第10章 羟基酸和羰基酸

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1、第10章 羟基酸和羰基酸 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 掌握酮体的概念了解醇酸和酮酸的体内化学过程；了解-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 n建议学时：3 h101 羟基酸的结构和命名n1、定义n羟基酸：是分子中既含有羟基又含羧基的 化合物。n醇酸（alcoholic acid） ：羟基连接在脂 肪烃基上的羟基酸n酚酸（phenolic acid） ：连接在芳环 上的羟基酸n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

2、羟基的位置。一些来自自然界的羟基酸多采 用俗名 2、命名-羟基丙酸(2-羟基丙酸) （2-hydroxy-propanic acid） 乳酸(lactic acid) -羟基丙酸(2-羟基丙酸) 羟基丁二酸 hydroxybutanedioic acid 苹果酸 (malic acid) n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-hydroxybenzoic m-hydroxybenzoic p- hydroxybenzoicacid acid acid 水杨酸(salicylic acid) 10.2 羟基酸的物理性质 常见的

3、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。 一些重要羧酸的物理性质10.3 羟基酸的化学性质n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。 10.3.1 酸性n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）n酚酸与相应母体

4、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。 Pka 3.004.174.124.54氢键-I效应+C -In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。10.3.2 醇酸的氧化反应n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。n Tollens试剂不与醇反应，却

5、能将-羟 基酸氧化成-酮酸。 1033 -醇酸的分解反应n-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。1034 醇酸的脱水反应 n-醇酸加热时分子间脱水生成交酯 nb-醇酸加热时分子内脱水生成，-不饱和酸n 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 10.3.5 酚酸的脱羧反应 n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：10.4 羰基酸的结构和命名n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

6、醛基的称为醛 酸，含有酮基的称为酮酸（keto acid）。n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。n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。 a-丙酮酸 (pyruvic acid) 2-氧代丙酸 2-oxopropanoic acid b-丁酮酸 （b-butanone acid） 3-氧代丁酸 3-oxobutanoic acid 乙酰乙酸(acetoacetic acid) 10.5 羰基酸的化学性质n羰基酸分子中含有酮基和羧基，因此具酮 的性质和羧酸的

7、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。 10.5.1 酸性n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：10.5.2 a-酮酸的氨基化反应在体内-酮酸在NADH催化下可转变成- 氨基酸，其中GPT对肝炎病人的临床诊断 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 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

8、苷酸（辅酶 I），在反应中起递氢作用。 n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n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

9、血清中GPT的活性。10.5.2 a酮酸的氧化反应n-酮酸能被弱氧化剂Tollens试剂氧化10.5.3 酮酸的分解反应n1.a酮酸的分解反应 -酮酸和-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。u2. b-酮酸的分解反应 u 酮式分解：nb-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 10.6 醇酸和酮酸的体内化学过程n 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

10、化碳的放出以及能量 的产生，为生命活动提供了物质基础。 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： 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-羟基丁酸。乙酰乙酸可在酶催化下脱羧生成丙酮。 酮体： -羟基丁酸、-丁酮酸 和丙酮三者在医学上称为酮体。n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3 g.L-1 4 g.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

11、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。10.7 前列腺素n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 (prostanoic acid PA)。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。前列腺(烷)酸 前列腺素可分为PG A、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PG A、E及F较多 。根据侧链R及

12、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 分为及两型；-型用虚线表示，-型用实 线表示。天然前列腺素均为-型，不存在-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。 A B E F 9(),11(),15(S)-三羟基-13(E)前列烯酸OCOOHHOHOHCOOHOHOHOHH11(),15(S)-二羟基-9-酮基-5(Z),13(E)前列二烯酸10.8 酮型-型互变异构乙酰乙酸乙酯 Ethyl Acetoacetate乙酰乙酸乙酯1、Na2.HCl,-78 油状液体1、石油醚 -78无色结晶说明有酮

13、式结构存在紫色乙酰乙酸乙酯说明有烯醇式结构存在FeCl3-HBr紫色乙酰乙酸乙酯紫色消失FeCl3紫色93%Keto Form7% Enol Form1. 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。2. 酮式烯醇式互变异构现象(KetoEnol Tautomerism)：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。3、酮式烯醇式互变异构现象的 产生原因：H的活性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成 共轭，使共轭体系有所扩大和加强，内能 有所降低。3烯醇型可形成分子内氢键，构成稳定性更 大的环状螯合物。 分子内氢键共轭体系4 、酮式烯醇式互变异构产生的 条件10.2.9 10.2.9 医药学上重要的羟基酸和酮酸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、 乙酰水杨酸、水杨酸甲酯、对-氨基水杨酸 、丙酮酸、-丁酮酸、-酮丁二酸、- 酮戊二酸