-羟基酸和酮酸
羟基酸和酮酸
生化上羟基酸和酮酸三对主要旳关系
—2H +2H
—2H +2H
—2H +2H
问题6：丙酮酸和乙酰乙酸在人体内轻易发生 脱羧反应，那么他们发生脱羧反应旳产物是 什么呢？
酮体：医学上把β—丁酮酸、β—羟丁酸和丙酮 三者合称为酮体。
问题7：人体内酮体积蓄过多会产生什么 后果？怎样处理？
酮体含量过多会使血液酸性增强，造成酸 中毒。
酸中毒能够用乳酸钠或碳酸氢钠来纠正。
常见旳 酸
乳酸 （α—羟基丙酸
）
苹果酸 （羟丁二酸）
构造简式
CH3 CH COOH OH
HO CH COOH CH2 COOH
柠檬酸
（3—羟基— 3—羧基戊 二酸）
CH2 COOH HO C COOH
CH2 COOH
水杨酸
（邻羟基苯甲 酸）
COOH OH
用途
羟基酸和酮酸
复习引入
问题1：羟基酸和酮酸旳构造特点
问题2：分析下列哪些是羟基酸？哪些是酮酸?
问题3：观察下述羟基酸中，哪些能发生氧化 反应?若能，则他们旳氧化产物是什么？
丙酮酸
草酰乙酸 乙酰乙酸
问题4：下列酮酸还原反应旳产物是什么？
α—羟基丙酸 β—羟丁酸 羟丁二酸
问题5：下列羟基酸和酮酸中，哪些能够经过 加氢或脱氢相互转化？
有消毒防腐作用，用作消毒防腐剂。乳酸钠纠 正酸中毒。乳酸钙治疗因缺钙引起旳佝偻病。 乳酸是人体内糖代谢旳产物。
有酸味。 糖代谢旳中间产物。
人体内糖代谢旳中间产物。 柠檬酸钠盐有预防血液凝固旳作用，用作抗凝剂。 柠檬酸铁铵是常用旳补血剂，用于治疗缺铁性贫血。
分子中有酚羟基，与氯化铁呈现紫色。 具有杀菌、防腐能力，是外用消毒防腐药。 水杨酸钠还可用作食物防腐剂。 衍生物乙酰水杨酸,俗称阿司匹林，具有解热镇痛和 抗风湿作用，是内服旳解热镇痛药。
第十章 羟基酸和酮酸习题
第十章羟基酸和酮酸一.学习要求1、掌握羟基酸和酮酸的命名；羟基酸和酮酸的重要化学性质；α-酮酸的转氨基反应、β-酮酸的脱羧反应及其酮式分解和酸式分解；乙酰乙酸乙酯活泼亚甲基的化学性质，酮式-烯醇式互变异构体的化学性质。
2、熟悉柠檬酸在酶催化下转变成α-酮戊二酸的反应，酮体组成及其应用。
3、了解重要羟基酸和酮酸的性质和用途。
二．本章要点羟基酸和酮酸同属于取代羧酸(substituted acid)，在有机合成和生命代谢中都是十分重要的化合物。
取代羧酸为多官能团化合物，其分子中既含有羧基，又有其它官能团，在化学性质上不仅具有单官能团的典型反应，而且还具有分子中不同官能团之间相互影响的一些特殊性质。
因此掌握他们的特殊性质是本章要点。
（一）羟基酸的结构和命名羟基酸的俗名应用广泛，因为这些化合物的历史远比有机化合物命名原则的历史长，更为人们熟悉。
如柠檬酸、苹果酸、水杨酸等。
羟基酸的系统命名也要掌握。
（二）羟基酸的化学性质在化学性质上，酸性、热不稳定性是多官能团之间相互影响所表现出来的特性。
1.羟基酸的酸性在脂肪酸分子中引入羟基-I效应能显著增加酸的强度；而邻羟基苯甲酸的酸性较强，则是几种影响因素共同作用的结果，包括形成分子内氢键而使邻-羟基苯甲酸的负离子稳定。
2.受热分解羟基酸加热时，因羟基的相对位置不同而脱水产物各异。
β-羟基酸脱水生成α,β-不饱和酸反应应用较广泛。
邻羟基苯甲酸加热脱羧生成苯酚。
（三）酮酸的命名酮酸的系统命名是以羧酸为母体，酮基作为取代基，用“氧代”表示并标出位置。
普通命名常用某酮酸或俗名。
（四）酮酸的化学性质 1. 脱羧反应 β-酮酸易脱羧。
2. α-酮酸的氨基化反应α-酮酸的氨基化反应在生物体内都是酶催化完成，因而具有重要的意义。
临床上，用简单的化学反应测定血清中谷丙转氨酶的活性，就是根据α-酮戊二酸转氨基反应与谷丙转氨酶有关而设计的。
（五）酶催化下酮酸和醇酸的相互转变酮酸 醇酸β-羟基丁酸、β-丁酮酸和丙酮的总称为酮体。
羟基酸和酮酸
