Дикарбоновые кислоты
Непредельные монокарбоновые кислоты
Пропеновая ( акриловая ) кислота СН 2=СН— СООН - первый представитель ряда
2,3-непредельных кислот – бесцветная жидкость с резким запахом, полимеризуется
при хранении. В организме человека в биохимических реакциях не встречается. Характерны все реакции карбоновых кислот и алкенов: Вступает в реакции присоединения воды, галогеноводородов и аммиака ( присоединение происходит против правила Марковникова )
Используется в производстве полимеров – полиакрила, полиакрилонитрила, полиакриламида и их сополимеров с другими мономерами. Полимеры могут обладать свойствами каучуков или напоминают по внешнему виду стекло – органическое стекло, используются как основа при проведении электрофореза белков в полиакрилатном геле.
Метилпропеновая ( метакриловая ) кислота
СН 2=С- СООН используется широко в производстве пластмасс : органического
| стекла, в составе сополимеров для зубных протезов,
СН 3 пломбировочного материала в стоматологии. По химическим
свойствам напоминает акриловую.
Кротоновая (2-бутеновая ) кислота - при комнатной температуре кристаллическое соединение, растворима в воде( 7,6 г / 100 г при Т=200 , 65,5 г при 400 ).
СН3 - СН =СН - СООН
Существует в 2 формах: транс – изомер принято называть кротоновой, а цис-изомер – изокротоновой. Образует все функциональные производные карбоксильной группы; по двойной связи присоединяет водород, галогены, галогеноводороды ( последние против правила Марковникова).
В клетках в условиях in vivo важное значение имеет реакция гидратации активной формы кротоновой кислоты, участвует фермент крононаза). Реакция идет в соответствии с распределением электронной плотности в молекуле( посмотрите устойчивость промежуточных σ-комплексов в лекции 4, раздел «Механизм реакции
АЕ» ), образуется активная форма 3- гидроксибутановой кислоты.
СН3 - СН =СН – СОSКоА + Н2 О ——> СН3 - СН -СН 2– СОSКоА
|
ОН
По такой же схеме происходит гидратация активных форм любых 2,3 – непредельных кислот, которые образуются как в процессе синтеза., так и метаболизма высших карбоновых кислот в организме человека. животных, в клетках микроорганизмов.
R-СН 2 - СН =СН – СОSКоА + Н2 О ——> R- СН2 - СН ( ОН ) -СН 2– СОSКоА
Гомологический ряд насыщенных дикарбоновых кислот С n Н 2n-2 О4
Дикарбоновые кислоты- твердые кристаллические соединения, растворимые в воде, обладают более сильными кислотными свойствами по сравнению с монокарбоновыми кислотами, содержащими одинаковое число атомов углерода.( табл.1). Сравните значения рК а пар кислот : уксусная- щавелевая, пропановая – малоновая, бутановая- янтарная)
Химические свойства карбоновых кислот в реакциях S N не отличаются от свойств монокарбоновых кислот: они образуют производные с участием одной или двух карбоксильных групп : сложные эфиры, амиды, соли.
Имеются свои особые свойства , связанные с влиянием карбоксильных групп на атомы углерода скелета.
Щавелевая кислота(этандиовая, оксалат) НООС-СООН- простейшая дикарбоновая насыщенная кислота, сильная кислота. В виде солей распространена в растениях. Соли носят название оксалаты. Нерастворимая кальциевая соль оксалат кальция содержится в оболочках клеток и внутри клеток лишайников, грибов, водорослей, папоротников. Кислая калиевая соль( кисличная соль ) содержится в щавеле и кислице, в других видах растений встречаются оксалаты натрия и магния. У человека и животных в составе мочи и других биологических жидкостей находят небольшие количества щавелевой кислоты, особенно при приеме больших доз витамина С.
Избыток щавелевой кислоты в моче называется оксалурия и является признаком развития мочекаменной болезни, которая характеризуется отложением соли оксалата кальция в почках, суставах, протоках слюнных желез. Образование щавелевой кислоты в организме человека связано с нарушением обмена аминокислоты глицина ( 2- аминоуксусной кислоты ).
