丙酮酸

丙酮酸是人体的一种成分，在人体内主要参与糖、脂肪等的代谢，也是碳水化合物代谢的中间产物之一。
丙酮酸及它生成的盐，在医药领域应用很广，用于生产镇静剂、抗氧剂、抗病毒剂、合成治疗高血压的药物等等。
丙酮酸又称乙酰甲酸、 焦性葡萄酸、2-氧代丙酸。浅黄色至黄色的透明液体。有醋酸气味。有酸味。天然品存在于薄荷及蔗糖发酵液中。相对分子质量88.06。相对密度 1.2271。熔点13.8℃。沸点165℃(分解)、 106.5℃(13.332×103Pa)、85.3℃(5.333×103 Pa)、70.8℃(2.666×103Pa)、57.9℃(1.333×103 Pa)、45.8℃(0.667×103Pa)、21.4℃(0.133×103 Pa)。闪点82℃。折射率1.4280。与水、乙醇、乙醚等混溶。在空气中颜色变暗。加热时缓慢聚合，富有反应性，容易与氮化物、醛、卤化物、磷化物等反应，参与生物体的糖代谢、胶质、氨基酸、蛋白质等的生化合成、代谢、醇的发酵等。当用力时，在肌肉中被还原为乳酸，休息时再次氧化并部分转变为糖原。大鼠经口LD502100mg/kg。
用途：用于医药、氨基酸(L-酪氨酸的底物)等的合成，可提高效率，特别是在制药工业方面可缩短流程，简化流程，例如用本品制成的2-苯基辛可宁酸，是一种解热镇痛、利尿药，采用本品为原料，可大大降低生产成本;此外还用作抗结核药、异菸肼丙酮酸钙、激素的合成，驱虫剂扑绕灵(Pyrunium pamote)的原料;也用于农药原料;以丙酮酸、吲哚和氨为原料，进行生化反应，可制造色氨酸;生产味精，为提高L-苏氨酸的产率，可采用本品;香料，是我国GB2760—1996规定允许使用的食用香料。
制法：
1，以乳酸酯为原料进行气相或液相氧化制得丙酮酯，进一步水解可制得。
2，以酒石酸为原料，在其中加入硫酸氢钾和硫酸氢钠，加热至210～220℃，脱氢，可得丙酮酸粗品，再利用减压精馏精制。
3，以2，2-二氯丙酸为原料，采用氢氧化钠，调节pH=6左右，进行水解，可制得。丙酮酸是最简单也是最重要的α-酮酸，兼有酮和羧酸的一般性质，酸性比丙酸和羟基丙酸强，能起银镜反应。
丙酮酸化学性质活泼，可发生脱羰、氧化等反应：

丙酮酸是碳水化合物在发酵和代谢作用中的中间产物。在动物体内能转变成氨基酸，生理上具有重大意义。可用于生化研究，检定伯醇及仲醇，作检定脂肪族胺的显色剂，测定转氨酶等。
实验室通过将酒石酸与硫酸氢钾共热制备丙酮酸的化学反应方程式如下：

以上信息由Chemicalbook的彤彤编辑整理。丙酮酸代谢是指动物体内丙酮酸的合成与分解过程。丙酮酸是碳水化合物在发酵和代谢作用中的中间产物。在动物体内能转变成氨基酸，生理上具有重大意义。体内丙酮酸主要来自糖酵解， 少量来自某些氨基酸与甘油代谢。丙酮酸的分解产物因条件不同而异。当动物缺氧而酵解加快进行时，由乳酸脱氢酶催化使丙酮酸转变为乳酸，同时使还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)再生成氧化型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)，使酵解得以继续进行。有氧时， 丙酮酸在线粒体内经丙酮酸脱氢酶系催化生成乙酰辅酶A(乙酰-CoA)，乙酰-CoA可进入三羧酸循环彻底氧化或转变成其他物质。总的反应是：

丙酮酸脱氢酶系丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸的过程比较复杂，不能通过单纯的底物循环途径来实现，而需要经丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶所催化的两个耗能反应共同完成，此过程称丙酮酸羧化支路。

