第10章取代酸2013

1、教學(xué)要求教學(xué)要求 掌握羥基酸和酮酸的結(jié)構(gòu)和命名掌握羥基酸和酮酸的結(jié)構(gòu)和命名 掌握醇酸和酮酸的化學(xué)性質(zhì)掌握醇酸和酮酸的化學(xué)性質(zhì) 掌握酮型掌握酮型烯醇型互變異構(gòu)現(xiàn)象烯醇型互變異構(gòu)現(xiàn)象 掌握酮體的概念掌握酮體的概念 作業(yè)作業(yè)P257 1(1,3,5); 2(2,4,6,7);3(1);4第第10章章 羥基酸和羰基酸羥基酸和羰基酸ORCOHOArCOH 羧酸分子中烴基上的氫原子被其它原子或基團(tuán)取代的羧酸分子中烴基上的氫原子被其它原子或基團(tuán)取代的化合物稱為化合物稱為取代羧酸取代羧酸(substituted carboxylic acids)。 R CH CO2HOHR C CO2HOR CH COOHN

2、H2羥基酸羰基酸氨基酸RCOOH ArCO2H 醇酸醇酸羥基酸羥基酸 酚酸酚酸 醛酸醛酸羰基酸羰基酸 酮酸酮酸鹵代酸鹵代酸羥基酸羥基酸氨基酸氨基酸羰基酸羰基酸取代酸取代酸RCHCOOHGG: -X, -NH2, -OH, -C=OR10.1 分類與命名分類與命名乳酸乳酸(lactic acid) - -羥基丙酸羥基丙酸(2-(2-羥基丙酸羥基丙酸) ) 命名命名系統(tǒng)命名系統(tǒng)命名:以羧酸為母體以羧酸為母體。俗名俗名:以來源或性狀得名以來源或性狀得名。CH3CHCOOHOHHO CHCHCOOHCOOHHOHO CCH2COOHCOOHCH2COOH酒石酸酒石酸(Tartaric acid) 檸檬

3、酸檸檬酸 枸櫞酸枸櫞酸(Citric acid)2,3-二羥基丁二酸二羥基丁二酸 3-羧基羧基-3-羥基戊二酸羥基戊二酸COOHOH水楊酸水楊酸(Salicylic acid) 鄰羥基苯甲酸鄰羥基苯甲酸 HO CHCH2COOHCOOH蘋果酸蘋果酸 (Malic acid) 2-羥基丁二酸羥基丁二酸 CH3COCH2CH2COOH-戊酮酸戊酮酸 (4-戊酮酸戊酮酸)COHOOCCH2COOH丁酮二酸丁酮二酸(草酰乙酸草酰乙酸) HO2CCH2CH2CCO2HO-酮戊二酸酮戊二酸2-氧代氧代戊二酸戊二酸a-丙丙酮酸酮酸 CH3COCOOH(2-氧代氧代丙酸丙酸)-丁丁酮酸酮酸(乙酰乙酸乙酰乙酸)

4、 CH3COCH2COOHOHCCOOH乙乙醛酸醛酸10.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與反應(yīng)性能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與反應(yīng)性能（醇、羧酸的性質(zhì)（醇、羧酸的性質(zhì)）（酚、羧酸的性質(zhì)（酚、羧酸的性質(zhì)）（羰基與羧基的性質(zhì)羰基與羧基的性質(zhì)）COHCH2COOHOHCOOHCOCH2COOHl 羥基羥基：氧化：氧化, 鹵代鹵代, 脫水脫水, 成酯成酯, 等等l 酚羥基酚羥基：與：與FeCl3顯色顯色, 等等l羰基：羰基：氧化還原，氧化還原，親核加成，等親核加成，等l 羧基羧基：酸性，成鹽，成酯：酸性，成鹽，成酯, 等等l 相互影響相互影響: 受熱脫水受熱脫水, 易于氧化易于氧化, 等等10.3 羥基酸的化學(xué)性質(zhì)羥基酸的化學(xué)性質(zhì)（-I

