Глиоксиловая кислота - Glyoxylic acid

Глиоксиловая кислота
Скелетная формула глиоксиловой кислоты
Модель заполнения пространства глиоксиловой кислоты
Имена
Предпочтительное название IUPAC
Оксоуксусная кислота[1]
Систематическое название ИЮПАК
Оксоэтановая кислота
Другие имена
Глиоксиловая кислота[1]
2-оксоуксусная кислота
Формилмуравьиная кислота
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard100.005.508 Отредактируйте это в Викиданных
КЕГГ
UNII
Характеристики
C2ЧАС2О3
Молярная масса74.035 г · моль−1
Плотность1,384 г / мл
Температура плавления 80 ° С (176 ° F, 353 К)[4]
Точка кипения 111 ° С (232 ° F, 384 К)
Кислотность (пKа)3.18,[2] 3.32 [3]
Родственные соединения
Другой анионы
глиоксилат
муравьиная кислота
уксусная кислота
гликолевая кислота
Щавелевая кислота
пропионовая кислота
пировиноградная кислота
Родственные соединения
ацетальдегид
глиоксаль
гликолевый альдегид
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Глиоксиловая кислота или же оксоуксусная кислота является органическое соединение. Вместе с уксусная кислота, гликолевая кислота, и Щавелевая кислота, глиоксиловая кислота является одним из C2 карбоновые кислоты. Это бесцветное твердое вещество, которое встречается в природе и используется в промышленности.

Структура и номенклатура

Хотя структура глиоксиловой кислоты описана как имеющая альдегид функциональная группа, альдегид является лишь второстепенным компонентом формы, наиболее распространенной в некоторых ситуациях. Вместо этого он часто существует в виде гидрата или циклического димер. Например, в присутствии воды карбонил быстро превращается в геминальный диол (описывается как «моногидрат»). В константа равновесия (K) составляет 300 для образования дигидроксиуксусной кислоты при комнатной температуре:[5]

Глиоксиловая кислота Hydration.png

В растворе моногидрат находится в равновесии с полуацеталь димерная форма:[6]

Димеризация гидрата глиоксиловой кислоты.png

В отдельности альдегидная структура имеет в качестве основной конформер циклический водородная связь структура с карбонилом альдегида в непосредственной близости от карбоксил водород:[7]

Глиоксиловая кислота H-bonded.png

В Закон Генри константа глиоксиловой кислоты KЧАС = 1.09 × 104 × exp [(40,0 × 103/ R) × (1 / T - 1/298)].[8]

Препараты

В сопряженное основание глиоксиловой кислоты известен как глиоксилат и представляет собой форму, в которой соединение существует в растворе при нейтральном pH. Глиоксилат является побочным продуктом посредничество процесс в биосинтезе нескольких амидированных пептиды.

Исторически известно, что глиоксиловая кислота была получена из щавелевой кислоты. электросинтетически:[9][10] в органическом синтезе, диоксид свинца катоды применялись для получения глиоксиловой кислоты из Щавелевая кислота в сернокислотном электролите.[11]

GlyoxalicAcidElectrosyn.png

Горячей азотная кислота может окислять глиоксаль к глиоксиловой; однако эта реакция очень экзотермична и склонна к неуправляемому нагреву. Кроме того, основным побочным продуктом является щавелевая кислота.

Также, озонолиз из малеиновая кислота эффективен.[6]

Биологическая роль

Глиоксилат является промежуточным продуктом глиоксилатный цикл, что позволяет организмы, например, бактерии,[12] грибы и растения [13] преобразовать жирные кислоты в углеводы. Глиоксилатный цикл также важен для индукции защитных механизмов растений в ответ на грибки.[14] Глиоксилатный цикл инициируется активностью изоцитратлиазы, которая превращает изоцитрат в глиоксилат и сукцинат. Проводятся исследования, чтобы использовать этот путь для различных целей, таких как биосинтез сукцината.[15]

В людях

Глиоксилат продуцируется двумя путями: через окисление гликолата в пероксисомах или через катаболизм гидроксипролина в митохондриях.[16] В пероксисомах глиоксилат превращается в глицин с помощью AGT1 или в оксалат с помощью гликолатоксидазы. В митохондриях глиоксилат превращается в глицин с помощью AGT2 или в гликолят с помощью гликолятредуктазы. Небольшое количество глиоксилата превращается в оксалат цитоплазматической лактатдегидрогеназой.[17]

Метаболизм оксалатов и глиоксилатов в гепатоцитах. AGT1 и 2, аланин: глиоксилатаминотрансферазы 1 и 2; ГО, гликолатоксидаза; GR, глиоксилатредуктаза; HKGA, 4-гидрокси-2-кетоглутаратлиаза; ЛДГ, лактатдегидрогеназа

