Глиоксиловая кислота или оксоуксусная кислота является органическим соединением . Глиоксиловая кислота вместе с уксусной , гликолевой и щавелевой кислотами относится к группе С 2 -карбоновых кислот . Это бесцветное твердое вещество, встречающееся в природе и используемое в промышленности.
Показано, что структура глиоксиловой кислоты имеет альдегидную функциональную группу . Альдегид является лишь второстепенным компонентом формы, наиболее распространенной в некоторых ситуациях. Вместо этого глиоксалевая кислота часто существует в виде гидрата или циклического димера . Например, в присутствии воды карбонил быстро превращается в геминальный диол (описываемый как «моногидрат»). Константа равновесия ( K ) составляет 300 для образования дигидроксиуксусной кислоты при комнатной температуре: [5] Дигидроксиуксусная кислота была охарактеризована методом рентгеновской кристаллографии . [6]
В водном растворе этот моногидрат существует в равновесии с формой полуацилального димера: [7]
Изолированно, альдегидная структура имеет в качестве основного конформера циклическую структуру с водородными связями , в которой карбонил альдегида находится в непосредственной близости от карбоксильного водорода: [8]
Константа закона Генри глиоксиловой кислоты равна K H = 1,09 × 10 4 × exp[(40,0 × 10 3 /R) × (1/T - 1/298)]. [9]
Сопряженное основание глиоксиловой кислоты известно как глиоксилат и представляет собой форму, в которой соединение существует в растворе при нейтральном pH. Глиоксилат является побочным продуктом процесса амидирования при биосинтезе нескольких амидированных пептидов .
Для справки, глиоксиловую кислоту получали из щавелевой кислоты электросинтетически : [10] [11] в органическом синтезе катоды из диоксида свинца применялись для получения глиоксиловой кислоты из щавелевой кислоты в сернокислом электролите. [12]
Горячая азотная кислота может окислить глиоксаль до глиоксиловой кислоты; однако эта реакция сильно экзотермична и склонна к выходу из-под контроля. Кроме того, щавелевая кислота является основным побочным продуктом.
Также эффективен озонолиз малеиновой кислоты . [7]
Глиоксилат является промежуточным продуктом глиоксилатного цикла , который позволяет таким организмам , как бактерии, [13] грибы и растения [14] превращать жирные кислоты в углеводы . Глиоксилатный цикл также важен для индукции защитных механизмов растений в ответ на грибки. [15] Глиоксилатный цикл инициируется активностью изоцитратлиазы, которая превращает изоцитрат в глиоксилат и сукцинат. Проводятся исследования, чтобы использовать этот путь для различных целей, таких как биосинтез сукцината. [16]
Глиоксилат образуется двумя путями: окислением гликолята в пероксисомах или катаболизмом гидроксипролина в митохондриях. [17] В пероксисомах глиоксилат превращается в глицин с помощью AGT1 или в оксалат с помощью гликолатоксидазы. В митохондриях глиоксилат превращается в глицин под действием AGT2 или в гликолат под действием глиоксилатредуктазы. Небольшое количество глиоксилата превращается в оксалат под действием цитоплазматической лактатдегидрогеназы. [18]
Помимо того, что глиоксилат является промежуточным продуктом глиоксилатного цикла , он также является важным промежуточным продуктом в пути фотодыхания . Фотодыхание является результатом побочной реакции RuBisCO с O 2 вместо CO 2 . Хотя фотодыхание сначала считалось пустой тратой энергии и ресурсов, оно оказалось важным методом регенерации углерода и CO 2 , удаления токсичного фосфогликолата и запуска защитных механизмов. [19] [20] При фотодыхании глиоксилат преобразуется из гликолата за счет активности гликолатоксидазы в пероксисоме. Затем он превращается в глицин посредством параллельного действия SGAT и GGAT, который затем транспортируется в митохондрии. [21] [20] Также сообщалось, что комплекс пируватдегидрогеназы может играть роль в метаболизме гликолатов и глиоксилатов. [22]
Считается, что глиоксилат является потенциальным ранним маркером диабета II типа . [23] Одним из ключевых состояний патологии диабета является выработка конечных продуктов гликирования (AGE), вызванная гипергликемией . [24] КПГ могут привести к дальнейшим осложнениям диабета, таким как повреждение тканей и сердечно-сосудистые заболевания. [25] Они обычно образуются из реактивных альдегидов, например, присутствующих в редуцирующих сахарах и альфа-оксоальдегидах . В исследовании было обнаружено, что уровни глиоксилата значительно повышаются у пациентов, у которых позже был диагностирован диабет II типа. [23] Повышенные уровни иногда обнаруживались за три года до постановки диагноза, что демонстрирует потенциальную роль глиоксилата в качестве раннего прогностического маркера.
