5.7. Непредельные ди- и трикарбоновые кислоты
Малеиновая ( цис - бутендиовая) и фумаровая (транс - бутендиовая) кислоты – геометрические изомеры, кристаллические вещества. Малеиновая кислота хорошо растворима в воде, а фумаровая- трудно.
Фумаровая кислота- биологически активное соединение - содержится в грибах, лишайниках, клетках растений, выделена из повилики ( Fumaria officinalis) ; в тканях животных и человека образуется в митохондриях в процессе реакций цикла Кребса. Малеиновая кислота- токсичное соединение для животных и человека, в природе не обнаружена.
Н Н Н СООН
\ / УФ, Т0, R · \ /
С = С ——————> С= С более устойчивая форма
/ \ / \
НООС СООН НООС Н
малеиновая кислота фумаровая кислота
Не может быть катализатора , осуществляющего обратный переход фумаровой кислоты в малеиновую.
Обе кислоты восстанавливаются в янтарную кислоту., in vivo это происходит с фумаровой кислотой с участием молекулы ФАДН2
НООС- СН=СН - СООН + ФАДН2 —фермент—>НООС - СН2 –СН 2– СООН +ФАД
фумаровая кислота янтарная кислота
В ферментативных реакциях in vivo присоединение воды к фумаровой кислоте ( гидратация) приводит к образованию одного определенного пространственного изомера яблочной кислоты ( D или L ) [ чтобы лучше понять материал, посмотрите снова лекцию « Изомерия» ]
НООС- СН=СН - СООН + НОН — (фермент ) ———> НООС - СН –СН 2– СООН
|
ОН
яблочная кислота
( в биохимии называют – малат)
5.8. Гидроксикислоты
Содержат 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 в реакциях 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
ОН
Н2 С С = О бутиролактон
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 ) -СН2 –СООН <——фермент ——> НООС-СН=СН-СООН + Н2 О
фумаровая кислота
транс-бутендиовая
Обратимая реакция окисления сопровождается образованием кетокислоты : 2-оксобутандиовой( оксоянтарной, щавелевоуксусной )
НООС- СН-СН2-СООН + НАД + <——фермент ——> НООС-С –СН2 -СООН
| | |
ОН О
щавелевоуксусная кислота ( ЩУК)
Яблочную кислоту в медицине применяют в составе слабительных средств и препаратов от хрипоты.