HydroksykwasyhydroksykwasHydroksykwasy to doskonały przykład organicznych związków wielofunkcyjnych. Posiadają one dwie grupy funkcyjne: karboksylowąi hydroksylową – po jednej lub po kilka. Dlatego mogą ulegać reakcjom charakterystycznym zarówno dla kwasów karboksylowych, jak i alkoholi. Grupą dominującą jest grupa karboksylowa, ponieważ to ona warunkuje właściwości chemiczne hydroksykwasów. Niektóre hydroksykwasy to związki optycznie czynnezwiązek optycznie czynnyzwiązki optycznie czynne, czyli zdolne do skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego. Warto przypomnieć, że czynność optyczna jest konsekwencją budowy cząsteczki związku chemicznego. Dokładniej mówiąc, izomeria optycznaizomeria optycznaizomeria optyczna związków chemicznych jest powiązana z różnym rozmieszczeniem przestrzennym atomów wokół asymetrycznegoasymetryczny (chiralny)asymetrycznego (chiralnego) atomu węgla. Zatem przyjrzyjmy się chiralnościchiralnychiralności hydroksykwasów.
Kwas hydroksyetanowy
Kwas hydroksyoctowy, inaczej kwas glikolowy, to najprostszy hydroksykwas.
Rp1t8PEZaSb531
Przyglądając się wzorowi półstrukturalnemu kwasu glikolowego, zauważymy, że jego cząsteczka nie zawiera asymetrycznego atomu węgla. Wobec tego, związek ten jest achiralny i nie występuje w postaci izomerów optycznych.
Kwas 2‑hydroksypropanowy
Z kolei kwas 2‑hydroksypropanowy, zwyczajowo nazywany kwasem mlekowym, posiada asymetryczny atom węgla. Stąd związek ten jest chiralny i wykazuje czynność optyczną.
R1YyBp15IQ7gV1
Kwas mlekowy występuje w postaci izomerów optycznych, czyli enancjomerówenancjomery enancjomerów, które nie są identyczne, ponieważ ich odbicia lustrzane nie nakładają się na siebie. Eksperymentalnie udowodniono, że izomer o wzorze nr 1 skręca płaszczyznę polaryzacji światła o około 4° w prawo, dlatego przyjmuje następujące oznaczenie (+). Z kolei izomer nr 2 skręca płaszczyznę polaryzacji światła o ten sam kąt, tylko że w lewo, dlatego oznaczamy go następująco (-).
Poniżej przedstawiono enancjomery kwasu mlekowego za pomocą wzorów stereochemicznychwzór stereochemiczny (perspektywiczny)wzorów stereochemicznych (perspektywicznych).
RDz6Q2CfcHFfG
Izomery optyczne omawianego hydroksykwasu, możemy również przedstawić za pomocą wzorów projekcyjnych Fischera. Enancjomer, który ma grupę hydroksylową po prawej stronie we wzorze projekcyjnym, oznaczamy literą D. Natomiast enancjomer, posiadający grupę hydroksylową po lewej stronie we wzorze projekcyjnym, oznaczamy literą L.
Ważne!
Warto przypomnieć, że konfiguracja D i L jest konfiguracją względną, wyznaczaną względem konfiguracji wzorca (aldehydu glicerynowego). Nie jest powiązana z żadną doświadczalnie zbadaną skręcalnością światła spolaryzowanego odpowiedniego związku.
Rhu5R2rItGLgz
lub
RqG5s6NraaHbE
Wzory projekcyjne enancjomerów kwasu mlekowego. Wzór kwasu mlekowego o konfiguracji D, skręca płaszczyznę polaryzacji światła w lewo. Z kolei wzór kwasu mlekowego o konfiguracji L, skręca płaszczyznę polaryzacji światła w prawo.
Oba izomery optyczne kwasu mlekowego pełnią różną rolę w organizmach żywych. Kwas prawoskrętny (kwas L-(+)-mlekowy) powstaje w mięśniach podczas intensywnego wysiłku fizycznego. Z kolei kwas lewoskrętny (kwas D-(-)-mlekowy) powstaje w wyniku fermentacji mlekowej. Fermentacja mlekowa zachodzi podczas kiszenia warzyw, m.in. ogórków, kapusty czy buraków, a także w trakcie produkcji m.in. jogurtów. Warto zaznaczyć, że kwas mlekowy, otrzymany syntetycznie, jest racematemracemat (mieszanina racemiczna)racematem (kwas mlekowy (±)).
Człowiek wciąż nie potrafi zsyntetyzować tylko jednego enancjomeru. Natomiast potrafi rozdzielić racemat, wykorzystując czysty enancjomer. Wciąż organizmy żywe są jedynym pierwotnym źródłem izomerów optycznych.