В растениях

Помимо того, что он является промежуточным продуктом глиоксилатного пути, глиоксилат также является важным промежуточным продуктом в фотодыхание путь. Фотодыхание - результат побочной реакции Рубиско с O2 вместо CO2. Фотодыхание, которое сначала считалось пустой тратой энергии и ресурсов, оказалось важным методом регенерации углерода и CO.2, удаляя токсичный фосфогликолят и запуская защитные механизмы.[18][19] При фотодыхании глиоксилат превращается из гликолата в результате активности гликолатоксидазы в пероксисоме. Затем он превращается в глицин посредством параллельных действий SGAT и GGAT, который затем транспортируется в митохондрии.[20][19] Также сообщалось, что комплекс пируватдегидрогеназы может играть роль в метаболизме гликолата и глиоксилата.[21]

Базовый обзор фотодыхания у арабидопсиса. GGAT, глиоксилат: глутамат аминотрансфераза; GLYK, глицераткиназа; ГО, гликолатоксидаза; HPR, гидроксипируватредуктаза; PGLP, фосфогликолят фосфатаза; Рубиско, карбоксилаза / оксигеназа RuBP; SGAT, серин: глиоксилатаминотрансфераза; SHM, серин гидроксиметилтрансфераза

Актуальность болезни

Сахарный диабет

Глиоксилат считается потенциальным ранним маркером Сахарный диабет II типа.[22] Одним из ключевых условий патологии диабета является выработка конечные продукты с улучшенным гликированием (ВОЗРАСТ), вызванные гипергликемия.[23] AGE могут привести к дальнейшим осложнениям диабета, таким как повреждение тканей и сердечно-сосудистые заболевания.[24] Обычно они образуются из реакционноспособных альдегидов, таких как те, что присутствуют в восстанавливающих сахарах и альфа-оксоальдегидах. В исследовании было обнаружено, что уровни глиоксилата значительно повышены у пациентов, у которых позже был диагностирован диабет II типа.[22] Повышенные уровни обнаруживались иногда за три года до постановки диагноза, что свидетельствует о потенциальной роли глиоксилата как раннего прогностического маркера.

Нефролитиаз

Глиоксилат участвует в развитии гипероксалурия, основная причина нефролитиаз (широко известные как камни в почках). Глиоксилат является и субстратом, и индуктором транспортера сульфат-аниона-1 (sat-1), гена, ответственного за транспорт оксалата, что позволяет ему увеличивать экспрессию мРНК sat-1 и, как следствие, отток оксалата из клетки. Повышенное выделение оксалата способствует накоплению оксалата кальция в моче и, следовательно, образованию камней в почках.[17]

Нарушение метаболизма глиоксилата обеспечивает дополнительный механизм развития гипероксалурии. Мутации с потерей функции в гене HOGA1 приводят к потере 4-гидрокси-2-оксоглутарат альдолазы, фермента в пути гидроксипролина к глиоксилату. Глиоксилат, образующийся в результате этого пути, обычно откладывается, чтобы предотвратить окисление до оксалата в цитозоле. Однако нарушенный путь вызывает накопление 4-гидрокси-2-оксоглутарата, который также может транспортироваться в цитозоль и превращаться в глиоксилат через другую альдолазу. Эти молекулы глиоксилата могут окисляться до оксалата, увеличивая его концентрацию и вызывая гипероксалурию.[16]

Реакции и использование

Глиоксиловая кислота примерно в десять раз сильнее кислоты, чем уксусная кислота, с константа диссоциации кислоты 4,7 × 10−4 (пKа = 3.32):

OCHCO2H ⇌ OCHCO−
2 + H+

С основанием, глиоксиловой кислотой непропорционально, формируя гидроксиуксусная кислота и Щавелевая кислота:[нужна цитата ]

2 OCHCO2H + H2O → HOCH2CO2H + HO2CCO2ЧАС

Глиоксиловая кислота дает гетероциклы при конденсация с мочевина и 1,2-диаминобензол.

Производные фенола

Обычно глиоксиловая кислота подвергается электрофильное ароматическое замещение реакция с фенолы, универсальный шаг в синтезе нескольких других соединений.

Непосредственный продукт с фенол сам по себе 4-гидроксиминдельная кислота. Этот вид реагирует с аммиаком с образованием гидроксифенилглицина, предшественника препарата. амоксициллин. Восстановление 4-гидроксиминдальной кислоты дает 4-гидроксифенилуксусная кислота, предшественник препарата атенолол.

