第10章--羟基酸和酮酸

第10章羟基酸和酮酸COOHCHCH3OHCOOHCCH3OCOOHOH1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α-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210．1羟基酸的结构和命名1、定义羟基酸：是分子中既含有羟基又含羧基的化合物。醇酸（alcoholicacid）：羟基连接在脂肪烃基上的羟基酸。酚酸（phenolicacid）：羟基连接在芳环上的羟基酸。3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等标明羟基的位置。一些来自自然界的羟基酸多采用俗名。2、命名4α-羟基丙酸(2-α-羟基丙酸)（2-hydroxy-propanicacid）乳酸(lacticacid)CH3CHOHCOOHα-羟基丙酸(2-羟基丙酸)5HOOCCH2CHOHCOOH羟基丁二酸hydroxybutanedioicacid苹果酸(malicacid)6酚酸的命名：以芳香酸为母体，标明羟基在芳环上的位置COOHOHCOOHOHCOOHOH邻-羟基苯甲酸间-羟基苯甲酸对-羟基苯甲酸o-hydroxybenzoicm-hydroxybenzoicp-hydroxybenzoicacidacidacid水杨酸(salicylicacid)710.2羟基酸的物理性质•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。8一些重要羧酸的物理性质910.3羟基酸的化学性质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。1010.3.1酸性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）酚酸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。11COOHOHCOOHOHCOOHCOOHOHPka3.004.124.174.54氢键-I效应1210.3.2醇酸的氧化反应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。Tollens试剂不与醇反应，却能将α-羟基酸氧化成α-酮酸。CH3CHCH2COOHOH稀HNO3CH3CCH2COOHOCH3CHCOOHOHTollensCH3CCOOHO+Ag1310.3.3α-醇酸的分解反应α-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。RCCOOHOHR稀硫酸RCORHCOOHRCHCOOHOH稀硫酸RCHOHCOOH1410.3.4醇酸的脱水反应α-醇酸加热时分子间脱水生成交酯RCHCOHOHO+HOCHRCOHOOOOORR+2H2O15b-醇酸加热时分子内脱水生成α，β-不饱和酸RCHCHCOOHOHHRCHCHCOOH16g-醇酸和d-醇酸加热时分子内脱水形成内酯CH2CHOHCH2COHOOOg-醇酸易发生分子内脱水，室温下失水形成稳定的五元环内酯1710.3.5酚酸的脱羧反应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：COOHOH200220COH+CO21810.4酮酸的结构和命名羰基酸是分子中既含有羰基又含羧基的双官能团化合物。分子中含有醛基的称为醛酸，含有酮基的称为酮酸（ketoacid）。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。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。19CH3COCOOHa-丙酮酸(pyruvicacid)2-氧代丙酸2-oxopropanoicacid20CH3COCH2COOHb-丁酮酸（b-butanoneacid）3-氧代丁酸3-oxobutanoicacid乙酰乙酸(acetoaceticacid)2110.5羰基酸的化学性质羰基酸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。2210.5.1酸性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：Pka2.493.514.514.88CH3COCOOHCH3COCH2COOHCH3CHCOOHOHCH3CH2COOH2310.5.2a-酮酸的氨基化反应在体内α-酮酸在NADH(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)催化下可转变成α-氨基酸，其中GPT(谷丙转氨酶)对肝炎病人的临床诊断是十分有用的。如：CH3CCOOHONH3/Pt(或酶）H2O[CH3CCOOH]NH+[H]CH3CHCOO-NH3+24α-氨基酸•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。HOOCCH2CH2COCOOHNAD+H2O+NADHH++OOCCH2CH2CHCOONH3+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苷酸（辅酶I），在反应中起递氢作用。25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)。