Альфа-гидроксикарбоновая кислота

Альфа-гидроксикарбоновые кислоты , или α-гидроксикарбоновые кислоты ( AHA ), представляют собой группу карбоновых кислот , в которых гидроксильная группа расположена на расстоянии одного атома углерода от кислотной группы. Этот структурный аспект отличает их от бета-гидроксикислот , у которых функциональные группы разделены двумя атомами углерода. ^{[ 1 ]} Известные AHA включают гликолевую кислоту , молочную кислоту , миндальную кислоту и лимонную кислоту .

α-Гидрокислоты являются более сильными кислотами по сравнению со своими неальфа-гидроксикислотами, и это свойство усиливается за счет внутренних водородных связей . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} AHA служат двойной цели; в промышленности они используются в качестве добавок к кормам для животных и в качестве предшественников для синтеза полимеров. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} В косметике их обычно используют из-за их способности химически отшелушивать кожу и увлажнять . ^{[ 9 ]}

Использование

Синтез и использование полимеров на основе молочной кислоты , в том числе полимолочной кислоты (PLA) и ее циклического сложного эфира лактида , используются при создании биоразлагаемых материалов, таких как медицинские имплантаты , системы доставки лекарств и шовные материалы . ^{[ 6 ]} Аналогичным образом, гликолевая кислота служит основой для разработки полигликолевой кислоты, называемого полигликолидом (PGA), полимера, отличающегося высокой кристалличностью, термической стабильностью и механической прочностью, несмотря на его синтетическое происхождение. ^{[ 5 ]} И PLA, и PGA полностью биоразлагаемы. ^{[ 7 ]}

Кроме того, миндальная кислота , еще одна альфа-гидроксикислота, в сочетании с серной кислотой образует «САММА», полученную путем конденсации с серной кислотой . ^{[ 8 ]} Ранние лабораторные работы, проведенные в 2002 и 2007 годах против известных патогенов, таких как вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) и вирус простого герпеса (ВПГ), предполагают, что необходимы дальнейшие исследования SAMMA в качестве микробицида местного действия для предотвращения вагинальной передачи инфекций, передающихся половым путем . ^{[ 8 ]}^{[ 10 ]}

2-Гидрокси-4-(метилтио)масляная кислота , альфа-гидроксикарбоновая кислота, коммерчески используется в рацемической смеси для замены метионина в кормах для животных . ^{[ 11 ]}

Синтез и реакции

α-Оксикислоты, такие как гликолевая кислота, молочная кислота, лимонная кислота и миндальная кислота, служат предшественниками в органическом синтезе , играя роль в получении различных соединений в промышленных масштабах. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]} Эти кислоты используются при синтезе альдегидов путем окислительного расщепления . ^{[ 14 ]}^{[ 15 ]} α-Оксикислоты особенно склонны к кислотно-катализируемому декарбонилированию , приводящему к образованию монооксида углерода , кетона или альдегида и воды в качестве побочных продуктов. ^{[ 16 ]}

Один из распространенных путей синтеза включает гидролиз α-галогенкарбоновых кислот, легкодоступных предшественников, с образованием 2-гидроксикарбоновых кислот. Например, производство гликолевой кислоты обычно следует этому методу, используя реакцию, индуцированную основанием, с последующей кислотной обработкой. Аналогичным образом, ненасыщенные кислоты, а также эфиры фумаровой и малеиновой кислоты подвергаются гидратации с образованием производных яблочной кислоты из сложных эфиров и 3-гидроксипропионовой кислоты из акриловой кислоты . ^{[ 12 ]}

R−CH(Cl)CO ₂ H + H ₂ O → R−CH(OH)CO ₂ H + HCl

Другой путь синтеза α-гидроксикислот включает присоединение цианистого водорода кетонам или альдегидам с последующим кислотным гидролизом промежуточного циангидрина к . ^{[ 17 ]}

R−CHO + HCN → R−CH(OH)CN

R−CH(OH)CN + 2H ₂ O → R−CH(OH)CO ₂ H + NH ₃

Кроме того, специализированные пути синтеза включают реакцию дилитированных карбоновых кислот с кислородом с последующей водной обработкой. ^{[ 18 ]}

R−CHLiCO ₂ Li + O ₂ → R−CH(O ₂ Li)CO ₂ Li

R−CH(O ₂ Li)CO ₂ Li + H ⁺ → R−CH(OH)CO ₂ H + 2Li ⁺ + ...