第10 章羟基酸和酮酸本章重点介绍羟基酸和酮酸命名，相互影响的性质、酸性；脱水反应；转氨作用；脱羧反应；酮酸分解反应；醇酸和酮酸的体内化学过程；前列腺素的结构；酮式- 烯醇式互变异构羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或原子团取代所形成的化合物称为取代羧酸( substituted carboxylic acid )。
根据取代基的种类不同，取代羧酸可分为卤代羧酸( halogeno acid)、羟基酸( hydroxy acid )、羰基酸( carbonyl acid )以及氨基酸( amino acid )等几类；羟基酸又可分为醇酸( alcoholic acid )和酚酸( phenic acid )，羰基酸又可分为醛酸( aldehydo acid)和酮酸( keto acid )。
取代羧酸分子中除含羧基外，还含其它官能团，因此它是一类具有复合官能团的化合物。
各官能团除具有其特有的典型性质外，由于不同官能团之间的相互影响，还具有某些特殊反应和生物活性。
卤代酸不作专题介绍，氨基酸将在第17 章中讨论，本章只讨论羟基酸和酮酸。
羟基酸广泛存在于动植物体内，它们中有的是动植物体内进行生命活动的物质，有的是合成药物的原料，有的可作为食品的调味剂。
酮酸是人体内糖、脂肪和蛋白质等代谢过程中产生的中间产物。
因此在有机合成及生物代谢中羟基酸和酮酸都是极其重要的化合物。
你在学完本章以后，应该能够回答以下问题：1 ．氨基酸的结构特点是什么？可分为几类？如何命名？2 ．酸的结构特点分别是什么？可分为几类？如何命名？3．羟基酸和酮酸的重要化学性质是什么？4．哪些因素影响羟基酸酸性？5．α-酮酸的分解为什么比β-酮酸难解？6．何为酮式—烯醇式互变异构现象？酮式—烯醇式互变异构现象产生的原因及条件是什么？7． α- 酮酸氨基化反应的生物学意义是什么？10． 1 羟基酸的结构和命名温习提示：羧酸的命名及结构羟基酸是分子中既含有羟基又含羧基两种官能团的化合物。
10-第十章_羟基酸和酮酸
-I
OH
-I +C
OH
Pka 4.17
3.00
4.12
4.54
酸性： o-＞m-＞p-
第十章 羟基酸和酮酸
9/40
C O O O H
解释：
C O
OH O H
+ H
水杨酸
水杨酸阴离子
a.o-羟基苯甲酸可形成分子内氢键，增大O-H极性， 利于H+离解，形成稳定的-COO (分散负电荷)。 b.o-羟基苯甲酸结构中，由于空阻使-COOH与苯环 不共面，+C效应弱，能形成稳定的-COO ，酸性↑。 c.m-羟基甲酸，+C效应传递受阻，-I起作用，使 传递距离较大，-I效应较弱，酸性略大于苯甲酸。 d.p-羟基苯甲酸，+C＞-I，使O-H极性减小，电 离度↓，酸性＜苯甲酸。
CH3-CH-COOH OH
2(α)－羟基丙酸
2(α)-hydroxy propanoic acid
HOOCCH2CHCOOH OH 羟基丁二酸(苹果酸)
malic acid
乳酸 lactic acid
羟基 (hydroxy)
第十章 羟基酸和酮酸
5/40
OH OH HOOCCH-CHCOOH 2,3-二羟基丁二酸 (酒石酸)
第十章 羟基酸和酮酸
19/40
CH3COCOOH
2-氧代丙酸 (丙酮酸)
pyruvic acid (acetone acid)
CH3COCH2COOH 3(β)-氧代丁酸 3(β)-丁酮酸
(β-butanone acid)
乙酰乙酸
acetoacetic acid
O HOOCCCH2COOH 2-氧代丁二酸 丁酮二酸 butanone diacid 草酰酸
有机化学课件——Chapter 10 羟基酸和酮酸
第十章 羟基酸和酮酸
Hydroxy Acids and Keto Acids
1
导言
¾ 取代羧酸: 羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或官能团取代 后的化合物.
