stringtranslate.com

Альфа-гидроксикарбоновая кислота

α-, β- и γ-гидроксикислоты

Альфа -гидроксикарбоновая кислота или α-гидроксикарбоновая кислота ( АНА ) представляет собой карбоновую кислоту , содержащую гидроксифункциональную группу , разделенную одним атомом углерода. Они родственны бета-гидроксикислотам , в которых две функциональные группы разделены двумя атомами углерода. [1] Яркими примерами являются гликолевая кислота , молочная кислота , миндальная кислота и лимонная кислота .

Альфа-гидроксикислоты являются более сильными кислотами, чем соответствующая не-альфа-гидроксикарбоновая кислота. Их повышенная кислотность объясняется внутренними водородными связями . [2] [3] [4]

α-гидроксикислоты имеют множество применений. Их используют в промышленности в качестве кормовых добавок и как основу для полимеров. [5] [6] [7] [8] Они также широко используются в косметических продуктах для химического отшелушивания и увлажнения. [9]

Промышленное применение

Кормовые добавки

2-Гидрокси-4-(метилтио)масляная кислота коммерчески производится в виде рацемической смеси для замены метионина в кормах для животных . [10]

Полимеры на основе молочной и гликолевой кислот

Молочная кислота и ее циклический эфир ( лактид ) являются предшественниками полимолочной кислоты (PLA). [5] PLA можно использовать в качестве биоразлагаемых медицинских имплантатов, систем доставки лекарств и шовных материалов. [6]

Гликолевую кислоту также можно использовать для образования компактных полимеров или полигликолевой кислоты (PGA). Плотная природа этого полимера приводит к желаемым физическим свойствам, включая: высокую кристалличность , термическую стабильность и механическую прочность . [7] Хотя PGA иногда рекламируется как биопластик , мономер получается не из природной гликолевой кислоты, а является синтетическим. Как и PLA, PGA полностью биоразлагаем , что делает его более экологически чистым, чем обычный пластик. [7]

Полимеры на основе миндальной кислоты

Другая альфа-гидроксикислота, миндальная кислота , важна в здравоохранении. При обработке миндальной кислоты серной кислотой продуктом конденсации является САММА. [8] В ходе лабораторных испытаний было обнаружено, что SAMMA обладает противовирусными свойствами против штаммов вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) и вируса простого герпеса (ВПГ) . [8]

Синтез и реакции

α-гидроксикислоты являются полезными строительными блоками в органическом синтезе . Например, они являются предшественниками при получении альдегидов посредством окислительного расщепления связи . [11] [12] Соединения этого класса используются в промышленных масштабах и включают гликолевую кислоту , молочную кислоту , лимонную кислоту и миндальную кислоту . [13] [14] Они подвержены кислотно-катализируемому декарбонилированию с образованием, помимо монооксида углерода, кетона/альдегида и воды. [15]

Маршруты гидролиза

α-Галокарбоновые кислоты, которые часто легко получить, гидролизуются с образованием 2-гидроксикарбоновых кислот. Таким способом получают гликолевую кислоту. Реакцию обычно проводят с основанием с последующей кислотной обработкой. Чистая реакция:

RCH(Cl)CO 2 H + H 2 O → RCH(OH)CO 2 H + HCl

Ненасыщенные кислоты и сложные эфиры также гидратируют. Таким образом, эфиры фумарата и малеата дают производные яблочной кислоты . Акриловая кислота дает 3-гидроксипропионовую кислоту . [13]

α-Оксикислоты получают добавлением цианистого водорода к кетону или альдегиду с последующим кислотным гидролизом полученного циангидринового продукта. [16]

RCHO + HCN → RCH(OH)CN
RCH(OH)CN + 2 H 2 O → RCH(OH)CO 2 H + NH 3

Специализированные маршруты

α-Оксикислоты также образуются в результате реакции дилитированных карбоновых кислот с кислородом после водной обработки : [17]

RCHLiCO 2 Li + O 2 → RCH(O 2 Li)CO 2 Li
RCH(O 2 Li)CO 2 Li +  H + → RCH(OH)CO 2 H + 2  Li + + ...

Наконец, α-кетоальдегиды могут подвергаться реакции Каннизаро с образованием α-гидроксикислот: [18]

RC(O)CHO + 2  OH − → RCH(OH)CO 2 − + H 2 O

Вхождение

2-Гидрокси-4-(метилтио)масляная кислота является промежуточным продуктом в биосинтезе 3-диметилсульфониопропионата , предшественника природного диметилсульфида . [19]

Безопасность

Альфа-гидроксикислоты, как правило, безопасны при нанесении на кожу в качестве косметического средства в рекомендуемой дозировке. Наиболее распространенными побочными эффектами являются легкое раздражение кожи, покраснение и шелушение. [9] Экспертные группы Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) и Обзора косметических ингредиентов предполагают, что альфа-гидроксикислоты безопасны в использовании, если они продаются в низких концентрациях, с уровнем pH выше 3,5, и включают подробные инструкции по безопасности. . [9]

FDA предупредило потребителей, что следует соблюдать осторожность при использовании альфа-гидроксикислот после того, как спонсируемое промышленностью исследование показало, что они могут увеличить вероятность солнечных ожогов. [9] Этот эффект обратим после прекращения использования альфа-гидроксикислот. Другие источники предполагают, что гликолевая кислота , в частности, может защитить от вредного воздействия солнечных лучей. [9]

