Διυδροξυακετόνη

Διυδροξυακετόνη
Γενικά
Όνομα IUPAC	1,3-διυδροξυπροπανόνη
Άλλες ονομασίες	Διυδροξυακετόνη; Γλυκερόνη
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C3H6O3
Μοριακή μάζα	90,078 amu
Σύντομος; συντακτικός τύπος	HOCH2CH2OH
Συντομογραφίες	DHA
Αριθμός CAS	96-26-4
SMILES	O=C(CO)CO
Αριθμός EINECS	202-494-5
Αριθμός UN	O10DDW6JOO
PubChem CID	670
ChemSpider ID	650
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	63 (τουλάχιστον)
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	80-91 °C
Χημικές ιδιότητες
	Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Η διυδροξυακετόνη ή 1,3-διυδροξυπροπανόνη^[1] ή γλυκερόνη (συντομογραφικά DHA: DiHydroxyAcetone), είναι η απλούστερη κετόζη και συγκεκριμένα μια «τριόζη»^[2]. Χρησιμοποιείται συνήθως ως συστατικό αντιλιακών προϊόντων. Συχνά λαμβάνεται από φυτικές πηγές, όπως τα ζαχαρότευτλα και τα ζαχαροκάλαμα, αλλά και από ζύμωση της γλυκερίνης.

Δομή

Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
Δεσμοί^[3]
C-H	σ	2sp³-1s	109 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-C	σ	2sp³-2sp²	151 pm
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο^[4]
Ο (COH)	-0,51
Ο (C=O)	-0,38
Η (H-C)	+0,03
C_#1,#3	+0,13
Η (H-O)	+0,32
C_#2	+0,38

Ισομέρεια

Με βάση το χημικό της τύπο, C₃H₆O₃, έχει τα ακόλουθα (τουλάχιστον) σταθερά ισομερή θέσης:

Κυκλοπροπανοτριόλη-1,2,3 (σε δύο (2) γεωμετρικά ισομερή).
2,3-διυδροξυπροπανάλη με σύντομο συντακτικό τύπο HOCH₂CH(OH)CHO (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
Μεθοξυδροξυαιθανάλη με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃OCH(OH)CHO (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
(Υδροξυμεθοξυ)αιθανάλη με σύντομο συντακτικό τύπο ΗΟCH₂OCH₂CHO.
2-υδροξυπροπανικό οξύ ή γαλακτικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH(OH)COOH (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
3-υδροξυπροπανικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο ΗΟCH₂CH₂COOH.
Μεθοξυαιθανικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃OCH₂COOH.
Υδροξυαιθανικός μεθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο ΗOCH₂COOCH₃.
Αιθανικός υδροξυμεθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃COOCH₂OH.
Ανθρακικός αιθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο HOCOOCH₂CH₃.
Ανθρακικός διμεθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃OCOOCH₃.
Μεθανικός 1-υδροξυαιθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο ΗCOOCH(OH)CH₃ (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
Μεθανικός 2-υδροξυαιθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο ΗCOOCH₂CH₂OH.
Μεθανικός μεθοξυμεθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο ΗCOOCH₂OCH₃.
Προπανικό υπεροξύ με σύντομο συντακτικό τύπο CH₃CH₂CO₃H.
1,3-επιτριοξυπροπάνιο ή 1,2,3-τριοξάνιο.
1',2-επιδιοξυμεθοξυαιθάνιο ή 1,2,4-τριοξάνιο.
Διμεθοξυ-1',1"-εποξυμεθάνιο ή 1,3,5-τριοξάνιο.
1,2-επιτριοξυαιθάνιο ή μεθυλο-1,2,3-τριοξολάνιο.
1,1'-επιδιοξυμεθοξυαιθάνιιο ή μεθυλο-1,2-4-τριοξολάνιο.
1,3-επιδιοξυπροπανόλη-1 ή 3-υδροξυ-1,2-διοξολάνιο.
1,3-επιδιοξυπροπανόλη-2 ή 4-υδροξυ-1,2-διοξολάνιο.
1,2'-εποξυαιθυλοξυμεθανόλη ή 3-υδροξυ-1,3-διοξολάνιο.
1',2-εποξυμεθυλοαιθανόλη ή 4-υδροξυ-1,3-διοξολάνιο.
1,1-επιτριοξυπροπάνιο ή αιθυλοτριοξετάνιο.
2,2-επιτριοξυπροπάνιο ή διμεθυλοτριοξετάνιο.
1,2-επιδιοξυπροπανόλη-2 ή 3-μεθυλο-3-υδροξυ-1,2-διοξετάνιο.
1,2-επιδιοξυπροπανόλη-1 ή 4-μεθυλο-3-υδροξυ-1,2-διοξετάνιο.
2,3-επιδιοξυπροπανόλη-1 ή υδροξυμεθυλο-1,2-διοξετάνιο.
1,2-επιδιοξυμεθοξυαιθάνιο ή μεθοξυ-1,2-διοξετάνιο.
1,1'-εποξυ-1-μεθοξυαιθανόλη ή 2-μεθυλο-2-υδροξυ-1,3-διοξετάνιο.
Αιθοξυ-1,1'-εποξυμεθανόλη ή 4-μεθυλο-2-υδροξυ-1,3-διοξετάνιο.
1',2-εποξυ-2-μεθοξυαιθανόλη ή υδροξυμεθυλο-1,3-διοξετάνιο.
Διμεθοξυ-1,1'-εποξυμεθάνιο ή μεθοξυ-1,3-διοξετάνιο.
1,3-εποξυπροπανοδιόλη-1,1 ή 2,2-διυδροξυοξετάνιο.
1,3-εποξυπροπανοδιόλη-1,2 ή 2,3-διυδροξυοξετάνιο.
1,3-εποξυπροπανοδιόλη-1,3 ή 2,4-διυδροξυοξετάνιο.
1,3-εποξυπροπανοδιόλη-2,2 ή 3,3-διυδροξυοξετάνιο.
1,1-επιδιοξυπροπανόλη-1 ή 1-αιθυλο-1-υδροξυδιοξιράνιο.
1,1-επιδιοξυπροπανόλη-2 ή (1-υδροξυαιθυλο)διοξιράνιο.
3,3-επιδιοξυπροπανόλη-1 ή (2-υδροξυαιθυλο)διοξιράνιο.
2,2-επιδιοξυπροπανόλη-1 ή μεθυλο(υδροξυμεθυλο)διοξιράνιο.
1,1-επιδιοξυ-1-μεθοξυαιθάνιο ή μεθοξυμεθυλοδιοξιράνιο.
1,2-εποξυπροπανοδιόλη-1,1 ή 2,2-διυδροξυοξιράνιο.
1,2-εποξυπροπανοδιόλη-1,2 ή 2,3-διυδροξυοξιράνιο.
2,3-εποξυπροπανοδιόλη-1,2 ή 1-υδροξυ-1-υδροξυμεθυλοοξιράνιο.
1,2-εποξυπροπανοδιόλη-1,3 ή 1-υδροξυ-2-υδροξυμεθυλοοξιράνιο.
1,2-εποξυ-1-μεθοξυαιθανόλη ή 1-μεθοξυ-1-υδροξυοξιράνιο.
1,2-εποξυ-2-μεθοξυαιθανόλη ή 2-μεθοξυ-1-υδροξυοξιράνιο.
2,3-εποξυπροπανοδιόλη-1,1 ή διυδροξυμεθυλοξιράνιο.

