內酯

內酯 (Lactone)
國立臺灣師範大學化學系碩士生 鍾長志

內酯 (lactone) 命名源自於酯類 (ester)，為一種環形酯類，與其相像的結構還有內醯胺 (lactam)，結構較為簡單的內酯命名以酯基為主體如圖一所示，以希臘字母分別表示，如圖二所示，依序為 a-lactone（三員環）、β-lactone（四員環）、γ-lactone（五員環）、δ- lactone（六員環）、ε-lactone（七員環）。

圖一、簡單內酯的命名。（作者繪製）

圖二、不同員環數以希臘字母分別表示 。（作者繪製）

除了簡單的內酯，還有包含在稠環 (fused ring) 中的內酯、橋聯環 (bridged ring) 中的內酯、以及螺內酯 (spirolactone)，如圖三所示。^1-3

圖三、由左至右依序為：稠環內酯、橋聯環內酯、螺內酯結構之化合物 。（作者繪製）

內酯廣泛存在於天然物結構中，有些具有生物活性以及藥性，如圖四為根據文獻舉例之含內酯結構之天然物。⁴

圖四、具有內酯結構的天然物。（作者繪製）

有關於內酯的合成方式有很多，比較常見的方式如下：利用酸進行內酯化 (lactonization) ^5,6 以及利用過氧酸的方式去氧化產物進而得到到內酯產物⁷。

δ-lactone（六員環）

圖五、將縮酸利用硼氫化鈉還原得內脂化合物的反應機構。（作者繪製）

反應機構如圖五所示，帶有羧酸 (carboxylic acid) 官能基的起始物 (I)，加入硼氫化鈉 (sodium borohydride, NaBH₄) 還原酮 (ketone) 基，得到還原產物 (II)，在酸性條件下，經質子轉移 (proton transfer) 以及內酯化作用，可以得到內酯產物 (III)。

ε-lactone（七員環）

反應機構如圖六所示，以具二甲基取代的環己酮為起始物，加入過氧酸（peroxy acid，如：間氯過氧苯甲酸，3-chloroperoxybenzoic acid, mCPBA）。首先，具取代基的環己酮進行質子化，過氧酸形成去質子化分子 (deprotonated molecule)，對被質子化後的中間體 (II) 進行加成，再經環上的電子轉移 (electron transfer) 得到中間產物 (IV)，再經一次電子轉移，可以得到擴環的內酯產物 (V)。此反應方式源自於拜耳－維立格氧化反應 (Baeyer-Villiger oxidation)^8,9 的概念，如圖七所示，拜耳－維立格氧化反應，透過過氧酸進行氧化反應，將酮類化合物氧化成酯類化合物。

圖六、用過氧酸合成內脂的反應機構。（作者繪製）

圖七、拜耳－維立格氧化反應。（作者繪製）

另外，與我們生活息息相關的一種內酯，δ-葡萄糖酸內酯 (δ-gluconolactone) 又稱 glucono-δ-lactone (GDL)^10-12，圖八為其結構，是葡萄糖經葡萄糖去氫酶作用所產生的物質，加水分解後，即變成葡萄糖酸，添加在食品中的添加劑，用於調味，是一種白色結晶粉末，口感為甜味且帶有微酸味；它亦是豆腐改良劑，用於添加於豆腐內。衛署使用標準規定如下：δ-葡萄糖酸內酯 (ä-gluconolactone) 可用於各類食品中，但必須視實際需要適量，使用限於食品製造或加工必須時使用¹²。

圖八、δ-葡萄糖酸內酯化學結構式。（作者繪製）

在常見的抗生素中，有很多種是含內酯結構，而這些抗生素中所含的內酯環較大，又稱之巨環內酯 (macrolide)¹³。已上市的抗生素中，有一稱做亞藥索黴素 (azithromycin)，俗稱阿齊黴素¹⁴，結構如圖九所示。

圖九、阿齊黴素化學結構式 。（作者繪製）

根據台灣衛生福利部食品藥物管理署許可證號（衛署藥陸輸字第000469號），阿齊黴素的適應症包括以下：革蘭氏陽性、陰性及厭氧菌引起之下呼吸道感染、皮膚及軟組織感染、中耳炎、上呼吸道感染和性傳染病。

參考文獻

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