Гидроксикислоты. Содержат функциональную гидроксильную группуСодержат функциональную гидроксильную группу. В природе встречаются моно-, ди -, трикарбоновые кислоты, содержащие одну или несколько гидроксильных групп.
5.8.1. Моногидроксимонокарбоновые кислоты Содержат две функциональные группы - карбоксильную и гидроксильную (первичную, вторичную, третичную), которые определяют их химические свойства Химические свойства связаны с наличием двух функциональных групп ОН - R – CООН / \ образуют производные образуют производные с участием с участие гидроксильной карбоксильной группы (спиртовой) группы - соли - простые эфиры - сложные эфиры - сложные эфиры - амиды - замещение на атом галогена - вступают в реакции - окисления (образуется карбонильная групп) - дегидратации (получается непредельная кислота)
Для моногидроксикарбоновых кислот характерна изомерия: - структурная (связана со строением скелета и положением гидроксильной группы) - оптическая (стерео), проявляющаяся в существовании энантиомеров. Гидроксикарбоновые кислоты хорошо растворимы в воде. Гомологический ряд начинается с гидроксиуксусной (гликолевой) кислоты. СН 2– СООН | ОН
Твердое кристаллическое вещество. Обнаружена в свекловичном соке, репе, незрелом винограде. Применяется в промышленности для дубления кож, а в косметологии- самостоятельно или в составе «фруктовых кислот» в качестве химического пилинга для удаления части наружного мертвого эпителиального слоя кожи.
Гидроксипропановые кислоты - возможны 2 структурных изомера. 2-гидроксипропановая кислота(молочная, лактат) - важнейший природный метаболит, образуется из углеводов(глюкозы, крахмала, гликогена) в условиях анаэробного обмена (в отсутствии кислорода). Содержит асимметрический(*) атом углерода, существует в виде двух изомеров: L-лактата и D –лактата. энантиомеры-зеркальные изомеры СООН СООН СН3 - *СН - СООН | | | НО- С - Н Н- С - ОН ОН | | СН 3 СН 3 (+) L-лактат (-) D –лактат
Впервые открыта химиком Шееле в кислом молоке. D –лактат образуется в мышцах и других органах человека и животных в процессе анаэробного превращения глюкозы (анаэробного гликолиза) Напоминаем, что физические свойства энантиомеров одинаковы(Т0 плавл. = 26 -280) Отличия только в знаке вращения плоскополяризованного луча. Обратите внимание, что в данном случае изомер L – ряда является правовращающим, а D – ряда – левовращающим. Соли молочной кислоты носят название лактаты, в медицине молочную кислоту используют для пилинга, для оценки функции печени. В пищевой промышленности ее добавляют к сокам, эссенциям. В биохимических реакциях важную роль играет обратимая реакция окисления молочной кислоты в пировиноградную, которая протекает в печени, миокарде и других органах и тканях организма в присутствии кислорода.
фермент лактатдегидрогеназа СН3 – СН- СООН + НАД+ <—————> СН 3 -С - СООН + НАДН + Н+ | | | ОН О молочная кислота пировиноградная кислота Гидроксибутановые кислоты. Биологическое значение имеют 2 изомера: 3-гидроксибутановая кислота и 4-гидроксибутановая кислота 3-гидроксибутановая кислота (ß-оксимасляная) – образуется в связанном состоянии с белком-ферментом в процессе биосинтеза высших карбоновых кислот, L –стереоизомер образуется в печени и в свободном виде выделяется в кровь, поступает в мышцы и выполняет энергетические функции, участвуя вреакциях цикла Кребса. Эта биологическая функция обозначается как «кетоновое тел».
СН3 – СН –СН 2- СООН СООН | | ОН СН 2 3-гидроксибутановая кислота | L -3-гидроксибутановая кислота (ß-оксимасляная) НО –*С – Н (β -гидроксимасляная) | СН3 В биохимических реакциях in vivo 2 превращения имеют важное значение для протекания обмена веществ: - реакция окисления (образуется 3 –оксобутановая кислота) - реакция дегидратации (образуется 2-бутеновая – кротоновая- кислота) Окисление фермент СН3 – СН –СН 2- СООН + НАД + < —————> СН3 – С –СН 2- СООН + НАДН + Н+ | | | ОН О 3-оксобутановая кислота (ацетоуксусная)
Дегидратация 4 3 2 1 фермент СН3 – СН – СН 2 - СООН <—————> СН3 – СН = СН - СООН + Н2О | более сильный ОН кислотный центр 2-бутеновая(кротоновая) кислота
В таком же направлении проходит реакция in vitro (по правилу Попова-Зайцева) Дегидратация 3-гидроксибутановой кислоты относится к реакциям элиминирования. Из двух возможных изомеров образуется только один, поскольку атомы водорода, связанные с атомом углерода С-2 являются более подвижными. Вследствие акцепторного действия карбоксильной группы у атома С-2 образуется более сильный кислотный центр, чем у С-4. Реакция обратима, при гидратации кротоновой кислоты образуется 3-гидроксибутановая кислота. 4- гидроксибутановая(γ – оксимасляная, ГОМК) кислота превращается в циклический сложный эфир - лактон (бутиролактон) – внутримолекулярная реакция дегидратации.
