酮酸
| 酮酸 |
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中文名称；酮酸 外文名称；keto-acid 类型；有机酸 |
酮酸，与醛酸同为羧基酸（氧代酸），酮酸常根据炭基和羧基的距离分为α-酮酸（如丙酮酸）、β-酮酸（如乙酰乙酸）、γ-酮酸等。
酮酸具有酮的化学性质，又可以与碱成盐、与醇成酯等。同时，不同的酮酸又具有一些特殊性质（酸性、脱羧反应、氧化反应）。[1]
目录
物质介绍
酮酸的命名：用系统命名法命名时，选择包括羧基碳原子在内的最长碳链作主链，以羧酸作为母体，连在主链上的“=O”被称作“氧亚基”，羧基位于链端时，“—CHO”被称作“甲酰基”。氧亚基的位次用阿拉伯数字标明。
酮酸是一类在生物体内拥有重要作用的有机酸，在氨基酸新陈代谢和维持氧化还原状态的过程中它起一个中心作用。酮酸分两种：
·α酮酸含有氨基酸的碳结构骨架。
·β酮酸是高能量的（不稳定的）代谢物，它可以失去羧基同时释放能量促进其它反应进行（脱羧）。
α酮酸
α酮酸是羧基在阿尔法碳原子上的的酮酸，丙酮酸是最简单的α酮酸。丙酮酸可以随酒精发酵的过程中分解为乙醛和二氧化碳。在酶的作用下也可以分解为乙酰辅酶A和二氧化硫。三羧酸循环中有一个类似的反应。
在实验室里使用强硫酸可以瓦解-CO-COOH上比较弱的C-C键，丙酮酸比如可以在这个反应中被分解围一氧化碳和醋酸。
另一个典型的反应是转氨基反应，在这个反应中一个α酮酸获得一个氨基，同时一个谷氨酸失去一个氨基，而不释放氨。通过这个反应丙酮酸可以转化为丙氨酸，草酰乙酸（它同时是一个α酮酸和β酮酸）转化为天冬氨酸，a-酮戊二酸转化为谷氨酸。
β酮酸
β酮酸的两个羧基之间还隔着一个碳原子。β酮酸非常不稳定，它会自动脱羧，在细胞中这个过程通过催化剂作用发生。比如在糖异生过程中草酰乙酸的脱羧。
化学
酮酸分子中含有羧基和酮基两种官能团，因此它既有羧酸的性质，如成盐和成酯等；又有酮的典型反应，如与羟胺反应，加氢还原等。此外，由于两种官能团的相互影响，还有一些特殊性质，如α-酮酸，β-酮酸易脱羧等。
还原反应
脱羧反应
α-酮酸分子中的酮基与羧基直接相连，由于氧原子的电负性较强，使酮基与羧基碳原子间的电子云密度降低，因而碳碳键容易断裂，α-酮酸与稀硫酸共热，发生脱羧反应，生成少1个碳原子的醛。
β-酮酸受热时更易脱羧。β-酮酸只有在低温下稳定，在室温以上易脱羧成酮，这是β-酮酸的共性。
例如：
脱羧反应
代谢
氨基酸经联合脱氨或其它方式脱氨所生成的α-酮酸有下述去路：
生成氨基酸
－α－酮酸经联合加氨反应可生成相应的氨基酸。八种必需氨基酸中，除赖氨酸和苏氨酸外其余六种亦可由相应的α-酮酸加氨生成。但和必需氨基酸相对应的α－酮酸不能在体内合成，所以必需氨基酸依赖于食物供应。
氧化
这是α-酮酸的重要去路之一。α-酮酸通过一定的反应途径先转变成丙酮酸、乙酰CoA、或三羧酸循环的中间产物，再经过三羧酸循环彻底氧化分解。三羧酸循环将氨基酸代谢与糖代谢、脂肪代谢紧密联系起来。
转变
