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| 酮酸 |
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中文名稱；酮酸 外文名稱；keto-acid 類型；有機酸 |
酮酸，與醛酸同為羧基酸（氧代酸），酮酸常根據炭基和羧基的距離分為α-酮酸（如丙酮酸）、β-酮酸（如乙酰乙酸）、γ-酮酸等。
酮酸具有酮的化學性質，又可以與鹼成鹽、與醇成酯等。同時，不同的酮酸又具有一些特殊性質（酸性、脫羧反應、氧化反應）。[1]
目錄
物質介紹
酮酸的命名：用系統命名法命名時，選擇包括羧基碳原子在內的最長碳鏈作主鏈，以羧酸作為母體，連在主鏈上的「=O」被稱作「氧亞基」，羧基位於鏈端時，「—CHO」被稱作「甲酰基」。氧亞基的位次用阿拉伯數字標明。
酮酸是一類在生物體內擁有重要作用的有機酸，在氨基酸新陳代謝和維持氧化還原狀態的過程中它起一個中心作用。酮酸分兩種：
·α酮酸含有氨基酸的碳結構骨架。
·β酮酸是高能量的（不穩定的）代謝物，它可以失去羧基同時釋放能量促進其它反應進行（脫羧）。
α酮酸
α酮酸是羧基在阿爾法碳原子上的的酮酸，丙酮酸是最簡單的α酮酸。丙酮酸可以隨酒精發酵的過程中分解為乙醛和二氧化碳。在酶的作用下也可以分解為乙酰輔酶A和二氧化硫。三羧酸循環中有一個類似的反應。
在實驗室里使用強硫酸可以瓦解-CO-COOH上比較弱的C-C鍵，丙酮酸比如可以在這個反應中被分解圍一氧化碳和醋酸。
另一個典型的反應是轉氨基反應，在這個反應中一個α酮酸獲得一個氨基，同時一個穀氨酸失去一個氨基，而不釋放氨。通過這個反應丙酮酸可以轉化為丙氨酸，草酰乙酸（它同時是一個α酮酸和β酮酸）轉化為天冬氨酸，a-酮戊二酸轉化為穀氨酸。
β酮酸
β酮酸的兩個羧基之間還隔着一個碳原子。β酮酸非常不穩定，它會自動脫羧，在細胞中這個過程通過催化劑作用發生。比如在糖異生過程中草酰乙酸的脫羧。
化學
酮酸分子中含有羧基和酮基兩種官能團，因此它既有羧酸的性質，如成鹽和成酯等；又有酮的典型反應，如與羥胺反應，加氫還原等。此外，由於兩種官能團的相互影響，還有一些特殊性質，如α-酮酸，β-酮酸易脫羧等。
還原反應
酮酸加氫還原生成羥基酸。
例如：
加氫還原
脫羧反應
α-酮酸分子中的酮基與羧基直接相連，由於氧原子的電負性較強，使酮基與羧基碳原子間的電子云密度降低，因而碳碳鍵容易斷裂，α-酮酸與稀硫酸共熱，發生脫羧反應，生成少1個碳原子的醛。
β-酮酸受熱時更易脫羧。β-酮酸只有在低溫下穩定，在室溫以上易脫羧成酮，這是β-酮酸的共性。
例如：
脫羧反應
代謝
氨基酸經聯合脫氨或其它方式脫氨所生成的α-酮酸有下述去路：
生成氨基酸
－α－酮酸經聯合加氨反應可生成相應的氨基酸。八種必需氨基酸中，除賴氨酸和蘇氨酸外其餘六種亦可由相應的α-酮酸加氨生成。但和必需氨基酸相對應的α－酮酸不能在體內合成，所以必需氨基酸依賴於食物供應。
氧化
這是α-酮酸的重要去路之一。α-酮酸通過一定的反應途徑先轉變成丙酮酸、乙酰CoA、或三羧酸循環的中間產物，再經過三羧酸循環徹底氧化分解。三羧酸循環將氨基酸代謝與糖代謝、脂肪代謝緊密聯繫起來。
轉變
