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Ácido alfa hidroxicarboxílico

Fórmulas estructurales de los α-, β- y γ-hidroxiácidos

Los ácidos alfa hidroxicarboxílicos , o ácidos α-hidroxicarboxílicos ( AHA ), son un grupo de ácidos carboxílicos que presentan un grupo hidroxi ubicado a un átomo de carbono del grupo ácido. Este aspecto estructural los distingue de los beta hidroxiácidos , donde los grupos funcionales están separados por dos átomos de carbono. [1] Los AHA notables incluyen ácido glicólico , ácido láctico , ácido mandélico y ácido cítrico .

Los α-hidroxiácidos son ácidos más fuertes en comparación con sus contrapartes no alfa hidroxi, una propiedad mejorada por el enlace de hidrógeno interno . [2] [3] [4] Los AHA tienen un doble propósito; industrialmente, se utilizan como aditivos en alimentos para animales y como precursores para la síntesis de polímeros. [5] [6] [7] [8] En cosmética, se utilizan comúnmente por su capacidad para exfoliar químicamente la piel e hidratarla . [9]

Usos

La síntesis y utilización de polímeros basados ​​en ácido láctico , incluyendo el ácido poliláctico (PLA) y su éster cíclico lactida , se utilizan en la creación de materiales biodegradables como implantes médicos , sistemas de administración de fármacos y suturas . [6] De manera similar, el ácido glicólico sirve como base para el desarrollo del poli(ácido glicólico), espelta poliglicólido (PGA), un polímero que se distingue por su alta cristalinidad, estabilidad térmica y resistencia mecánica, a pesar de sus orígenes sintéticos. [5] Tanto el PLA como el PGA son completamente biodegradables. [7]

Además, el ácido mandélico , otro alfahidroxiácido, cuando se combina con ácido sulfúrico produce 'SAMMA', obtenido mediante condensación con ácido sulfúrico . [8] Los primeros trabajos de laboratorio realizados en 2002 y 2007 contra patógenos notables como el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) y el virus del herpes simple (VHS) sugieren que SAMMA justifica una mayor investigación como microbicida tópico para prevenir la transmisión de infecciones de transmisión sexual vaginales . [8] [10]

El ácido 2-hidroxi-4-(metiltio)butírico , ácido alfa hidroxi carboxílico, se utiliza comercialmente en una mezcla racémica para sustituir a la metionina en la alimentación animal . [11]

Síntesis y reacciones

Los α-hidroxiácidos, como el ácido glicólico, el ácido láctico, el ácido cítrico y el ácido mandélico, sirven como precursores en la síntesis orgánica y desempeñan un papel en la preparación a escala industrial de varios compuestos. [12] [13] Estos ácidos se utilizan al sintetizar aldehídos mediante escisión oxidativa . [14] [15] Los α-hidroxiácidos son particularmente propensos a la descarbonilación catalizada por ácido , lo que produce monóxido de carbono , una cetona o aldehído y agua como subproductos. [16]

Una ruta de síntesis común implica la hidrólisis de ácidos α-halocarboxílicos, precursores fácilmente disponibles, para producir ácidos 2-hidroxicarboxílicos. Por ejemplo, la producción de ácido glicólico generalmente sigue este método, utilizando una reacción inducida por una base, seguida de un tratamiento con ácido. De manera similar, los ácidos insaturados y los ésteres de fumarato y maleato experimentan hidratación para producir derivados de ácido málico a partir de ésteres, y ácido 3-hidroxipropiónico a partir de ácido acrílico . [12]

R−CH(Cl)CO2H + H2O → R−CH(OH)CO2H + HCl

Otra vía sintética para los α-hidroxiácidos implica la adición de cianuro de hidrógeno a cetonas o aldehídos, seguida de la hidrólisis ácida del intermediario cianhidrina . [17]

R−CHO + HCN → R−CH(OH)CN
R−CH(OH)CN + 2H2O → R−CH(OH) CO2H + NH3

Además, las rutas sintéticas especializadas incluyen la reacción de ácidos carboxílicos dilitiados con oxígeno, seguida de un tratamiento acuoso. [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 + + ...

