在前列腺的分泌物中檢測出來的，故名前列腺素。前列腺素是具有五元環(huán)和20個(gè)碳原子的脂肪酸。其基本結(jié)構(gòu)是前列腺(烷)酸(prostanoicacidPA)。隨著分子中所含的酮基、羥基、雙鍵數(shù)目和位置不同，形成了各種性能不同的PG。第39頁/共61頁前列腺(烷)酸

第40頁/共61頁

前列腺素可分為PGA、B、C、D、E、F、G、H及I九型。它們彼此間的區(qū)別是五碳環(huán)上的取代基及雙鍵位置不同。體內(nèi)PGA、E及F較多。根據(jù)側(cè)鏈R′及R″所含雙鍵的數(shù)目而分為1、2、3類。又根據(jù)五碳環(huán)上9位-OH基的立體構(gòu)型而分為α及β兩型；α-型用虛線表示，β-型用實(shí)線表示。天然前列腺素均為α-型，不存在β-型。支鏈上手性碳原子的立體構(gòu)型用R或S表示（S用虛線，R用實(shí)線）；鏈上C=C的構(gòu)型用Z或E表示。

第41頁/共61頁

ABEF

第42頁/共61頁9(α),11(α),15(S)-三羥基-13(E)前列烯酸OCOOHHOHOHCOOHOHOHOHH11(α),15(S)-二羥基-9-酮基-5(Z),13(E)前列二烯酸第43頁/共61頁11.8酮型-型互變異構(gòu)第44頁/共61頁乙酰乙酸乙酯EthylAcetoacetate第45頁/共61頁

乙酰乙酸乙酯1、Na2.HCl,-78℃

油狀液體1、石油醚-78℃無色結(jié)晶第46頁/共61頁說明有酮式結(jié)構(gòu)存在第47頁/共61頁紫色乙酰乙酸乙酯說明有烯醇式結(jié)構(gòu)存在FeCl3第48頁/共61頁-HBr第49頁/共61頁紫色乙酰乙酸乙酯紫色消失FeCl3紫色第50頁/共61頁93%KetoForm7%EnolForm第51頁/共61頁1.互變異構(gòu)現(xiàn)象(Tautomerism)：由于同分異構(gòu)體之間相互轉(zhuǎn)變，并以一定比例呈動(dòng)態(tài)平衡存在的現(xiàn)象，叫做互變異構(gòu)現(xiàn)象。第52頁/共61頁2.酮式—烯醇式互變異構(gòu)現(xiàn)象(Keto—EnolTautomerism)：酮式、烯醇式兩種同分異構(gòu)體之間相互轉(zhuǎn)變，并以一定比例呈動(dòng)態(tài)平衡存在的現(xiàn)象，就叫酮式—烯醇式互變異構(gòu)現(xiàn)象。第53頁/共61頁3、酮式—烯醇式互變異構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因：α－H的活性第54頁/共61頁第55頁/共61頁各種化合物酮型和烯醇型存在的比例大小主要取決于分子結(jié)構(gòu)，要有明顯的烯醇型存在，分子必須具備如下條件：1．分子中的亞甲基氫受兩個(gè)吸電子基團(tuán)影響而酸性增強(qiáng)。2．形成烯醇型產(chǎn)生的雙鍵應(yīng)與羰基形