使用四氧嘧啶（alloxan）破壞犬的胰島β-細胞，建立人工糖尿病犬的模型。待其體內糖原和脂肪耗盡後，用某種氨基酸飼養，並檢查犬尿中糖與酮體的含量。若飼某種氨基酸後尿中排出葡萄糖增多，稱此氨基酸為稱生糖氨基酸（glucogenicaminoacid）；若尿中酮體含量增多，則稱為生酮氨基酸（ketogenicaminoacid）。尿中二者都增多者稱為生糖兼生酮氨基酸（glucogenicandketogenicaminoacid）。從下表中可以看出，凡能生成丙酮酸或三羧酸循環的中間產物的氨基酸均為生糖氨基酸；凡能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的氨基酸均為生酮氨基酸；凡能生成丙酮酸或三羧酸循環中間產物同時能生成乙酰CoA或乙酰乙酸者為生糖兼生酮氨基酸。
氨基酸和糖、脂肪的共有中間代謝產物
亮氨酸，賴氨酸為生酮氨基酸，異亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸蘇氨酸為生糖兼生酮氨基酸，其餘氨基酸均為生糖氨基酸。
分解
β-酮酸的分解分兩種：
酮式分解
乙酰乙酸乙酯（又叫β-丁酮酸乙酯，簡稱三乙），及其取代衍生物與稀鹼作用，水解生成β-羰基酸，受熱後脫羧生成甲基酮。故稱為酮式分解。
酸式分解
乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物在濃鹼作用下，主要發生乙酰基的斷裂，生成乙酸或取代乙酸，故稱為酸式分解。
異構
β-丁酮酸只有在低溫下穩定，而它的酯是穩定的化合物，一般製成β-丁酮酸乙酯（又稱乙酰乙酸乙酯），便於保存。其結構如下：
乙酰乙酸乙酯（CH3COCH2COOC2H5）是β-酮酸——乙酰乙酸的酯。它不同於β-酮酸，比較穩定。乙酰乙酸乙酯是無色有香味的液體，沸點180.4℃，微溶於水，易溶於乙醇、乙醚及大多數有機溶劑。它是有機合成的重要原料。
乙酰乙酸乙酯具有酮和羧酸酯的基本性質，能與HCN，NaHSO3，羥胺及苯肼反應，以稀NaOH水解為乙酰乙酸和乙醇。此外，乙酰乙酸乙酯還能使溴溶液裉色，與金屬鈉作用放出氫氣，與FeCL3呈紫紅色。這些性質表明乙酰乙酸乙酯還應具有烯醇式構造。
實際上，乙酰乙酸乙酯是其酮式構造與烯醇式構造的平衡混合物。在水溶液中，酮式占優勢。
如將此平衡混合物溶解在石油醚中，冷至-78℃，可以得到酮式的晶體。如將平衡混合物與金屬鈉反應生成的烯醇鈉，在-78℃，可以得到酮式的晶體。但是，無論是將酮式的晶體或烯醇式的油狀液放置一定時間，或用適當溶劑溶解後再放置，都將成為酮式與烯醇式的平衡混合物。
乙酰乙酸乙酯表現出雙重的反應性能：
（1）它可以和2，4，二硝基苯肼反應生成橙色的2，4-二硝基苯腙，表明含酮式結構。
（2）又能與三氯化鐵溶液作用顯紫色；能使溴水褪色；能與金屬鈉作用放出氫氣。這3個反應是烯醇的典型反應。
研究證明，乙酰乙酸乙酯是酮式和烯醇式異構體的混合物，在室溫下它們之間處於動態平衡狀態。
乙酰乙酸乙酯的酮式與烯醇式是構造異構體，二者的差別僅在於一個雙鍵及一個質子的位置不同。在酮式中是C=O雙鍵，質子連在羧酸酯基的α碳上；在烯醇式中是C=C雙鍵，質子連在羧酸酯基的β碳所連的羥基中。酮式與烯醇式之間很容易相互轉化，只要有痕量的酸或鹼，甚至玻璃容器的器壁，都能促其轉變，建立平衡。象這種處於動態平衡的同分異構現象叫做互變異構現象，在平衡體系中能彼此互變的異構體稱為互變異構體。除乙酰乙酸乙酯外，還有許多物質，如β-二酮以及某些糖和含氮化合物等，也能產生這種互變異構現象。乙酰乙酸乙酯的酮式與烯醇式異構稱為酮式-烯醇式互變異構。
