Υδροξυαιθανικό οξύ

Παραγωγή

Υπάρχουν πολλές μέθοδοι σύνθεσης υδροξυαιθανικού οξέος που εφαρμόζονται στον παρόντα χρόνο. Η πλειοψηφία των παγκόσμιων (βιομηχανικών) παραγωγών του χρησιμοποιεί την καταλυόμενη χημική αντίδραση της μεθανάλης (HCHO)  με συνθετικό αέριο [δηλαδή μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα (CO), υδρογόνου (H₂) ή και διοξειδίου του άνθρακα (CO₂)], αντίδραση που ονομάζεται «καρβονυλίωση της φορμαλδεΰδης», και αποτελεί ιδιαίτερα οικονομική παραγωγική οδός.
Χρησιμοποιείται, επίσης,  η αντίδραση χλωραιθανικού οξέος (ClCH₂COOH) με υδροξείδιο του νατρίου (NaOH), ακολουθούμενη από επανοξύνιση:

Με τη μέθοδο αυτή παράγονται παγκοσμίως ετησίως λίγες χιλιάδες τόνοι. Από χημικής πλευράς, είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν παρομοίως και τα άλλα αλαιθανικά οξέα (XCH₂COOH), αλλά βιομηχανικά προτιμάται το χλωραιθανικό, για οικονομικούς λόγους. Για παραγωγή σε εργαστηριακή κλίμακα, όμως, είναι προτιμότερο το βρωμαιθανικό οξύ (BrCH₂COOH), γιατί παράγεται ευκολότερα από το αιθανικό οξύ (CH₃CH₂OH):
Άλλοι διαθέσιμες μέθοδοι, όχι απαραίτητα σε χρήση, περιλαμβάνουν:
1. Τη μερική υδρογόνωση οξαλικού οξέος με «υδρογόνο εν τω γενάσθαι»:
2. Υδρόλυση υδροξυαιθανονιτριλίου:
To υδροξυαιθανονιτρίλιο παράγεται εύκολα με προσθήκη υδροκυανίου σε μεθανάλη:
3. Το υδροξυαιθανικό οξύ μπορεί να απομονωθεί από φυσικές πηγές όπως το ζαχαροκάλαμο, το ζαχαρότευτλο, ο ανανάς, το πεπόνι και το άγουρο σταφύλι.
4. Ακόμη, το υδροξυαιθανικό οξύ μπορεί να παραχθεί με ορισμένες ενζυμικές βιοχημικές διεργασίες, αν και έτσι παράγονται σχετικά μικρές ποσότητες, σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους χημικής σύνθεσης, αλλά από την άλλη είναι φιλικότερες για το περιβάλλον, αφού απαιτούν μικρότερες ποσότητες ενέργειας και επιπλέον παράγουν πολύ μικρότερα ποσοστά παραπροϊόντων.

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Το υδροξυαιθανικό οξυ συνδυάζει τις ιδιότητες καρβοξυλικού οξέος και αλκοόλης.

΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα

Το υδροξυαιθανικό οξύ είναι μετρίως ασθενές μονοβασικό οξύ, με pKₐ = 3,82. Τα δύο (2) άτομα υδρογόνου του υδροξυλίου (-OH) του υδροξυμεθυλίου (-CH₂OH) δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρ'όλα αυτά το υδροξυαιθανικό οξύ αντιδρά (με το καρβοξύλιό του) ορισμένα μέταλλα μέταλλα και βάσεις σχηματίζοντας άλατα με σύγχρονη έκλυση υδρογόνου ή νερού αντίστοιχα:

Αποκαρβοξυλίωση

1. Με θέρμανση υδροξυαιθανικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα (CH₃OH) και μεθανόλη (CH₃OH)::
2. Με ηλεκτρόλυση υδροξυαιθανικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), παράγονται διοξείδιο του άνθρακα και 1,2-αιθανοδιόλη (HOCH₂CH₂OH):
3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιο (ή βάριο) παράγεται 1,3-διυδροξυπροπανόνη:
4. Με επίδραση βρωμίου (Br₂) σε υδροξυαιθανικό άργυρο (HOCH₂COOAg) παράγεται αρχικά βρωμομεθανόλη (BrCH₂OH, αντίδραση Hunsdiecker), που αφυδροβοριώνεται τελικά σε μεθανάλη:

Αναγωγή

Τo υδροξυαιθανικό οξύ ανάγεται με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄) προς 1,2-αιθανοδιόλη:

Υποκατάσταση υδροξυλίου από αλογόνο

1. Αντίδραση με υδροϊώδιο:
2. Αντίδραση με άλλα αλογόνα (X: F, Cl, Br):

Διαμοριακή αφυδάτωση

Με επίδραση πυκνού θειικού οξέος, σε μέτριες θερμοκρασίες, παράγεται (καρβοξυλομεθοξυ)αιθανικό οξύ :