使用四氧嘧啶（alloxan）破坏犬的胰岛β-细胞，建立人工糖尿病犬的模型。待其体内糖原和脂肪耗尽后，用某种氨基酸饲养，并检查犬尿中糖与酮体的含量。若饲某种氨基酸后尿中排出葡萄糖增多，称此氨基酸为称生糖氨基酸（glucogenicaminoacid）；若尿中酮体含量增多，则称为生酮氨基酸（ketogenicaminoacid）。尿中二者都增多者称为生糖兼生酮氨基酸（glucogenicandketogenicaminoacid）。从下表中可以看出，凡能生成丙酮酸或三羧酸循环的中间产物的氨基酸均为生糖氨基酸；凡能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的氨基酸均为生酮氨基酸；凡能生成丙酮酸或三羧酸循环中间产物同时能生成乙酰CoA或乙酰乙酸者为生糖兼生酮氨基酸。
氨基酸和糖、脂肪的共有中间代谢产物
分解
β-酮酸的分解分两种：
酮式分解
乙酰乙酸乙酯（又叫β-丁酮酸乙酯，简称三乙），及其取代衍生物与稀碱作用，水解生成β-羰基酸，受热后脱羧生成甲基酮。故称为酮式分解。
酸式分解
乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物在浓碱作用下，主要发生乙酰基的断裂，生成乙酸或取代乙酸，故称为酸式分解。
异构
β-丁酮酸只有在低温下稳定，而它的酯是稳定的化合物，一般制成β-丁酮酸乙酯（又称乙酰乙酸乙酯），便于保存。其结构如下：
乙酰乙酸乙酯（CH3COCH2COOC2H5）是β-酮酸——乙酰乙酸的酯。它不同于β-酮酸，比较稳定。乙酰乙酸乙酯是无色有香味的液体，沸点180.4℃，微溶于水，易溶于乙醇、乙醚及大多数有机溶剂。它是有机合成的重要原料。
乙酰乙酸乙酯具有酮和羧酸酯的基本性质，能与HCN，NaHSO3，羟胺及苯肼反应，以稀NaOH水解为乙酰乙酸和乙醇。此外，乙酰乙酸乙酯还能使溴溶液裉色，与金属钠作用放出氢气，与FeCL3呈紫红色。这些性质表明乙酰乙酸乙酯还应具有烯醇式构造。
实际上，乙酰乙酸乙酯是其酮式构造与烯醇式构造的平衡混合物。在水溶液中，酮式占优势。
如将此平衡混合物溶解在石油醚中，冷至-78℃，可以得到酮式的晶体。如将平衡混合物与金属钠反应生成的烯醇钠，在-78℃，可以得到酮式的晶体。但是，无论是将酮式的晶体或烯醇式的油状液放置一定时间，或用适当溶剂溶解后再放置，都将成为酮式与烯醇式的平衡混合物。
乙酰乙酸乙酯表现出双重的反应性能：
（1）它可以和2，4，二硝基苯肼反应生成橙色的2，4-二硝基苯腙，表明含酮式结构。
（2）又能与三氯化铁溶液作用显紫色；能使溴水褪色；能与金属钠作用放出氢气。这3个反应是烯醇的典型反应。
研究证明，乙酰乙酸乙酯是酮式和烯醇式异构体的混合物，在室温下它们之间处于动态平衡状态。
乙酰乙酸乙酯的酮式与烯醇式是构造异构体，二者的差别仅在于一个双键及一个质子的位置不同。在酮式中是C=O双键，质子连在羧酸酯基的α碳上；在烯醇式中是C=C双键，质子连在羧酸酯基的β碳所连的羟基中。酮式与烯醇式之间很容易相互转化，只要有痕量的酸或碱，甚至玻璃容器的器壁，都能促其转变，建立平衡。象这种处于动态平衡的同分异构现象叫做互变异构现象，在平衡体系中能彼此互变的异构体称为互变异构体。除乙酰乙酸乙酯外，还有许多物质，如β-二酮以及某些糖和含氮化合物等，也能产生这种互变异构现象。乙酰乙酸乙酯的酮式与烯醇式异构称为酮式-烯醇式互变异构。
凡含α-H碳基化合物都有酮式-烯醇式互变异构。酮式与烯醇式的比例与其分子构造及介质等有关。在醛或酮中也有酮式-烯醇式互变异构平衡存在，羰基的α-H作为质子转移，不过在平衡混合物中，烯醇所占的比例太小。
在1，3-二羰基化合物中，烯醇式的比例大大增加，例如，2，4-戊二酮（乙酰丙酮）的水溶液中含16%的烯醇，而其己烷溶液中，烯醇式占92%。