5、效應(yīng)）效應(yīng)）GOHOGOO-+ H3O+ H2OpKa4.883.834.51CH3CH2CO2HCH3-CH-CO2HCH2CH2CO2HOHOHCH3CH2CO2HCH3-CH-CO2HCH2CH2CO2HOHOH 酚酸的酸性與電子效應(yīng)、共軛效應(yīng)和鄰位效應(yīng)等相關(guān)，酚酸的酸性與電子效應(yīng)、共軛效應(yīng)和鄰位效應(yīng)等相關(guān)，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。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。 HOCO2HCO2HOHCO2HHOCO2H主要主要表現(xiàn)表現(xiàn) 效應(yīng)效應(yīng)主要主要表現(xiàn)為表現(xiàn)為效應(yīng)效應(yīng): 效應(yīng)效應(yīng)及分子內(nèi)氫鍵及分子內(nèi)氫鍵.后后者使酸性明顯增強(qiáng)者使酸性明顯增強(qiáng)COO

6、HOHCOOOHH2. -醇酸的氧化與分解反應(yīng)醇酸的氧化與分解反應(yīng)（-羥基酸羥基酸、 -羰基酸可發(fā)生銀鏡反應(yīng)羰基酸可發(fā)生銀鏡反應(yīng)）CH3CHCOOHOHTollensCH3CCOOHO+ AgRCCOOHR(H)OH稀H2SO4R-C OR(H)+ HCOOH3.醇酸的脫水反應(yīng)醇酸的脫水反應(yīng) n- -醇酸醇酸分子間脫水分子間脫水交交酯酯RCHC OHOO HHOCHRCOHOOOOORR+ 2H2OCOOHCH3CHOHCOHOCHCH3OHCOOCH3CH 2 H2OCOOCHCH3丙交酯丙交酯交酯多為結(jié)晶物質(zhì)交酯多為結(jié)晶物質(zhì), ,在酸或堿存在下易水解成原來的醇酸。在酸或堿存在下易水解成原來

7、的醇酸。 n-醇酸醇酸分子內(nèi)脫水：分子內(nèi)脫水：生成生成-不飽和羧酸不飽和羧酸。 ,-不飽和酸不飽和酸RCH CH COOHOH HRCH CH COOH + H2OCOOH H2OCOOHOHn-醇酸醇酸和和-醇酸醇酸分子內(nèi)脫水分子內(nèi)脫水：(lactone)。 CH2CH2C OOHCH2O H-羥基丁酸OOH2O-丁內(nèi)酯 (1,4-丁內(nèi)酯)室溫OONaOHHOCH2CH2CH2COONa-羥基丁酸鈉游離的游離的 -醇酸很難存在醇酸很難存在,通常以通常以 -醇酸鹽的形式保存醇酸鹽的形式保存。(麻醉劑麻醉劑) 10.4 羰基酸的化學(xué)性質(zhì)羰基酸的化學(xué)性質(zhì)CH3COCOOH CH3COCH2COOH

8、CH3CHCOOHOHCH3CH2COOHpKa 2.49 3.513.86 4.88 酮酸除了具有酮的通性和羧酸的通性外，酮酸除了具有酮的通性和羧酸的通性外，-酮酸酮酸 和和 -酮酸酮酸 還具有一些特殊的性質(zhì)。還具有一些特殊的性質(zhì)。酮酸的酸性強(qiáng)于相應(yīng)的醇酸，更強(qiáng)于相應(yīng)的羧酸。酮酸的酸性強(qiáng)于相應(yīng)的醇酸，更強(qiáng)于相應(yīng)的羧酸。2. -酮酸的氨基化反應(yīng)酮酸的氨基化反應(yīng)CH3CCOOHNH3/Pt(酶）CH3CCOOHCH3CHCOOOHNHNH3-+n在生物體內(nèi)在生物體內(nèi)a-酮酸和酮酸和a-氨基酸氨基酸在在轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶的作用下可發(fā)的作用下可發(fā)生生相互轉(zhuǎn)化相互轉(zhuǎn)化，即，即a-氨基酸的氨基酸的a-氨基借助

9、轉(zhuǎn)氨酶的催化氨基借助轉(zhuǎn)氨酶的催化作用轉(zhuǎn)移到酮酸的酮基上，結(jié)果原來的氨基酸生成相作用轉(zhuǎn)移到酮酸的酮基上，結(jié)果原來的氨基酸生成相應(yīng)的酮酸，而原來的酮酸則形成相應(yīng)的氨基酸，這種應(yīng)的酮酸，而原來的酮酸則形成相應(yīng)的氨基酸，這種反應(yīng)稱為轉(zhuǎn)氨基作用反應(yīng)稱為轉(zhuǎn)氨基作用(transamination)。 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HOOCCH2CH2COCOOH + CH3CHCOONH3+-OOCCH2CH2CHCOO-NH3+ CH3CCOOHO+2脫羧反應(yīng)脫羧反應(yīng) -酮酸酮酸在稀硫酸作用下，受熱發(fā)生在稀硫酸作用下，受熱發(fā)生脫羧反應(yīng)，生成少一個(gè)碳原子的醛。脫

