Alpha hydroxycarboxylic acid

Alpha hydroxy carboxylic acid, hay α-hydroxy carboxylic acid (AHA), là một nhóm carboxylic acid có nhóm hydroxy nằm cách nhóm acid một nguyên tử carbon. Đặc điểm cấu trúc này giúp phân biệt chúng với beta hydroxy acid, trong đó các nhóm chức đó được ngăn bởi hai nguyên tử carbon.Miltenberger, Karlheinz (2000). "Hydroxycarboxylic Acids, Aliphatic". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a13_507. ISBN 3527306730. Các AHA điển hình bao gồm glycolic acid, lactic acid, mandelic acid và citric acid.

α-Hydroxy acid là những acid mạnh hơn so với các không-alpha-Hydroxy acid tương ứng bởi liên kết hydrogen nội phân tử.Dawson RM và cộng sự (1959). Data for Biochemical Research. Oxford: Clarendon Press.Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, ấn bản thứ 58, tr. D147 (1977)The strength of the hydrogen bonding is refelected also in the Proton nuclear magnetic resonance-spectrum of these compounds: instead of giving rise to a contribution to the broad signal of rapidly exchanged protons (between COOH, OH, NH, etc) in 2-phenyl-2-hydroxyacetic acid (mandelic acid) the proton on the alpha carbon and the proton trapped in the internal hydrogen bridge show a nice pair of doublets instead a singlet (H on alpha-C) and the formentioned broad signal of exchangable protons. So on the NMR-time scale the exchange equilibrium for the alpha-hydroxy group is frozen. AHA có hai công dụng chính: trong công nghiệp, chúng được sử dụng làm phụ gia trong thực phẩm chăn nuôi và làm tiền chất để tổng hợp polymer.Casalini, Tommaso; Rossi, Filippo; Castrovinci, Andrea; Perale, Giuseppe (2019). "A Perspective on Polylactic Acid-Based Polymers Use for Nanoparticles Synthesis and Applications". Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 7: 259. doi:10.3389/fbioe.2019.00259. ISSN 2296-4185. PMC 6797553. PMID 31681741.Storti, G.; Lattuada, M. (ngày 1 tháng 1 năm 2017). Perale, Giuseppe; Hilborn, Jöns (eds.). "8 - Synthesis of bioresorbable polymers for medical applications". Bioresorbable Polymers for Biomedical Applications. Woodhead Publishing: 153–179. doi:10.1016/b978-0-08-100262-9.00008-2. ISBN 978-0-08-100262-9. Truy cập ngày 1 tháng 4 năm 2023.Samantaray, Paresh Kumar; Little, Alastair; Haddleton, David M.; McNally, Tony; Tan, Bowen; Sun, Zhaoyang; Huang, Weijie; Ji, Yang; Wan, Chaoying (2020). "Poly(glycolic acid) (PGA): a versatile building block expanding high performance and sustainable bioplastic applications". Green Chemistry. 22 (13): 4055–4081. doi:10.1039/D0GC01394C. ISSN 1463-9262. S2CID 219749282.Herold, B. C.; Scordi-Bello, I.; Cheshenko, N.; Marcellino, D.; Dzuzelewski, M.; Francois, F.; Morin, R.; Casullo, V. Mas; Anderson, R. A.; Chany, C.; Waller, D. P.; Zaneveld, L. J. D.; Klotman, M. E. (ngày 15 tháng 11 năm 2002). "Mandelic Acid Condensation Polymer: Novel Candidate Microbicide for Prevention of Human Immunodeficiency Virus and Herpes Simplex Virus Entry". Journal of Virology. 76 (22): 11236–11244. doi:10.1128/JVI.76.22.11236-11244.2002. ISSN 0022-538X. PMC 136750. PMID 12388683. Trong mỹ phẩm, chúng được ưa chuộng bởi khả năng tẩy tế bào chết cho da.Nutrition, Center for Food Safety and Applied (ngày 22 tháng 11 năm 2022). "Alpha Hydroxy Acids". FDA.

