Некоторые биогенные гидроксикарбоновые кислоты

Формула	Тривиальное название кислоты	Название солей и сложных эфиров
2-гидроксипропановая кислота	Молочная	Лактаты
гидроксибутандиовая кислота	Яблочная	Малаты
2,3-дигидроксибутандиовая кислота	Винная	Тартраты
Продолжение
2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая кислота	Лимонная	Цитраты
2-гидроксибензойная кислота	Салициловая	Салицилаты
Примечание: Звёздочкой отмечены хиральные центры, т.е. асимметрические углеродные атомы

Гомологический ряд одноосновных гидроксикислот начинается гидроксимуравьиной или угольной кислотой. Затем идет гликолевая, или гидроксиуксусная кислота СН₂ОН―СООН. Эти две кислоты не имеют структурных изомеров. Следующий гомолог может существовать в виде двух изомеров, отличающихся по положению гидроксильной группы: молочная и β-гидроксипропионовая кислоты. Кислота с четырьмя углеродными атомами может существовать в виде пяти структурных изомеров. Три из них можно рассматривать как производные нормальной масляной кислоты; они являются изомерами по положению ОН группы:

 

СН3―СН2―СНОН―СООН	α-гидроксимасляная кислота, 2-гидроксибутановая кислота
СН3―СНОН―СН2―СООН	β-гидроксимасляная кислота, 3-гидроксибутановая кислота
СН2ОН―СН2―СН2―СООН	γ-гидроксимасляная кислота, 4-гидроксибутановая кислота

Два других изомера – производные изомасляной кислоты и, следовательно, отличаются от первых строением углеродного скелета:

 

 

	α-гидроксиизомасляная кислота, 2-метил-2-гидроксипропановая кислота
	β-гидроксиизомасляная кислота, 2-метил-3-гидроксипропановая кислота

 

 

Однако для ряда широко распространенных представителей гидроксикислот предпочтительными являются тривиальные названия.

Для гидроксикислот очень часто наблюдается также оптическая изомерия, связанная с наличием асимметрических углеродных атомов.

Многие гидроксикислоты, например молочная, яблочная, винная, изолимонная, имеют в молекуле хиральные центры. Так, молочная кислота существует в трех формах: две оптически активные, т.е. энантиомеры (зеркальные изомеры), а третья – оптическая неактивная, являющаяся рацемической смесью энантиомеров. Молочная кислота, выделенная из мышечной ткани, является L-энантиомером. D-молочная кислота образуется из сахаров при помощи особых бактерий-возбудителей брожения. Под действием молочнокислых бактерий образующаяся молочная кислота является рацемической смесью обоих энантиомеров и не проявляет оптической активности:

 

Яблочная кислота подобно молочной также существует в трех формах: D-энантиомер, L-энантиомер и их D,L-рацемат.

На примере стереоизомеров яблочной кислоты П.Вальден (1896) впервые показал возможность взаимопревращений энантиомеров.

Дальнейшие превращения D(+)-яблочной кислоты в L(-)-яблочную кислоту показаны на схеме:

 

Действие пентахлорида фосфора на L-яблочную кислоту протекает с обращением конфигурации асимметрического центра по механизму S _N 2 и приводит к образованию D-хлорянтарной кислоты. Последняя при обработке влажным оксидом серебра (условно – AgOH) превращается в D-яблочную кислоту без обращения конфигурации (строго говоря, здесь обращение происходит дважды, но конечным результатом является сохранение конфигурации).

Впоследствии превращения, протекающие с изменением конфигурации асимметрического центра, стали называться вальденновским обращением. Изучение именно этого явления послужило, наряду с кинетическими исследованиями, фундаментом для создания теории реакций нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода.

 

Молекула винной кислоты содержит два одинаковых хиральных центра, между которыми может проходить плоскость симметрии этой молекулы. Поэтому винная кислота в природе существует в четырех формах: D-винная, L-винная, D,L-рацемат, называемый виноградной кислотой, а также мезовинная кислота, являющаяся оптически неактивным стереоизомером вследствие внутримолекулярной компенсации из-за симметричности ее структуры. Оптические изомеры гидроксикислот отличаются не только физическими свойствами, но и тем, что их биологические и физиологические функции различны. В организме обычно присутствует один стереоизомер гидроксикислоты.

Рассмотрим способы получения и свойства одноосновных двухатомных гидроксикислот. Начнем с наиболее простых гидроксикислот, опустив угольную кислоту, так как по свойствам эта кислота и её производные сильно отличаются от других гомологов.

Способы получения

Для синтеза алифатических гидроксикислот часто используют пути преобразования в гидроксильную группу иных функциональных групп, содержащихся в замещенных карбоновых кислотах. Это могут быть реакции замещения атомов галогена, восстановления оксогруппы, присоединения воды по двойной связи, т.е. реакции, приводящие к получению спиртов.

Гидроксикислоты можно получить из кислот введением гидроксильной группы и из спирта введением карбоксильной группы.