醫(yī)用化學(xué)-授課教案:第十七章取代羧酸和旋光異構(gòu)

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醫(yī)用化學(xué):授課教案第十七章取代羧酸和旋光異構(gòu):南方醫(yī)科大學(xué)教案首頁授課題目第十七章取代羧酸和旋光異構(gòu)授課形式理論課授課時間授課學(xué)時4教學(xué)目的與要求掌握羥基酸的化學(xué)性質(zhì)、乙酰乙酸乙酯的互變異構(gòu)及旋光異構(gòu)現(xiàn)象、比旋光度、手性碳的概念、內(nèi)消旋體、外消旋體、構(gòu)型表示法。熟悉羥基酸、酮酸的結(jié)構(gòu)及命名。了解氧代酸

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授課題目	第十七章取代羧酸和旋光異構(gòu)	授課形式	理論課
授課時間		授課學(xué)時	4
教學(xué)目的與要求	掌握羥基酸的化學(xué)性質(zhì)、乙酰乙酸乙酯的互變異構(gòu)及旋光異構(gòu)現(xiàn)象、比旋光度、手性碳的概念、內(nèi)消旋體、外消旋體、構(gòu)型表示法。熟悉羥基酸、酮酸的結(jié)構(gòu)及命名。了解氧代酸的化學(xué)性質(zhì)。偏振光概念、旋光性與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
基本內(nèi)容	一、羥基酸羥基酸的構(gòu)造、分類及命名；羥基酸的物理性質(zhì)；羥基酸的化學(xué)性質(zhì)；重要的羥基酸二、氧代酸氧代酸的構(gòu)造及命名；氧代酸的化學(xué)性質(zhì)；互變異構(gòu)現(xiàn)象；重要的氧代酸三、旋光異構(gòu)現(xiàn)象平面偏振光和物質(zhì)的旋光性；化合物的旋光性與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系；旋光異構(gòu)體的構(gòu)型；含兩個手性碳原子的分子；旋光異構(gòu)在醫(yī)學(xué)上的意義
重點難點	重點：取代反應(yīng)；消除反應(yīng) 難點：反應(yīng)的歷程；活性順序
主要教學(xué) 媒體	多媒體投影
主要外語詞匯	substituted carboxylic acid；hydroxy acid；aldehydo acid；keto acid；tautomerism；plane-polarized light；optical activity；chirality；enantiomer；racemic；meso compound；
有關(guān)本內(nèi)容的新進(jìn)展	不對稱合成；旋光異構(gòu)體的分離。
主要參考資料或相關(guān)網(wǎng)站	《醫(yī)用化學(xué)》游文瑋主編化學(xué)工業(yè)出版社；《有機化學(xué)》張生勇主編科學(xué)出版社《醫(yī)用化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)及習(xí)題解答》孫曉莉主編第四軍醫(yī)大學(xué)出版社http://ce.sysu.edu。cn/ChemEdu/Echemi/elaborate/wujihuaxue/ http://www.sxmu.edu。cn/jingpin/wujihuaxue/lx.htm
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第一節(jié) 羥基酸

一、羥基酸的構(gòu)造、分類及命名

取代羧酸(substituted carboxylic acid)可以看成是羧酸分子中烴基上的氫被其它原子或原子團取代后的生成物。最常見的是氫原子被鹵素、羥基、氧原子或氨基取代，生成相應(yīng)的取代羧酸分別是醫(yī)學(xué)招聘網(wǎng)鹵代酸、羥基酸、氧代酸和氨基酸。

舉例。

羥基酸（hydroxy acid)是分子中同時具有羥基和羧基兩種官能團的化合物。根據(jù)羥基所連接的烴基不同，羥基酸可分為醇酸和酚酸兩類。

醇酸：

羥基丁二酸（蘋果酸) 檸檬酸 酒石酸

酚酸：

鄰羥基苯甲酸(水楊酸) 3，4，5－三羥基苯甲酸（沒食子酸)

醇酸還可以根據(jù)羥基與羧基的相對位置，分為a-,b-,γ-,d-.......羥基酸。

系統(tǒng)命名法命名時，如有多個官能團，選擇一種作為主官能團，并以相應(yīng)的化合物作為母體，其它的官能團都看成是取代基。選擇主官能團的優(yōu)先順序依次為：

舉例：

2-羥基丙酸（a-羥基丙酸，乳酸) ；3-羥基丁酸（b-羥基丁酸)；5-羥基戊酸（ d-羥基戊酸)；3-羥基-3-羧基戊二酸（檸檬酸)；2,3-二羥基丁二酸（酒石酸)；2-羥基苯甲酸（水楊酸)

二、羥基酸的物理性質(zhì)

氫鍵存在，分子間作用力大， bp、mp 高，溶解度大。

三、羥基酸的化學(xué)性質(zhì)