1，3-二酮含有大量烯醇式的原因有二：一是π电子云的离域使烯醇式比较稳定，二是生成的烯醇能借分子内氢键形成六元环。
乙酰乙酸乙酯的烯醇式也能形成分子内氢键，同时与羧酸酯基中的 形成共轭体系，因而也有较多的烯醇式。由于酮基对α-H的作用强于羧酸酯基中的，所以α-H移向酮基而不移向羧酸酯基。
由于乙酰乙酸乙酯的上述性质，可以通过亚甲基上的取代，引入各种不同的基团后，再经酮式分解或酸式分解，就可以得到不同结构的酮或酸。
同理，二取代乙酰乙酸乙酯进行酮式分解将得到二取代丙酮；进行酸式分解将得到二取代乙酸。说明：乙酰乙酸乙酯合成法主要用其酮式分解制取酮，酸式分解制酸很少，制酸一般用丙二酸二乙酯合成法。
用途
复方α-酮酸片
本品由四种酮酸、一种羟酸和五种必需氨基酸配方制成，其中酮酸和羟酸以钙盐形式存在。酮酸或羟酸经过酶的转氨基作用合成相应的必需氨基酸，同时尿素氮被降减，通过再利用含氮代谢产物减少尿毒症毒素的蓄积，改善尿毒症症状；通过肾小球的高滤过，降低血磷和PTH水平延缓慢性肾衰的进程，从而推迟开始透析的时间；补充必需氨基酸则纠正基酸代谢紊乱，改善营养状况。本品由德国费森尤斯卡比公司开发上市。
补充复方α-酮酸和必需氨基酸，能改善体内氨基酸和蛋白代谢紊乱，促进蛋白合成。配合低蛋白饮食，减轻肾小球的高滤过，保护肾单位，减缓慢性肾功能衰竭恶化。降低血磷和甲状旁腺素水平，改善继发性甲状旁腺亢进引起的一系列症状。
通过重复利用含氮代谢产物，促进蛋白质合成，改善氮平衡和血氨基酸的不平衡状态，降低血中K+和PO3-/4离子浓度，从而改善尿毒症的症状.配合低蛋白饮食，预防和治疗慢性肾功能衰竭的蛋白代谢失调。
人体有8种必需氨基酸，组氨酸和酪氨酸对于正常人来讲虽不是必需氨基酸，但尿毒症患者体内合成这两种氨基酸的原料缺乏，所以这两种氨基酸对肾病患者也成为必需氨基酸。
慢性肾衰患者体内必需氨基酸减少，非必需氨基酸增多。这种比例失调可造成蛋白质合成减少、分解增多。补充必需氨基酸，可使肾衰患者即使在低蛋白饮食的情况下，也可增加体内蛋白质的合成，并可纠正患者必需氨基酸和非必需氨基酸的失衡。另外低蛋白饮食大大减少了磷的摄入，可降低血磷水平，减轻钙磷代谢紊乱。复方а-酮酸的主要成分是必需氨基酸和а-酮酸的钙盐。а-酮酸是合成氨基酸的原料，在体内可转变为必需氨基酸。单纯使用必需氨基酸可使必需和非必需氨基酸比例适当，但氨基酸本身含氮，通过代谢也会产生含氮废物，这些含氮废物通过肾脏排泄会加重病肾的负担；还有研究表明必需氨基酸会改变肾脏血流动力，引起高滤过，导致残存的肾单位进一步毁损。而应用酮酸的好处在于：酮酸不含氮，不会引起体内含氮代谢物增多，再者а-酮酸与体内的氨基结合生成必需氨基酸还能使含氮废物再利用，因而优于必需氨基酸。а-酮酸制剂含有钙盐，对纠正钙磷代谢紊乱，减轻继发性甲旁亢也有一定的疗效。
复方α-酮酸是一种复方制剂，其中含有一定量的必需氨基酸，同时还含有α-酮酸、钙等物质。α-酮酸本身不含氮，在体内通过转氨基作用结合一个氮以后转变为相应的必需氨基酸。所以，复方α-酮酸在对慢性肾功能衰竭的患者治疗中比必需氨基酸疗效更好。
我国的肾病患者，主要靠肾透析和肾移植来延长生命，而肾移植需要很高的费用，一般人难以承受，只能靠肾透析。进口的开同酸片在我国销售较好，在北京、上海、广州的销售都位于所有药品销售的前50位。因此开发复方α-酮酸片具有较好的经济效益。
参考来源