¾ 常见取代羧酸: 卤代酸、羟基酸、氧代酸(酮酸)和氨基酸.
R CH COOH
X
卤代酸(halogeno acid)
烯醇型分子存在的条件
OO CH3CCH2COCH2CH3
酮型（93％）
H
O
O
C
C
CH2CH3
H3C
CH
O
烯醇型（7％）
分子中的亚甲基氢受两个吸电子基团影响而酸性增强。 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，能量有所降低。 烯醇型可形成分子内氢键，构成稳定性更大的环状螯合物。
NADH + H+
NAD+ + H2O
NH3+
HOOCCH2CH2COCOOH + NH3 α -酮戊二酸
谷氨酸脱氢酶
-OOCCH2CH2CHCOO谷氨酸
有机化学课件
31
第10章 羟基酸和酮酸
4. 酶催化下醇酸和酮酸的相互转化
OH
苹果酸脱氢酶
HOOCCH2CHCOOH
苹果酸
O HOOCCH2CCOOH
O
= =
OH HO-C
R-CH +
HC-R
C OH HO
-2H2O △
O
¾ β-醇酸分子内脱水成共轭烯酸
O
O=
R-CH C
交酯
O=C CH-R
O
CH3CH2CHCH2COOH OH COOH H OH
羟基酸和酮酸
223 第10章羟基酸和酮酸本章重点介绍羟基酸和酮酸命名相互影响的性质、酸性脱水反应转氨作用脱羧反应酮酸分解反应醇酸和酮酸的体内化学过程前列腺素的结构酮式-烯醇式互变异构等。
羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或原子团取代所形成的化合物称为取代羧酸substituted carboxylic acid。
根据取代基的种类不同取代羧酸可分为卤代羧酸halogeno acid、羟基酸hydroxy acid、羰基酸carbonyl acid以及氨基酸amino acid等几类羟基酸又可分为醇酸alcoholic acid和酚酸phenic acid羰基酸又可分为醛酸aldehydo acid和酮酸keto acid。
取代羧酸分子中除含羧基外还含其它官能团因此它是一类具有复合官能团的化合物。
各官能团除具有其特有的典型性质外由于不同官能团之间的相互影响还具有某些特殊反应和生物活性。
卤代酸不作专题介绍氨基酸将在第17章中讨论本章只讨论羟基酸和酮酸。
羟基酸广泛存在于动植物体内它们中有的是动植物体内进行生命活动的物质有的是合成药物的原料有的可作为食品的调味剂。
酮酸是人体内糖、脂肪和蛋白质等代谢过程中产生的中间产物。
因此在有机合成及生物代谢中羟基酸和酮酸都是极其重要的化合物。
你在学完本章以后应该能够回答以下问题1 氨基酸的结构特点是什么可分为几类如何命名2 酸的结构特点分别是什么可分为几类如何命名3 羟基酸和酮酸的重要化学性质是什么 4 哪些因素影响羟基酸酸性5 α-酮酸的分解为什么比β-酮酸难解6 何为酮式—烯醇式互变异构现象酮式—烯醇式互变异构现象产生的原因及条件是什么7 α-酮酸氨基化反应的生物学意义是什么101 羟基酸的结构和命名温习提示羧酸的命名及结构羟基酸是分子中既含有羟基又含羧基两种官能团的化合物。
羟基连接在脂肪烃基上的羟224 基酸称为醇酸alcoholic acid连接在芳环上的羟基酸称为酚酸phenolic acid。
羧酸羟基酸和酮酸
在室温下，10个碳原子以下的饱和一元 羧酸是液体；4-9个碳原子的脂肪酸具有 腐败恶臭、动物的汗液和奶油发酸变坏 的气味；10个以上碳原子的羧酸为石蜡 固体，挥发性很低，无气味。
2.水溶性
低级脂肪酸易溶于水，但随分子量的增 高而降低。
第15页/共60页
二、性质
3.沸点
饱和一元羧酸的沸点比相对分子质量 相似的醇还要高。
▪
1.46
3.76
饱和一元羧酸中甲酸的酸性最强
第19页/共60页
（二）化学性质(3)酸性强 Nhomakorabea比较无机酸 > RCOOH > H2CO3 > C6H5OH > H2O > ROH
▪ 1～2
4～5
6.4
9～10 15.7 16～17
甲酸 > 苯甲酸 > 其它饱和一元酸（乙酸）
▪ 3.76 4.17
二元羧酸（乙二酸最强） > 饱和一元羧酸（甲酸最强）
4.熔点
饱和一元羧酸的熔点随分子中碳原子 数目的增加呈锯齿状的变化。
