授课题目

第十七章 取代羧酸和旋光异构

授课形式

理论课

授课时间

授课学时

4

教学目的

与 要 求

掌握羟基酸的化学性质、乙酰乙酸乙酯的互变异构及旋光异构现象、比旋光度、手性碳的概念、内消旋体、外消旋体、构型表示法。

熟悉羟基酸、酮酸的结构及命名。

了解氧代酸的化学性质。偏振光概念、旋光性与其结构的关系。

基本内容

一、羟基酸

羟基酸的构造、分类及命名；羟基酸的物理性质；羟基酸的化学性质；重要的羟基酸

二、氧代酸

氧代酸的构造及命名；氧代酸的化学性质；互变异构现象；重要的氧代酸

三、旋光异构现象

平面偏振光和物质的旋光性；化合物的旋光性与其结构的关系；旋光异构体的构型；含两个手性碳原子的分子；旋光异构在医学上的意义

重 点

难 点

重点：取代反应；消除反应

难点：反应的历程；活性顺序

主要教学

媒 体

多媒体投影

主 要 外

语 词 汇

substituted carboxylic acid；hydroxy acid；aldehydo acid；keto acid；tautomerism；plane-polarized light；optical activity；chirality；enantiomer；racemic；meso compound；

有关本内容的新进展

不对称合成；

旋光异构体的分离。

主要参考资料或相关网站

《医用化学》游文玮主编  化学工业出版社；《有机化学》 张生勇主编  科学出版社

《医用化学学习指导及习题解答》孙晓莉主编   第四军医大学出版社http://ce.sysu.edu。cn/ChemEdu/Echemi/elaborate/wujihuaxue/

http://www.sxmu.edu。cn/jingpin/wujihuaxue/lx.htm

系、教研室

审查意见

课后体会

教 学 内 容

时间分配和媒体选择

第一节 羟基酸

一、羟基酸的构造、分类及命名

取代羧酸(substituted carboxylic acid)可以看成是羧酸分子中烃基上的氢被其它原子或原子团取代后的生成物。最常见的是氢原子被卤素、羟基、氧原子或氨基取代，生成相应的取代羧酸分别是医学招聘网卤代酸、羟基酸、氧代酸和氨基酸。

举例。

羟基酸（hydroxy acid)是分子中同时具有羟基和羧基两种官能团的化合物。根据羟基所连接的烃基不同，羟基酸可分为醇酸和酚酸两类。

醇酸：

  羟基丁二酸（苹果酸)  柠檬酸 酒石酸

酚酸：

  邻羟基苯甲酸(水杨酸) 3，4，5－三羟基苯甲酸（没食子酸)

醇酸还可以根据羟基与羧基的相对位置，分为a-,b-,γ-,d-.......羟基酸。

系统命名法命名时，如有多个官能团，选择一种作为主官能团，并以相应的化合物作为母体，其它的官能团都看成是取代基。选择主官能团的优先顺序依次为：

举例：

2-羟基丙酸（a-羟基丙酸  ，乳酸) ；3-羟基丁酸 （b-羟基丁酸)；5-羟基戊酸（ d-羟基戊酸)；3-羟基-3-羧基戊二酸（柠檬酸)；2,3-二羟基丁二酸（酒石酸)；2-羟基苯甲酸（水杨酸)

