《医用化学》第十章

第十章羧酸和取代羧酸羧酸取代羧酸第一节羧酸•羧酸的分类、结构和命名•羧酸的性质•常见的羧酸一、羧酸的分类、结构和命名根据与羧酸相连的烃基不同，羧酸可以分为脂肪酸和芳香酸，前者还可以分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸；根据分子中所含羧基数目的不同，其又可以分为一元酸、二元酸和多元酸。（一）羧酸的分类CH3CHCHCOOHCH3CH2COOH饱和脂肪酸不饱和脂肪酸脂肪酸COOH芳香酸HOOCCH2CHCH2COOHCOOH多元酸羧酸中，羧基碳呈sp2杂化，其3条杂化轨道分别与羰基氧、羟基氧和α碳原子（甲酸为氢原子）形成共平面的3个σ键，键角约为120°。羧基碳原子上未参与杂化的p轨道与羰基氧原子的p轨道侧面重叠形成π键，此π键与羟基氧原子上含孤对电子的p轨道形成p-π共轭体系。（二）羧酸的结构一、羧酸的分类、结构和命名（三）羧酸的命名羧酸的系统命名法与醛类相似。脂肪族一元羧酸命名时，首先选择包含羧基在内的最长碳链作为主链，根据主碳链原子数称为“某酸”。主链碳原子的编号从羧基碳原子开始，用阿拉伯数字标明碳原子的位次，位次也可以用希腊字母α，β，γ，…表示，但须从羧酸的邻位碳原子开始编号，1．系统命名一、羧酸的分类、结构和命名CH3CHCH3CH2COOH1234αβγ3甲基丁酸（β甲基丁酸）（三）羧酸的命名不饱和脂肪酸的命名是选择包含羧基和不饱和键在内的最长碳链作主链，根据主链碳原子数而称为“某烯酸”或“某炔酸”。主链碳原子不饱和键的位次写在主链名称之前。一、羧酸的分类、结构和命名CH3CHCH3COOH1234CCHCH352,4二甲基3戊烯酸（三）羧酸的命名当主链碳原子数大于10时，需要在表示碳原子数的中文大写数字后加上“碳”字，以免主链碳原子数和双键、三键的数目混淆。一、羧酸的分类、结构和命名CH3(CH2)4CHCHCH2CHCH(CH2)7COOH181312111099,12十八碳二烯酸（亚油酸）（三）羧酸的命名脂环酸和芳香酸命名时，把环作为相应脂肪酸的取代基。二元羧酸要把两个羧酸的位次都写在主体名称之前。一、羧酸的分类、结构和命名CH2CH2COOH3环己基丙酸CHCOOHCH3苯基丙烯酸（肉桂酸）（三）羧酸的命名脂肪族二元酸的命名要选择包含两个羧基的最长碳链作主链，根据主链碳原子数目称为“某二酸”。一、羧酸的分类、结构和命名CH2COOHCH2COOH丁二酸（琥珀酸）CCHHCOOHHOOC反丁烯二酸（延胡索酸）（三）羧酸的命名许多羧酸最初是从天然产物中提取的，所以常根据它们的最初来源命名，也称俗名。2．俗名一、羧酸的分类、结构和命名HCOOHCH3COOHHOOCCOOH蚁酸醋酸草酸二、羧酸的性质（一）羧酸的物理性质所有二元酸都是结晶化合物，低级的二元酸溶于水，随着相对分子质量的增加，其在水中的溶解度降低。在脂肪族二元酸系列中有这样一个规律，单数碳原子的二元酸比少一个碳的双数碳原子的二元酸溶解度大、熔点低。（二）羧酸的化学性质1．酸性羧酸在水溶液中能发生部分解离，属于弱酸。羧酸的酸性比盐酸、硫酸等无机酸弱很多，但比碳酸和一般的酚类强。羧酸的钠盐、钾盐和铵盐易溶于水。不同的羧酸的酸性强弱不同。二、羧酸的性质（二）羧酸的化学性质2．羧基中羟基的取代反应羧酸与醇在酸催化下生成酯的反应称为酯化反应。该反应是可逆反应，在相同的条件下，酯可被水解生成羧酸和醇，称为酯的水解反应。二、羧酸的性质酯化反应H+H2OCH3COOH+HOC2H5CH3COOCH2CH3△+（二）羧酸的化学性质羧酸分子中去掉羧基上的羟基，余下的基团称为酰基（R—CO—），可根据原来羧酸的名称命名为某酰基。羧酸与氨或胺（R—NH2）可以形成铵盐。这是一个可逆反应，低温利于铵盐生成，加热铵盐分解为羧酸和氨或胺。