▪ 羧酸的双分子聚合体
O HO
RC
CR
OH O
第16页/共60页
二、性质
羧酸的化学性质
α-
碳氧双键加氢还原
氢
HO
的 取 代
R
? C
C
氢氧键断裂呈酸性
反
OH
应
H
亲核试剂取代羟基
生成羧酸衍生物 脱羧反应
第17页/共60页
（二）化学性质
COOH
CH2CH2CH2COOH
环己基甲酸
4-环己基丁酸
第12页/共60页
一、结构、分类、命名
《羟基酸和酮酸》课件
化工原料
某些酮酸可用作化工原料，如丙二酸、丁二酸 等，用于生产塑料、合成纤维等。
农业应用
酮酸可以作为植物生长调节剂，促进植物生长和发育。
羟基酸和酮酸的比较与选择
性质差异
羟基酸具有亲水性，而酮酸具有亲脂性，因此两者在溶解性和化学 性质上有所不同。
应用领域
羟基酸主要应用于护肤、食品和制药领域，而酮酸则更多应用于生 物合成、化工和农业领域。
选择依据
根据实际需求选择合适的羟基酸或酮酸。例如，在护肤品中通常选择 羟基酸，而在制药工业中可能更倾向于使用酮酸作为合成原料。
04 羟基酸和酮酸的合成方法
羟基酸的合成方法
醛酸合成法
利用醛和羧酸在催化剂作用下合成醛酸，是工业上广泛应用的方 法。
酯化法
通过羧酸与醇的酯化反应生成酯，再经水解得到羟基酸。
羧酸酯还原法
将羧酸酯在还原剂作用下还原成羟基酸，常用的还原剂有氢气、 金属钠等。
酮酸的合成方法
羧酸酯氧化法
将羧酸酯在氧化剂作用下氧化成酮酸，常用 的氧化剂有过氧化氢、硝酸等。
酮酯合成法
利用酮与羧酸酯在催化剂作用下合成酮酯， 再经水解得到酮酸。
羧酸还原法
将羧酸在还原剂作用下还原成酮酸，常用的 还原剂有氢气、金属钠等。
羟基酸和酮酸作为重要的有机化合物，其研究和 应用领域将继续拓展，特别是在生物医药、环保 、新能源等领域。
2
随着技术的进步，羟基酸和酮酸的制备工艺将不 断优化，提高生产效率和降低成本。
3
针对羟基酸和酮酸的生理活性研究将更加深入， 有望发现更多新的应用领域和用途。
THANKS 感谢观看
不同种类的羟基酸具有不同的颜色和外观，可用于初 步鉴别。
羟基酸的化学性质
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HOCH2COOH > CH3CH(OH)COOH >
pKa 3.83
3.87
HOCH2CH2COOH > CH3COOH
4.51
4.76
返回10.3
10.3.2 醇酸的氧化反应
醇酸中羟基因受羧基的-I效应影响，比醇 中羟基更易被氧化，如α-醇酸能与弱氧化剂 （如Tollens试剂）反应生成醛酸或酮酸。醇 酸在体内的氧化通常是在酶催化下进行。
+
脂肪和蛋白质代谢的中间产物， H3C
NH3 CH COO-
酒石酸
柠檬酸
10.3 羟基酸的化学性质
羟基酸具有醇、酚和酸的通性。由于羟基 和羧基的相互影响又具有特殊性，而且这些特 殊性质因两个官能团的相对位置不同又表现出 明显的差异。
10.3.1 酸性
醇酸中羟基表现出吸电子-I效应，因此 醇酸的酸性强于相同碳原子数的羧酸，羟基 离羧基越近，酸性越强；反之越弱。
10.5.1 酸性
由于羰基吸电子能力强于羟基，因此酮酸 的酸性强于相应的醇酸及羧酸。
pKa
O
O
CH3CCOOH > CH3CCH2COOH >
2.49
3.51
OH
CH3CHCOOH > HOCH2CH2COOH> CH3CH2COOH
3.86
4.51
4.88
返回10.5
10.5.2 α—酮酸的氨基化反应
银镜
O
CH2CH2COOH OH
无明显 现象
NaCO3 溶液
无明显 现象
CH3CHCOOH 银镜
OH
有气体Biblioteka 返回10.310.3.3 α—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。
RCHCOOH 稀H2SO4 RCHO + HCOOH OH
根据酮基和羧基的相对位置不同，酮酸可 分为α、β、γ……酮酸。其中α—和β—酮酸是 糖、油脂和蛋白质代谢过程中的产物。
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。
O
O
O