 Nguồn gốc 
Aldonic acid, một loại acid đường, là một nhóm hydroxycarboxylic acid được tìm thấy trong tự nhiên. Chúng có công thức hóa học chung là HO2C(CHOH)nCH2OH. Gluconic acid, một loại aldonic acid phổ biến, là dẫn xuất bị oxy hóa của glucose.

2-Hydroxy-4-(methylthio)butyric acid là chất trung gian trong quá trình tổng hợp sinh học của 3-dimethylsulfoniopropionate, tiền chất của dimethyl sulfide trong tự nhiên.Curson, Andrew R. J.; 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). "Dimethylsulfoniopropionate biosynthesis in marine bacteria and identification of the key gene in this process" (PDF). Nature Microbiology. 2 (5): 17009. doi:10.1038/nmicrobiol.2017.9. PMID 28191900. S2CID 21460292.

 Tổng hợp 
Một phương pháp tổng hợp phổ biến liên quan đến quá trình thủy phân α-halocarboxylic acid, tiền chất dễ tìm kiếm, tạo thành 2-hydroxycarboxylic acid. Quá trình sản xuất glycolic acid thường tuân theo phương pháp này, sử dụng phản ứng với base, sau đó là xử lý với acid. Tương tự, acid không no, các ester fumarate và maleate trải qua quá trình hydrate hóa để tạo ra dẫn xuất malic acid, và 3-hydroxypropionic acid từ acrylic acid.Miltenberger K (2000). "Hydroxycarboxylic Acids, Aliphatic". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. doi:10.1002/14356007.a13_507. ISBN 978-3527306732.

 R-CH(Cl)CO_2H\ +\ H_2O\ \rightarrow\ R-CH(OH)CO_2H\ +\ HCl

Một phương pháp tổng hợp α-hydroxy acid khác liên quan đến việc cho hydrogen cyanide phản ứng với ketone hoặc aldehyde, rồi tiến hành quá trình thủy phân trong môi trường acid của chất trung gian cyanohydrin.Vollhardt KP, Schore NE (ngày 29 tháng 1 năm 2018). Organic chemistry: structure and function (ấn bản thứ 8). New York: W. H. Freeman, Macmillan Learning. ISBN 9781319079451. OCLC 1007924903.

 R-CHO\ +\ HN\ \rightarrow\ R-CH(OH)CN
 R-CH(OH)CN\ +\ 2H_2O\ \rightarrow\ R-CH(OH)CO_2H\ +\ NH_3

Một số phương pháp chuyên biệt gồm phản ứng của các "dilithium" carboxylic acid với oxygen, rồi được xử lý trong môi trường nước.Smith, Michael B.; March, Jerry (2007), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (ấn bản thứ 6), New York: Wiley-Interscience, tr. 813, .

 R-CHLiCO_2Li\ +\ O_2\ \rightarrow\ R-CH(O_2Li)CO_2Li
 R-CH(O_2Li)CO_2Li\ +\ H^+\ \rightarrow\ R-CH(OH)CO_2H\ +\ 2{Li}^+\ +\ ...

Ngoài ra, α-keto aldehyde có thể chuyển hoá thành α-hydroxy acid thông qua phản ứng Cannizzaro.Smith, Michael B.; March, Jerry (2007), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (ấn bản thứ 6), New York: Wiley-Interscience, tr. 1864, .

 R-C(O)CHO\ +\ 2{OH}^-\ \rightarrow\ R-CH(OH)CO_2^-\ +\ H_2O

 Công dụng 
Việc tổng hợp và sử dụng các polymer dựa trên lactic acid, bao gồm polylactic acid (PLA) và ester vòng của nó, tức lactide, được dùng để tạo ra các vật liệu phân hủy sinh học như cấy ghép y tế, hệ thống phân phối thuốc vào cơ thể và chỉ khâu phẫu thuật. Tương tự, glycolic acid là tiền chất để phát triển polyglycolide (PGA), một loại polymer nổi bật với độ kết tinh cao, ổn định nhiệt và độ bền cơ học. Cả PLA và PGA đều có khả năng phân huỷ sinh học hoàn toàn.

