Оксикислоти

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Найвідоміший представник — винна (тартратна) кислота

Гідроксикислоти, або оксикислоти, — похідні карбонових кислот, у радикалі яких один або кілька атомів гідрогену заміщені на гідроксильні (спиртові) групи. Іноді їх називають спиртокислотами.

Класифікація і номенклатура[ред.ред. код]

Кількість карбоксильних груп, що містяться в молекулі кислоти, визначає її основність. За кількістю гідроксилів, включаючи гідроксили карбоксильних груп, визначають атомність гідроксикислот. Залежно від кількості карбоксильних груп, що містяться в молекулах таких сполук, розрізняють одно-, двох- і триосновні гідроксикислоти. За кількістю гідроксильних груп, що містяться в молекулах цих сполук, розрізняють двох-, три- і багатоатомні гідроксикислоти. За місцем розміщення групи –ОН у радикалі розрізняють α-, β-, γ-, σ-гідроксикислоти.

Ізомерія[ред.ред. код]

Докладніше: Хіральність

Окрім структурної ізомерії, для α-гідроксикислот характерна оптична ізомерія. Це явище зумовлене просторовим розміщенням атомів і атомних груп у молекулах гідроксикислоти. В молекулі оптичного ізомеру є асиметричний атом (або кілька атомів) карбону. Це такий атом карбону, кожна валентність якого сполучена з одним із різних атомів або груп атомів. Його називають хіральним центром. Прикладом такого асиметричного атома може бути атом карбону в центрі молекули 2-оксипропанової («молочної) кислоти. Для 2-оксипропанової кислоти, що має розгорнуту формулу СН3СНОНСООН, існує два оптичних ізомери (правий і лівий – D- і L-) та їх рівнозначна, оптично неактивна суміш – рацемат. Такий вид ізомерії іноді називають дзеркальною, оскільки правий і лівий ізомери однієї й тієї самої гідроксикислоти являють собою дзеркальне відображення один одного. Дзеркальні ізомери оптично активні: один з них обертає площину поляризації світла вправо другий – вліво. Тому їх називають оптичними антиподами. Хіральність є одним із випадків стереоізомерії.

Поширення в природі[ред.ред. код]

Гідроксикислоти дуже поширені в природі. Наприклад, 2-оксипропанова, лактатна кислота, — складова частина кислого молока, квашених овочів і фруктів, силосу; 2,3-діоксибутандіова, тартратна кислота, — складова багатьох вин, де вона міститься у вигляді калієвих і натрієвих солей тощо.

Окремим гідроксикислотам — 2-оксипропановій (лактатній), 2-оксибутандіоновій (яблучній), 2-оксипропан-1,2,3-триовій (цитратній), ізоцитратній — належить важлива роль в обміні речовин у циклі трикарбонових кислот Кребса — ЦТК у клітинах живих організмів тощо.

Промислове добування і біосинтез оксикислот[ред.ред. код]

Лактатну кислоту найчастіше добувають ферментативним бродінням меляси, картоплі та інших цукристих продуктів з послідовним перетворенням на кальцієві або цинкові солі, їх концентруванням і підкислюванням сульфатною кислотою, синтетично — гідролізом лактонітрилу. Лактатна кислота утворюється в процесі молочнокислого бродіння цукристих речовин під впливом молочнокислих бактерій:

         C6H12O6   → 2 СН3СН(ОН)СООН.
         Гексоза      Лактатна кислота

Синтетично цитратну кислоту добувають з ацетону. Але доцільно добувати її і біохімічним методом — лимоннокислим бродінням глюкози під дією ферментів пліснявих грибів (С.П. Костичев і В.С. Буткевич, 1935). Крім того, цитратну кислоту добувають з тютюну за методом О.О. Шмука (1942), де її вміст досягає 8% від загальної маси.

Хімічні властивості[ред.ред. код]

Гідроксикислоти — хімічно активні речовини. Наявність у складі їхніх молекул двох видів функціональних груп (-СООН і -ОН) дає їм змогу легко вступати в різні хімічні реакції, характерні для карбонових кислот, спиртів і типові для самих гідроксикислот.

