有機化學第10章羥基酸和羰基酸課件

1、Chemistry is a key of science 天 道 酬 勤 第10章 羥基酸和羰基酸 本章要求掌握羥基酸和酮酸的結構和命名 掌握醇酸的化學性質掌握酮酸的化學性質掌握乙酰乙酸乙酯的酮型烯醇型互變異構現(xiàn)象掌握酮體的概念了解醇酸和酮酸的體內化學過程；了解-酮酸氨基化反應的生物學意義 熟悉醫(yī)藥學上重要的羥基酸和酮酸的性能與生物活性建議學時：3 h101 羥基酸的結構和命名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（alcoholic acid） ：羥基連接在脂肪烴基上的羥基酸酚酸（phenolic acid） ：連接在芳環(huán)上的羥基酸醇酸的系統(tǒng)命名：以羧酸為母體，羥基為取代

2、基，并用阿拉伯數(shù)字或希臘字母a、b、g 等標明羥基的位置。一些來自自然界的羥基酸多采用俗名 2、命名-羥基丙酸(2-羥基丙酸) （2-hydroxy-propanic acid） 乳酸(lactic acid) -羥基丙酸(2-羥基丙酸) 羥基丁二酸 hydroxybutanedioic acid 蘋果酸 (malic acid) 酚酸的命名：以芳香酸為母體，標明羥基在芳環(huán)上的位置 鄰-羥基苯甲酸 間-羥基苯甲酸 對-羥基苯甲酸 o-hydroxybenzoic m-hydroxybenzoic p- hydroxybenzoic acid acid acid 水楊酸(salicylic ac

3、id) 10.2 羥基酸的物理性質 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較相應碳原子數(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。 一些重要羧酸的物理性質10.3 羥基酸的化學性質羥基酸 羥基酸具有羥基和羧基的各種典型反應，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。這些特性又由于羥基與羧基的相對位置不同而有差異。 10.3.1 酸性醇酸的酸性強于相應的羧酸，且隨羥基與羧基的距離增大而減弱。（-OH：-I效應）酚

4、酸與相應母體芳香酸比較，其酸性隨羥基與羧基的相對位置不同而表現(xiàn)出明顯的差異。酚酸的酸性受誘導效應、共軛效應和鄰位效應的影響。 Pka 3.004.124.174.54氫鍵-I效應+C -I當酚酸中的羥基和羧基處于鄰位時(如水楊酸)，它的酸性比苯甲酸的酸性強，這是由于羥基位于羧基的鄰位時，可以形成分子內氫鍵，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子。同時也降低了羧基負離子的電荷密度，使羧基負離子穩(wěn)定，質子不容易和羧基負離子結合，因而酸性增強。10.3.2 醇酸的氧化反應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，卻能將-羥基酸氧

5、化成-酮酸。 1033 -醇酸的分解反應-醇酸與稀硫酸共熱時，由于羥基和羧基都有-I效應，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。1034 醇酸的脫水反應 -醇酸加熱時分子間脫水生成交酯 b-醇酸加熱時分子內脫水生成，-不飽和酸 g-醇酸和d-醇酸加熱時分子內脫水形成內酯 g-醇酸易發(fā)生分子內脫水，室溫下失水成形成穩(wěn)定的五元環(huán)內酯 10.3.5 酚酸的脫羧反應 羥基在羧基鄰、對位的酚酸加熱至熔點以上時，易脫羧分解成相應的酚。例如：10.4 羰基酸的結構和命名羰基酸是分子中既含有羰基又含羧基的雙官能團化合物。分子中含有醛基的稱為醛酸，含有酮基的稱為酮酸（k

6、eto acid）。酮酸的分類：根據(jù)酮基和羧基的相對位置不同，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，并用阿拉伯數(shù)字或希臘字母標明酮基的位置；也可以羧酸為母體，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 羰基酸的化學性質羰基酸分子中含有酮基和羧基，因此具酮的性質和羧酸的性質。如酮基可以被還原成羥基，可與羰基試劑反應生成相應的

