2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη

Η 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη βρίσκεται σε δύο (2) ζεύγη εναντιομερών, που αντιπροσωπεύουν δύο αλδοτετρόζες: την ερυθρόζη και τη θρεόζη. Η βιοχημική συμπεριφορά των δυο αυτών τετροζών είναι διαφοροποιήσιμη, γιατί οι ενζυμικές αντιδράσεις είναι συχνά στερεοχημικά εκλεκτικές (και κάθε τέτοια συμπεριφορά αναλύεται στο οικείο άρθρο). Ωστόσο, ο κοινός σύντομος συντακτικός τους τύπος, HOCH₂CH(OH)CH(OH)CHO, επιτρέπει μια σειρά από όμοιες χημικές συμπεριφορρές (που είναι το αντικείμενο αυτού του άρθρου).

2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη
Γενικά
Όνομα IUPAC	2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C4H8O4
Μοριακή μάζα	120,042259 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	HOCH2CH(OH)CH(OH)CHO
SMILES	O=CC(O)C(O)CO
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	63 (τουλάχιστον)
Οπτικά ισομερή	4 (2x2 ζεύγη)
Φυσικές ιδιότητες
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Δομή

Δεσμοί[1]
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C#2-#4-H	σ	2sp3-1s	109 pm	3% C- H+
C#1-H	σ	2sp2-1s	107 pm	3% C- H+
O-H	σ	2sp3-1s	96 pm	32% O- H+
C-O	σ	2sp3-2sp3	150 pm	19% C+ O-
C=O	σ	2sp2-2sp2	132 pm	19% C+ O-
	π	2p-2p
C#2-C#1	σ	2sp3-2sp2	151 pm
C#3-C#2	σ	2sp3-2sp3	154 pm
C#4-C#3	σ	2sp3-2sp3	154 pm
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο[2]
Ο (COH)	-0,51
Ο (C=O)	-0,38
Η (H-C)	+0,03
C#4	+0,13
C#2,#3	+0,16
Η (H-O)	+0,32
C#1	+0,35

Ισομέρεια

Θέσης

Με βάση το χημικό της τύπο, C₄H₈O₄, έχει τα ακόλουθα (τουλάχιστον) σταθερά ισομερή θέσης:

1. Κυκλοβουτανοτετρόλη-1,2,3,4 (σε τρία (3) γεωμετρικά ισομερή).
2. 1-υδροξυμεθυλοκυκλοπροπανοτριόλη-1,2,3 (σε τέσσερα (4) γεωμετρικά ισομερή).
3. 1-μεθοξυκυκλοπροπανοτριόλη-1,2,3 (σε τέσσερα (4) γεωμετρικά ισομερή).
4. 1,2-διυδροξυ-2-υδροξυμεθυλοπροπανάλη με σύντομο συντακτικό τύπο (HOCH₂)₂C(OH)CHO.
5. 2,3-διυδροξυβουτανικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH(OH)CH(OH)COOH (σε τέσσερα (4) οπτικά ισομερή).
6. 2,4-διυδροξυβουτανικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο HOCH₂CH₂CH₂COOH (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
7. 3,4-υδροξυβουτανικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο HOCH₂CH(OH)CH₂COOH (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
8. Μεθυλο-2,3-διυδροξυπροπανικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο HOCH₂C(OH)(CH₃)COOH (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
9. 3-Υδροξυ(2-υδροξυμεθυλο)προπανικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο (HOCH₂)₂CHCOOH (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
10. 2.3-διυδροξυπροπανικός μεθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο ΗΟCH₂CH(OH)COOCH₃.
11. Υδροξυαιθανικός 2-υδροξυαιθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο HOCH₂COOCH₂CH₂OH.
12. Μεθανικός 2,3-διυδροξυπροπυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο HCOOCH₂CH(OH)CH₂OH (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
13. 3-μεθοξυ-2-υδροξυπροππανικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃OCH₂CH(OH)COOH (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
14. (2-υδροξυαιθυλοξυ)αιθανικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο HOCH₂CH₂OCH₂COOH.
15. (Μεθοξυμεθοξυ)αιθανικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃OCH₂OCH₂COOH.
16. Ανθρακικός προπυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο HOCOOCH₂CH₂CH₃.
17. Ανθρακικός ισοπροπυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο HOCOOCH(CH₃)₂.
18. Ανθρακικός αιθυλομεθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃OCOOCH₂CH₃.