Además, los α-cetoaldehídos pueden transformarse en α-hidroxiácidos a través de la reacción de Cannizzaro . [19]

R−C(O)CHO + 2OH − → R−CH(OH)CO−2+ H2O​

Aparición

El ácido 2-hidroxi-4-(metiltio)butírico es un intermediario en la biosíntesis de 3-dimetilsulfoniopropionato , precursor del sulfuro de dimetilo natural . [20]

Seguridad

Los alfahidroxiácidos son generalmente seguros cuando se utilizan sobre la piel como agente cosmético utilizando la dosis recomendada. Los efectos secundarios más comunes son irritaciones leves de la piel, enrojecimiento y descamación. [9] La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) y los paneles de expertos de Cosmetic Ingredient Review sugieren que los alfahidroxiácidos son seguros de usar siempre que se vendan en concentraciones bajas, niveles de pH superiores a 3,5 e incluyan instrucciones de seguridad completas. [9]

La FDA ha advertido a los consumidores que deben tener cuidado al usar alfahidroxiácidos después de que un estudio patrocinado por la industria descubriera que pueden aumentar la probabilidad de quemaduras solares. [9] Este efecto es reversible después de dejar de usar alfahidroxiácidos. Otras fuentes sugieren que el ácido glicólico , en particular, puede proteger contra el daño solar. [9]

