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).

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):

$\mathrm{4}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\stackrel{Ca(OH{)}_2}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

Με διμερισμό υδροξυαιθανάλης

Ο διμερισμός της υδροξυαιθανάλης μια άλλη εφαρμογή της αλδολικής συμπύκνωσης:

$\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\stackrel{Ca(OH{)}_2}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

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):

$\mathrm{3}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{r}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\stackrel{}{\to }\mathrm{3}\mathrm{x}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{(}\mathrm{1}\mathrm{-}\mathrm{x}\mathrm{)}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Με μερική αναγωγή περισσότερο οξειδωμένων παραγώγων της ερυθριτόλης

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

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{Ni\acute{\eta }Pd\acute{\eta }Pt}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

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

$\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{Ni\acute{\eta }Pd\acute{\eta }Pt}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

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

$\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{Ni\acute{\eta }Pd\acute{\eta }Pt}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

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

$\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{Ni\acute{\eta }Pd\acute{\eta }Pt}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

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

$\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{Ni\acute{\eta }Pd\acute{\eta }Pt}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

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

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

$\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{S}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\stackrel{}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

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

$\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{Pd}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

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.