Οπτική

Η 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη έχει δύο (2) χειρόμορφα κέντρα, με αποτέλεσμα να παράγονται δύο ζεύγη εναντιομερών που βιοχημικά χαρακτηρίζονται ως ερυθρόζη και θρεόζη, αντιστοίχως. Σημειώνεται ακόμη, ότι μόνο τα D- ισομερή των τελευταίων είναι τα φυσικά, που μετέχουν στους βιοχημικούς μηχανισμούς της ζωής. Τα δύο ζεύγη που διαχωρίζουν τις δύο τετρόζες που αντιστοιχούν στο ίδιο ισομερές θέσης, που αντιπροσωπεύει η συστηματική ονομασία 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη, είναι τα ακόλουθα:

Παραγωγή

Με τετραμερισμό μεθανάλης

Η 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη είναι ένα ενδιάμεσο της αντίδρασης φορμόζης, κατά την οποία παράγονται σάκχαρα με πρώτη ύλη τη μεθανάλη (αλδολική συμπύκνωση)^[3]:

${\displaystyle \mathrm {4HCHO{\xrightarrow {Ca(OH)_{2}}}HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)CHO} }$

Με διμερισμό υδροξυαιθανάλης

Ο διμερισμός της υδροξυαιθανάλης μια άλλη εφαρμογή της αλδολικής συμπύκνωσης^[3]:

${\displaystyle \mathrm {2HOCH_{2}CHO{\xrightarrow {Ca(OH)_{2}}}HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)CHO} }$

Με μερική οξείδωση ερυθριτόλης

Με μερική οξείδωση ερυθριτόλης, με σχετικά ήπια οξειδωτικά μέσα, όπως το τριοξείδιο του χρωμίου ή υπεροξείδιο του υδρογόνου, με χρήση αλάτων σιδήρου ως καταλύτη, παράγεται 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη (δηλαδή ερυθρόζη και θρεόζη) και η ισομερής θέσης ερυθρουλόζη (δηλαδή τελικά μείγμα όλων των τετροζών)^[4]:

${\displaystyle \mathrm {3HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)CH_{2}OH+2CrO_{3}{\xrightarrow {}}3xHOCH_{2}CH(OH)CH(OH)CHO+3(1-x)HOCH_{2}CH(OH)COCH_{2}OH+Cr_{2}O_{3}+3H_{2}O} }$

Με μερική αναγωγή περισσότερο οξειδωμένων παραγώγων της ερυθριτόλης

1. Με μερική αναγωγή 2,3-υδροξυβουτανοδιάλης παράγεται 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη^[5]:

${\displaystyle \mathrm {HCOCH(OH)CH(OH)CHO+H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)CHO} }$

2. Με μερική αναγωγή 2-οξο-3,4-διυδροξυβουτανάλης παράγεται 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη ^[5]:

${\displaystyle \mathrm {HOCH_{2}CH(OH)COCHO+H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)CHO} }$

3. Με μερική αναγωγή 3-οξο-2,4-διυδροξυβουτανάλης παράγεται 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη ^[5]:

${\displaystyle \mathrm {HOCH_{2}COCH(OH)CHO+H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)CHO} }$

4. Με μερική αναγωγή 2,3-διοξοπροπανοδιάλης παράγεται 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη ^[5]:

${\displaystyle \mathrm {OCHCOCOCHO+2H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)CHO} }$

5. Με μερική αναγωγή 2,3-διοξοπροπανοδιάλης παράγεται 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη ^[5]:

${\displaystyle \mathrm {OCHCOCOCHO+2H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)CHO} }$

Με έμμεση μερική αναγωγή 2,3,4-τριυδροξυβουτανικού οξέος

1. Αρχικά το 2,3,4-τριυδροξυβουτανικό οξύ μετατρέπεται σε 2,3,4-τριυδροξυβουτανοϋλοχλωρίδιο^[6]:

${\displaystyle \mathrm {HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)COOH+SOCl_{2}{\xrightarrow {}}HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)COCl+SO_{2}\uparrow +HCl} }$

2. Το 2,3,4-τριυδροξυβουτανοϋλοχλωρίδιο ανάγεται καταλυτικά άμεσα προς 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη :

${\displaystyle \mathrm {HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)COCl+H_{2}{\xrightarrow {Pd}}HOCH_{2}CH(OH)CH(OH)CHO+HCl} }$

Αναφορές και σημειώσεις

1. Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
2. Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
3. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.8.
4. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.2.
5. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.2.
6. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.3.

Πηγές

• Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
• Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
• Δημήτριου Ν. Νικολαΐδη: Ειδικά μαθήματα Οργανικής Χημείας, Θεσσαλονίκη 1983.