Смотрите также

дальнейшее чтение

Рекомендации

  1. ^ Мильтенбергер, Карлхайнц (2000). «Гидроксикарбоновые кислоты алифатические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a13_507. ISBN 978-3527306732.
  2. ^ Доусон RM и др. (1959). Данные для биохимических исследований . Оксфорд: Кларендон Пресс.
  3. ^ Справочник по химии и физике, CRC Press, 58-е издание, страница D147 (1977).
  4. ^ Сила водородной связи отражается также в спектре протонного ядерного магнитного резонанса этих соединений: вместо того, чтобы давать вклад в широкий сигнал быстро обменивающихся протонов (между COOH, OH, NH и т. д.) в 2- фенил-2-гидроксиуксусная кислота ( миндальная кислота ) — протон альфа-углерода и протон, захваченный внутренним водородным мостиком, демонстрируют красивую пару дублетов вместо синглета (H на альфа-C) и вышеупомянутый широкий сигнал обменных протонов. Таким образом, в шкале времени ЯМР обменное равновесие альфа-гидроксигруппы заморожено.
  5. ^ аб Казалини, Томмазо; Росси, Филиппо; Кастровинчи, Андреа; Перале, Джузеппе (2019). «Перспектива использования полимеров на основе полимолочной кислоты для синтеза и применения наночастиц». Границы биоинженерии и биотехнологии . 7 : 259. дои : 10.3389/fbioe.2019.00259 . ISSN  2296-4185. ПМК 6797553 . ПМИД  31681741. 
  6. ^ аб Сторти, Г.; Латтуада, М. (01 января 2017 г.). Перале, Джузеппе; Хилборн, Йонс (ред.). «8 – Синтез биорезорбируемых полимеров медицинского назначения». Биорезорбируемые полимеры для биомедицинских применений . Издательство Вудхед: 153–179. дои : 10.1016/b978-0-08-100262-9.00008-2. ISBN 978-0-08-100262-9. Проверено 1 апреля 2023 г.
  7. ^ abc Самантарай, Пареш Кумар; Литтл, Аластер; Хэддлтон, Дэвид М.; МакНелли, Тони; Тан, Боуэн; Сунь, Чжаоян; Хуан, Вэйцзе; Цзи, Ян; Ван, Чаоин (2020). «Поли(гликолевая кислота) (PGA): универсальный строительный блок, расширяющий возможности высокопроизводительного и устойчивого применения биопластика». Зеленая химия . 22 (13): 4055–4081. дои : 10.1039/D0GC01394C. ISSN  1463-9262. S2CID  219749282.
  8. ^ abc Герольд, Британская Колумбия; Скорди-Белло, И.; Чещенко Н.; Марселлино, Д.; Дзузелевский, М.; Франсуа, Ф.; Морен, Р.; Касулло, В. Мас; Андерсон, РА; Чани, К.; Уоллер, ДП; Заневельд, LJD; Клотман, Мэн (15 ноября 2002 г.). «Полимер конденсации миндальной кислоты: новый кандидатный микробицид для предотвращения проникновения вируса иммунодефицита человека и вируса простого герпеса». Журнал вирусологии . 76 (22): 11236–11244. doi :10.1128/JVI.76.22.11236-11244.2002. ISSN  0022-538X. ПМК 136750 . ПМИД  12388683. 
  9. ^ abcde Nutrition, Центр безопасности пищевых продуктов и прикладных технологий (22 ноября 2022 г.). «Альфа-гидроксикислоты». FDA .
  10. ^ Лемм, А.; Хелер, Д.; Бреннан, Джей-Джей; Маннион, ПФ (2002). «Относительная эффективность гидроксианалога метионина по сравнению с DL-метионином у цыплят-бройлеров». Птицеводство . 81 (6): 838–845. дои : 10.1093/ps/81.6.838 . ПМИД  12079051.
  11. ^ Оеда Х (1934). «Окисление некоторых α-гидроксикислот тетраацетатом свинца». Бюллетень Химического общества Японии . 9 (1): 8–14. дои : 10.1246/bcsj.9.8 .
  12. ^ Нвауква С., Кин П. (1982). «Окислительное расщепление α-диолов, α-дионов, α-гидроксикетонов и α-гидрокси- и α-кетокислот гипохлоритом кальция [Ca(OCl) 2 ]». Буквы тетраэдра . 23 (31): 3135–3138. дои : 10.1016/S0040-4039(00)88578-0.
  13. ^ аб Милтенбергер К. (2000). «Гидроксикарбоновые кислоты алифатические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a13_507. ISBN 978-3527306732.
  14. ^ Ритцер Э., Сундерманн Р. (2000). «Кислоты гидроксикарбоновые ароматические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a13_519. ISBN 978-3527306732.
  15. ^ Чендлер Н.Р. (1993). Принципы органического синтеза . Коксон, Дж. М. (Джеймс Моррис), 1941- (3-е изд.). Лондон: Blackie Academic & Professional. ISBN 978-0751401264. ОСЛК  27813843.
  16. ^ Воллхардт КП, Шор, штат Невада (29 января 2018 г.). Органическая химия: структура и функции (8-е изд.). Нью-Йорк. ISBN 9781319079451. ОСЛК  1007924903.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  17. ^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, с. 813, ISBN 978-0-471-72091-1
  18. ^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, с. 1864, ISBN 978-0-471-72091-1
  19. ^ Курсон, Эндрю Р.Дж.; Лю, Цзи; Бермехо Мартинес, Ана; Грин, Роберт Т.; Чан, Йохан; Каррион, Орнелла; Уильямс, Бет Т.; Чжан, Шэн-Хуэй; Ян, Гуй-Пэн; Булман Пейдж, Филип К.; Чжан, Сяо-Хуа; Тодд, Джонатан Д. (2017). «Биосинтез диметилсульфониопропионата у морских бактерий и идентификация ключевого гена в этом процессе» (PDF) . Природная микробиология . 2 (5): 17009. doi :10.1038/nmicrobiol.2017.9. PMID  28191900. S2CID  21460292.

Внешние ссылки