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第10章 羟基酸和羰基酸
COOH
OH
O
H3C
O
C
CH
OH
OH
H3C
C
C
O
OH
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

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、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-羟基丙酸(2-α-羟基丙酸)
α-羟基丙酸(2-羟基丙酸)
（2-hydroxy-propanic acid）
乳酸(lactic acid)
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
OH
OH
邻-羟基苯甲酸
间-羟基苯甲酸
COOH
HO
对-羟基苯甲酸
o-hydroxybenzoic m-hydroxybenzoic p- hydroxybenzoic
acid
acid
水杨酸(salicylic acid)
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

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


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
COOH
OH
Pka
3.00
-I效应
氢键
OH
4.17
COOH
COOH
+C > -I
HO
4.12
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。
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
O
CH3CHCH2COOH
Ï¡ HNO3
OH
CH3CHCOOH
Tollens
CH3CCH2COOH
O
CH3CCOOH + Ag
10．3．3 α-醇酸的分解反应
RCHCOOH
OH
R
RCCOOH
OH

Ï¡ ÁòËá
Ï¡ ÁòËá
RCHO
HCOOH
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
RCHC OH
O H
+
HO
H O
C CHR
O
O
O
+ 2H2O
R
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
CH2 C OH
O
O
O
 g-醇酸易发生分子内脱水，室温下失水成形成稳
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
OH
220 C
+
OH
CO2
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
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。
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
Pka 2.49
CH3COCH2COOH
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
+[H]
NH3 / Pt (»òø£©
[ CH3CCOOH]
H2O
CH3CHCOONH3
+
•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。
NADH + H+
NAD+ + H2O
HOOCCH2CH2COCOOH
a－酮戊二酸
+
NH3
OOCCH2CH2CHCOO
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。

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)。
+
NH3
HOOCCH2CH2COCOOH + H3C CH COO
GPT
丙氨酸
a－酮戊二酸
+
O
NH3
OOCCH2CH2CHCOO
谷氨酸
+
H3C C COOH
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

α-酮酸能被弱氧化剂Tollens试剂氧化
Tollens ÊÔ¼Á
RCOCOOH
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
Ï¡ H2SO4
ŨH2SO4
RCHO + CO2
RCOOH + CO
2.

b-酮酸的分解反应
酮式分解：
CH3COCH3 +
CH3COCH2COOH
O H
O
R C CH2 C O
O...H
O
[ R C CH2 C O ]
O
CO2
R C
CO2
H
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裂，
生成两分子羧酸盐
O
R
C CH2COOH
+2 NaOH (Ũ
) )
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。
例如：苹果酸在脱氢酶的作用下生成
草酰乙酸
HOOCCH2CHOHCOOH
Æ ¹»û ËáÍÑÇâø
HOOCCH2COCOOH
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
CH3C
COOH
+
HSCoA
CH3 C SCoA
¸¨ øA
OH
O
ø
ÒÒõ£¸¨ øA
CH2COOH
ºÏ ³É ø
OH
O
HOOC C CH 2C
HOOCCOCH2COOH
SCoA
Ë®½âø
HOOC
CH2 C CH 2COOH
COOH
+ H2O
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。
NADH+H+
+
NAD
CH3COCH2COOH
¦ Â-ôÇ» ù¶¡ ËáÍÑÇâø
CH3CHCH2COOH
OH
乙酰乙酸可在酶催化下脱羧生成丙酮。
CH3COCH2COOH
ÍÑôÈø
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，
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。
9
7
5
3
1
COOH
10
11
13
15
17
前列腺(烷)酸
19
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。
O
O
O
OH
R'
R'
R'
R'
R''
R''
R''
R''
A
B
OH
OH
E
F
O
C
H
O
O
O
OH
H
H
11(α),15(S)-二羟基-9-酮基-5(Z),13(E)前列二烯酸
O H
C
H
O
O
O
H
H
O H
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
CH3CO OC2H5
+
H CH2COOC2H5
C2H5ONa
CH3COCH2COOCH2CH3
乙酰乙酸乙酯
1、Na
1、石油醚
2.HCl,-78℃
-78℃
油状液体
OH
CH3C
O
CH C
OCH2CH3
O
CH3C CH2
无色结晶
O
C OCH2CH3
O
O
CH3C CH2 C OCH2CH3
NHNH2
NO2
NO2
NO2
CH3C
NNH
NO2
CH2COOCH2CH3
说
明
有
酮
式
结
构
存
在
乙酰乙酸乙酯
FeCl3
紫色
OH
CH3C
O
CH C
OCH2CH3
说
明
有
烯
醇
式
结
构
存
在
OH
CH3C
O
OCH2CH3
CH C
Br 2
OH
O
OCH2CH3
CH C
CH3C
Br
Br
-HBr
O
O
CH3C
CH C
Br
OCH2CH3
乙酰乙酸乙酯
FeCl3
紫色
Br 2
紫色消失
紫色
O
O
CH3C CH2
C OCH2CH3 93%
Keto Form
OH
CH3C
O
CH C
OCH2CH3 7%
Enol Form
1. 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。
2. 酮式—烯醇式互变异构现象
(Keto—Enol Tautomerism)：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。
3、酮式—烯醇式互变异构现象的
产生原因：
α－H的活性
O
H3C C
O
[ H3C C
..
CH
H
CH
COOCH 2CH3
+
COOCH 2CH3 ] + H
HO
H3C C
CH
COOCH 2CH3
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．分子中的亚甲基氢受两个吸电子基团影响
而酸性增强。
2．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。
3．烯醇型可形成分子内氢键，构成稳定性更
大的环状螯合物。
HO
OCH 2CH3
C
H3 C
CH
C=O
π－π共轭体系
O H
H3C C
CH
O
COCH 2CH3
分子内氢键
4 、酮式烯醇式互变异构产生
的条件
O H O
R
C
C
R
C
Y
10.2.9 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