二、羧酸的性质酰胺的生成（二）羧酸的化学性质羧酸（除甲酸外）在乙酸酐、P2O5等脱水剂存在的条件下加热，可发生两个分子间脱水生成酸酐。五元环或六元环的环状酸酐（简称环酐），可由二元羧酸受热分子内脱水形成。二、羧酸的性质酸酐的生成（二）羧酸的化学性质羧酸（除甲酸外）能与三卤化磷、五卤化磷或亚硫酰氯（SOCl2）反应，羧基中的羟基被卤素取代生成相应的酰卤。酰卤的反应活性很高，被广泛地用于药物和有机合成中。二、羧酸的性质酰卤的生成（二）羧酸的化学性质3．脱羧反应羧酸失去羧基放出CO2的反应称为脱羧反应。不同羧酸的脱羧难易程度不同，一元羧酸难脱羧，多元羧酸易脱羧。脱羧反应是机体代谢过程的重要组成。二、羧酸的性质（一）甲酸甲酸俗称蚁酸，是最简单的脂肪酸。甲酸存在于蚁类、蜂类等昆虫的分泌物中，是无色、有刺激性气味的液体，能与水混溶。甲酸结构特殊，分子中既有羧基又有醛基，因此它除了具有酸性外，还具有还原性。三、常见的羧酸（二）乙酸乙酸俗称醋酸，纯净的乙酸是具有强烈刺激性气味的无色液体，能与水混溶，纯乙酸在16.5℃时凝结成冰状固体，所以纯乙酸又称冰醋酸或冰乙酸。在医药上，乙酸能抗细菌和真菌生长，常用作消毒防腐剂。三、常见的羧酸（三）乙二酸乙二酸俗称草酸，它通常以钾盐的形式存在于草本植物的细胞壁中。草酸是无色透明晶体，一般含有两分子结晶水，能溶于水和乙醇。草酸被加热后会失去结晶水，当温度超过150℃时草酸会发生脱羧反应。草酸是二元酸，且两个羧基直接相连，结果导致其酸性比一元羧酸和其他二元羧酸的酸性都强。草酸具有还原性，在分析化学中可用作标定高锰酸钾的基准物质。三、常见的羧酸（四）苯甲酸苯甲酸最初是从安息香树的树胶中提取的，所以俗称安息香酸。苯甲酸是一种白色、有光泽的、鳞片状或针状的晶体，熔点122℃，能升华，易溶于热水、乙醚和乙醇。苯甲酸及其钠盐能抑制多种微生物，它与水杨酸复配可用于治疗成人皮肤真菌感染。苯甲酸还常被用作食品和药品的防腐剂，浓度一般为0.2%。三、常见的羧酸第二节取代羧酸•羟基酸•酮酸•常见的羟基酸和酮酸一、羟基酸羟基酸是指分子中同时含有羟基和羧基两种官能团的化合物。（一）羟基酸的结构、分类和命名根据羟基所连的烃基不同，羟基酸可分为醇酸和酚酸。羟基酸的命名是以羧酸为母体，羟基作取代基，用阿拉伯数字或希腊字母α，β，γ，…表示羟基的位置。许多羟基酸来源于天然产物，因此常根据来源给予其相应地俗名。一、羟基酸醇酸一般是黏稠的液体或晶体，易溶于水，由于分子中的羟基和羧基都能与水形成氢键，所以其溶解度通常都大于相应的脂肪酸。醇酸不易挥发，在常压下蒸馏时易发生分解。（二）羟基酸的性质酚酸大多数是晶体，其熔点比相应的芳香酸高。有些酚酸易溶于水，如没食子酸；有的微溶于水，如水杨酸。1．物理性质一、羟基酸（二）羟基酸的性质2．化学性质•羟基酸上的羟基具有吸电子作用（羟基的–I效应），导致羧基上的氢氧键极性增强，因此相较于普通羧酸，其更容易解离出H+，酸性也更强。随着羟基与羧酸的距离增大，诱导效应强度减弱，酸性也相应地减弱。酸性一、羟基酸（二）羟基酸的性质•由于α-醇酸中的羟基受羧基的影响，它比醇中的羟基更容易被氧化。•稀硝酸一般不能氧化醇，但能氧化醇酸。•机体内，羟基酸和酮酸的代谢反应是重要的氧化还原反应，其一般在生物酶的催化下进行。氧化反应一、羟基酸（二）羟基酸的性质•α-醇酸受热时，可发生双分子间的脱水反应，两分子α-醇酸交叉酯化，生成六元环状交酯。•β-羟基酸受热时，发生分子内脱水，主要产物是α,β-不饱和酸。•在酶的催化下，生物体内某些β-羟基酸也发生类似的反应。脱水反应二、酮酸酮酸是指分子中同时含有羧基和酮基的化合物。根据分子内酮基和羧基的相对位置不同，酮酸可分为α-、β-、γ-酮酸等。其中，α-、β-酮酸与生命活动的关系比较密切。（一）酮酸的分类和命名二、酮酸酮酸的命名应选择含有羧基和酮基在内的最长碳链作为主链，称为“某酮酸”。