10、羧反應(yīng)，生成少一個(gè)碳原子的醛。 COCH3COOHCO2稀H2SO4150COCH3H -酮酸酮酸比比-酮酸酮酸更易脫羧更易脫羧, 通常通常-酮酸酮酸只能在低溫下保存。只能在低溫下保存。 COCH3CH2COOHCO2COCH3CH3溫溫?zé)釤?-酮酸酮酸由于羧基受由于羧基受-羰基的影響羰基的影響, 同時(shí)也由于同時(shí)也由于形成形成6員環(huán)的分子內(nèi)氫鍵而使脫羧更加容易員環(huán)的分子內(nèi)氫鍵而使脫羧更加容易:由于由于-酮酸酮酸脫羧產(chǎn)物是酮，故稱為脫羧產(chǎn)物是酮，故稱為酮式分解酮式分解。CCH3OCOOH-丁酮酸CCH3OCOOHCO2CCH3CH2微熱烯醇式OHCOCH3CH3b b-酮酸的分解反應(yīng)酮酸的分解反

11、應(yīng) 酮式分解酮式分解酸式分解酸式分解R COCH2COOHNaOH(con)R COONaCH3COONa+RCH2CCH2COOHRCH2CCH3 + CO2OO-酮酸酮酸與濃堿共熱，分解為兩分子羧酸鹽，稱為與濃堿共熱，分解為兩分子羧酸鹽，稱為酸式酸式分解分解。CO2HOOCOCOOHHOOCO 10.5 醇酸和酮酸的體內(nèi)化學(xué)過程醇酸和酮酸的體內(nèi)化學(xué)過程n體內(nèi)的醇酸和酮酸均為糖、脂肪和蛋白質(zhì)代謝的體內(nèi)的醇酸和酮酸均為糖、脂肪和蛋白質(zhì)代謝的中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物在體內(nèi)各種酶的催化下，中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物在體內(nèi)各種酶的催化下，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)(如氧化、脫羧及脫水等如氧化、脫

12、羧及脫水等)，在反應(yīng)過程中，伴隨著氧氣的吸收、二氧化碳的在反應(yīng)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(zhì)基放出以及能量的產(chǎn)生，為生命活動提供了物質(zhì)基礎(chǔ)礎(chǔ)。 例如：蘋果酸在脫氫酶的作用下生成草酰乙酸例如：蘋果酸在脫氫酶的作用下生成草酰乙酸 在人體內(nèi)，草酰乙酸與丙酮酸在一些酶的作用在人體內(nèi)，草酰乙酸與丙酮酸在一些酶的作用下，經(jīng)酯縮合反應(yīng)生成檸檬酸，其反應(yīng)式如下：下，經(jīng)酯縮合反應(yīng)生成檸檬酸，其反應(yīng)式如下： CH3COCOOH+HSCoACH3SCoACOHOOCCOCH2COOHHOOCCH2CCOHOSCoACH2COOHHOOCCH2COOHCOHCOOHCH2

13、+H2O輔酶A酶乙酰輔酶A合成酶水解酶HOOCCH2CHOHCOOHHOOCCOCH2COOH蘋果酸脫氫酶 脂肪代謝過程中所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物脂肪代謝過程中所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物乙酰乙酸在乙酰乙酸在脫氫酶脫氫酶的作用下被還原成的作用下被還原成- -羥基丁酸。羥基丁酸。CH3COCH2COOHCH3CHCH2COOHNADH+HNAD+OH -羥基丁酸脫氫酶乙酰乙酸可在乙酰乙酸可在脫羧酶脫羧酶催化下脫羧生成丙酮。催化下脫羧生成丙酮。 CH3COCH2COOH脫羧酶CH3COCH3 -羥基丁酸羥基丁酸、-丁酮酸丁酮酸和和丙酮丙酮, 三者在醫(yī)學(xué)上稱為三者在醫(yī)學(xué)上稱為酮體酮體。 CH3CHCH2CO2HOHCH