Реакції окиснення за спиртовими групами[ред.ред. код]

Гідроксикислоти легко вступають у реакції окиснення за спиртовими групами, що зумовлює утворення оксикислот — альдегідо- і кетокислот. Наприклад, лактатна кислота, окислюючись, перетворюється на піровиноградну:

       СН3СН(ОН)СООН + [О] → СН3СН(=О)СООН   +   Н2О 
      лактатна кислота    піровиноградна кислота

Окиснення оксикислот при нагріванні з концентрованими мінеральними кислотами[ред.ред. код]

При нагріванні з концентрованою сульфатною кислотою цитратна кислота спочатку розкладається на форміатну і ацетондикарбонову кислоти:

НООС-СН2-С(ОН)(СООН)-СН2-СООН + Н2SO4     = НСООН +        НООС-СН2-С(=О)-Н2С-СООН
   Цитратна кислота                 Форміатна кислота  Ацетондикарбонова кислота

В подібну реакцію вступає і лактатна кислота:

СН3СН(ОН)СООН + Н2SO4 =    НСООН +       СН3-С(Н)=О
лактатна кислота     Форміатна кислота  етаналь

Утворення солей оксикислот[ред.ред. код]

Оксикислоти реагують з гідроксидами або солями металів, утворюючи кислі або середні солі. Наприклад, утворення кислої і середньої солей тартратної кислоти: На першій стадії утворюється кисла сіль тартратної кислоти, яка майже не розчиняється у воді:

НООС–СНОН–СНОН–СООН + КОН = НООС–СНОН–СНОН–СООК + Н2О
 Тартратна кислота         Гідрогенкалій тартрат

На другій стадії утворюється середня сіль, яка добре розчиняється у воді:

НООС–СНОН–СНОН–СООК + КОН =  КООС–СНОН–СНОН–СООК + Н2О
Гідрогенкалій тартрат         калій тартрат

При взаємодії лактатної кислоти й гідроксиду цинку утворюється лактат цинку:

2 СН3СН(ОН)СООН + Zn(OH)2–>(СН3СН(ОН)СОО)2Zn + 2 H2O
Лактатна кислота            Лактат цинку

Цитратна кислота реагує з хлоридом кальцію утворюючи цитрат кальцію:

2НООС-СН2-С(СООН)(ОН)-СООН + 3СаСl2 = Ca3[ООС-СН2-С(СОО)(ОН)-СОО]2 + 6HCl
Цитратна кислота                      цитрат кальцію

Найбільш відомі представники, їх використання і біологічна роль[ред.ред. код]

Докладніше: Лактатна кислота

Лактатна кислота СН3СН(ОН)СООН — одна з найпоширеніших у природі гідроксикислот. За фізичними властивостями вона є рідина, добре розчиняється у воді й органічних розчинниках. Має специфічний запах.Існує у вигляді лівої L-лактатної кислоти, правої D-лактатної кислоти і рацемату — D,L-лактатної кислоти. Солі та естери лактатної кислоти називають лактатами. Лактатну кислоту використовують (у вигляді рацемату) для виробництва лікарських засобів (наприклад, лактату феруму), протравного фарбування, як пластифікатор тощо.

Докладніше: Тартратна кислота

Тартратна кислота (2,3-діоксибутандіова) НООС–СНОН–СНОН–СООН у складі своїх молекул має два асиметричних атоми карбону й існує у вигляді D-тартратної (виннокам’яної, правообертальної), L-тартратної (лівообертальної), D,L-тартратної (рацемічної, виноградної) і мезовинної (оптично недіяльної внаслідок внутрішньої компенсації обертання площини поляризації світла обома її половинами) кислот.

Докладніше: Цитратна кислота

Цитратна кислота — безбарвна кристалічна речовина, плавиться при 153 0С, добре розчиняється у воді (133 г в 100 мл води). Вперше добута з лимонного соку, з якого нині добувають її на Гавайських островах, у Сицилії, Каліфорнії, Греції.. Використовується в харчовій промисловості та побуті як смаковий і консервуючий засіб. Цитрат натрію застосовують як препарат, що запобігає згортанню крові. Цитратна кислота — важливий проміжний продукт обміну вуглеводів в організмі тварин і людини.

Докладніше: Яблучна кислота

Яблучна кислота HOOC-CH(OH)-CH2-COOH — двоосновна органічна оксикарбонова кислота. Існує в L- та D-формах, а також у рацемічній (оптично неактивній) DL-формі. В природі міститься у барбарисі, винограді, яблуках, малині, горобині, стеблах ревеня, листках махорки. У розчинах тютюну міститься у вигляді солей нікотину. У медицині — складова частина послаблюючих засобів та препаратів від хрипоти. Сприяє засвоєнню заліза та включена до складу гемоглобіну. Яблучна кислота — проміжний продукт при тканинному диханні, різних типах бродіння. Одержують з плодів горобини і барбарису, застосовують у кондитерському виробництві, у медицині.

Див.також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

  • Тюкавкина А. Н., Бауков Ю. И. Биоорганическая химия: 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Дрофа, 2004. — 544 с. — ISBN 5-7107-7420-0. (рос.)