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 ( Fumariaofficinalis) ; 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 vivoприсоединение воды к фумаровой кислоте ( гидратация) приводит к образованию одного определенного пространственного изомера яблочной кислоты (DилиL) [чтобы лучше понять материал, посмотрите снова лекцию « Изомерия» ]

НООС- СН=СН - СООН + НОН — (фермент ) ———> НООС - СН –СН₂– 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 иD–лактата.

энантиомеры-зеркальные изомеры

СООН СООН

СН₃-^*СН - СООН | |

‌| НО- С - Н Н- С - ОН

ОН | |

СН ₃СН₃

(+) L-лактат ( - ) D –лактат

Впервые открыта химиком Шееле в кислом молоке. D –лактатобразуется в мышцах и других органах человека и животных в процессе анаэробного превращения глюкозы

( анаэробного гликолиза)

Напоминаем, что физические свойства энантиомеров одинаковы( Т⁰плавл. = 26 -28⁰) Отличия только в знаке вращения плоскополяризованного луча. Обратите внимание, что в данном случае изомерL– ряда является правовращающим, аD– 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⁺<—————> СН₃-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 –стереоизомеробразуется 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 Н₂С —— СН₂

‌| ————> | | + Н2О

ОН Н₂С С = Обутиролактон

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 (Natriiоxybutyras) , 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 вγ-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 условияхin vivo эта реакция происходит в процессе цикла Кребса.

НООС-СН( ОН ) -СН₂ –СООН <——фермент——> НООС-СН=СН-СООН + Н₂О

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.