14、3CCH2CO2HO-CO2CH3CCH3OCH3CCH3OOH-羥基丁酸羥基丁酸 -丁酮酸丁酮酸 丙酮丙酮 血中正常分布：血中正常分布：70% 30% 微量微量 血中酮體正常參考值：血中酮體正常參考值：350mg/L酮血癥酮血癥：3000mg/L 10.6 前列腺素前列腺素(了解了解)n前列腺素前列腺素(prostaglandins ,PG)是花生四烯酸以及是花生四烯酸以及其他不飽和脂肪酸的衍生物。其他不飽和脂肪酸的衍生物。n前列腺素是具有五元環(huán)和前列腺素是具有五元環(huán)和20個(gè)碳原子的脂肪酸。個(gè)碳原子的脂肪酸。其基本結(jié)構(gòu)是前列腺其基本結(jié)構(gòu)是前列腺(烷烷)酸酸(prostanoic acid P

15、A)。隨著分子中所含的隨著分子中所含的酮基、羥基、雙鍵數(shù)目和位置酮基、羥基、雙鍵數(shù)目和位置不同不同，形成了各種性能，形成了各種性能不同的不同的PG。COOH13579101113151719前列腺前列腺(烷烷)酸酸 COOHCH358111419120花生四烯酸花生四烯酸 前列腺素可分為前列腺素可分為PG A、B、C、D、E、F、G、H及及I九型。它們彼此間的區(qū)別是五碳環(huán)上的九型。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(nèi)取代基及雙鍵位置不同。體內(nèi)PG A、E及及F較多較多。根據(jù)側(cè)鏈。根據(jù)側(cè)鏈R及及R所含雙鍵的數(shù)目而分為所含雙鍵的數(shù)目而分為1、2、3類。又根據(jù)五碳環(huán)上類。又根據(jù)五碳

16、環(huán)上9位位-OH基的立體構(gòu)型而基的立體構(gòu)型而分為分為及及兩型；兩型；-型用虛線表示，型用虛線表示，-型用實(shí)線表型用實(shí)線表示。天然前列腺素均為示。天然前列腺素均為-型，不存在型，不存在-型。支鏈型。支鏈上手性碳原子的立體構(gòu)型用上手性碳原子的立體構(gòu)型用R或或S表示（表示（S用虛線用虛線，R用實(shí)線）；鏈上用實(shí)線）；鏈上C=C的構(gòu)型用的構(gòu)型用Z或或E表示。表示。 A B E F ORROOOHOHOHRRRRRR9(),11(),15(S)-三羥基三羥基-13(E)前列烯酸前列烯酸OCOOHHOHOHCOOHOHOHOHH11(),15(S)-二羥基二羥基-9-酮基酮基-5(Z),13(E)前列二烯酸

17、前列二烯酸PGE2PGF1膜磷脂的代謝途徑膜磷脂的代謝途徑細(xì)胞膜磷脂細(xì)胞膜磷脂花生四烯酸花生四烯酸白三烯白三烯LTS環(huán)內(nèi)過氧化物PGG2 PGH2PGF12血栓素血栓素TXA2磷脂酶磷脂酶A25-脂氧化酶脂氧化酶COX合成酶合成酶合成酶合成酶抑制血小板凝集抑制血小板凝集 舒張血管舒張血管促進(jìn)血小板凝集促進(jìn)血小板凝集 血管收縮血管收縮PGE2 PGF2支氣管平滑肌舒張支氣管平滑肌舒張維持腎臟、血小板的正常功能維持腎臟、血小板的正常功能抑制胃酸分泌、維護(hù)胃黏膜抑制胃酸分泌、維護(hù)胃黏膜使支氣管平滑肌收縮使支氣管平滑肌收縮發(fā)炎、疼痛發(fā)炎、疼痛NSAIDs阿司匹林阿司匹林 盛行百年不動搖盛行百年不動搖最

18、早發(fā)現(xiàn)阿司匹林原料藥用作用的古希臘人希波克拉底希波克拉底阿司匹林發(fā)明者費(fèi)利克斯費(fèi)利克斯霍夫曼霍夫曼1899(申請專利申請專利) 阿司匹林（Aspirin）成了拜耳公司拜耳公司100100多年歷史上最多年歷史上最大的驕傲和對世界最大的貢獻(xiàn)。大的驕傲和對世界最大的貢獻(xiàn)。 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前全世界每年消耗的阿司匹林達(dá)5萬噸，約600億劑。僅美國和英國，一年就消耗1.1萬噸。 阿司匹林一問世，立即成為治療感冒、頭痛、發(fā)燒、風(fēng)濕病和緩解、治療關(guān)節(jié)及其他部位疼痛的最暢銷止痛藥。但幾乎在上世紀(jì)前80年的時(shí)間里，人們把它當(dāng)作解熱鎮(zhèn)痛的良藥時(shí)，卻始終未能解開它的藥用機(jī)理之謎。 80年代初，英國藥物學(xué)家約翰約翰