羥基酸具有羥基和羧基的典型反應(yīng)，由于羥基和羧基的相互影響，羥基酸還具有一些特殊性質(zhì)，這些特殊性質(zhì)又因羥基和羧基的相對位置不同而有所差異。

（一)羧基的性質(zhì)

1．酸性

2．酯化

（二)羥基的性質(zhì)

1．羥基的氧化

2．羥基的酯化

10分；

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（三)羥基酸的受熱反應(yīng)

1．α-羥基酸

α-羥基酸受熱后發(fā)生雙分子間的脫水反應(yīng)，生成交酯。

52667788.cn

2．β-羥基酸

β-羥基酸受熱后，羥基與相鄰的α-碳原子上的活潑氫起脫水作用，生成α、β-不飽和酸。

2-丁烯酸

3．γ-羥基酸與δ-羥基酸

γ-或δ-羥基酸受熱后，在同一分子內(nèi)的羥基與羧基發(fā)生酯化反應(yīng)，生成五元或六元的環(huán)狀內(nèi)酯。

（四)酚酸的反應(yīng)

酚酸含有酚式羥基，能與FeCl₃發(fā)生顏色反應(yīng)。例如，F(xiàn)eCl₃與水楊酸呈紫紅色，與沒食子酸顯藍(lán)黑色。

羥基在羧基的鄰位或?qū)ξ坏姆铀嵩诩訜嶂寥埸c以上時，易分解脫羧而生成相應(yīng)的酚。

三、重要的羥基酸

（一) 乳酸

（二)β-羥基丁酸

（三)蘋果酸

（四)酒石酸

（五)檸檬酸

（六)水楊酸

第二節(jié) 氧代酸

氧代酸可以看成是羧酸分子中烴基上的兩個氫原子被氧原子取代后的生成物，包括醛酸（aldehydo acid)和酮酸(keto acid)兩類。

一、氧代酸的構(gòu)造及命名

分子中含有醛基或酮基的羧酸分別叫做醛酸或酮酸。最簡單的醛酸是乙醛酸，最簡單的酮酸是丙酮酸。

舉例：

乙醛酸；丙酮酸；乙酰乙酸；草酰乙酸；α-酮戊二酸

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二、氧代酸的化學(xué)性質(zhì)

（一)羧基和羰基的性質(zhì)

醛酸中含有醛基，具有醛的基本性質(zhì)，酮酸也具有酮的基本性質(zhì)。它們都能與H₂、NaHSO₃起加成反應(yīng)，與羥胺或苯肼生成肟或苯腙。醛酸和酮酸都含有羧基，具有羧基的基本性質(zhì)，如酸性、成鹽、成酯及生成酰鹵等。

（二)α-酮酸及β-酮酸的特殊反應(yīng)

α-酮酸與稀硫酸加熱至150℃，發(fā)生脫羧反應(yīng)，生成醛。

β-酮酸只在低溫下穩(wěn)定，在室溫以上易脫羧生成酮，這是β-酮酸的共性。

三、互變異構(gòu)現(xiàn)象

乙酰乙酸屬于β-酮酸，不穩(wěn)定，受熱后易脫羧，但它的酯即乙酰乙酸乙酯(CH₃COCH₂COOC₂H₅)是穩(wěn)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應(yīng)，另一方面它又能與溴的四氯化碳溶液反應(yīng)而使其褪色、與金屬鈉反應(yīng)放出氫氣、與三氯化鐵反應(yīng)顯紫色。

這種由于同分異構(gòu)體之間的可逆異構(gòu)化作用，通常伴有氫原子及雙鍵位置的轉(zhuǎn)移，叫作互變異構(gòu)現(xiàn)象（tautomerism)。乙酰乙酸乙酯的酮式與烯醇式的異構(gòu)叫酮式－烯醇式互變異構(gòu)。

四、重要的氧代酸

（一)丙酮酸

（二)草酰乙酸

（三)乙酰乙酸

β-羥基丁酸、乙酰乙酸和丙酮在醫(yī)學(xué)上總稱為“酮體”。酮體是脂肪在體內(nèi)不能完全被氧化成二氧化碳和水時的中間產(chǎn)物。

第三節(jié) 旋光異構(gòu)現(xiàn)象

同分異構(gòu)體的分類表。投影

由于旋光性不同而產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象稱為旋光異構(gòu)，它是構(gòu)型異構(gòu)中的一種。這種異構(gòu)是以其異構(gòu)體對平面偏振光(plane-polarized light)的旋光作用表現(xiàn)出來的。

一、平面偏振光和物質(zhì)的旋光性

（一)平面偏振光

（二)旋光性物質(zhì)和物質(zhì)的旋光性

物質(zhì)能使偏振光的振動面旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)叫做旋光性(optical activity)。

乳酸、葡萄糖等能使偏振光的振動面發(fā)生偏轉(zhuǎn)的物質(zhì)叫做旋光性物質(zhì)。乙醇、丙酮等不能使偏振光的振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)叫做非旋光性物質(zhì)。