Mandelic acid, một alpha hydroxy acid khác, khi kết hợp với sulfuric acid sẽ tạo thành "SAMMA". Các nghiên cứu ban đầu vào năm 2002 và 2007 đối với các tác nhân gây bệnh đáng chú ý như virus gây suy giảm miễn dịch ở người (HIV) và virus herpes simplex (HSV) cho thấy SAMMA cần được nghiên cứu thêm như một chất sát khuẩn tại chỗ để ngăn ngừa bệnh lây truyền qua đường tình dục.Chang, Theresa L.; Teleshova, Natalia; Rapista, Aprille; Paluch, Maciej; Anderson, Robert A.; Waller, Donald P.; Zaneveld, Lourens J.D.; Granelli-Piperno, Angela; Klotman, Mary E. (ngày 2 tháng 10 năm 2007). "SAMMA, a mandelic acid condensation polymer, inhibits dendritic cell-mediated HIV transmission". FEBS Letters. 581 (24): 4596–4602. doi:10.1016/j.febslet.2007.08.048. ISSN 0014-5793. PMC 2018605. PMID 17825297.

2-Hydroxy-4-(methylthio)butyric acid, một alpha hydroxy carboxylic acid, được sử dụng với hỗn hợp racemic để thay thế methionine trong thực phẩm chăn nuôi.Lemme, A.; Hoehler, D.; Brennan, JJ; Mannion, PF (2002). "Relative effectiveness of methionine hydroxy analog compared to DL-methionine in broiler chickens". Poultry Science. 81 (6): 838–845. doi:10.1093/ps/81.6.838. PMID 12079051.

α-Hydroxy acid, chẳng hạn glycolic acid, lactic acid, citric acid và mandelic acid, là tiền chất trong tổng hợp chất hữu cơ, tham gia sản xuất công nghiệp nhiều hợp chất khác nhau.Ritzer E, Sundermann R (2000). "Hydroxycarboxylic Acids, Aromatic". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. doi:10.1002/14356007.a13_519. ISBN 978-3527306732. Các acid này được sử dụng để tổng hợp aldehyde qua quá trình cắt mạch oxy hóa.Ôeda H (1934). "Oxidation of some α-hydroxy-acids with lead tetraacetate". Bulletin of the Chemical Society of Japan. 9 (1): 8–14. doi:10.1246/bcsj.9.8.Nwaukwa S, Keehn P (1982). "Oxidative cleavage of α-diols, α-diones, α-hydroxy-ketones and α-hydroxy- and α-keto acids with calcium hypochlorite [Ca(OCl)2]". Tetrahedron Letters. 23 (31): 3135–3138. doi:10.1016/S0040-4039(00)88578-0. α-Hydroxy acid dễ bị decarbonyl hóa bởi xúc tác acid, tạo ra carbon monoxide, ketone hoặc aldehyde, và nước là sản phẩm phụ.Chandler NR (1993). Principles of organic synthesis. Coxon, J. M. (James Morriss), 1941- (ấn bản thứ 3). London: Blackie Academic & Professional. ISBN 978-0751401264. OCLC 27813843.

 An toàn 
Alpha hydroxy acid an toàn khi sử dụng trên da với liều lượng khuyến cáo. Tác dụng phụ thường gặp là kích ứng nhẹ, mẩn đỏ và bong tróc da. FDA và CIR đều cho rằng alpha hydroxy acid an toàn khi sử dụng, miễn là ở nồng độ thấp, độ pH lớn hơn 3,5 và bao gồm hướng dẫn an toàn đầy đủ. 

FDA đã cảnh báo người tiêu dùng nên thận trọng khi sử dụng alpha hydroxy acid sau khi một nghiên cứu phát hiện ra rằng chúng có thể làm tăng khả năng bị cháy nắng. Ảnh hưởng này có thể hồi phục sau khi ngừng sử dụng alpha hydroxy acid. Một số nguồn tin khác cho rằng glycolic acid có thể bảo vệ da khỏi tác hại của ánh nắng mặt trời.

 Tham khảo