Παραγωγή

Με μερική οξείδωση γλυκερίνης

Με μερική οξείδωση γλυκερίνης, με σχετικά ήπια οξειδωτικά μέσα, όπως το τριοξείδιο του χρωμίου ή υπεροξείδιο του υδρογόνου, με χρήση αλάτων σιδήρου ως καταλύτη, παράγεται και η ισομερής γλυκεριναλδεΰδη^[5]:

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

Διυδροξυλίωση προπιν-2-όλης

Η διυδροξυλίωση προπιν-2-όλης, αντιστοιχεί σε προσθήκη H₂O₂^[6]:

Επίδραση καρβονικού οξέος και υπεροξείδιου του υδρογόνου:

$\mathrm {HC\equiv CCH_{2}OH+H_{2}O_{2}{\xrightarrow {RCOOH}}HOCH=C(OH)CH_{2}OH{\xrightarrow {}}HOCH_{2}COCH_{2}OH}$

Αρχικά παράγεται η ασταθής ταυτομερής προπενοτριόλη-1,2,3, που ισομερίζεται τάχιστα (κυρίως) προς διυδροξυακετόνη.

Βιοχημικός ρόλος

Η φωσφοδιυδροξυακετόνη (DHAP, δηλαδή ο μονοφωσφορικός εστέρας της διυδροξυακετόνης) παίρνει μέρος στη γλυκόλυση και ως ενδιάμεσο προϊόν στο μεταβολισμό της φρουκτόζης.

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Αναγωγή προς γλυκερίνη

Μπορεί να αναχθεί προς γλυκερίνη με τις ακόλουθες μεθόδους^[7]

1. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄):

$\mathrm {4HOCH_{2}COCH_{2}OH+LiAlH_{4}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}4HOCH_{2}CH(OH)CH_{2}OH+LiAlO_{2}}$

2. Με καταλυτική υδρογόνωση:

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

Αναγωγή προς προπανοδιόλη-1,3

Μπορεί να αναχθεί προς προπανοδιόλη-1,3 με την αντίδραση Clemensen^[8]

$\mathrm {HOCH_{2}COCH_{2}OH+2Zn+2HCl{\xrightarrow {}}HOCH_{2}CH_{2}CH_{2}OH+ZnO+ZnCl_{2}}$

Αντιδράσεις με αζωτούχες ενώσεις

Αντιδρά με αρκετά είδη αζωτούχων ενώσεων του γενικού τύπου NH₂A, όπου το A μπορεί να είναι υδρογόνο, αλκύλιο, υδροξύλιο, αμινοξάδα και διάφορα άλλα. Με βάση το γενικό τύπο η γενική αντίδραση είναι η ακόλουθη^[9]:

