有机化学 第10章 羟基酸和羰基酸

NADH+ H+
NAD+ + H2O
HOOCCH2CH2COCOOH
a－酮戊二酸
谷氨酸脱氢酶
+
NH3 OOCCH2CH2CHCOO
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。
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
RCHC OH + H O O H HO C CHR
O + 2H2O O
R
O
O

b-醇酸加热时分子内脱水生成α，β-
不饱和酸
RCH CHCOOH OH H
RCH CHCOOH
g-醇酸和d-醇酸加热时分子内脱水形成内酯
CH2CHO H
O
CH2 C OH
O
O
g-醇酸易发生分子内脱水，室温下失水成形成稳
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)。
+
NH3
GPT
HOOCCH2CH2COCOOH + H3C CH COO
a－酮戊二酸
丙氨酸
+
NH3
O
OOCCH2CH2CHCOO + H3C C COOH
谷氨酸
裂，生成两分子羧酸盐
O R C CH2COOH
+2 NaOH (浓) )
RCOONa + CH3COONa
10.6 醇酸和酮酸的体内化学过程
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、二氧化碳的 放出以及能量的产生，为生命活动提供 了物质基础。
• 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
• 建议学时：3 h
10．1 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（alcoholic acid） ：羟基连接在脂肪 烃基上的羟基酸 酚酸（phenolic acid） ：连接在芳环上 的羟基酸
2. b-酮酸的分解反应
酮式分解：
CH3COCH2COOH
CH3COCH3 + CO2
OH O R C CH2 C O
O...H O
[ R C CH2 C O ] CO2
OH R C CH2
O R C CH3
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
CH3CO OC2H5 + H CH2COOC2H5
C2H5ONa
CH3COCH2COOCH2CH3
乙酰乙酸乙酯
1、Na 2.HCl,-78℃ 油状液体
1、石油醚
-78℃
OH
O
CH3C CH C OCH2CH3 无色结晶
O
O
CH3C CH2 C OCH2CH3
O
O
说
CH3C CH2 C OCH2CH3
合成酶
OH O HOOC C CH2C SCoA
CH2COOH
水解酶
HOOC
OH CH2 C CH2COOH + H2O
COOH
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β-羟基丁酸。
CH3COCH2COOH
NADH+H +
NAD+
β -羟基丁酸脱氢酶
CH3CHCH2COOH OH
HOOC CH2 CH COOH OH
羟基丁二酸 hydroxybutanedioic acid
苹果酸 (malic acid)
酚酸的命名：以芳香酸为母体，标明羟 基在芳环上的位置
COOH
COOH
COOH
OH 邻-羟基苯甲酸
OH 间-羟基苯甲酸
HO 对-羟基苯甲酸
o-hydroxybenzoic m-hydroxybenzoic p- hydroxybenzoic
Chemistry is a key of science
天道酬勤
第10章 羟基酸和羰基酸
COOH
O
H3C
C
CH
OH
OH
OH O
H3C
C
C
OH
O
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
4.17
4.54
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。
明
NO2
NHNH2 有
酮
NO2
式
NO2
结 构
NNH CH3C
NO2
存 在
CH2COOCH2CH3
乙酰乙酸乙酯
说
FeCl3
明 有
紫色
烯 醇
式
OH
O
结
构 CH3C CH C OCH2CH3 存
在
OH
O
CH3C
CH C OCH2CH3
Br2
OH
O
CH3C CH C OCH2CH3
Br Br
-HBr
O
O
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。
COOH
OH
氢键
Pka
3.00
COOH
COOH
OH
4.12
-I效应
COOH
HO
+C > -I
CH3C CH C OCH2CH3
O R'
R''
A
O R'
R''
B
O R'
R'' OH
E
OH R'
R'' OH
F
O
C O OH
H
OH
OH
11(α),15(S)-二羟基-9-酮基-5(Z),13(E)前列二烯酸
OH
CO O H
OH
H
OH
9(α),11(α),15(S)-三羟基-13(E)前列烯酸
10.8 酮型-型互变异构
乙酰乙酸乙酯 Ethyl Acetoacetate
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
定的五元环内酯
10.3.5 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：
COOH 200 220 C OH
+ CO2 OH
10.4 羰基酸的结构和命名
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（keto acid）。 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。
CH3COCOOH
a-丙酮酸
(pyruvic acid) 2-氧代丙酸
2-oxopropanoic acid
CH3COCH2COOH
10.3.2 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。
OH CH3CHCH2COOH 稀HNO3
OH CH3CHCOOH
Tollens
O CH3CCH2COOH
O CH3CCOO H + Ag
10．3．3 α-醇酸的分解反应
氨基酸，其中GPT对肝炎病人的临床诊断 是十分有用的。如：
O
NH
CH3CCOOH
NH3
/ Pt (或酶）
H2O
[
CH3CCOOH]
+[H] CH3CHCOO-
N+ H3
•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。
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
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。
RCHCOOH 稀硫酸 OH
RCHO HCOOH
R RCCOOH
OH
稀硫酸 RCOR HCOOH
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。
10．3．4 醇酸的脱水反应
α-醇酸加热时分子间脱水生成交酯
O
O
R
10.5.1 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：
CH3COCOOH CH3COCH2COOH
Pka 2.49
3.51
OH
CH3CHCOOH 4.51
CH3CH2COOH 4.88
10.5.2 a-酮酸的氨基化反应
在体内α-酮酸在NADH催化下可转变成α-
例如：苹果酸在脱氢酶的作用下生成 草酰乙酸
HOOCC H2CHOHCOOH
苹果酸脱氢酶
HOOCC H2COCOOH
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：
O 酶
CH3C COOH + HSCoA
辅酶A
O
CH3 C SCoA 乙酰辅酶A
HOOCCOCH 2COOH
丙酮酸
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。
10.5.2 a－酮酸的氧化反应
2、命名
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
H3C CH COOH OH
α-羟α-羟基基丙丙酸酸(2-(羟2-α基-羟丙基酸丙) 酸)
（2-hydroxy-propanic acid） 乳酸(lactic acid)
9 10
11
7
5
3
1
COOH
13
15
17
19
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。
α-酮酸能被弱氧化剂Tollens试剂氧化
RCOCOOH Tollens 试剂 RCOO- + Ag + NH3
10.5.3 酮酸的分解反应
α-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。
1.a－酮酸的分解反应
O R C COOH
稀H2SO4 浓H2SO4
RCHO + CO2 RCOOH + CO
乙酰乙酸可在酶催化下脱羧生成丙酮。
CH3COCH2COOH
脱羧酶
CH3COCH3
酮体： β-羟基丁酸、β-丁酮酸
和丙酮三者在医学上称为酮体。
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 态的糖尿病患者，除检查小便中含有葡萄糖外，
acid
acid
acid
水杨酸(salicylic acid)
10.2 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。
一些重要羧酸的物理性质
10.3 羟基酸的化学性质
还需要检查是否有酮体的存在。
10.7 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 (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。