使平面偏振光振動面向右旋轉(zhuǎn)（順時針)的叫做右旋體，以d或+表示；使平面偏振光振動面向左旋轉(zhuǎn)（逆時針)的叫做左旋體，以l或–表示。

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（三)旋光度和比旋光度

α－溶液的旋光度；L－盛液管的長度（dm)；λ－旋光儀所用單色光的波長，通常是鈉光（又稱D線，589nm)；c－溶液的濃度；t－測定時的溫度，通常為20℃；

二、化合物的旋光性與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系

（一)分子的手性和手性分子

手性的概念。

將手性的概念運用于描述分子的結(jié)構(gòu)，則是一個化合物的分子與其鏡像不能相互重合時，這種分子就是手性分子，它具有手性(chirality)，凡是手性分子都有旋光性。如果一個分子與其鏡像等同，即能重合，則是非手性分子，非手性分子沒有旋光性。

一種物質(zhì)的分子是否具有手性是由它的分子結(jié)構(gòu)決定的。最常見的手性分子是含手性碳原子的分子。所謂手性碳原子是指連有四個不同的原子或原子團的碳原子，這種碳原子常以星號“*”表示，例如：

一個手性分子必然存在著另一個與鏡像相應(yīng)的異構(gòu)體，它們的關(guān)系就象左手和右手，相互對映，這種立體異構(gòu)體稱為對映異構(gòu)體簡稱對映體(enantiomer)。

（二)外消旋體

等量的右旋乳酸和左旋乳酸的混合物，它們對偏振光的作用相互抵銷，所以沒有旋光性。這種乳酸被稱為外消旋(racemic)乳酸，用（±)-或（d/l)-乳酸表示。

三、旋光異構(gòu)體的構(gòu)型

（一)費歇爾投影式

①把與手性碳原子結(jié)合的兩個橫鍵擺向自己，兩個豎鍵向后，投影到紙面上，其中兩條直線的垂直相交點相當(dāng)于手性碳原子。

②通常把碳鏈放在豎鍵上，并把命名時編號最小的碳原子放在上端。

③投影式不能離開紙面翻轉(zhuǎn)過來，因為這會改變手性碳原子周圍各原子或基團的前后關(guān)系。

④投影式只有在紙平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180°，構(gòu)型才能保持不變。旋轉(zhuǎn)90°、270°，構(gòu)型改變。

（二)構(gòu)型的表示方法

1．D/L構(gòu)型表示法

以甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)，人為規(guī)定費歇爾投影式中，手性碳原子上－OH在右邊的為右旋甘油醛的構(gòu)型(Ⅰ式)，稱為D構(gòu)型；手性碳原子上－OH在左邊的為左旋甘油醛的構(gòu)型(II)式，稱為L構(gòu)型。

其它旋光性物質(zhì)的構(gòu)型就可以通過化學(xué)轉(zhuǎn)變的方法與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鏡像關(guān)聯(lián)來確定。例如，將D-甘油醛經(jīng)一系列氧化還原過程就可得到乳酸，這種乳酸的構(gòu)型屬于D構(gòu)型。這種構(gòu)型是人為規(guī)定的，而并非實際測出的，所以稱為相對構(gòu)型。

1951年魏歐德(Bijvoet，J.M.)通過X射線分析法,測得了右旋酒石酸的絕對構(gòu)型，發(fā)現(xiàn)人為規(guī)定的甘油醛的構(gòu)型恰巧與實際的完全符合。

應(yīng)該注意，D、L只是表示化合物的構(gòu)型，與其旋光方向(+)或(-)無關(guān)。目前還不能確定旋光方向與構(gòu)型之間是否有固定的關(guān)系，旋光方向只能通過旋光儀來測定。

2．R/S構(gòu)型系統(tǒng)命名法

1970年國際上根據(jù)IUPAC的建議采用了R、S構(gòu)型系統(tǒng)命名法。這種命名法是根據(jù)化合物的實際構(gòu)型即絕對構(gòu)型或費歇爾投影式命名的。

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投影、實物模型

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含一個手性碳原子的分子Cabcd命名時，首先把手性碳所連的四個原子或基團(a,b,c,d)按照順序法則排列其優(yōu)先順序，如a>b>c>d。其次，將此排列次序中排在最后的原子或基團(即d)放在距觀察者最遠(yuǎn)的地方(圖17-7)。這個形象與汽車駕駛員面向方向盤的情況相似，d在方向盤的連桿上。然后再觀察從最優(yōu)先的a開始到b再到c的次序，如果是順時針方向排列的(圖17-7a)，這個分子的構(gòu)型即用R表示(R取自拉丁文Rectu，“右”的意思)如果是逆時針方向排列(圖17-7b)，則此分子的構(gòu)型用S表示(S取自拉丁文Sinister,“左”的意思)。

圖投影。

實物模型。

舉例說明。（難點)

四、含兩個手性碳原子的分子

（一)含兩個不同的手性碳原子的分子