Кроме того, α-кетоальдегиды могут превращаться в α-гидроксикислоты посредством реакции Канниццаро . ^{[ 19 ]}

R−C(O)CHO + 2OH ⁻ → R−CH(OH)CO − 2 + H ₂ O

возникновение

2-Гидрокси-4-(метилтио)масляная кислота является промежуточным продуктом биосинтеза 3-диметилсульфониопропионата , предшественника природного диметилсульфида . ^{[ 20 ]}

Безопасность

Альфа-гидроксикислоты, как правило, безопасны при нанесении на кожу в качестве косметического средства в рекомендуемой дозировке. Наиболее распространенными побочными эффектами являются легкое раздражение кожи, покраснение и шелушение. ^{[ 9 ]} США Экспертные группы Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) и Обзора косметических ингредиентов предполагают, что альфа-гидроксикислоты безопасны в использовании, если они продаются в низких концентрациях, с уровнем pH выше 3,5, и включают подробные инструкции по безопасности. ^{[ 9 ]}

FDA предупредило потребителей, что следует соблюдать осторожность при использовании альфа-гидроксикислот после того, как спонсируемое промышленностью исследование показало, что они могут увеличить вероятность солнечных ожогов. ^{[ 9 ]} Этот эффект обратим после прекращения применения альфа-гидроксикислот. Другие источники предполагают, что гликолевая кислота , в частности, может защитить от вредного воздействия солнечных лучей. ^{[ 9 ]}

См. также

Дальнейшее чтение

Ацори Л., Брунду М.А., Орру А., Биджио П. (март 1999 г.). «Гликолевой пилинг в лечении акне». Журнал Европейской академии дерматологии и венерологии . 12 (2): 119–22. дои : 10.1111/j.1468-3083.1999.tb01000.x . ПМИД 10343939 . S2CID 9721678 .
«Альфа-гидроксикислоты для ухода за кожей». Косметическая дерматология, Приложение : 1–6. Октябрь 1994 года.
Калла Г., Гарг А., Качхава Д. (2001). «Химический пилинг: гликолевая кислота в сравнении с трихлоруксусной кислотой при мелазме». Индийский журнал дерматологии, венерологии и лепрологии . 67 (2): 82–4. ПМИД 17664715 .
Кемперс С., Кац Х.И., Вильднауэр Р., Грин Б. (июнь 1998 г.). «Оценка эффекта крема для кожи со смесью альфа-гидроксикислот на косметическое улучшение симптомов умеренного и тяжелого ксероза, эпидермолитического гиперкератоза и ихтиоза». Кутис . 61 (6): 347–50. ПМИД 9640557 .