Analizując wzór półstrukturalny kwasu salicylowego, możemy zauważyć, że jego cząsteczka nie zawiera asymetrycznych atomów węgla, dlatego jest achiralna. Dodatkowo cząsteczka posiada płaszczyznę symetrii, którą stanowi pierścień aromatyczny. Wobec tego, kwas salicylowy nie posiada izomerów optycznych.
bg‑azure
Zastosowanie hydroksykwasów
RBBdglaSim4p3
Słownik
hydroksykwas
hydroksykwas
związek organiczny zawierający dwie grupy funkcyjne: hydroksylową i karboksylową
αalfa‑hydroksykwas
αalfa‑hydroksykwas
(czyt. alfa‑hydroksykwasy; skrót AHA) – związek organiczny zawierający dwie grupy funkcyjne: hydroksylową i karboksylową; jego charakterystyczną cechą jest położenie grupy hydroksylowej w pozycji αalfa (alfa) w stosunku do grupy karboksylowej, co oznacza że grupa hydroksylowa jest przyłączona do drugiego atomu węgla (tzw. atomu αalfa - alfa); związek ten często jest określany jako kwas owocowy
związek optycznie czynny
związek optycznie czynny
związek chemiczny, występujący w postaci nieidentycznych izomerów przestrzennych, które są swoimi odbiciami lustrzanymi; izomery te skręcają płaszczyznę polaryzacji światła o taki sam kąt, lecz w przeciwnych kierunkach (prawo, lewo)
izomeria optyczna
izomeria optyczna
zjawisko występowania związku chemicznego w postaci dwóch nieidentycznych izomerów przestrzennych (optycznych), które są swoimi odbiciami lustrzanymi i skręcają płaszczyznę polaryzacji światła o taki sam kąt, lecz w przeciwnych kierunkach (prawo, lewo); warunkiem izomerii optycznej jest występowanie chiralnego atomu węgla w związku chemicznym
asymetryczny (chiralny)
asymetryczny (chiralny)
(gr. asymmetria „niewspółmierność”) atom węgla połączony z czterema różnymi podstawnikami w cząsteczce
chiralność (stereogeniczność)
chiralność (stereogeniczność)
fakt występowania przedmiotu, który nie jest identyczny ze swoim odbiciem lustrzanym, np. dłonie ludzkie. Przedmiot taki jest określany jako chiralny
achiralny
achiralny
cecha przedmiotu/związku chemicznego, który jest identyczny ze swoim odbiciem lustrzanym
chiralny
chiralny
(gr. cheir „ręka”) cecha przedmiotu/związku chemicznego, który jest nieidentyczny ze swoim odbiciem lustrzanym
enancjomery
enancjomery
(gr. enantio „przeciwny”) izomery optyczne danego związku chemicznego, które są chiralne i różnią się rozmieszczeniem atomów w przestrzeni; enancjomery skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego o pewien kąt, lecz w przeciwnych kierunkach
wzór stereochemiczny (perspektywiczny)
wzór stereochemiczny (perspektywiczny)
wzór przestrzenny cząsteczki, w którym obowiązują następujące zasady:
wiązanie, znajdujące się w płaszczyźnie rysunku, rysujemy linią ciągłą o normalnej grubości;
wiązanie skierowane za płaszczyznę rysunku rysujemy linią przerywaną;
wiązanie skierowane przed płaszczyznę rysunku rysujemy klinem - jego ostrze jest wymierzone w kierunku asymetrycznego atomu węgla
wzór projekcyjny (Fischera; wzór rzutowy)
wzór projekcyjny (Fischera; wzór rzutowy)
pokazuje cząsteczkę jako prostokątny rzut na płaszczyznę rysunku; we wzorze rzutowym, w punkcie przecięcia linii pod kątem prostym znajdują się asymetryczne atomy węgla; linie poziome pokazują wiązania znajdujące się przed płaszczyzną kartki; linie pionowe pokazują wiązania znajdujące się za płaszczyzną kartki; w linii poziomej rysujemy podstawniki, a w pionowej główny łańcuch węglowy
bezsoczność żołądka
bezsoczność żołądka
(łac. achylia „bezkwas”) brak wydzielania soku żołądkowego
racemat (mieszanina racemiczna)
racemat (mieszanina racemiczna)
równomolowa mieszanina enancjomerów. Mieszanina racemiczna nie skręca płaszczyzny polaryzacji światła
Bibliografia
Bobrański B., Chemia organiczna, Warszawa 1992.
Buczek I., Chrzanowski M., Dymara J., Persona A., Kowalik E., Kuśmierczyk K., Odrowąż E., Sobczak M., Sygniewicz J., Chemia. Rozszerzenie. Repetytorium matura, Warszawa 2014.
Danikiewicz W., Chemia. Związki organiczne. Podręcznik do liceów i techników. Zakres rozszerzony, Warszawa 2016.
Grynkiewicz G., Hennig J., Związki naturalne w farmacji i medycynie. Kwas salicylowy i fenolokwasy, „Standardy medyczne/ Pediatria” 2010, 7, s. 10‑16.
Hassa R., Mrzigod A., Mrzigod J., To jest chemia. Podręcznik dla szkół ponadgimnazjalnych. Zakres podstawowy, Warszawa 2016.
Jachowicz R., Receptura apteczna. Podręcznik dla studentów farmacji, Warszawa 2008.
Jastrząb R., Zabiszak M., Nowak M., Kwasy owocowe (αalfa‑hydroksykwasy) i ich związki kopleksowe, [w:] Na pograniczu chemii i biologii, t. 33, Poznań 2014.
Lautenschläger K. H., Schröter W., Wanninger A., Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2007.
Litwin M., Styka–Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 2. Chemia organiczna. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego i technikum. Zakres rozszerzony, Warszawa 2016.
Malinka W., Zarys chemii kosmetycznej, Wrocław 1999.
Marzec A., Chemia kosmetyków. Surowce. Półprodukty. Preparatyka wyrobów, Toruń 2005.
Marzec A., Chemia nowoczesnych kosmetyków. Substancje aktywne w nowoczesnych preparatach i zabiegach kosmetycznych, Toruń 2010.
Rajtar‑Cynke G., Farmakologia. Podręcznik dla Studentów i Absolwentów Wydziałów Pielęgniarstwa i Nauk o Zdrowiu Akademii Medycznych, Lublin 2007.