Ácido glioxílico

composto químico
(Redirixido desde "Glioxilato")

O ácido glioxílico ou ácido oxoacético é un composto orgánico. O seu anión (base conxugada) denomínase glioxilato. O ácido glioxílico, xunto cos ácidos acético, glicólico e oxálico, é un dos ácidos carboxílicos de dous carbonos (C2). É un sólido incoloro que aparece de forma natural no metabolismo de moitos organismos e ten útiles aplicacións industriais.

Ácido glioxílico
Fórmula esquelética
Modelo de recheo de espazos
Identificadores
Número CAS 298-12-4
PubChem 760
ChemSpider 740
UNII JQ39C92HH6
DrugBank DB04343
KEGG C00048
ChEBI CHEBI:16891
ChEMBL CHEMBL1162545
Imaxes 3D Jmol Image 1
Propiedades
Fórmula molecular C2H2O3
Masa molar 74,04 g mol−1
Densidade 1,384 g/mL
Punto de fusión 80 °C; 176 °F; 353 K
Punto de ebulición 111 °C; 232 °F; 384 K
Acidez (pKa) 3,18,[2] 3.32 [3]
Compostos relacionados
Outros anións glioxilato

Se non se indica outra cousa, os datos están tomados en condicións estándar de 25 °C e 100 kPa.

Estrutura e nomenclaturaEditar

Aínda que a estrutura do ácido glioxílico descríbese como a dun composto que ten un grupo funcional aldehido, o aldehido é só un compoñente menor da forma máis frecuente nalgunhas situacións. En vez de como aldehido, a miúdo encóntrase en forma de hidrato ou dímero cíclico. Por exemplo, en presenza de auga, o carbonilo convértese rapidamente nun diol xeminal (descrito como "monohidrato"). A constante de equilibrio (K) é 300 para a formación do ácido dihidroxiacético a temperatura dunha habitación:[4]

 

En solución, o monohidrato está en equilibrio cunha forma dímera hemiacetal:[5]

 

Illado, a estrutura de aldehido ten un confórmero principal cunha estrutura cíclica con enlaces de hidróxeno co carbonilo do aldehido moi próximo ao hidróxeno do carboxilo:[6]

 

A constante da lei de Henry do ácido glioxílico é KH = 1,09 × 104 × exp[(40,0 × 103/R) × (1/T − 1/298)].[7]

PreparaciónsEditar

A base conxugada do ácido glioxílico é o glioxilato e esta é a forma en que se encontra o composto en solucion a pH neutro. O glioxilato é o subproduto do proceso de amidación na biosíntese de varios péptidos amidados.

No rexistro histórico, o ácido glioxílico foi preparado a partir do ácido oxálico electrosinteticamente:[8][9] en sínstese orgánica, aplicáronse cátodos de dióxido de chumbo para a preparación do ácido glioxílkico a partir de ácido oxálico nun electrólito de ácido sulfúrico.[10]

 

O ácido nítrico quente pode oxidar glioxal a glioxílico; pero esta reacción é moi exotérmica e tendente a desbocarse termicamente. Ademais, o ácido oxálico é o principal produto secundario.

Ademais, a ozonólise do ácido maleico é tamén efectiva.[5]

Función biolóxicaEditar

O glioxilato é un intermediario do ciclo do glioxilato, que permite a organismos como as bacterias,[11] fungos e plantas [12] converter ácidos graxos en carbohidratos. O ciclo do glioxilato é tamén importante para a indución dos mecanismos de defensa das plantas en resposta aos fungos.[13] O ciclo do glioxilato iníciase pola actividade da isocitrato liase, que converte o isocitrato en glioxilato e succinato. Estase a investigar para aproveitar a vía para diversos usos como a biosíntese de succinato.[14]

En humanosEditar

O glioxilato prodúcese por dúas vías: pola oxidación do glicolato en peroxisomas ou polo catabolismo da hidroxiprolina nas mitocondrias.[15] Nos peroxisomas, o glioxilato convértrese en glicina por acción do encima AGT1 (alanina:glioxilato aminotransferase 1) ou en oxalato pola glicolato oxidase. Nas mitocondrias, o glioxilato convértese en glicina pola AGT2 ou en glicolato pola glicolato redutase. Unha pequena cantidade de glioxilato é convertido en oxalato pola lactato deshidroxenase citoplásmica.[16]

 
Metabolismo do oxalato e o glioxilato en hepatocitos. As AGT1 e 2 = alanina:glioxilato aminotransferase 1 e 2; GO = glicolato oxidase; GR = glioxilato redutase; HKGA = 4-hidroxi-2-cetoglutarato liase; LDH = lactato deshidroxenase.