Ссылки

^ Мильтенбергер, Карлхайнц (2000). «Гидроксикарбоновые кислоты алифатические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a13_507 . ISBN 3527306730 .
^ Доусон Р.М. и др. (1959). Данные для биохимических исследований . Оксфорд: Кларендон Пресс.
^ Справочник по химии и физике, CRC Press, 58-е издание, страница D147 (1977).
^ Сила водородной связи отражается также в спектре протонного ядерного магнитного резонанса этих соединений: вместо того, чтобы давать вклад в широкий сигнал быстро обменивающихся протонов (между COOH, OH, NH и т. д.) в 2- фенил-2-гидроксиуксусная кислота ( миндальная кислота ) — протон альфа-углерода и протон, захваченный внутренним водородным мостиком, демонстрируют красивую пару дублетов вместо синглета (H на альфа-C) и вышеупомянутый широкий сигнал обменных протонов. Таким образом, в шкале времени ЯМР обменное равновесие альфа-гидроксигруппы заморожено.
^ Перейти обратно: ^а ^б Казалини, Томмазо; Росси, Филиппо; Кастровинчи, Андреа; Перале, Джузеппе (2019). «Перспектива использования полимеров на основе полимолочной кислоты для синтеза и применения наночастиц» . Границы биоинженерии и биотехнологии . 7 : 259. дои : 10.3389/fbioe.2019.00259 . ISSN 2296-4185 . ПМК 6797553 . ПМИД 31681741 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Сторти, Г.; Латтуада, М. (01 января 2017 г.). Перале, Джузеппе; Хилборн, Йонс (ред.). «8 – Синтез биорезорбируемых полимеров медицинского назначения» . Биорезорбируемые полимеры для биомедицинских применений . Издательство Вудхед: 153–179. дои : 10.1016/b978-0-08-100262-9.00008-2 . ISBN 978-0-08-100262-9 . Проверено 1 апреля 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Самантарай, Пареш Кумар; Литтл, Аластер; Хэддлтон, Дэвид М.; МакНелли, Тони; Тан, Боуэн; Сунь, Чжаоян; Хуан, Вэйцзе; Цзи, Ян; Ван, Чаоин (2020). «Поли(гликолевая кислота) (PGA): универсальный строительный блок, расширяющий возможности высокопроизводительного и устойчивого применения биопластика» . Зеленая химия . 22 (13): 4055–4081. дои : 10.1039/D0GC01394C . ISSN 1463-9262 . S2CID 219749282 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Герольд, Британская Колумбия; Скорди-Белло, И.; Чещенко Н.; Марчеллино, Д.; Дзузелевский, М.; Франсуа, Ф.; Морен, Р.; Касулло, В. Мас; Андерсон, РА; Чани, К.; Уоллер, ДП; Заневельд, LJD; Клотман, Мэн (15 ноября 2002 г.). «Полимер конденсации миндальной кислоты: новый кандидатный микробицид для предотвращения проникновения вируса иммунодефицита человека и вируса простого герпеса» . Журнал вирусологии . 76 (22): 11236–11244. doi : 10.1128/JVI.76.22.11236-11244.2002 . ISSN 0022-538X . ПМК 136750 . ПМИД 12388683 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Питание, Центр безопасности пищевых продуктов и прикладных программ (22 ноября 2022 г.). «Альфа-гидроксикислоты» . FDA .
^ Чанг, Тереза Л.; Телешова, Наталья; Насильник, Эйприл; Палух, Мацей; Андерсон, Роберт А.; Уоллер, Дональд П.; Заневельд, Лоренс Дж.Д.; Гранелли-Пиперно, Анжела; Клотман, Мэри Э. (2 октября 2007 г.). «SAMMA, полимер конденсации миндальной кислоты, ингибирует передачу ВИЧ, опосредованную дендритными клетками» . Письма ФЭБС . 581 (24): 4596–4602. дои : 10.1016/j.febslet.2007.08.048 . ISSN 0014-5793 . ПМК 2018605 . ПМИД 17825297 .
^ Лемм, А.; Хелер, Д.; Бреннан, Джей-Джей; Маннион, ПФ (2002). «Относительная эффективность гидроксианалога метионина по сравнению с DL-метионином у цыплят-бройлеров» . Птицеводство . 81 (6): 838–845. дои : 10.1093/ps/81.6.838 . ПМИД 12079051 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Мильтенбергер К. (2000). «Гидроксикарбоновые кислоты алифатические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a13_507 . ISBN 978-3527306732 .
^ Ритцер Э., Сундерманн Р. (2000). «Кислоты гидроксикарбоновые ароматические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a13_519 . ISBN 978-3527306732 .
^ Оеда Х (1934). «Окисление некоторых α-гидроксикислот тетраацетатом свинца» . Бюллетень Химического общества Японии . 9 (1): 8–14. дои : 10.1246/bcsj.9.8 .
^ Нвауква С., Кин П. (1982). «Окислительное расщепление α-диолов, α-дионов, α-гидроксикетонов и α-гидрокси- и α-кетокислот гипохлоритом кальция [Ca(OCl) ₂ ]». Буквы тетраэдра . 23 (31): 3135–3138. дои : 10.1016/S0040-4039(00)88578-0 .
^ Чендлер Н.Р. (1993). Принципы органического синтеза . Коксон, Дж. М. (Джеймс Моррис), 1941- (3-е изд.). Лондон: Blackie Academic & Professional. ISBN 978-0751401264 . ОСЛК 27813843 .
^ Фоллхардт КП, Шор Н.Э. (29 января 2018 г.). Органическая химия: структура и функции (8-е изд.). Нью-Йорк. ISBN 9781319079451 . OCLC 1007924903 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, стр. 813, ISBN 978-0-471-72091-1
^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, стр. 1864, ISBN 978-0-471-72091-1
^ Курсон, Эндрю Р.Дж.; Лю, Цзи; Бермехо Мартинес, Ана; Грин, Роберт Т.; Чан, Йохан; Каррион, Орнелла; Уильямс, Бет Т.; Чжан, Шэн-Хуэй; Ян, Гуй-Пэн; Булман Пейдж, Филип К.; Чжан, Сяо-Хуа; Тодд, Джонатан Д. (2017). «Биосинтез диметилсульфониопропионата в морских бактериях и идентификация ключевого гена в этом процессе» (PDF) . Природная микробиология . 2 (5): 17009. doi : 10.1038/nmicrobiol.2017.9 . ПМИД 28191900 . S2CID 21460292 .

