2.2. Оксокислоты

Оксокислоты в природе распространены значительно меньше, чем гидроксикислоты, они редко встречаются в свободном состоянии, не накапливаются в организмах, хотя и образуются на различных стадиях биосинтеза. По поводу последнего факта нужно отметить, что в биосинтезе они играют зачастую важнейшую роль, являясь ключевыми соединениями ряда биосинтезов.

Классифицируют оксокарбоновые кислоты, как и все бифункциональные соединения, согласно взаимному расположению функциональных групп подразделяя их при этом на альдегидо- и кетонокислоты. Многие оксокислоты носят тривиальные названия (схема 2.2.1).

В структурном плане оксокислоты несколько более примитивны, чем оксикислоты — сказывается потеря асимметрического центра при переходе от гидроксикислот к оксокислотам. Так, при окислении любой формы молочной

Схема 2.2.1

Схема 2.2.2

кислоты мы получим одну единственную пировиноградную кислоту. Но в тоже время, этот класс бифункциональных соединений отличается большим разнообразием химических реакций, химических особенностей, обязанных взаимному влиянию карбонильной и карбоксильной групп.

В случае а-оксокислот можно отметить легкость присоединения нуклеофильных реагентов по карбонильной группе (например, глиоксалевая кислота с водой образует прочный адцукт) и легкость реакций декарбоксилирования — пировиноградная кислота в условиях окислительного ферментативно катализируемого декарбоксилирования (in vivo) образует уксусную кислоту. Мезоксалевая кислота сочетает в себе легкость протекания обоих этих процессов — она существует только в виде гидратированного адцукта и в водном растворе легко разлагается на глиоксалевую кислоту и двуокись углерода (схема 2.2.2).

Пировиноградную кислоту следует выделить из всех а-оксокислот еще и как источник весьма существенных биологически активных соединений, получаемых in vivo в результате реакции нуклеофильного присоединения по карбонильной группе и последующих преобразований. С таким реагентом как аммиак, она в несколько стадий, включая еще реакции дегидратации и восстановления, образует важную а-аминокислоту аланин; а при взаимодействии с тиолом ферментной природы, коферментом-А , через стадии присоединения, декарбоксилирования и восстановления, образует ацетилированный кофермент-А — важнейший интермедиат многих биосинтетических реакций (схема 2.2.3).

В случае (З-кетокислот, на примере ацетоуксусного эфира, мы наблюдаем интереснейшее явление двойственной реакционной способности, называемое таутомерией. Применительно к указанному классу соединений, это явление названо кетоенольной таутомерией. Суть данного явления заключается в следующем: карбонильная и карбоксильная функции, будучи сильными электроноакцепторами (-М-эффект), оголяют протоны метиленовой группы, расположенной между ними, что делает их кислыми. В силу этого водород в виде катиона может мигрировать к карбонильному кислороду несущему на себе избыточную электронную плотность; синхронно этому переходу электронная плотность карбонильной группы и a-связей метиленового фрагмента перераспределяется так, как это указано на схеме 2.2.4, образуя систему

Схема 2.2.3

енола Процесс является обратимым, поскольку гидроксил при тригональном углероде всегда достаточно кислый и его протон может осуществлять, в свою очередь, электрофильную атаку по С=С связи (схема 2.2.3). Оба эти процесса совершаются столь медленно, что таутомеры могут быть разделены либо кристаллизацией, либо фракционной перегонкой Но через некоторое время индивидуальные изомеры при стоянии снова превращаются в равновесную смесь соединений кетонной и енольной структуры Таким образом, ацетоуксусный эфир, кроме свойств кетонов и сложных эфиров, обнаруживает еще свойства непредельных соединений, спиртов и фенолов, так как гидроксил при двойной связи ведет себя так же, как и при ароматическом кольце

Следует отметить, что кето-енольная таутомерия проявляется и в свойствах вышеописанной пировиноградной

Схема 2.2.4

Схема 2.2.5

кислоты, и хотя доля енольной формы у нее незначительна, в реакциях она реализуется часто как основная (схема 2.2.5).

Для и -оксокислот характерны как кето-енольная, так и кольчато-цепная таутомерия. Результатом последней, в случае левулиновой кислоты, является гидроксилактон, наиболее устойчивая таутомерная форма этого соединения, которая достаточно легко отщепляет воду в присутствии водоотнимающих агентов, образуя непредельные у-лактоны (схема 2.2.5).