En plantasEditar

Ademais de ser un intermediario no ciclo do glioxilato, o glioxilato é tamén un intermediario importante na fotorrespiración. A fotorrespiración é o resultado dunha reacción lateral do encima Rubisco co O2 en lugar de co CO2 (o seu substrato común). Aínda que ao principio se consideraba só un desperdicio de enerxía e recursos, parecde ser que a fotorrespiración é tamén un importante método de rexenerar corbonos e CO2, eliminando o fosfoglicolato tóxico, e iniciando mecanismos de defensa.[17][18] Na fotorrespiración o glioxilato é formado a partir do glicolato pola actividade da glicolato oxidase nos peroxisomas. Despois convértese en glicina polas accións paralelas dos encimas SGAT (serina:glioxilato aminotransferase) e GGAT (glioxilato:glutamato aminotransferase), a cal é despois transportada ás mitocondrias.[19][18] Tamén se informou que o complexo da piruvato deshidroxenase pode xogar un papel no metabolismo do glicolato e glioxilato.[20]

 
Resume básico da fotorrespiración en Arabidopsis. GGAT = glioxilato:glutamato aminotransferase; GLYK = glicerato quinase; GO = glicolato oxidase; HPR = hidroxipiruvato redutase; PGLP = fosfoglicolato fosfatase; Rubisco = ribulosa-bisfosfato carboxilase/oxixenase; SGAT = serina:glioxilato aminotransferase; SHM = serina hidroximetiltransferase

Importancia en enfermidadesEditar

DiabetesEditar

O glioxilato pénsase que pode ser un bo marcador temperán da diabetes tipo II.[21][22][23][21]

NefrolitíaseEditar

O glioxilato está implicado no desenvolvemento da hiperoxaluria, unha causa clave da nefrolitíase (cálculos renais), xa que indirectamente favorece a formación de cristais de oxalato de calcio na urina.[16][15]

Reaccións e usosEditar

O ácido glioxílico é un ácido unhas dez veces máis fortre que o ácido acético, cunha constante de disociación de ácido de 4,7 × 10−4 (pKa = 3,32):

OCHCO2H ⇌ OCHCO
2
+ H+

Con bases, o ácido glioxílico desproporciónase, formando ácido hidroxiacético e ácido oxálico:[24]

2 OCHCO2H + H2O → HOCH2CO2H + HO2CCO2H

O ácido glioxílico dá lugar a heterociclos por condensación coa urea e 1,2-diaminobenceno.

Derivados fenólicosEditar

En xeral, o ácido glioxílico sofre unha reacción de substitución aromática electrofílica con fenois, un paso versátil na síntese doutros compostos.

O produto inmediato co propio fenol é o ácido 4-hidroximandélico. Esta especie reacciona co amoníaco dando hidroxifenilglicina, un precursor do fármaco amoxicilina. A redución do ácido 4-hidroximandélico dá ácido 4-hidroxifenilacético, un precurswor do fármaco atenolol.

A secuencia de reaccións, nas cales o ácido glioxílico reacciona con guaiacol, o compoñente fenólico, seguido de oxidación e descarboxilación, proporciona unha ruta para a vanillina como un proceso de formilación neta.[5][25][26]

Reacción de Hopkins ColeEditar

O ácido glicólico é un compoñente da reacción de Hopkins–Cole, usada para comprobar a presenza de triptófano en proteínas.[27]

Química ambientalEditar

O ácido glioxílico é unha dos varios ácidos carboxílicos que conteñen cetonas e aldehidos, que xuntos son abondosos en aerosois orgánicos secundarios. En presenza de auga e luz solar, o ácido glioxílico pode sufrir unha oxidación fotoquímica. Varias rutas de reaccións levan á formación como produtos doutros ácidos carboxílicos e aldehidos.[28]