HOOCCH2CH2COCOOH+H3CCHCOONH3++OH3CCCOOHOOCCH2CH2CHCOONH3+a－酮戊二酸丙氨酸GPT谷氨酸丙酮酸26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，即可推算出血清中GPT的活性。2710.5.2a－酮酸的氧化反应α-酮酸能被弱氧化剂Tollens试剂氧化RCOCOOHTollens试剂RCOO-+Ag+NH32810.5.3酮酸的分解反应1.a－酮酸的分解反应RCHOCO2RCOOHCO++RCCOOHO稀H2SO4浓H2SO4α-酮酸和β-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。29CO2RCCH2COOHO[]RCOHCH2...RCCH2COOHORCCH3OCH3COCH2COOHCH3COCH3+CO22.b-酮酸的分解反应酮式分解：30b-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RCOONa+(浓)CH3COONaNaOH+2RCCH2COOHO)3110.7前列腺素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(prostanoicacidPA)。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。32COOH13579101113151719前列腺(烷)酸33前列腺素可分为PGA、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PGA、E及F较多。根据侧链R′及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α及β两型；α-型用虚线表示，β-型用实线表示。天然前列腺素均为α-型，不存在β-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。34ABEFORR''O'OOHOHOHR'R'R'R''R''R''359(α),11(α),15(S)-三羟基-13(E)前列烯酸OCOOHHOHOHCOOHOHOHOHH11(α),15(S)-二羟基-9-酮基-5(Z),13(E)前列二烯酸3610.8酮型-互变异构37乙酰乙酸乙酯CH3COOC2H5CH2COOC2H5H+C2H5ONaCH3COCH2COOCH2CH3EthylAcetoacetate38乙酰乙酸乙酯1、Na2.HCl,-78℃油状液体1、石油醚-78℃无色结晶CH3CCH2COCH2CH3OOCHCOOCH2CH3CH3COH39CH3CCH2COCH2CH3OONHNH2NO2NO2CH3CNNHNO2NO2CH2COOCH2CH3说明有酮式结构存在40紫色乙酰乙酸乙酯CHCOOCH2CH3CH3COH说明有烯醇式结构存在FeCl341CHCOOCH2CH3CH3COHBr2CHCOOCH2CH3CH3COHBrBrCHCOOCH2CH3CH3COBr-HBr42紫色乙酰乙酸乙酯Br2紫色消失FeCl3紫色43CH3CCH2COCH2CH3OOCHCOOCH2CH3CH3COH93%KetoForm7%EnolForm441.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。452.酮式—烯醇式互变异构现象(Keto—EnolTautomerism)：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。463、酮式—烯醇式互变异构现象的产生原因：α－H的活性47CH3CCHCOOCH2CH3OHCH3CCHCOOCH2CH3O..[]+H+CH3CCHCOOCH2CH3OH48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．形成烯醇型产生的双键应与羰基形成π－π共轭，使共轭体系有所扩大和加强，内能有所降低。2．烯醇型可形成分子内氢键，构成稳定性更大的环状螯合物。49CH3CCHCOCH2CH3OOH分子内氢键CH3CCHC=OHOOCH2CH3π－π共轭体系504、酮式烯醇式互变异构产生的条件CCCOROYHR5110.2.9医药学上重要的羟基酸和酮酸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-氨基水杨酸、丙酮酸、β-丁酮酸、α-酮丁二酸、α-酮戊二酸5253羟基酸的化学反应小结反应类型底物反应条件产物氧化反应α-醇酸的分解反应CH3CHCH2COOHOH稀HNO3CH3CCH2COOHOCH3CHCOOHOHTollensCH3CCOOHO+AgRCHCOOHOH稀硫酸RCHOHCOOH54羟基酸的化学反应小结反应类型底物反应条件产物脱水反应α-醇酸b-醇酸g-醇酸和d-醇酸RCHCOHOHO+HOCHRCOHOOOOORR+2H2ORCHCHCOOHOHHRCHCHCOOHCH2CHOHCH2COHOOO55羟基酸的化学反应小结反应类型底物反应条件产物邻、对位的酚酸脱羧反应COOHOH200220COH+CO256酮酸的化学反应小结反应类型底物反应条件产物a-酮酸的氨基化反应a－酮酸的氧化反应CH3CCOOHONH3/Pt(或酶）H2O[CH3CCOOH]NH+[H]CH3CHCOO-NH3+RCOCOOHTollens试剂RCOO-+Ag+NH357酮酸的化学反应小结反应类型底物反应条件产物分解反应a－酮酸b-酮酸的酮式分解b-酮酸的酸式分解RCHOCO