Внешние ссылки

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США: альфа-гидроксикислоты в косметике

[1] Мильтенбергер, Карлхайнц (2000). «Гидроксикарбоновые кислоты алифатические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a13_507 . ISBN 3527306730 .

[2] Доусон Р.М. и др. (1959). Данные для биохимических исследований . Оксфорд: Кларендон Пресс.

[3] Справочник по химии и физике, CRC Press, 58-е издание, страница D147 (1977).

[4] Сила водородной связи отражается также в спектре протонного ядерного магнитного резонанса этих соединений: вместо того, чтобы давать вклад в широкий сигнал быстро обменивающихся протонов (между COOH, OH, NH и т. д.) в 2- фенил-2-гидроксиуксусная кислота ( миндальная кислота ) — протон альфа-углерода и протон, захваченный внутренним водородным мостиком, демонстрируют красивую пару дублетов вместо синглета (H на альфа-C) и вышеупомянутый широкий сигнал обменных протонов. Таким образом, в шкале времени ЯМР обменное равновесие альфа-гидроксигруппы заморожено.

[:5-5] Перейти обратно: ^а ^б Казалини, Томмазо; Росси, Филиппо; Кастровинчи, Андреа; Перале, Джузеппе (2019). «Перспектива использования полимеров на основе полимолочной кислоты для синтеза и применения наночастиц» . Границы биоинженерии и биотехнологии . 7 : 259. дои : 10.3389/fbioe.2019.00259 . ISSN 2296-4185 . ПМК 6797553 . ПМИД 31681741 .

[:6-6] Перейти обратно: ^а ^б Сторти, Г.; Латтуада, М. (01 января 2017 г.). Перале, Джузеппе; Хилборн, Йонс (ред.). «8 – Синтез биорезорбируемых полимеров медицинского назначения» . Биорезорбируемые полимеры для биомедицинских применений . Издательство Вудхед: 153–179. дои : 10.1016/b978-0-08-100262-9.00008-2 . ISBN 978-0-08-100262-9 . Проверено 1 апреля 2023 г.

[:3-7] Перейти обратно: ^а ^б Самантарай, Пареш Кумар; Литтл, Аластер; Хэддлтон, Дэвид М.; МакНелли, Тони; Тан, Боуэн; Сунь, Чжаоян; Хуан, Вэйцзе; Цзи, Ян; Ван, Чаоин (2020). «Поли(гликолевая кислота) (PGA): универсальный строительный блок, расширяющий возможности высокопроизводительного и устойчивого применения биопластика» . Зеленая химия . 22 (13): 4055–4081. дои : 10.1039/D0GC01394C . ISSN 1463-9262 . S2CID 219749282 .

