第11章羟基酸和羰基酸

1、 医用有机化学西安交通大学理学院 唐玉海.c029-8265539913119108093 coohchch3ohcoohcch3ocoohoh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烯醇型互变异构现象构现象 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-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

2、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 hu1 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） ：羟基连接在脂肪：羟基连接在脂肪烃基上的羟基酸烃基上的羟基酸u酚酸酚酸（phenolic acidphenolic 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：以羧酸为母体以羧酸为母体，羟基为取代基，并用阿拉伯数，羟基为取代基，并用阿拉伯数字或希腊字母字或希腊字母a a、b b、g g 等标明羟等标明羟基的位置

3、。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基酸多采用俗名 2、命名、命名-羟基丙酸羟基丙酸(2-羟基丙酸羟基丙酸) （2-hydroxy-propanic acid） 乳酸乳酸(lactic acid) ch3chohcooh-羟基丙酸羟基丙酸(2-羟基丙酸羟基丙酸) hooc ch2chohcooh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 coohohcoohohcoohoh邻邻- -羟基苯甲酸羟基苯甲

4、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) 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。 u羟基酸羟

5、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。这些特性又由于羟基与羧基的相对位置不同而有差异。不同而有差异。 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

6、的距离增大而减弱。（与羧基的距离增大而减弱。（-oh-oh：-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。 coohohcoohohcoohcoohohpka 3.004氢键氢键-i效应效应+c -iu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

7、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。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

8、将- -羟羟基酸氧化成基酸氧化成- -酮酸。酮酸。 ch3chch2coohoh稀hno3ch3cch2coohoch3chcoohohtollensch3ccooho+ ag u- -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生成一分子醛或酮和一分子甲酸。子甲酸。rccoohohr稀硫酸rcor hcoohrchcoohoh稀硫酸rcho hcoohu- -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 rch

9、cohoho+ hochrcohooooorr+ 2h2oub-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，- -不饱和酸不饱和酸rch chcoohoh hrch chcoohu 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 ch2cho hch2 c ohooo 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 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：cooho

10、h200220coh+co2u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。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

11、羧酸为母体，用体，用“氧代氧代”表示羰基。表示羰基。 ch3cocooh a a- -丙酮酸丙酮酸 (pyruvic acid)(pyruvic acid) 2-2-氧代丙酸氧代丙酸 2-oxopropanoic acid ch3coch2cooh 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) 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

12、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，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。酮酸具有一些特殊性质。 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：pka2.493.514.514.88ch3cocooh ch3coch2coohch3chcoohohch3ch2cooh在体内在体内-酮酸酮酸在在nadh催化下可转变成催化下可转变

13、成-氨基酸，其中氨基酸，其中gpt对肝炎病人的临床诊断对肝炎病人的临床诊断是十分有用的。如：是十分有用的。如：ch3ccoohonh3 / pt (或酶）h2o ch3ccoohnh+hch3chcoo-nh3+hoocch2ch2cocoohnad+ h2o+nadh h+oocch2ch2chcoonh3+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

14、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)。 hoocch2ch2cocooh+h3cch coonh3+oh3c c coohoocch2ch2chcoonh3+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在正常情况下，在正常情况下，gp

15、tgpt存在于人体细胞内。在存在于人体细胞内。在急性肝炎患者肝细胞破裂后大量急性肝炎患者肝细胞破裂后大量gptgpt逸入血逸入血清清, ,使血清中使血清中gptgpt的活性会明显上升。临床上的活性会明显上升。临床上测定血清中测定血清中gptgpt的活性，就是利用上述反应的活性，就是利用上述反应生成的丙酮酸，在碱性条件下与生成的丙酮酸，在碱性条件下与2 2，4-4-二硝二硝基苯肼作用显红棕色，在用比色法测定后，基苯肼作用显红棕色，在用比色法测定后，即可推算出血清中即可推算出血清中gptgpt的活性。的活性。11.5.2 11.5.2 a a酮酸的氧化反应酮酸的氧化反应u- -酮酸酮酸能被弱氧化剂

16、能被弱氧化剂tollenstollens试剂氧化试剂氧化rcocoohtollens 试剂rcoo-+ag + nh3u1. 1.a a酮酸的分解反应酮酸的分解反应 rcho co2rcooh co+rc cooho稀h2so4浓h2so4- -酮酸酮酸和和- -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。的产物。co2r c ch2 c oohor cohch2.r c ch2 c oohor c ch3och3coch2coohch3coch3 +co2u2. b b-酮酸的分解反应酮酸的分解反应

17、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 rcoona+(浓 )ch3coonanaoh+2rc ch2cooho)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) )，

18、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： ch3cocooh+hscoach3scoacohooccoch2coohhoocch2ccohoscoach2coohhoocch2coohcohcoohch2+h2o辅

19、酶a酶乙酰辅酶a合成酶水解酶hoocch2chohcoohhoocch2cocooh苹果酸脱氢酶 脂肪代谢过程中所产生的中间产物脂肪代谢过程中所产生的中间产物乙酰乙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- -羟基丁酸。羟基丁酸。ch3coch2coohch3chch2coohnadh+hnad+oh -羟基丁酸脱氢酶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。 ch3coch2cooh脱羧酶ch3coch3u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10mg10mg. .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

20、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 g3 g. .l l-1-1 4 g4 g. .l l-1-1 以上。酮以上。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。11.7 11.7 前列腺素前列腺素u前列腺素前列腺素(prostaglandins ,pg)是花生四烯是花生四烯酸以及其他不饱和脂

21、肪酸的衍生物。它是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列腺素。前列腺素是具有五元环和20个碳个碳原子的脂肪酸。其基本结构是前列腺原子的脂肪酸。其基本结构是前列腺(烷烷)酸酸(prostanoic acid pa)。随着分子中所含的。随着分子中所含的酮基、羟基、双键数目和位置不同，形成酮基、羟基、双键数目和位置不同，形成了各种性能不同的了各种性能不同的pg。cooh13579101113151719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

22、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基的立体构型而基的立体构型而分为分为及及两型；两型；-型用虚线表示，型用虚线表示，-型用实型用实线表示。天然前列腺素均为线表示。天然前列腺素均为-型，不存在型，不存在-型型。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用虚线，用虚线，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

23、表示。表示。 a b e f orrooohohohrrrrrr9(),11(),15(s)-三羟基三羟基-13(e)前列烯酸前列烯酸ocoohhohohcoohohohohh11(),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11.8 11.8 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ch3co oc2h5ch2cooc2h5h+c2h5onach3coch2cooch2ch3ethyl 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ch3cch2c

24、och2ch3oochcooch2ch3ch3cohch3cch2coch2ch3oonhnh2no2no2ch3cnnhno2no2ch2cooch2ch3说明有说明有酮式酮式结构存在结构存在紫色紫色乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯chcooch2ch3ch3coh说明有说明有烯醇式烯醇式结构存结构存在在fecl3chcooch2ch3ch3cohbr2chcooch2ch3ch3cohbrbrchcooch2ch3ch3cobr-hbr紫色紫色乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯br2紫色消失紫色消失fecl3紫色紫色ch3cch2coch2ch3oochcooch2ch3ch3coh93%keto form7%enol form1. 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