Двухосновные кислоты, их производные, применение

Щавелевая кислота НООС – СООН. Температура плавления безводной щавелевой кислоты 189°С. Щавелевая кислота чрезвычайно широко распространена в растениях, как в свободном виде, так и в виде солей. Особенно часто она содержится в растениях в виде щавелевокислого кальция, который накапливается иногда в очень больших количествах, в форме сросшихся между собой кристаллов. Большие количества щавелевой кислоты содержат некоторые мясистые растения (так называемые суккуленты, например, молодило). В плодах и ягодах она содержится в незначительном количестве ‑ от 0,005% до 0,06%. Щавелевая кислота может накапливаться в результате развития на сахарных растворах некоторых плесневых грибов.

Малоновая кислота НООС – СН₂ – СООН. Кристаллизуется из воды в виде пластинок с температурой плавления 134–135°С. Найдена в листьях фасоли, люцерны и других бобовых растений, в плодах лимона, в цветах георгин, а также в зеленых частях растений пшеницы, овса и ячменя.

Янтарная кислота НООС - СН₂ - СН₂ - СООН. Температура плавления 183°С. Образуется в небольшом количестве при спиртовом брожении. Содержится во многих растениях, в частности в ягодах красной смородины, в незрелой вишне, крыжовнике и винограде, а также в черешне и яблоках. Янтарная кислота может накапливаться в результате окисления спирта некоторыми плесневыми грибами.

Щавелевоуксусная кислота имеет строение

НООС – СО – СН₂ – СООН. Является весьма важным промежуточным продуктом обмена веществ, связывающим между собой превращения углеводов и аминокислот. Играет важную роль в биосинтезе аспарагиновой кислоты, аланина и аспарагина. Найдена во многих растениях.

Альфа-кетоглютаровая кислота имеет строение HOOC – CO – CH₂ – СН₂ – СООН. Так же, как и щавелевоуксусная кислота, является важным промежуточным продуктом обмена веществ, участвуя в образовании аланина, глютаминовой кислоты и глютамина. В многих растениях также обнаружен ряд производных a-кетоглютаровой кислоты, например, g-метилен-a-кетоглютаровая кислота и g-окси-a-кетоглютаровая кислота, имеющие следующее строение (НООС – С(СН₂) – СН₂ –·СО – СООН и

НООС – СН(ОН) – СН₂ – СО – СООН).

L-яблочная (оксиянтарная) кислота имеет строение НООС – СН₂ – СН(ОН) – СООН. Температура плавления 100°С. Чрезвычайно широко распространена в растениях. В некоторых плодах, в рябине, барбарисе и кизиле, содержится главным образом яблочная кислота. В ягодах барбариса ее содержится до 6%. Яблочная кислота преобладает в яблоках и вообще в семечковых и в косточковых плодах. Она отсутствует в цитрусовых плодах и в клюкве. Яблочная кислота содержится в семенах злаков и бобовых, а также в листьях. В растениях табака и махорки ее содержится до 6,5%. Большие количества яблочной кислоты накапливаются в вегетативных органах сочных растений ‑ так называемых суккулентов ‑ молодила, агавы, кактусов. Например, у агавы и молодила яблочная кислота составляет до 8–10% сухого вещества. Она содержится также в плодах томатов. Яблочная кислота имеет приятный вкус и безвредна для организма человека. Она применяется при изготовлении фруктовых вод и некоторых кондитерских изделий.

Винная (диоксиянтарная) кислота имеет строение НООС – СН(ОН) – СН(ОН) – СООН. Встречается в растениях в виде оптически активной D-винной кислоты, а также в виде рацемической D,L-винной или виноградной кислоты. Встречается преимущественно в растениях более южных широт. В значительном количестве D-винная кислота содержится в винограде вместе с L-яблочной и виноградной кислотами. В других плодах и ягодах D-винная кислота либо содержится в весьма незначительном количестве, либо отсутствует. Температура плавления D-формы 168–170°С. При изготовлении виноградных вин получаются значительные количества отходов в виде так называемого винного камня, или кремортартара, который представляет собой кислую калиевую соль винной кислоты НООС – СН(ОН) – СН(ОН) – COOK. Винная кислота и винный камень широко применяются при производстве фруктовых вод, для изготовления химических разрыхлителей теста, в текстильной промышленности при изготовлении протравы и красок, в медицине. В радиопромышленности и при количественном определении сахара применяется так называемая сегнетова соль, которая представляет собой двойную калий-натриевую соль винной кислоты КООС - CH(OH) - CH(OH) - COONa.

С винной и виноградной кислотами были произведены классические исследования Луи Пастера, выяснившего природу рацемических соединений и разработавшего методы их разделения на составляющие их оптические изомеры.

Фумаровая кислота НООС – СН = СН - СООН найдена в некоторых растениях (хохлатке и маковых), в лишайниках и во многих грибах. Температура плавления 286°С (в запаянном капилляре).

Плесневый гриб Aspergillus fumaricus при сбраживании сахара образует до 60–70% фумаровой кислоты. Фумаровая кислота является промежуточным продуктом при биосинтезе аспарагиновой кислоты высшими растениями и бактериями.

 

1.3 Трёхосновные кислоты, их производные, применение

Лимонная кислота. Кристаллизуется из воды с одной частицей Н₂О. Температура плавления безводной формы 153°С.

Лимонная кислота очень широко распространена в растениях. В южных широтах ее содержание в них бывает выше, чем в северных. В ягодах ‑ смородине, малине, землянике — лимонная кислота преобладает над яблочной. В плодах цитрусовых содержится главным образом лимонная кислота. В лимонах лимонная кислота составляет до 9% сухого веса. Как показал академик А.А. Шмук, значительное количество лимонной кислоты содержится в листьях и стеблях махорки (7–8% от сухого веса). На этом основано заводское получение лимонной кислоты из отходов махорочной промышленности. Лимонная кислота может быть получена при выращивании на растворах сахаров некоторых плесневых грибов из родов Aspergillus и Penicilliutn. Исходя из этого академиком С.П. Костычевым, а также профессором В.С. Буткевичем, были разработаны способы заводского получения лимонной кислоты биохимическим путем с помощью гриба Aspergillus niger. Лимонная кислота широко применяется в пищевой промышленности, а также в качестве консерванта при переливании крови.

Изолимонная кислота. Содержится в довольно значительных количествах в сочных растениях (суккулентах). Например,

 

в молодых листьях Bryophyllum calycinum изолимонной кислоты содержится до 18% на сухое вещество листьев. В ягодах ежевики изолимонная кислота составляет ²/₃ всех органических кислот. Изолимонная кислота играет существенную роль в качестве одного из важных промежуточных продуктов обмена углеводов и органических кислот в растении.

Цис-аконитовая кислота. Найдена в заметных количествах в растениях аконита (Aconitum), от которого и получила свое название.

Довольно широко распространена в растениях и играет в них важную роль в качестве промежуточного продукта диссимиляции углеводов. Цис-аконитовая кислота обнаружена в проростках и листьях злаков.

Кроме описанных выше органических кислот, в растениях содержатся многие другие кислоты, являющиеся продуктами окисления сахаров. Например, упоминавшиеся ранее глюконовая, глюкуроновая и аскорбиновая кислоты, а также циклические органические кислоты, которые будут рассмотрены в разделе, посвященном гидроароматическим и фенольным соединениям.

Лекция 2. Гидроароматические соединения

2.1 Инозит и его производные

2.2 Гидроароматические соединения, содержащие иононовое кольцо