СН 2– СН2 –СН 2- СООН Н2 С —— СН2 | ————> | | + Н2 О
О В организме человека γ - оксимасляная кислота образуется в нейронах мозга и обладает фармакологическим эффектом, является медиатором торможения центральной нервной системы. Используется как лекарственный препарат только в виде соли- натрия оксибутирата (Natrii оxybutyras), чтобы исключить образование лактона, поскольку лактон не обладает фармакологическом эффектом.
СН 2– СН2 –СН 2- СООNa γ – гидроксибутират (ГОМК – Na) | ОН NB! Врач-анестезиолог должен помнить, что при изменении нормального значения рН крови в кислую сторону (что часто встречается при недостатке кислорода) происходит превращение натрия оксибутирата в γ- оксимасляную кислоту, которая сразу образует неактивный бутиролактон и эффективность действия препарата снижается.
5.8.2 Гидроксидикарбоновые кислоты (содержат две карбоксильные группы) Моногидроксидикарбоновая кислота – 2-гидроксибутандиовая (оксиянтарная,. яблочная кислота, малат) – биологически активное соединение, присутствует в тканях животных, человека, в растениях (много в рябине, барбарисе). Впервые выделена К.Шееле в 1785 г. из незрелых яблок НООС – СН2 – СН – СООН | ОН Существует в виде двух стереоизомеров и рацемической смеси. L-малат образуется в процессе реакций цикла Кребса. Присутствие гидроксильной группы делает возможным две реакции: элиминирования и окисления. Обратимая реакция элиминирования (дегидратации) приводит к образованию более устойчивого транс-изомера бутендиовой кислоты – фумаровой. В условиях in vivo эта реакция происходит в процессе цикла Кребса. НООС-СН(ОН) -СН 2 –СООН <—— фермент ——> НООС-СН=СН-СООН + Н 2 О фумаровая кислота транс-бутендиовая Обратимая реакция окисления сопровождается образованием кетокислоты: 2-оксобутандиовой(оксоянтарной, щавелевоуксусной)
НООС- СН-СН 2 -СООН + НАД + <—— фермент ——> НООС-С –СН 2 -СООН | | | ОН О щавелевоуксусная кислота (ЩУК) Яблочную кислоту в медицине применяют в составе слабительных средств и препаратов от хрипоты.
5.8.3. Дигидроксидикарбоновые кислоты Дигидроксибутандиовые кислоты (винная, виноградная) – известны три изомера:. D- винная, L- винная и мезовинная кислоты, все твердые кристаллические вещества, растворимые воде.
СООН СООН СООН | | | Н- C - ОН НО- C -Н Н- C -ОН | | | НО- С - Н Н - С - ОН Н - С - ОН | | | CООН СООН СООН D - винная L- винная мезовинная D - винная и L- винная кислоты - энантиомеры, их называют виноградной кислотой; две пары:D - винная и мезовинная, L- винная и мезовинная – диастереомеры. Мезовинная кислота- оптически неактивна ввиду внутренней симметрии молекулы. D - винная кислота в виде кислой соли(винного камня) выделяется в осадок из красного виноградного вина. Изучая винные кислоты, в 1830г. И. Берцелиус ввел понятие изомерии, а в 1848 г. Л. Пастер разделил их на оптические антиподы. Соли винной кислоты называются тартраты. В медицине используется лекарство антимонила –натрия тартрат (натрий винносурьмянокислый) для лечения цистозоматозов. Обладает сильным рвотным действием, известен под названием «рвотный» камень. Его состав (SbО) ООС-СНОН-СНОН-СООК Двойная соль винной кислоты калия - натрия тартрат КООС-СН(ОН)-СН(ОН)СООNа в аналитической химии используется для получения реактива Фелинга(проведение качественной реакции для обнаружения глюкозы и ряда других углеводов). В 17 в. аптекарь Сенье предложил использовать это соединение как слабительное средство (отсюда происхождение названия сегнетова соль). В 20 веке обнаружили особые физические свойства данной соли, которая положила начало исследованию веществ-сегнетоэлектриков, обладающих пьезоэффектом, которые применяются в радиотехнике, для создания генераторов переменной частоты, в том числе и в производстве медицинской аппаратуры. Сегнетова соль является оптически активным соединением, так как исчезает симметричное строение из-за присутствия двух разных катионов: натрия и калия.
5.8.4.Гидрокситрикарбоновая кислота - лимонная, изолимонная кислоты-
|
ОН Н2 С С = О бутиролактон