Глиоксилат участвует в развитии гипероксалурии , ключевой причины нефролитиаза (широко известного как камни в почках). Глиоксилат является одновременно субстратом и индуктором переносчика сульфат-анионов-1 (sat-1), гена, ответственного за транспортировку оксалатов, что позволяет ему увеличивать экспрессию мРНК sat-1 и, как следствие, отток оксалатов из клетки. Повышенное высвобождение оксалатов приводит к накоплению оксалата кальция в моче и, следовательно, к возможному образованию камней в почках. [18]
Нарушение обмена глиоксилатов является дополнительным механизмом развития гипероксалурии. Мутации потери функции в гене HOGA1 приводят к потере 4-гидрокси-2-оксоглутаратальдолазы, фермента пути превращения гидроксипролина в глиоксилат. Глиоксилат, образующийся в результате этого пути, обычно хранится, чтобы предотвратить окисление до оксалата в цитозоле. Однако нарушенный путь вызывает накопление 4-гидрокси-2-оксоглутарата, который также может транспортироваться в цитозоль и превращаться в глиоксилат с помощью другой альдолазы. Эти молекулы глиоксилата могут окисляться в оксалат, увеличивая его концентрацию и вызывая гипероксалурию. [17]
Глиоксиловая кислота примерно в десять раз сильнее кислоты, чем уксусная , с константой диссоциации кислоты 4,7 × 10 -4 (p K a = 3,32):
С концентрированным основанием глиоксиловая кислота диспропорционируется посредством реакции Канниццаро , образуя гидроксиуксусную кислоту и щавелевую кислоту : [ нужна ссылка ]
Глиоксиловая кислота при конденсации с мочевиной и 1,2-диаминобензолом дает гетероциклы .
В общем, глиоксиловая кислота подвергается реакции электрофильного ароматического замещения фенолами , что является универсальной стадией в синтезе ряда других соединений.
Непосредственным продуктом фенола является 4-гидроксиминдальная кислота . Этот вид реагирует с аммиаком с образованием гидроксифенилглицина, предшественника препарата амоксициллин . Восстановление 4-гидроксиминдальной кислоты дает 4-гидроксифенилуксусную кислоту , предшественник препарата атенолол .
Последовательность реакций, в которых глиоксиловая кислота реагирует с гваяколом (фенольным компонентом) с последующим окислением и декарбоксилированием , открывает путь к получению ванилина как чистого процесса формилирования . [7] [26] [27]
Глиоксиловая кислота является компонентом реакции Хопкинса-Коула , используемой для проверки наличия триптофана в белках. [28]
Глиоксиловая кислота — одна из нескольких кетон- и альдегидсодержащих карбоновых кислот, которые вместе широко распространены во вторичных органических аэрозолях . В присутствии воды и солнечного света глиоксиловая кислота может подвергаться фотохимическому окислению. Может произойти несколько различных путей реакции, приводящих к образованию различных других карбоновых кислот и альдегидных продуктов. [29]
Соединение не очень токсично: ЛД 50 для крыс составляет 2500 мг/кг.
Но недавний эксперимент показывает, что он токсичен. См. https://karger.com/cnd/article/12/2/112/827730/Acute-Kidney-Injury-following-Exposure-to.
{{cite web}}
: CS1 maint: archived copy as title (link).