19、文博士文博士和他的同事們發(fā)現(xiàn)，阿司匹林是通過抑制人體中前列腺素的合抑制人體中前列腺素的合成成來發(fā)揮其止痛作用的。 由于這個(gè)發(fā)現(xiàn)，文博士與他人分享了文博士與他人分享了19821982年度的年度的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。也由于這個(gè)發(fā)現(xiàn)，大大拓展了阿司匹林對各類疾病治療和預(yù)防的范圍?，F(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)證明，阿司匹林在防治心、腦血管現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)證明，阿司匹林在防治心、腦血管等疾病方面有著良好的效果，特別是在抑制手術(shù)后血等疾病方面有著良好的效果，特別是在抑制手術(shù)后血栓的形成、心肌梗塞、和抑制血小板凝固等方面，已栓的形成、心肌梗塞、和抑制血小板凝固等方面，已經(jīng)成為醫(yī)生必不可少的常用藥經(jīng)成為醫(yī)生必不可少的常用

20、藥。因此，目前包括我國眾多醫(yī)生在內(nèi)的世界各國的醫(yī)生都建議，心、腦血管疾病患者應(yīng)每日服用少量的阿司匹林。 最新的醫(yī)學(xué)研究還使人驚奇地發(fā)現(xiàn)，長期服用阿司匹林的人，患腸胃器官癌癥的機(jī)率比不服用者少40。據(jù)報(bào)道，目前醫(yī)學(xué)界還在研究它在防治肺癌方面的功效。 當(dāng)然阿司匹林不是當(dāng)然阿司匹林不是“萬靈神藥萬靈神藥”。醫(yī)學(xué)工作者警告說，它對人體的消化系統(tǒng)有著明顯的刺激副作消化系統(tǒng)有著明顯的刺激副作用用，而對青少年的大腦和肝臟也會產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。 CH3COOC2H5 + HCH2COOC2H5C2H5ONaCH3COCH2COOCH2CH3+C2H5OH10.7 酮型酮型-烯醇型互變異構(gòu)烯醇型互變異構(gòu)說明有

21、說明有酮式酮式結(jié)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)存在CH3CCH2COCH2CH3OONHNH2NO2O2NCH3CCH2COCH2CH3NNHOO2NNO2紫色紫色乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯說明有說明有烯醇式烯醇式結(jié)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)存在FeCl3CH3CCHCOCH2CH3OHO紫色紫色乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯紫色消失紫色消失FeCl3紫色紫色Br293%Keto Form7%Enol FormCH3CCHCOCH2CH3OHOCH3CCH2COCH2CH3OOCH3CHCHCOC2H5OHOBr2CH3CCHCOC2H5OHOBrBr-HBrCH3CCHCOC2H5OOBr互變異構(gòu)現(xiàn)象互變異構(gòu)現(xiàn)象(Tautomeris

22、m)兩種或兩種以上的同分異構(gòu)體之間兩種或兩種以上的同分異構(gòu)體之間相相互轉(zhuǎn)變互轉(zhuǎn)變，并以一定比例，并以一定比例以動態(tài)平衡共以動態(tài)平衡共存存的現(xiàn)象，稱為互變異構(gòu)現(xiàn)象。的現(xiàn)象，稱為互變異構(gòu)現(xiàn)象?；プ儺悩?gòu)體特點(diǎn)互變異構(gòu)體特點(diǎn)可以相互轉(zhuǎn)化可以相互轉(zhuǎn)化一般不可分離一般不可分離酮式酮式烯醇式互變異構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因：烯醇式互變異構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因：H的活性的活性RCCCYHROO共軛體系的延長、分子內(nèi)氫鍵的共軛體系的延長、分子內(nèi)氫鍵的形成及形成及-H-H的酸性增強(qiáng)，有利于的酸性增強(qiáng)，有利于烯醇式的穩(wěn)定。烯醇式的穩(wěn)定。（可與（可與FeCl3顯色）顯色）RCCOHCORCCHRCYOOCH3CHCHCOC2H5OHOCH3CCH2COC2H5