Последовательность реакций, в которых глиоксиловая кислота реагирует с гваякол фенольный компонент с последующим окислением и декарбоксилирование, обеспечивает путь к ванилин как сеть формилирование процесс.[6][25][26]

Реакция Хопкинса Коула

Глиоксиловая кислота входит в состав Реакция Хопкинса-Коула, используется для проверки наличия триптофан в белках.[27]

Экологическая химия

Глиоксиловая кислота является одной из нескольких кетон- и альдегидсодержащих карбоновых кислот, которые вместе присутствуют в большом количестве в вторичные органические аэрозоли. В присутствии воды и солнечного света глиоксиловая кислота может подвергаться фотохимический окисление. Может происходить несколько различных путей реакции, приводящих к различным другим карбоновым кислотам и альдегидным продуктам.[28]

Безопасность

Соединение не очень токсично с LD50 для крыс 2500 мг / кг.

Рекомендации

  1. ^ а б «Переднее дело». Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга). Кембридж: Королевское химическое общество. 2014. с. 748. Дои:10.1039 / 9781849733069-FP001. ISBN  978-0-85404-182-4.
  2. ^ Константы диссоциации органических кислот и оснований (600 соединений), http://zirchrom.com/organic.htm.
  3. ^ Данные pKa составлены Р. Уильямсом, «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2010-06-02. Получено 2010-06-02.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь).
  4. ^ Индекс Merck, 11-е издание, 4394
  5. ^ Соренсен, П. Э .; Bruhn, K .; Линделов, Ф. (1974). «Кинетика и равновесие обратимой гидратации альдегидной группы в глиоксиловой кислоте». Acta Chem. Сканд. 28: 162–168. Дои:10.3891 / acta.chem.scand.28a-0162.
  6. ^ а б c Жорж Маттиода и Яни Кристидис «Глиоксиловая кислота» Энциклопедия промышленной химии Ульмана, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a12_495
  7. ^ Редингтон, Ричард Л .; Лян, Чин-Кан Джим (1984). «Колебательные спектры мономеров глиоксиловой кислоты». Журнал молекулярной спектроскопии. 104 (1): 25–39. Bibcode:1984JMoSp.104 ... 25R. Дои:10.1016 / 0022-2852 (84) 90242-Х.
  8. ^ Ip, H. S. Simon; Хуанг, X. Хильда; Ю, Цзянь Чжэнь (2009). «Эффективные константы закона Генри для глиоксаля, глиоксиловой кислоты и гликолевой кислоты» (PDF). Письма о геофизических исследованиях. 36 (1): L01802. Bibcode:2009GeoRL..36.1802I. Дои:10.1029 / 2008GL036212.
  9. ^ Тафель, Юлий; Фридрихс, Густав (1904). "Электролитическое восстановление карбоновых и карбоновых пластов в Швефельсаурер Лёсунг". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 37 (3): 3187–3191. Дои:10.1002 / cber.190403703116.
  10. ^ Коэн, Юлий (1920). Практическая органическая химия 2-е изд. (PDF). Лондон: Macmillan and Co. Limited. С. 102–104.
  11. ^ Франсуа Кардарелли (2008). Справочник по материалам: краткий настольный справочник. Springer. п. 574. ISBN  978-1-84628-668-1.
  12. ^ Холмс WH (1987). «Контроль потока через цикл лимонной кислоты и обход глиоксилата в Escherichia coli». Biochem Soc Symp. 54: 17–31. PMID  3332993.
  13. ^ Эшер CL, Видмер Ф (1997). «Мобилизация липидов и глюконеогенез в растениях: действительно ли активность ферментов глиоксилатного цикла составляет реальный цикл? Гипотеза». Биол. Chem. 378 (8): 803–813. PMID  9377475.
  14. ^ Дубей, Мукеш К .; Броберг, Андерс; Соорияараччи, Сандживани; Убхаясекера, Вимал; Дженсен, Дэн Функ; Карлссон, Магнус (сентябрь 2013 г.). «Глиоксилатный цикл участвует в плееотропных фенотипах, антагонизме и индукции защитных реакций растений в грибковом агенте биоконтроля Trichoderma atroviride». Грибковая генетика и биология. 58–59: 33–41. Дои:10.1016 / j.fgb.2013.06.008. ISSN  1087-1845. PMID  23850601.