CH3CCOOH CH3CCH2COOH HOOCCCH2COOH
一些来自自然界的羟基酸多采用俗名。
酚酸的命名：以芳香酸为母体，标明羟 基在芳环上的位置。
HOOC CH2 CH COOH OH
α— 羟基丁二酸 2— 苹果酸
COOH OH
邻羟基苯甲酸 水杨酸
HO CH COOH HO CH COOH
CH2COOH HO C COOH
CH2COOH
2，3—二羟基丁二酸 3—羧基3—羟基戊二酸
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。
COOH 200～220℃
+ CO2
OH
OH
HO
COOH 200～220℃
HO
+ CO2
HO
HO
OH
OH
没食子酸,从植物中提取的一种酸,抗氧化剂返回10.3
10.4 羰基酸的结构和命名
羰基酸是分子中既有羰基又有羧基两种官 能团的化合物。分子中含有醛基的称为醛酸， 含有酮基的称为酮酸。醛酸实际应用少。
α—丙酮酸 β—丁酮酸 α—丁酮二酸
2—氧代丙酸 3—氧代丁酸 2—氧代丁二酸
乙酰乙酸
草酰乙酸
10.5 酮酸的化学性质
酮酸分子中含有酮基和羧基，因此具有酮 和羧酸的通性，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，由于酮基和羧基之间的相互影响， 使酮酸具有一些特殊性质 。
第10章 羟基酸和酮酸
Hydroxy Acid Keto Acid
10.1 羟基酸的结构和命名
羧酸分子中烃基上氢原子被羟基取代后 的化合物称为羟基酸（羟基酸分为醇酸和酚 酸）。
O RCCCC
OH OH
COOH OH
10.1羟基羧的结构和命名
COOH CHOH CH3
CHCOOH HO C COOH
+ NaOH OO
HOCH2CH2CH2COONa
γ—羟基丁酸钠
γ—羟基丁酸钠有麻醉作用，用于手术中， 有术后苏醒快的优点。
CH2 O
H2C
C OH
H2C
OH
CH2
-H2O
△
O O
δ—羟基戊酸
δ—戊内酯 （1，5—戊内酯）
分子间脱水
4、羟基与羧基相隔5个C以上 △ 链状聚酯
返回10.3
10.3.5 酚酸的脱羧反应
R RCCOOH
稀H2SO4
OH
RCOR + HCOOH
返回10.3
10.3.4 醇酸的脱水反应
1、α—醇酸
分子间脱水
△
交酯
O
CH3 CH C OH + H O
-2H2O
OH
HO C CH CH3 △
O
O
NaOH/H2O O
CH3
△ H3C
O
丙交酯 具有酯的通性 O
分子内脱水
2、β—醇酸
△ α，β—不饱和羧酸
稀硝酸,托伦 试剂不能氧化醇,但能将醇酸氧化成酮酸
稀HNO3 CH3CH COOH
CH3C COOH
OH
O
稀HNO3 CH2COOH OH
CHCOOH O
Tollens试剂
CH3CH COOH
CH3C COOH + Ag
OH
O
思考： 如何鉴别下列化合物：
试剂 Tollens
化合物 现象
试剂
CH3C H
在生物体内，α—酮酸在酶催化下可转变 成α—氨基酸，其中谷丙转氨酶对肝炎病人的 临床诊断是十分有用的。
O
NH3/Pt(或酶)
RCCOOH -H2O
NH
+ [H]
R C COOH
+
NH3 R CH COO-
α—氨基酸
O CH3CCOOH
NH3/Pt(或 -H2O
酶
)
H3C
NH
+ [H]
C COOH
丙酮酸是动植物体内糖、
CH2
CH
CHCOOH
-H2O
△
H OH H
γ
α
O CH2 CHCH2C
OH
O CH3CH CHC
OH
主要
分子内脱水
3、γ—醇酸和δ—醇酸
△ 环状内酯
βα
CH2
γ H2C
CH2 C
O
-H2O
O H HO
OO
γ –内酯(1,4-丁内酯)
γ-醇酸极易发生分子内脱水生成内酯， 游离的γ-醇酸常温下不存在，通常以盐的形式 保存。
CHCOOH
COOH CHOH CH2 COOH
COOH (K) CHOH CHOH COOH (Na)
乳酸
柠檬酸
苹果酸 酒石酸 (钾,钠)Felling
醇酸的命名：羧酸为母体，羟基为取代
基，并用阿拉伯数字或希腊字母α、β、γ 等
标明羟基的位置。
CH3 CH COOH OH
α—羟基丙酸 （2—羟基丙酸） 乳酸