Под действием серной кислоты или при быстром нагревании in vitro наблюдается разложение щавелевой кислоты
серная кислота
НООС-СООН ————> СО + СО2 + Н2 О
НООС-СООН ——нагревание —> НСООН + СО2
Токсичность щавелевой кислоты связана с ее сильными кислотными, восстановительными свойствами и возможным разложением с выделением СО, который необратимо связывается с ионом железа в составе гемоглобина.
Малоновая кислота(пропандиовая, малонат) НООС-СН2-СООН содержится в свекольном соке, в организме человека образуется в цитоплазме в связанном с белками –ферментами виде как нормальный продукт в процессе биосинтеза высших карбоновых кислот (см. реакцию образования малонилКоА, приведенную выше).
Однако обнаружен еще один патологический путь образования малоновой кислоты при усиленном окислении липидов мембран клеток, который получил название «перекисное окисление липидов» , или сокращенно «ПОЛ». Этот очень важный для понимания жизнедеятельности процесс изучается подробно в курсе биохимии. Малоновая кислота токсична для организма человека и животных. Она имеет структурное сходство с янтарной кислотой( см. последующий раздел) , поэтому малоновая кислота блокирует тот участок реакций цикла Кребса., на котором происходит превращение янтарной кислоты в фумаровую . Нарушение цикла Кребса сопровождается снижением или
прекращением выработки АТФ.
В биохимии малоновую кислоту называют « конкурентным ингибитором» реакции окисления янтарной кислоты в цикле Кребса.
В условиях in vitro малоновая кислота легко декарбоксилируется при нагревании, что связано с взаимным влиянием близко расположенных карбоксильных групп.
нагревание
НООС-СН2-СОООН ———> СН 3- СООН + СО 2
уксусная кислота
Янтарная кислота (бутандиовая, сукцинат) НООС-СН2 -СН2 –СООН, хорошо растворима в воде, биоактивное вещество
Выделена из янтаря. Обнаружена в клетках растений, в тканях всех животных, содержится в митохондриях. Один из компонентов реакций цикла Кребса. Превращение in vivo янтарной кислоты в фумаровую является примером обратимой реакции дегидрирования ( окисления) с участием активированных атомов водорода СН2- кислотного центра и стереоспецифичной реакции. поскольку образуется только один изомер, имеющий транс-строение.
фермент
НООС-СН2- СН2 - СОООН + ФАД <———> ФАДН2 + НООС-СН = С Н -СООН
транс-бутендиовая фумаровая
Сложная молекула флавинадениндинуклеотида( ФАД )является окислителем ( аналогично молекуле НАД +), содержит в своем составе рибофлавин - витамин В2.
Эту реакцию тормозит( ингибирует) малоновая кислота, в составе которой также две карбоксильные группы, но только один -СН2- кислотный центр.
Скелет янтарной кислоты имеют другие биоактивные соединения: яблочная , щавелевоуксусная кислоты, аминокислота аспарагиновая.
Все перечисленные кислоты превращаются друг в друга , обеспечивая энергетический и пластический обмен в клетке :
янтарная ↔ фумаровая ↔ яблочная ↔ щавелевоуксусная ↔ аспарагиновая.
| ……последовательность реакций цикла Кребса…………|
В клетках животных и человека янтарная кислота вместе с аминоуксусной кислотой ( глицином ) необходимы для синтеза сложной гетероциклической системы- гема., который состоит из 4 циклов пиррола.
Соль янтарной кислоты –сукцинат натрия- применяется как препарат, обладающий общим стимулирующим действием и выпускается в нескольких лекарственных формах: «Сукцинат Кардиа» - для профилактики нарушения сердечной деятельности , «Сукцинат Геронто» - для пожилого возраста, «Сукцинат Бэби» - для детей.
Глутаровая кислота (пентандиовая) НООС-СН 2-СН 2-СН 2- СООН, растворима в воде. Содержится в свекольном соке .Скелет глутаровой кислоты имеют биологически активные соединения , участвующие в различных видах обмена : в цикле Кребса – α –кетоглутаровая, лимонная, аминокислота глутаминовая, в синтезе холестерина – 3-гидрокси - 3- метилглутаровая.
В растениях обнаружена трикарбоновая кислота- трикарбаллиловая-3-карбоксипентандиовая, в виде кальциевой соли найдена в свекольном соке.
НООС- СН2 –СН- СН2 –СООН
|
СООН
Ее производными являются гидроксикислоты: лимонная и изолимонная.