  15. ^ Чжу, Ли-Вэнь; Ли, Сяо-Хун; Чжан, Лэй; Ли, Хун-Мэй; Лю, Цзянь-Хуа; Юань, Чжань-Пэн; Чен, Дао; Тан, Я-Цзе (ноябрь 2013 г.). «Активация глиоксилатного пути без активации родственного ему гена в сконструированной Escherichia coli, продуцирующей сукцинат». Метаболическая инженерия. 20: 9–19. Дои:10.1016 / j.ymben.2013.07.004. ISSN  1096-7176. PMID  23876414.
  16. ^ а б Белостоцкий, Рут; Питт, Джеймс Джонатон; Фришберг, Яаков (01.12.2012). «Первичная гипероксалурия III типа - модель для изучения нарушений метаболизма глиоксилата». Журнал молекулярной медицины. 90 (12): 1497–1504. Дои:10.1007 / s00109-012-0930-z. HDL:11343/220107. ISSN  0946-2716. PMID  22729392. S2CID  11549218.
  17. ^ а б Шнедлер, Нина; Буркхардт, Герхард; Буркхардт, Биргитта К. (март 2011 г.). «Глиоксилат является субстратом сульфатно-оксалатного обменника sat-1 и увеличивает его экспрессию в клетках HepG2». Журнал гепатологии. 54 (3): 513–520. Дои:10.1016 / j.jhep.2010.07.036. ISSN  0168-8278. PMID  21093948.
  18. ^ «фотодыхание». Получено 2017-03-09.
  19. ^ а б Петерансель, Кристоф; Хорст, Инна; Ниссен, Маркус; Блюм, Кристиан; Кебейш, Рашад; Кюркчуоглу, София; Кройцалер, Фриц (23 марта 2010 г.). «Фотодыхание». Книга арабидопсиса / Американское общество биологов растений. 8: e0130. Дои:10.1199 / таб.0130. ISSN  1543-8120. ЧВК  3244903. PMID  22303256.
  20. ^ Чжан, Чжишэн; Мао, Синсюэ; Оу, Хуанинг; Йе, Нэнхуи; Чжан, Цзяньхуа; Пэн, Синьсян (январь 2015 г.). «Отчетливые фотодыхательные реакции преимущественно катализируются глутамат-глиоксилатными и серин-глиоксилат-аминотрансферазами риса». Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология. 142: 110–117. Дои:10.1016 / j.jphotobiol.2014.11.009. ISSN  1011-1344. PMID  25528301.
  21. ^ Блюм, Кристиан; Беренс, Кристоф; Юбель, Хольгер; Браун, Ханс-Петер; Петерансель, Кристоф (ноябрь 2013 г.). «Возможная роль комплекса пируватдегидрогеназы хлоропластов в метаболизме гликолата и глиоксилата растений». Фитохимия. 95: 168–176. Дои:10.1016 / j.phytochem.2013.07.009. ISSN  0031-9422. PMID  23916564.
  22. ^ а б Никифорова, Виктория Ю .; Гисберц, Питер; Вимер, Ян; Бетан, Бьянка; Луозер, Ральф; Либенберг, Фолькер; Руис Ноппингер, Патрисия; Даниэль, Ханнелора; Рейн, Дитрих (2014). «Глиоксилат, новый маркер метаболизма диабета 2 типа». Журнал исследований диабета. 2014: 685204. Дои:10.1155/2014/685204. ISSN  2314-6745. ЧВК  4265698. PMID  25525609.
  23. ^ Nguyen, Dung V .; Шоу, Линн С .; Грант, Мария Б. (21 декабря 2012 г.). «Воспаление в патогенезе микрососудистых осложнений при диабете». Границы эндокринологии. 3: 170. Дои:10.3389 / fendo.2012.00170. ISSN  1664-2392. ЧВК  3527746. PMID  23267348.
  24. ^ Пиарулли, Франческо; Сарторе, Джованни; Лаполла, Аннунциата (апрель 2013 г.). «Гликоокисление и сердечно-сосудистые осложнения при диабете 2 типа: обновленная клиническая информация». Acta Diabetologica. 50 (2): 101–110. Дои:10.1007 / s00592-012-0412-3. ISSN  0940-5429. ЧВК  3634985. PMID  22763581.
  25. ^ Фатиади, Александр; Шаффер, Роберт (1974). "Улучшенная процедура синтеза DL-4-Гидрокси-3-метоксиминдальная кислота (DL- «Ваниллил-миндальная кислота, ВМА)». Журнал исследований Национального бюро стандартов Раздел A. 78A (3): 411–412. Дои:10.6028 / jres.078A.024. PMID  32189791.
  26. ^ Камлет, Йонас; Мэтисон, Олин (1953). Производство ванилина и его гомологов Патент США 2,640,083. (PDF). Патентное ведомство США.
  27. ^ Р.А. Джоши (2006). Банк вопросов по биохимии. New Age International. п. 64. ISBN  978-81-224-1736-4.
  28. ^ Евгений, Алексис Дж .; Ся, Ша-Ша; Гусман, Марсело И. (2016). «Водная фотохимия глиоксиловой кислоты». J. Phys. Chem. А. 120 (21): 3817–3826. Bibcode:2016JPCA..120.3817E. Дои:10.1021 / acs.jpca.6b00225. PMID  27192089.