二、羟基酸的物理性质

氢键存在，分子间作用力大， bp、mp 高，溶解度大。

三、羟基酸的化学性质

羟基酸具有羟基和羧基的典型反应，由于羟基和羧基的相互影响，羟基酸还具有一些特殊性质，这些特殊性质又因羟基和羧基的相对位置不同而有所差异。

（一)羧基的性质

1．酸性

2．酯化

（二)羟基的性质

1．  羟基的氧化

2．  羟基的酯化

10分；

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5分

5分

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时间分配和媒体选择

（三)羟基酸的受热反应

1．α-羟基酸

α-羟基酸受热后发生双分子间的脱水反应，生成交酯。

2．β-羟基酸

β-羟基酸受热后，羟基与相邻的α-碳原子上的活泼氢起脱水作用，生成α、β-不饱和酸。

  2-丁烯酸

3．γ-羟基酸与δ-羟基酸

γ-或δ-羟基酸受热后，在同一分子内的羟基与羧基发生酯化反应，生成五元或六元的环状内酯。

（四)酚酸的反应

酚酸含有酚式羟基，能与FeCl₃发生颜色反应。例如，FeCl₃与水杨酸呈紫红色，与没食子酸显蓝黑色。

羟基在羧基的邻位或对位的酚酸在加热至熔点以上时，易分解脱羧而生成相应的酚。

三、重要的羟基酸

（一)  乳酸

（二)β-羟基丁酸

（三)苹果酸 

（四)酒石酸

（五)柠檬酸

（六)水杨酸

第二节   氧代酸

氧代酸可以看成是羧酸分子中烃基上的两个氢原子被氧原子取代后的生成物，包括醛酸（aldehydo acid)和酮酸(keto acid)两类。

一、氧代酸的构造及命名

分子中含有醛基或酮基的羧酸分别叫做醛酸或酮酸。最简单的醛酸是乙醛酸，最简单的酮酸是丙酮酸。

举例：

乙醛酸；丙酮酸；乙酰乙酸；草酰乙酸；α-酮戊二酸

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投影

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二、氧代酸的化学性质

（一)羧基和羰基的性质

醛酸中含有醛基，具有醛的基本性质，酮酸也具有酮的基本性质。它们都能与H₂、NaHSO₃起加成反应，与羟胺或苯肼生成肟或苯腙。醛酸和酮酸都含有羧基，具有羧基的基本性质，如酸性、成盐、成酯及生成酰卤等。

（二)α-酮酸及β-酮酸的特殊反应  

α-酮酸与稀硫酸加热至150℃，发生脱羧反应，生成醛。

β-酮酸只在低温下稳定，在室温以上易脱羧生成酮，这是β-酮酸的共性。

三、互变异构现象

乙酰乙酸属于β-酮酸，不稳定，受热后易脱羧，但它的酯即乙酰乙酸乙酯(CH₃COCH₂COOC₂H₅)是稳定的化合物。

一方面乙酰乙酸乙酯具有酮和羧酸酯的典型反应，另一方面它又能与溴的四氯化碳溶液反应而使其褪色、与金属钠反应放出氢气、与三氯化铁反应显紫色。

这种由于同分异构体之间的可逆异构化作用，通常伴有氢原子及双键位置的转移，叫作互变异构现象（tautomerism)。乙酰乙酸乙酯的酮式与烯醇式的异构叫酮式－烯醇式互变异构。

四、重要的氧代酸

（一)丙酮酸

（二)草酰乙酸

（三)乙酰乙酸

β-羟基丁酸、乙酰乙酸和丙酮在医学上总称为“酮体”。酮体是脂肪在体内不能完全被氧化成二氧化碳和水时的中间产物。

第三节  旋光异构现象

同分异构体的分类表。投影

由于旋光性不同而产生的异构现象称为旋光异构，它是构型异构中的一种。这种异构是以其异构体对平面偏振光(plane-polarized light)的旋光作用表现出来的。

一、平面偏振光和物质的旋光性

（一)平面偏振光

（二)旋光性物质和物质的旋光性

物质能使偏振光的振动面旋转的性质叫做旋光性(optical activity)。

乳酸、葡萄糖等能使偏振光的振动面发生偏转的物质叫做旋光性物质。乙醇、丙酮等不能使偏振光的振动面发生旋转的物质叫做非旋光性物质。

使平面偏振光振动面向右旋转（顺时针)的叫做右旋体，以d或+表示；使平面偏振光振动面向左旋转（逆时针)的叫做左旋体，以l或–表示。

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投影

10分

投影

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（三)旋光度和比旋光度

α－溶液的旋光度；L－盛液管的长度（dm)；λ－旋光仪所用单色光的波长，通常是钠光（又称D线，589nm)；c－溶液的浓度；t－测定时的温度，通常为20℃；

二、化合物的旋光性与其结构的关系

（一)分子的手性和手性分子

手性的概念。

将手性的概念运用于描述分子的结构，则是一个化合物的分子与其镜像不能相互重合时，这种分子就是手性分子，它具有手性(chirality)，凡是手性分子都有旋光性。如果一个分子与其镜像等同，即能重合，则是非手性分子，非手性分子没有旋光性。

