第二节氧代酸

第二节　氧代酸

　　氧代酸可以看作是羧酸分子中烃基上的两个氢原子被氧原子取代后的生成物，包括醛酸和酮酸两类。

　　一、氧代酸的构造及命名

　　分子中含有醛基或酮基的羧酸分别叫做醛酸或酮酸。最简单的醛酸是乙醛酸，最简单的酮酸是丙酮酸。　

　　醛酸和酮酸的系统命名是以羧酸为母体，以包括羧基及醛基（或酮基）碳原子都在内的最长碳链作为主链，称为某酸，氧原子作为取代基并指出其位置。例如：

　　有些酮酸尚有医学上的习惯名称，例如丙酮酸、乙酰乙酸及α-酮戊二酸等，它们都是与人体代谢有重要关系的化合物。

　　二、氧代酸的化学性质

　　（一）羧基的性质

　　醛酸和酮酸都含有羧基，具有羧基的基本性质，如酸性、成盐、成酯及生成酰卤等。

　　（二）羰基的性质

　　醛酸含有醛基，具有醛基的基本性质，酮酸也同样，都能发生还原应。

　　（三）α-酮酸及β-酮酸的特殊反应

　　α-酮酸与稀硫酸共热时，脱羧后的主产物是醛。

　　β-酮酸不稳定，受热时很容易脱羧成酮。

　　三、酮式-烯醇式互变异构现象

　　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。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。因此，把这种构造异构现象叫做互变异构。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。

　　四、个别氧代酸

　　（一）丙酮酸

　　丙酮酸CH₃COCOOH是无色具刺激性臭味的液体，沸点167℃，能与水混溶。其酸性强于丙酸及乳酸。丙酮酸及其烯醇式（烯醇式丙酮酸）是人体糖代谢的重要中间产物。在酶的作用下，丙酮酸可还原为乳酸，也可以脱羧为乙醛。

　　（二）乙酰乙酸

　　乙酰乙酸CH₃COCH₂COOH是无色粘稠液体，不稳定，很易脱羧为丙酮，也能还原为β-羟基丁酸。乙酰乙酸、β-羟基丁酸及丙酮是脂肪酸在人体内不完全氧化的中间产物，合称为酮体。正常情况下，人血中酮体的含量很少（0.8-5mg/100ml）。正常人每昼夜从尿中排出约40mg酮体。在某些情况下，例如饥饿、糖尿病等，血液中酮体的含量增加（300-400mg/100ml）。由于乙酰乙酸及β-羟基丁酸的酸性，会使血液的PH值下降乃至引起酸中毒。

　　（三）草酰乙酸

　　草酰乙酸HOOCCH₂COCOOH是能溶于水的晶体，具有一般二元酸及酮的性质，也有酮式-烯醇式互变异构：它也是人体内糖代谢的中间产物。

　　（四）α-酮戊二酸

　　α-酮戊二酸HOOCCOCH₂CH₂COOH是晶体，熔点109-111℃，溶于水。它具有α-酮酸的一般性质，也是人体内糖代谢的中间产物。