NotasEditar

  1. 1,0 1,1 "Front Matter". Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book). Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2014. p. 748. ISBN 978-0-85404-182-4. doi:10.1039/9781849733069-FP001. 
  2. Dissociation Constants Of Organic Acids and Bases (600 compounds), http://zirchrom.com/organic.htm.
  3. pKa Data Compiled by R. Williams, "Archived copy" (PDF). Arquivado dende o orixinal (PDF) o 02 de xuño de 2010. Consultado o 2010-06-02. .
  4. Sørensen, P. E.; Bruhn, K.; Lindeløv, F. (1974). "Kinetics and equilibria for the reversible hydration of the aldehyde group in glyoxylic acid.". Acta Chem. Scand. 28: 162–168. doi:10.3891/acta.chem.scand.28a-0162. 
  5. 5,0 5,1 5,2 Georges Mattioda and Yani Christidis “Glyoxylic Acid” Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi 10.1002/14356007.a12_495
  6. Redington, Richard L.; Liang, Chin-Kang Jim (1984). "Vibrational spectra of glyoxylic acid monomers". Journal of Molecular Spectroscopy 104 (1): 25–39. Bibcode:1984JMoSp.104...25R. doi:10.1016/0022-2852(84)90242-X. 
  7. Ip, H. S. Simon; Huang, X. H. Hilda; Yu, Jian Zhen (2009). "Effective Henry's law constants of glyoxal, glyoxylic acid, and glycolic acid". Geophysical Research Letters 36 (1): L01802. Bibcode:2009GeoRL..36.1802I. doi:10.1029/2008GL036212. 
  8. Tafel, Julius; Friedrichs, Gustav (1904). "Elektrolytische Reduction von Carbonsäuren und Carbonsäureestern in schwefelsaurer Lösung". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 37 (3): 3187–3191. doi:10.1002/cber.190403703116. 
  9. Cohen, Julius (1920). Practical Organic Chemistry 2nd Ed. (PDF). London: Macmillan and Co. Limited. pp. 102–104. 
  10. François Cardarelli (2008). Materials Handbook: A Concise Desktop Reference. Springer. p. 574. ISBN 978-1-84628-668-1. 
  11. Holms WH (1987). "Control of flux through the citric acid cycle and the glyoxylate bypass in Escherichia coli". Biochem Soc Symp. 54: 17–31. PMID 3332993. 
  12. Escher CL, Widmer F (1997). "Lipid mobilization and gluconeogenesis in plants: do glyoxylate cycle enzyme activities constitute a real cycle? A hypothesis". Biol. Chem. 378 (8): 803–813. PMID 9377475. 
  13. Dubey, Mukesh K.; Broberg, Anders; Sooriyaarachchi, Sanjeewani; Ubhayasekera, Wimal; Jensen, Dan Funck; Karlsson, Magnus (September 2013). "The glyoxylate cycle is involved in pleotropic phenotypes, antagonism and induction of plant defence responses in the fungal biocontrol agent Trichoderma atroviride". Fungal Genetics and Biology. 58–59: 33–41. ISSN 1087-1845. PMID 23850601. doi:10.1016/j.fgb.2013.06.008. 
  14. Zhu, Li-Wen; Li, Xiao-Hong; Zhang, Lei; Li, Hong-Mei; Liu, Jian-Hua; Yuan, Zhan-Peng; Chen, Tao; Tang, Ya-Jie (November 2013). "Activation of glyoxylate pathway without the activation of its related gene in succinate-producing engineered Escherichia coli". Metabolic Engineering 20: 9–19. ISSN 1096-7176. PMID 23876414. doi:10.1016/j.ymben.2013.07.004. 
  15. 15,0 15,1 Belostotsky, Ruth; Pitt, James Jonathon; Frishberg, Yaacov (2012-12-01). "Primary hyperoxaluria type III—a model for studying perturbations in glyoxylate metabolism". Journal of Molecular Medicine 90 (12): 1497–1504. ISSN 0946-2716. PMID 22729392. doi:10.1007/s00109-012-0930-z. hdl:11343/220107. 