7、產(chǎn)物；羧基可與堿成鹽，與醇成酯等。此外，由于兩個官能團的之間的相互影響，使酮酸具有一些特殊性質。 10.5.1 酸性 由于羰基氧吸電子能力強于羥基，因此酮酸的酸性強于相應的醇酸，更強于相應的羧酸。例如：10.5.2 a-酮酸的氨基化反應在體內-酮酸在NADH催化下可轉變成-氨基酸，其中GPT對肝炎病人的臨床診斷是十分有用的。如：氨是體內代謝的產(chǎn)物，大部分氨在肝臟內轉變成尿素由腎排除，少部分氨在谷氨酸脫氫酶的作用下，在組織細胞內與a酮戊二酸反應生成谷氨酸。 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），在反應中起遞氫作用。 在生物體內a-酮酸和a-氨基酸在轉氨酶的

8、作用下可發(fā)生相互轉化，即a-氨基酸的a-氨基借助轉氨酶的催化作用轉移到酮酸的酮基上，結果原來的氨基酸生成相應的酮酸，而原來的酮酸則形成相應的氨基酸，這種反應稱為轉氨基作用(transamination)。 a酮戊二酸 丙氨酸GPT 谷氨酸 丙酮酸在正常情況下，GPT存在于人體細胞內。在急性肝炎患者肝細胞破裂后大量GPT逸入血清,使血清中GPT的活性會明顯上升。臨床上測定血清中GPT的活性，就是利用上述反應生成的丙酮酸，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。10.5.2 a酮酸的氧化反應-酮酸能被弱氧化劑Tollens試劑氧化 10.5.3

9、 酮酸的分解反應1.a酮酸的分解反應 -酮酸和-酮酸因分子中羰基和羧基的相對位置不同，在不同條件下分解，得到不同的產(chǎn)物。2. b-酮酸的分解反應 酮式分解：b-酮酸的酸式分解反應：b-酮酸與濃氫氧化鈉共熱時，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 10.6 醇酸和酮酸的體內化學過程 體內的醇酸和酮酸均為糖、脂肪和蛋白質代謝的中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物在體內各種酶的催化下，發(fā)生一系列化學反應(如氧化、脫羧及脫水等)，在反應過程中，伴隨著氧氣的吸收、二氧化碳的放出以及能量的產(chǎn)生，為生命活動提供了物質基礎。 例如：蘋果酸在脫氫酶的作用下生成草酰乙酸 在人體內，草酰乙酸與丙酮酸在一些酶的

10、作用下，經(jīng)酯縮合反應生成檸檬酸，其反應式如下： 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-羥基丁酸。乙酰乙酸可在酶催化下脫羧生成丙酮。 酮體： -羥基丁酸、-丁酮酸和丙酮三者在醫(yī)學上稱為酮體。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3 g.L-1 4 g.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。所以臨床上對于進入昏迷狀態(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。10.7 前列腺素前列腺素(prostaglandins ,PG)是花生四烯酸以及其

11、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個碳原子的脂肪酸。其基本結構是前列腺(烷)酸(prostanoic acid PA)。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。前列腺(烷)酸 前列腺素可分為PG A、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PG A、E及F較多。根據(jù)側鏈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基的立體構型而分為及兩型；-型用虛線表示，-型用實線表示。天然前列腺素均為-型，不存在-型。支鏈上手性碳原子的立體構型

12、用R或S表示（S用虛線，R用實線）；鏈上C=C的構型用Z或E表示。 A B E F 9(),11(),15(S)-三羥基-13(E)前列烯酸OCOOHHOHOHCOOHOHOHOHH11(),15(S)-二羥基-9-酮基-5(Z),13(E)前列二烯酸10.8 酮型-型互變異構乙酰乙酸乙酯Ethyl Acetoacetate 乙酰乙酸乙酯1、Na2.HCl,-78 油狀液體1、石油醚-78無色結晶說明有酮式結構存在紫色乙酰乙酸乙酯說明有烯醇式結構存在FeCl3-HBr紫色乙酰乙酸乙酯紫色消失FeCl3紫色93%Keto Form7%Enol Form1. 互變異構現(xiàn)象(Tautomerism)：由于同分異構體之間相互轉變，并以一定比例呈動態(tài)平衡存在的現(xiàn)象，叫做互變異構現(xiàn)象。2. 酮式烯醇式互變異構現(xiàn)象(KetoEnol Tautomerism)：酮式、烯醇式兩種同分異構體之間相互轉變，并以一定比例呈動態(tài)平衡存在的現(xiàn)象，就叫酮式烯醇式互變異構現(xiàn)象。3、酮式烯醇式互變異構現(xiàn)象的產(chǎn)生原因：H的活性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構，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吸電