$\mathrm {HOCH_{2}COCH_{2}OH+NH_{2}A{\xrightarrow {}}HOCH_{2}C(=NA)CH_{2}OH+H_{2}O}$

Μερικά σχετικά παραδείγματα αμέσως παρακάτω:

1. Με αμμωνία παράγεται 2-ιμινοπροπανοδιόλη-1,3. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = H:

$\mathrm {HOCH_{2}COCH_{2}OH+NH_{3}{\xrightarrow {}}HOCH_{2}C(=NH)CH_{2}OH+H_{2}O}$

2. Με πρωτοταγείς αμίνες (RNH₂) παράγεται 2-(αλκυλιμινο)προπανοδιόλη-1,3. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = R:

$\mathrm {HOCH_{2}COCH_{2}OH+RNH_{2}{\xrightarrow {}}HOCH_{2}C(=NR)CH_{2}OH+H_{2}O}$

3. Με υδροξυλαμίνη παράγεται 2-(υδροξυλιμινο)προπανοδιόλη-1,3. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = OH:

$\mathrm {CH_{3}COCH_{3}+NH_{2}OH{\xrightarrow {}}HOCH_{2}C(=NOH)CH_{2}OH+H_{2}O}$

4. Με υδραζίνη παράγεται αρχικά 2-υδραζοπροπανοδιόλη-1,3 και με περίσσεια προπανάλης (δι((υδροξυμεθυλο)μεθυλενο)υδραζόνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NH₂:

$\mathrm {HOCH_{2}COCH_{2}OH+NH_{2}NH_{2}{\xrightarrow {-H_{2}O}}(HOCH_{2}C(=NHNH_{2})CH_{2}OH{\xrightarrow {+HOCH_{2}COCH_{2}OH}}(HOCH_{2})_{2}C=NN=C(CH_{2}OH)_{2}}$

5. Με φαινυλυδραζίνη παράγεαι 2-(φαινυλυδραζο)προπανοδιόλη-1,3. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NHPh::

$\mathrm {HOCH_{2}COCH_{2}OH+NH_{2}NHPh{\xrightarrow {}}HOCH_{2}C(NHNHPh)CH_{2}OH+H_{2}O}$

6. Με υδραζινομεθαναμίδιο παράγεται ((δι(υδροξυμεθυλο)μεθυλενο)υδραζο)μεθαναμίδιο. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NCONH₂:

$\mathrm {HOCH_{2}COCH_{2}OH+H_{2}NNHCONH_{2}{\xrightarrow {}}HOCH_{2}C(=NHNHCONH_{2})CH_{2}OH+H_{2}O}$

Συμπύκνωση με «ενεργές» μεθυλενομάδες

Με την επίδραση «ενεργών» μεθυλενομάδων, δηλαδή ενώσεων του γενικού τύπου XCH₂Y, όπου X,Y ηλεκτραρνητικές ομάδες όπως π.χ. κυανομάδα (CN), καρβαλκοξυομάδα (COOR), έχουμε την αντίδραση Knoevenagel^[10]:

$\mathrm {HOCH_{2}COCH_{2}OH+XCH_{2}Y{\xrightarrow {OH^{-}}}(HOCH_{2})_{2}C=C(X)Y+H_{2}O}$

Παραπομπές και σημειώσεις

↑ Τυπικά θα ήταν 1,3-διυδροξυπροπανόνη-2, αλλά ο αριθμός θέσης 2 για την κετομάδα είναι πλεονασμός εδώ, γιατί αν πήγαινε σε άλλη θέση σχηματίζεται η ισομερής γλυκεριναλδεΰδη. Οι αριθμοί θέσης των υδροξυλομάδων, όμως, χρειάζονται, γιατί ναι μεν είναι η μοναδική σταθερή διυδροξυπροπανόνη, αλλά υπάρχει η ασταθής 1,1-διυδροξυπροπανόνη, που είναι η ασταθής ενυδατωμένη μορφή της 3-υδροξυοξοπροπανάλης.
↑ Σάκχαρο με τρία (3) άτομα άνθρακα.
↑ 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.
↑ Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.2.
↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.9.
↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.2.
↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.152, §6.2.6β.
↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218-219, §9.5.6.
↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.9.

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.

[1] Τυπικά θα ήταν 1,3-διυδροξυπροπανόνη-2, αλλά ο αριθμός θέσης 2 για την κετομάδα είναι πλεονασμός εδώ, γιατί αν πήγαινε σε άλλη θέση σχηματίζεται η ισομερής γλυκεριναλδεΰδη. Οι αριθμοί θέσης των υδροξυλομάδων, όμως, χρειάζονται, γιατί ναι μεν είναι η μοναδική σταθερή διυδροξυπροπανόνη, αλλά υπάρχει η ασταθής 1,1-διυδροξυπροπανόνη, που είναι η ασταθής ενυδατωμένη μορφή της 3-υδροξυοξοπροπανάλης.

[2] Σάκχαρο με τρία (3) άτομα άνθρακα.

[3] 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.

[4] Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα

[5] Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.2.

[6] Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.9.

[7] Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.2.

[8] Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.152, §6.2.6β.

[9] Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218-219, §9.5.6.

[10] Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.9.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]