  16. 16,0 16,1 Schnedler, Nina; Burckhardt, Gerhard; Burckhardt, Birgitta C. (March 2011). "Glyoxylate is a substrate of the sulfate-oxalate exchanger, sat-1, and increases its expression in HepG2 cells". Journal of Hepatology 54 (3): 513–520. ISSN 0168-8278. PMID 21093948. doi:10.1016/j.jhep.2010.07.036. 
  17. "photorespiration". Arquivado dende o orixinal o 11 de decembro de 2006. Consultado o 2017-03-09. 
  18. 18,0 18,1 Peterhansel, Christoph; Horst, Ina; Niessen, Markus; Blume, Christian; Kebeish, Rashad; Kürkcüoglu, Sophia; Kreuzaler, Fritz (2010-03-23). "Photorespiration". The Arabidopsis Book / American Society of Plant Biologists 8: e0130. ISSN 1543-8120. PMC 3244903. PMID 22303256. doi:10.1199/tab.0130. 
  19. Zhang, Zhisheng; Mao, Xingxue; Ou, Juanying; Ye, Nenghui; Zhang, Jianhua; Peng, Xinxiang (January 2015). "Distinct photorespiratory reactions are preferentially catalyzed by glutamate:glyoxylate and serine:glyoxylate aminotransferases in rice". Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 142: 110–117. ISSN 1011-1344. PMID 25528301. doi:10.1016/j.jphotobiol.2014.11.009. 
  20. Blume, Christian; Behrens, Christof; Eubel, Holger; Braun, Hans-Peter; Peterhansel, Christoph (November 2013). "A possible role for the chloroplast pyruvate dehydrogenase complex in plant glycolate and glyoxylate metabolism". Phytochemistry 95: 168–176. ISSN 0031-9422. PMID 23916564. doi:10.1016/j.phytochem.2013.07.009. 
  21. 21,0 21,1 Nikiforova, Victoria J.; Giesbertz, Pieter; Wiemer, Jan; Bethan, Bianca; Looser, Ralf; Liebenberg, Volker; Ruiz Noppinger, Patricia; Daniel, Hannelore; Rein, Dietrich (2014). "Glyoxylate, a New Marker Metabolite of Type 2 Diabetes". Journal of Diabetes Research 2014: 685204. ISSN 2314-6745. PMC 4265698. PMID 25525609. doi:10.1155/2014/685204. 
  22. Nguyen, Dung V.; Shaw, Lynn C.; Grant, Maria B. (2012-12-21). "Inflammation in the pathogenesis of microvascular complications in diabetes". Frontiers in Endocrinology 3: 170. ISSN 1664-2392. PMC 3527746. PMID 23267348. doi:10.3389/fendo.2012.00170. 
  23. Piarulli, Francesco; Sartore, Giovanni; Lapolla, Annunziata (April 2013). "Glyco-oxidation and cardiovascular complications in type 2 diabetes: a clinical update". Acta Diabetologica 50 (2): 101–110. ISSN 0940-5429. PMC 3634985. PMID 22763581. doi:10.1007/s00592-012-0412-3. 
  24. Georges Mattioda, Yani Christidis. Glyoxylic Acid. Willey on line library. First published: 15 June 2000. https://doi.org/10.1002/14356007.a12_495 [1]
  25. Fatiadi, Alexander; Schaffer, Robert (1974). "An Improved Procedure for Synthesis of DL-4-Hydroxy-3-methoxymandelic Acid (DL-"Vanillyl"-mandelic Acid, VMA)". Journal of Research of the National Bureau of Standards Section A 78A (3): 411–412. doi:10.6028/jres.078A.024. 
  26. Kamlet, Jonas; Mathieson, Olin (1953). Manufacture of vanillin and its homologues U.S. Patent 2,640,083 (PDF). U.S. Patent Office. 
  27. R.A. Joshi (2006). Question Bank of Biochemistry. New Age International. p. 64. ISBN 978-81-224-1736-4. 
  28. Eugene, Alexis J.; Xia, Sha-Sha; Guzman, Marcelo I. (2016). "Aqueous Photochemistry of Glyoxylic Acid". J. Phys. Chem. A 120 (21): 3817–3826. Bibcode:2016JPCA..120.3817E. PMID 27192089. doi:10.1021/acs.jpca.6b00225.