丙酮酸羧化支路：丙酮酸先羧化成草酰乙酸，草酰乙酸再脱羧同时酸化为磷酸烯醇式丙酮酸。催化第一步反应的酶是线粒体内的丙酮酸羧化酶，催化第二步反应的是胞液中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶。为此丙酮酸必须进入线粒体，转变成草酰乙酸后再返回胞液，但草酰乙酸不能自由地透过线粒体内膜，所以需要先还原成苹果酸，出线粒体后，再在胞液中脱氢重新生成草酰乙酸，后者在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化下，最终生成磷酸烯醇式丙酮酸。
参考资料：床执业医师手册 > 生物化学 > 糖代谢 > 糖异生作用丙酮酸钙是丙酮酸的钙盐，很稳定，白色结晶粉末，无味，近乎中性，微溶于水。丙酮酸却极不稳定，极易被氧化，弱氧化剂Fe与H2O2能把丙酮酸氧化成乙酸并放出二氧化碳。丙酮酸是有机体内糖类代谢过程中的中间产物，也是蛋白质类与脂类代谢必经的中转站，它在自然条件下为无色有刺激性气味的液体，沸点165℃（分解），易溶于水，除了具有羟酸与酮的典型性质外，还具有a-酮酸的特性，丙酮酸是最简单的a-酮酸（属于羟基酸）。
丙酮酸钙目前在我国还只能够进行化学合成，生产出来的都是工业原料级别的丙酮酸钙，这样得到的丙酮酸钙是消旋体(就是左旋丙酮酸钙和右旋右旋丙酮酸钙的一样多)，而人体中只有左旋结构的丙酮酸能被人体吸收。目前我国在医药、减肥方面所使用的丙酮酸类产品，绝大部分需要从国外进口。日本在这方面的生产技术处于国际领先地位，能够通过生物发酵的方法生产出左旋结构的丙酮酸产品。
用作医药的原料和食品添加剂。丙酮酸钙作为膳食补充剂，具有加速脂肪消耗、减轻体重、增强人体耐力、提高竞技成绩等功效；对心脏有特殊的保护作用，可增强心脏肌肉的效能，减少心脏病或心脏局部缺血造成的损伤；同时，丙酮酸钙具有吞噬体内自由基和抑制自由基的生成等显著效果。
丙酮酸钙也是钙营养补充剂。虽然其含钙量不足20%，但进入人体内不像其他补钙产品酸根离子会增加肝肾负担，产生副影响，丙酮酸根离子可以进入细胞参与有机物代谢既减肥又不影响蛋白质的贮存。可安全用于食品(FDA，§172．51 5，2000)。FEMA(mg/kg)：软饮料0.25；冷饮0.25~20；糖果27；焙烤食品30；胶姆糖110。无色至琥珀色粘稠液体，呈醋酸似香气和愉．陕酸味，带有辣的微甜味。熔点12～14℃，沸点164℃(分解)，闪点82℃。相对密度(d₄¹⁵)1.267。混溶于水、乙醇和乙醚。即使含微量杂质亦易变暗并分解，故宜高纯度密闭存放。
天然品存在于蔗糖发酵液和薄荷等中。GB 2760--1996规定为允许使用的食品用香料。丙酮酸是杀菌剂噻菌灵的中间体。用于有机合成和生化研究。生化研究。检定伯醇和仲醇。检定脂肪族胺的显色剂。测定转氨酶。用作医药的原料和食品添加剂是生产色氨酸、苯丙氨酸和维生素B的主要原料，是生物合成L-多巴的原料，也是乙烯聚合物的起始剂由酒石酸与焦硫酸钾反应而得。先将酒石酸和焦硫酸钾充分拌匀后，投入搪玻璃反应锅中，用油浴加热至180℃左右，固体开始熔融，并有大量泡沫上升，开动搅拌器，打散泡沫，防止溢出，再升温至220℃，即有丙酮酸蒸出，油温保持在245℃，待丙酮酸蒸完为止。其制备方法有以下几种。
由酒石酸制备
酒石酸在重硫酸钾存在下脱水和二氧化碳而制得。
由二氯丙酸制备
将2，2-二氯丙酸与10％NaOH溶液进行回流，最后反应物的pH＝2.5，进行冷却，蒸去水分，加稀H₂SO₄而成黏糊状的酸性物，在减压下蒸馏得产品。
用乳酸乙酯氧化再进行水解
乳酸乙酯氧化可以进行气相氧化或液相氧化而制得丙酮酸，也可用二氧化锰、过氧化氢为氧化剂进行氧化，得到的丙酮酸乙酯进行水解而得到产品。
丙烯酸酯氧化再进行水解
丙烯酸或其酯在催化剂Cr或V化合物存在下用H₂O₂氧化而制得产品。
葡萄糖为原料进行发酵
丙酮醛氧化
丙酮醛可以用1，2-丙二醇进行气相氧化而得到，再进一步与甲醇在磷酸镍催化剂存在下用氧气进行气相氧化而制得产品。
其中方法(3)和方法(5)可以实行工业化。由酒石酸在脱水剂硫酸氢钾存在下蒸馏后再真空精馏而得。
由乙酰氯与氰化钾生成腈，再经酸水解而得。