编号从羧基一端开始，用阿拉伯数字或希腊字母表示酮基的位置。（一）酮酸的分类和命名COOHCH3CO丙酮酸CH3CCOOHO乙酰乙酸CH2二、酮酸由于酮基的吸电子能力比羟基强，所以酮酸的酸性比相应的醇酸酸性强。（二）酮酸的性质1．酸性CH3COCOOHCH3CH2COOHpKa2.54.87CH3CHCOOHOH3.78二、酮酸酮酸加氢可以还原成羟基酸。（二）酮酸的性质2．还原反应COOHCH3COCH3CHCOOHOH[H]二、酮酸α-、β-酮酸比相应的羧酸容易脱羧，尤其是β-酮酸，稍微加热，温度略高于室温就会脱羧。（二）酮酸的性质3．脱羧反应COOHCH3COCH3C稀硫酸O+△HCO2↑COOHCH3COCH2△CH3COCH3+CO2↑三、常见的羟基酸和酮酸纯净的乳酸在常温下是晶体，熔点18℃，有强吸水性。一般乳酸为无色或淡黄色黏稠液体，有酸味，能溶于水、乙醇和甘油中。乳酸存在于人体内，它是人体糖类代谢的中间产物。乳酸在医药方面的应用广泛，其可用作消毒剂、防腐剂、载体剂、助溶剂、药物制剂、pH调节剂等。（一）羟基酸1．乳酸乳酸的系统名称是α-羟基丙酸或2-羟基丙酸，因为最初是在酸奶中发现的，所以俗称乳酸。三、常见的羟基酸和酮酸纯净的苹果酸是无色透明、针状结晶，熔点100℃。人体内含有大量的苹果酸，它是生物体三羧酸循环的中间产物。苹果酸的钠盐为白色粉末，易溶于水，可用作禁盐患者的食盐替代品。（一）羟基酸2．苹果酸苹果酸的系统名称是α-羟基丁二酸，最初是从苹果中提取的，所以俗称苹果酸。三、常见的羟基酸和酮酸它存在于柑橘类果实中，尤其以柠檬最为丰富。纯净的柠檬酸是无色透明的晶体，熔点100℃，易溶于水，有酸味。柠檬酸是人体内糖、脂肪和蛋白质代谢的中间产物，也是体内三羧酸循环的起始物质。临床上，柠檬酸盐的应用广泛。（一）羟基酸3．柠檬酸柠檬酸又名枸橼酸，它的系统名称是3-羟基-3-羧基戊二酸。三、常见的羟基酸和酮酸（一）羟基酸4．水杨酸水杨酸又名柳酸，它的学名是邻羟基苯甲酸，主要存在于柳树及水杨树的树皮中。纯净的水杨酸是白色针状结晶，熔点159℃，微溶于冷水，易溶于热水和乙醇。水杨酸属于酚酸，遇三氯化铁溶液呈紫色。三、常见的羟基酸和酮酸水杨酸具有清热、解毒和杀菌的作用，它的乙醇溶液可以治疗因真菌感染而引起的皮肤病。水杨酸对胃肠道的刺激性比较强，不适合内服。水杨酸的衍生物乙酰水杨酸（商品名称阿司匹林），具有清热、镇痛、抗风湿和抗血栓的作用。在临床上，常用乙酰水杨酸治疗发烧和预防心、脑血管等疾病。水杨酸的某些衍生物和水杨酸甲酯是冬青油的主要成分，其可用作扭伤的外擦剂。（一）羟基酸三、常见的羟基酸和酮酸纯净的酒石酸是透明的晶体，熔点170℃，易溶于水。酒石酸盐在医药方面的用途很广，酒石酸锑钾（又名吐酒石）是治疗血吸虫病的特效药，酒石酸钾钠可用作泻药。（一）羟基酸5．酒石酸酒石酸的系统名称是2,3-二羟基丁二酸，它存在于多种水果中，如葡萄中的酒石酸含量最丰富。三、常见的羟基酸和酮酸丙酮酸是无色、具有刺激性臭味的液体，沸点是167℃，能与水混溶，其酸性强于丙酸及乳酸。丙酮酸是人体糖代谢的重要中间产物。在酶的作用下，丙酮酸可还原为乳酸，也可以脱羧生成乙醛。（二）酮酸1．丙酮酸三、常见的羟基酸和酮酸β-丁酮酸是无色黏稠液体，不稳定，易脱羧生成丙酮。β-丁酮酸、β-羟基丁酸和丙酮在医学上合称酮体，它们是脂肪酸在人体内氧化的中间产物，也是机体内的供能物质（尤其是脑和骨骼肌等组织的重要能源）。正常情况下，人血中酮体的含量很少（一般低于10mg/L），但在饥饿、低糖高脂肪饮食及糖尿病时，机体不能很好地利用葡萄糖的氧化功能，致使脂肪动员增强，血液中酮体含量会明显增加（3000～4000mg/L以上）。由于血液中酮体增加，血液的pH值相应下降，进而导致机体出现酮症酸中毒。（二）酮酸2．β-丁酮酸THANKYOU谢谢！