凡含α-H碳基化合物都有酮式-烯醇式互變異構。酮式與烯醇式的比例與其分子構造及介質等有關。在醛或酮中也有酮式-烯醇式互變異構平衡存在，羰基的α-H作為質子轉移，不過在平衡混合物中，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電子云的離域使烯醇式比較穩定，二是生成的烯醇能借分子內氫鍵形成六元環。
乙酰乙酸乙酯的烯醇式也能形成分子內氫鍵，同時與羧酸酯基中的 形成共軛體系，因而也有較多的烯醇式。由於酮基對α-H的作用強於羧酸酯基中的，所以α-H移向酮基而不移向羧酸酯基。
由於乙酰乙酸乙酯的上述性質，可以通過亞甲基上的取代，引入各種不同的基團後，再經酮式分解或酸式分解，就可以得到不同結構的酮或酸。
同理，二取代乙酰乙酸乙酯進行酮式分解將得到二取代丙酮；進行酸式分解將得到二取代乙酸。說明：乙酰乙酸乙酯合成法主要用其酮式分解製取酮，酸式分解制酸很少，制酸一般用丙二酸二乙酯合成法。
用途
複方α-酮酸片
本品由四種酮酸、一種羥酸和五種必需氨基酸配方製成，其中酮酸和羥酸以鈣鹽形式存在。酮酸或羥酸經過酶的轉氨基作用合成相應的必需氨基酸，同時尿素氮被降減，通過再利用含氮代謝產物減少尿毒症毒素的蓄積，改善尿毒症症狀；通過腎小球的高濾過，降低血磷和PTH水平延緩慢性腎衰的進程，從而推遲開始透析的時間；補充必需氨基酸則糾正基酸代謝紊亂，改善營養狀況。本品由德國費森尤斯卡比公司開發上市。
補充複方α-酮酸和必需氨基酸，能改善體內氨基酸和蛋白代謝紊亂，促進蛋白合成。配合低蛋白飲食，減輕腎小球的高濾過，保護腎單位，減緩慢性腎功能衰竭惡化。降低血磷和甲狀旁腺素水平，改善繼發性甲狀旁腺亢進引起的一系列症狀。
通過重複利用含氮代謝產物，促進蛋白質合成，改善氮平衡和血氨基酸的不平衡狀態，降低血中K+和PO3-/4離子濃度，從而改善尿毒症的症狀.配合低蛋白飲食，預防和治療慢性腎功能衰竭的蛋白代謝失調。
人體有8種必需氨基酸，組氨酸和酪氨酸對於正常人來講雖不是必需氨基酸，但尿毒症患者體內合成這兩種氨基酸的原料缺乏，所以這兩種氨基酸對腎病患者也成為必需氨基酸。
慢性腎衰患者體內必需氨基酸減少，非必需氨基酸增多。這種比例失調可造成蛋白質合成減少、分解增多。補充必需氨基酸，可使腎衰患者即使在低蛋白飲食的情況下，也可增加體內蛋白質的合成，並可糾正患者必需氨基酸和非必需氨基酸的失衡。另外低蛋白飲食大大減少了磷的攝入，可降低血磷水平，減輕鈣磷代謝紊亂。複方а-酮酸的主要成分是必需氨基酸和а-酮酸的鈣鹽。а-酮酸是合成氨基酸的原料，在體內可轉變為必需氨基酸。單純使用必需氨基酸可使必需和非必需氨基酸比例適當，但氨基酸本身含氮，通過代謝也會產生含氮廢物，這些含氮廢物通過腎臟排泄會加重病腎的負擔；還有研究表明必需氨基酸會改變腎臟血流動力，引起高濾過，導致殘存的腎單位進一步毀損。而應用酮酸的好處在於：酮酸不含氮，不會引起體內含氮代謝物增多，再者а-酮酸與體內的氨基結合生成必需氨基酸還能使含氮廢物再利用，因而優於必需氨基酸。а-酮酸製劑含有鈣鹽，對糾正鈣磷代謝紊亂，減輕繼發性甲旁亢也有一定的療效。
複方α-酮酸是一種複方製劑，其中含有一定量的必需氨基酸，同時還含有α-酮酸、鈣等物質。α-酮酸本身不含氮，在體內通過轉氨基作用結合一個氮以後轉變為相應的必需氨基酸。所以，複方α-酮酸在對慢性腎功能衰竭的患者治療中比必需氨基酸療效更好。
我國的腎病患者，主要靠腎透析和腎移植來延長生命，而腎移植需要很高的費用，一般人難以承受，只能靠腎透析。進口的開同酸片在我國銷售較好，在北京、上海、廣州的銷售都位於所有藥品銷售的前50位。因此開發複方α-酮酸片具有較好的經濟效益。
參考來源