[:4-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с Герольд, Британская Колумбия; Скорди-Белло, И.; Чещенко Н.; Марчеллино, Д.; Дзузелевский, М.; Франсуа, Ф.; Морен, Р.; Касулло, В. Мас; Андерсон, РА; Чани, К.; Уоллер, ДП; Заневельд, LJD; Клотман, Мэн (15 ноября 2002 г.). «Полимер конденсации миндальной кислоты: новый кандидатный микробицид для предотвращения проникновения вируса иммунодефицита человека и вируса простого герпеса» . Журнал вирусологии . 76 (22): 11236–11244. doi : 10.1128/JVI.76.22.11236-11244.2002 . ISSN 0022-538X . ПМК 136750 . ПМИД 12388683 .

[:1-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Питание, Центр безопасности пищевых продуктов и прикладных программ (22 ноября 2022 г.). «Альфа-гидроксикислоты» . FDA .

[10] Чанг, Тереза Л.; Телешова, Наталья; Насильник, Эйприл; Палух, Мацей; Андерсон, Роберт А.; Уоллер, Дональд П.; Заневельд, Лоренс Дж.Д.; Гранелли-Пиперно, Анжела; Клотман, Мэри Э. (2 октября 2007 г.). «SAMMA, полимер конденсации миндальной кислоты, ингибирует передачу ВИЧ, опосредованную дендритными клетками» . Письма ФЭБС . 581 (24): 4596–4602. дои : 10.1016/j.febslet.2007.08.048 . ISSN 0014-5793 . ПМК 2018605 . ПМИД 17825297 .

[11] Лемм, А.; Хелер, Д.; Бреннан, Джей-Джей; Маннион, ПФ (2002). «Относительная эффективность гидроксианалога метионина по сравнению с DL-метионином у цыплят-бройлеров» . Птицеводство . 81 (6): 838–845. дои : 10.1093/ps/81.6.838 . ПМИД 12079051 .

[Ullmann-12] Перейти обратно: ^а ^б Мильтенбергер К. (2000). «Гидроксикарбоновые кислоты алифатические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a13_507 . ISBN 978-3527306732 .

[13] Ритцер Э., Сундерманн Р. (2000). «Кислоты гидроксикарбоновые ароматические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a13_519 . ISBN 978-3527306732 .

[14] Оеда Х (1934). «Окисление некоторых α-гидроксикислот тетраацетатом свинца» . Бюллетень Химического общества Японии . 9 (1): 8–14. дои : 10.1246/bcsj.9.8 .

[15] Нвауква С., Кин П. (1982). «Окислительное расщепление α-диолов, α-дионов, α-гидроксикетонов и α-гидрокси- и α-кетокислот гипохлоритом кальция [Ca(OCl) ₂ ]». Буквы тетраэдра . 23 (31): 3135–3138. дои : 10.1016/S0040-4039(00)88578-0 .

[16] Чендлер Н.Р. (1993). Принципы органического синтеза . Коксон, Дж. М. (Джеймс Моррис), 1941- (3-е изд.). Лондон: Blackie Academic & Professional. ISBN 978-0751401264 . ОСЛК 27813843 .

[17] Фоллхардт КП, Шор Н.Э. (29 января 2018 г.). Органическая химия: структура и функции (8-е изд.). Нью-Йорк. ISBN 9781319079451 . OCLC 1007924903 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[18] Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, стр. 813, ISBN 978-0-471-72091-1

[19] Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, стр. 1864, ISBN 978-0-471-72091-1

[:22-20] Курсон, Эндрю Р.Дж.; Лю, Цзи; Бермехо Мартинес, Ана; Грин, Роберт Т.; Чан, Йохан; Каррион, Орнелла; Уильямс, Бет Т.; Чжан, Шэн-Хуэй; Ян, Гуй-Пэн; Булман Пейдж, Филип К.; Чжан, Сяо-Хуа; Тодд, Джонатан Д. (2017). «Биосинтез диметилсульфониопропионата в морских бактериях и идентификация ключевого гена в этом процессе» (PDF) . Природная микробиология . 2 (5): 17009. doi : 10.1038/nmicrobiol.2017.9 . ПМИД 28191900 . S2CID 21460292 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]