Ανοικοδόμηση

1. Το υδροξυαιθανικό οξύ μπορεί να ανοικοδομηθεί σε 3-υδροξυπροπανικό οξύ:
Αρχίζει με την παραγωγή ιωδαιθανικού οξέος και μετά κυαναιθανικού οξέος. Το τελευταίο ανάγεται σε β-αλανίνη, που τελικά μετατρέπεται σε 3-υδροξυπροπανικό οξύ

Προσθήκη σε οξιράνιο

Με επίδραση σε οξιράνιο παράγεται (2-υδροξυαιθοξυ)αιθανικό οξύ:

Επίδραση καρβενίων

Παρεμβολή καρβενίων, π.χ. με μεθυλενίου παράγεται μίγμα από γαλακτικό οξύ, μεθοξυαιθανικό οξύ, υδροξυαιθανικός μεθυλεστέρας και 2-υδροξυμεθυλοξιρανόλη:

Εφαρμογές

Εξαιτίας της εξαίρετης ικανότηττάς της να διεισδύει σττο δέρμα, το υδροξυαιθανικό οξύ βρήσκει εφαρμογές σε προϊόντα περιποίησής του, συνήθως με τη μορφή εμποτισμένων επιθεμάτων που εφαρμόζονται από δερματολόγους (στο ιατρείο) με συγκεντρώσεις 20-70% σε υδροξυαιθανικό οξύ και σε οικιακές συσκευασίες (από φαρμακεία) σε μικρότερες συγκεντρώσεις, 10-20% υδροξυαιθανικό οξύ. Εκτός από τη συγκέντρωση του οξέος, όμως, στην ιαματικότητα του διαλύματος (εμποτισμού επιθεμάτων) παίζει μεγάλο ρόλο το pH του. Τα επιθέματα που χρησιμοποιούν απευθείας οι δερματολόγοι έχουν pH μέχρι και 0,6, ενώ αυτά που διατίθενται στα φαρμακεία μέχρι και 2,5. Το υδροξυαιθανικό οξύ χρησιμοποιείται για να βελτιώσει την εμφάνιση και της απαλότητα της επιδερμίδας. Μπορεί να μειώσει τις ρυτίδες, τα σπυράκια ακμής, τις φακίδες και γενικά να βελτιώσει και πολλά άλλα δερματολογικά προβλήματα. Λειτουργεί αντιδρώντας με τα λιπίδια της ανώτερης επιδερμίδας και τελικά επιταχύνοντας την απολέπιση των νεκρών κυττάρων της, εκθέτοντας έτσι τα ζωντανά.
Επίσης το υδροξυαιθανικό οξύ είναι ένα χρήσιμο ενδιάμεσο για παραπέρα οργανικές συνθέσεις, με ένα μεγάλο εύρος αντιδράσεων και παραγώγων, περιλαμβάνονρας διάφορες οξειδοαναγωγές, εστεροποίησης (τόσο με το καρβοξύλιο όοο και με το υδροξύλιο) και πολυμερισμού μακράς αλυσίδας (μέσω αυτοεστεροποίησης). Τα σχετικά πολυμερή της ονομάζονται πολυγλυκονικό οξύ. Είναι ακόμη διαθέσιμα ανάλογα συμπολυμερή (με άλλα υδροξυοξέα), όπως π.χ. το PLGA (πολυγαλακτογλυκολικό οξύ). Το πλεονέκτημα τέτοιων πολυμερών ςίναι ότι είναι βιοδιασπώμενα.
Ανάμεσα σε άλλες εφαρμογές του, το υδροξυαιθανικό οξύ, χρησιμοποιείται στην κλωστοϋφαντουργία, ως αντιδραστήριο βαφής και δέψης, στην επεξεργασία τροφίμων ως αρωματικό μέσο και ως συντηριτικό. Συχνά περιέχεται σε πολυμερή γαλακτώματα, διαλύτες και πρόσθετα σε μελάνι και χρώματα (μπογιές) για να βελτιώσει τη ρευστότητα και τη στιλπνότητα.
Τέλος στα σημαντικά, από εμπορικής άποψης, ορισμένα παράγωγά του, στα οποία συμπεριλαμβάνονται ο υδροξυαιθανικός μεθυλεστέρας (HOCH₂COOCH₃) και ο υδροξυαιθανικός αιθυλεστέρας (HOCH₂COOCH₂CH₃), που αντίθετα με το ίδιο το υδροξυαιθανικό οξύ, είναι αποστάξιμα. Ο υδροξυαιθανικός βουτυλεστέρας (HOCH₂COOCH₂CH₂CH₂CH₃) είναι ένα συστατικό κάποιων βερνικιών, που είναι επιθυμητό επειδή έχει χαμηλή πτητικότητα και καλές διαλυτικές ιδιότητες.

Ασφάλεια

Το υδροξυαιθανικό οξύ είναι ισχυρό ερεθιστικό, ιδιότητα που εξαρτάται από τα επίπεδα του pH. Επιπλέον, όπως και η 1,2-αιθανοδιόλη, μεταβολίζεται σε οξαλικό οξύ, που μπορεί να γίνει επικίνδυνο αν εισαχθεί στον οργανισμό.