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
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
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):

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

Με διμερισμό υδροξυαιθανάλης

Ο διμερισμός της υδροξυαιθανάλης μια άλλη εφαρμογή της αλδολικής συμπύκνωσης:

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

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):

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

Με μερική αναγωγή περισσότερο οξειδωμένων παραγώγων της ερυθριτόλης

1. Με μερική αναγωγή 2,3-υδροξυβουτανοδιάλης παράγεται 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη:

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

2. Με μερική αναγωγή 2-οξο-3,4-διυδροξυβουτανάλης παράγεται 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη :

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

3. Με μερική αναγωγή 3-οξο-2,4-διυδροξυβουτανάλης παράγεται 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη :

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

4. Με μερική αναγωγή 2,3-διοξοπροπανοδιάλης παράγεται 2,3,4-τριυδροξυβουτανάλη :

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

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

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

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

1. Αρχικά το 2,3,4-τριυδροξυβουτανικό οξύ μετατρέπεται σε 2,3,4-τριυδροξυβουτανοϋλοχλωρίδιο:

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

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

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

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.