Véase también

Lectura adicional

Referencias

  1. ^ Miltenberger, Karlheinz (2000). "Ácidos hidroxicarboxílicos alifáticos". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a13_507. ISBN 3527306730.
  2. ^ Dawson RM, et al. (1959). Datos para la investigación bioquímica . Oxford: Clarendon Press.
  3. ^ Manual de química y física, CRC Press, 58.ª edición, página D147 (1977)
  4. ^ La fuerza de los enlaces de hidrógeno se refleja también en el espectro de resonancia magnética nuclear de protones de estos compuestos: en lugar de dar lugar a una contribución a la amplia señal de protones intercambiados rápidamente (entre COOH, OH, NH, etc.) en el ácido 2-fenil-2-hidroxiacético ( ácido mandélico ), el protón en el carbono alfa y el protón atrapado en el puente de hidrógeno interno muestran un bonito par de dobletes en lugar de un singlete (H en alfa-C) y la amplia señal mencionada de protones intercambiables. Por lo tanto, en la escala de tiempo de RMN, el equilibrio de intercambio para el grupo alfa-hidroxi está congelado.
  5. ^ ab Casalini, Tommaso; Rossi, Filippo; Castrovinci, Andrea; Perale, Giuseppe (2019). "Una perspectiva sobre el uso de polímeros basados ​​en ácido poliláctico para la síntesis y aplicaciones de nanopartículas". Frontiers in Bioengineering and Biotechnology . 7 : 259. doi : 10.3389/fbioe.2019.00259 . ISSN  2296-4185. PMC 6797553 . PMID  31681741. 
  6. ^ ab Storti, G.; Lattuada, M. (1 de enero de 2017). Perale, Giuseppe; Hilborn, Jöns (eds.). "8 - Síntesis de polímeros biorreabsorbibles para aplicaciones médicas". Polímeros biorreabsorbibles para aplicaciones biomédicas . Woodhead Publishing: 153–179. doi :10.1016/b978-0-08-100262-9.00008-2. ISBN 978-0-08-100262-9. Consultado el 1 de abril de 2023 .
  7. ^ ab Samantaray, Paresh Kumar; Little, Alastair; Haddleton, David M.; McNally, Tony; Tan, Bowen; Sun, Zhaoyang; Huang, Weijie; Ji, Yang; Wan, Chaoying (2020). "Ácido poli(glicólico) (PGA): un bloque de construcción versátil que amplía las aplicaciones de bioplásticos sostenibles y de alto rendimiento". Química verde . 22 (13): 4055–4081. doi :10.1039/D0GC01394C. ISSN  1463-9262. S2CID  219749282.
  8. ^ abc Herold, antes de Cristo; Scordi-Bello, I.; Cheshenko, N.; Marcelino, D.; Dzuzelewski, M.; Francois, F.; Morín, R.; Casullo, V. Mas; Anderson, RA; Chany, C.; Waller, DP; Zaneveld, LJD; Klotman, ME (15 de noviembre de 2002). "Polímero de condensación de ácido mandélico: nuevo microbicida candidato para la prevención de la entrada del virus de la inmunodeficiencia humana y del virus del herpes simple". Revista de Virología . 76 (22): 11236–11244. doi :10.1128/JVI.76.22.11236-11244.2002. ISSN  0022-538X. PMC 136750 . PMID  12388683. 
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  10. ^ Chang, Teresa L.; Teleshova, Natalia; Rapista, Aprille; Paluch, Maciej; Anderson, Robert A.; Waller, Donald P.; Zaneveld, Lourens JD; Granelli-Piperno, Ángela; Klotman, María E. (2 de octubre de 2007). "SAMMA, un polímero de condensación de ácido mandélico, inhibe la transmisión del VIH mediada por células dendríticas". Cartas FEBS . 581 (24): 4596–4602. doi :10.1016/j.febslet.2007.08.048. ISSN  0014-5793. PMC 2018605 . PMID  17825297. 
  11. ^ Lemme, A.; Hoehler, D.; Brennan, JJ; Mannion, PF (2002). "Eficacia relativa del análogo hidroxi de metionina en comparación con la DL-metionina en pollos de engorde". Poultry Science . 81 (6): 838–845. doi : 10.1093/ps/81.6.838 . PMID  12079051.
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  13. ^ Ritzer E, Sundermann R (2000). "Ácidos hidroxicarboxílicos aromáticos". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . doi :10.1002/14356007.a13_519. ISBN 978-3527306732.
  14. ^ Ôeda H (1934). "Oxidación de algunos α-hidroxiácidos con tetraacetato de plomo". Boletín de la Sociedad Química de Japón . 9 (1): 8–14. doi : 10.1246/bcsj.9.8 .
  15. ^ Nwaukwa S, Keehn P (1982). "Escisión oxidativa de α-dioles, α-dionas, α-hidroxicetonas y α-hidroxi- y α-cetoácidos con hipoclorito de calcio [Ca(OCl) 2 ]". Tetrahedron Letters . 23 (31): 3135–3138. doi :10.1016/S0040-4039(00)88578-0.
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  17. ^ Vollhardt KP, Schore NE (29 de enero de 2018). Química orgánica: estructura y función (8.ª ed.). Nueva York. ISBN 9781319079451.OCLC 1007924903  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )
  18. ^ Smith, Michael B.; March, Jerry (2007), Química orgánica avanzada: reacciones, mecanismos y estructura (6.ª ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, pág. 813, ISBN 978-0-471-72091-1
  19. ^ Smith, Michael B.; March, Jerry (2007), Química orgánica avanzada: reacciones, mecanismos y estructura (6.ª ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, pág. 1864, ISBN 978-0-471-72091-1
  20. ^ Curson, Andrew RJ; Liu, Ji; Bermejo Martínez, Ana; Green, Robert T.; Chan, Yohan; Carrión, Ornella; Williams, Beth T.; Zhang, Sheng-Hui; Yang, Gui-Peng; Bulman Page, Philip C.; Zhang, Xiao-Hua; Todd, Jonathan D. (2017). "Biosíntesis de dimetilsulfoniopropionato en bacterias marinas e identificación del gen clave en este proceso" (PDF) . Nature Microbiology . 2 (5): 17009. doi :10.1038/nmicrobiol.2017.9. PMID  28191900. S2CID  21460292.

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