一种物质的分子是否具有手性是由它的分子结构决定的。最常见的手性分子是含手性碳原子的分子。所谓手性碳原子是指连有四个不同的原子或原子团的碳原子，这种碳原子常以星号“*”表示，例如：

一个手性分子必然存在着另一个与镜像相应的异构体，它们的关系就象左手和右手，相互对映，这种立体异构体称为对映异构体简称对映体(enantiomer)。

（二)外消旋体

等量的右旋乳酸和左旋乳酸的混合物，它们对偏振光的作用相互抵销，所以没有旋光性。这种乳酸被称为外消旋(racemic)乳酸，用（±)-或（d/l)-乳酸表示。

三、旋光异构体的构型

（一)费歇尔投影式

①把与手性碳原子结合的两个横键摆向自己，两个竖键向后，投影到纸面上，其中两条直线的垂直相交点相当于手性碳原子。

②通常把碳链放在竖键上，并把命名时编号最小的碳原子放在上端。

③投影式不能离开纸面翻转过来，因为这会改变手性碳原子周围各原子或基团的前后关系。

④投影式只有在纸平面内旋转180°，构型才能保持不变。旋转90°、270°，构型改变。

（二)构型的表示方法

1．D/L构型表示法

以甘油醛为标准，人为规定费歇尔投影式中，手性碳原子上－OH在右边的为右旋甘油醛的构型(Ⅰ式)，称为D构型；手性碳原子上－OH在左边的为左旋甘油醛的构型(II)式，称为L构型。

其它旋光性物质的构型就可以通过化学转变的方法与标准物质镜像关联来确定。例如，将D-甘油醛经一系列氧化还原过程就可得到乳酸，这种乳酸的构型属于D构型。这种构型是人为规定的，而并非实际测出的，所以称为相对构型。

1951年魏欧德(Bijvoet，J.M.)通过X射线分析法,测得了右旋酒石酸的绝对构型，发现人为规定的甘油醛的构型恰巧与实际的完全符合。

应该注意，D、L只是表示化合物的构型，与其旋光方向(+)或(-)无关。目前还不能确定旋光方向与构型之间是否有固定的关系，旋光方向只能通过旋光仪来测定。

2．R/S构型系统命名法

 1970年国际上根据IUPAC的建议采用了R、S构型系统命名法。这种命名法是根据化合物的实际构型即绝对构型或费歇尔投影式命名的。

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10分

15分

投影、实物模型

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含一个手性碳原子的分子Cabcd命名时，首先把手性碳所连的四个原子或基团(a,b,c,d)按照顺序法则排列其优先顺序，如a>b>c>d。其次，将此排列次序中排在最后的原子或基团(即d)放在距观察者最远的地方(图17-7)。这个形象与汽车驾驶员面向方向盘的情况相似，d在方向盘的连杆上。然后再观察从最优先的a开始到b再到c的次序，如果是顺时针方向排列的(图17-7a)，这个分子的构型即用R表示(R取自拉丁文Rectu，“右”的意思)如果是逆时针方向排列(图17-7b)，则此分子的构型用S表示(S取自拉丁文Sinister,“左”的意思)。

图投影。

实物模型。

举例说明。（难点)

四、含两个手性碳原子的分子

（一)含两个不同的手性碳原子的分子

当分子中含两个或两个以上手性中心时，就有非对映异构现象存在。非对映体之间不仅旋光性不同，物理、化学性质也有一定的差异。

（二)含有两个相同手性碳原子的分子

例如：酒石酸分子中两个手性碳原子上所连接的四个基团都相同，这种分子只有三种立体异构体。其中，一对对映体，一个内消旋体(meso compound)。

判断一个化合物有无旋光性是根据这个化合物分子是否具有手性，是否与其镜像重合，能重合，没有旋光性，不能重合，就有旋光性。而不在于其有无手性碳原子。

内消旋体和外消旋体虽然都不具有旋光性，但它们有着本质的不同：内消旋体是一种纯物质，它不像外消旋体那样可以分离成具有旋光性的两种物质。

五、旋光异构在医学上的意义

小结

重点：旋光异构的概念（旋光性、旋光性物质、手性碳、手性分子、内消旋体、外消旋体等)；旋光异构体的构型命名；羟基酸的脱水、β-酮酸的脱羧反应。

难点：旋光异构的概念。

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