Cétoacide

Définition

Un cétoacide est un acide organique qui contient un groupe fonctionnel carbonyle (>C═O, cétone) et un groupe acide carboxylique (−COOH). Les cétoacides sont utilisés pour les patients atteints de maladie rénale chronique. Leur rôle est de soulager l'accumulation de déchets azotés et d'autres substances toxiques à l'intérieur du corps.

Des cétoacides :

Réactions des α-cétoacides (à gauche) et formules d'acides cétocarboxyliques (acide pyruvique -en haut-, acide acétoacétique et acide lévulinique -en bas-). Les cétoacides ont les propriétés chimiques des cétones et des acides carboxyliques.

Explications

Les cétoacides ou oxoacides sont des acides carboxyliques contenant deux groupes fonctionnels, avec un groupe carbonyle >C═O en plus d'un groupe carboxyle −COOH.

Parmi les différentes classes de cétoacides, particulièrement importantes en biologie se trouvent les α-cétoacides (groupe céto adjacent à l'acide carboxylique), car ils sont impliqués dans le cycle de Krebs et dans la glycolyse. Dès que le cétoacide est ajouté, l'enzyme redevient active.

Des exemples de cétoacides sont l'acide pyruvique et l'acide acétoacétique. L'acide pyruvique, un composé organique de formule C₃H₄O₃, l'α-cétoacide le plus simple, découvert par le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius (1779–1848) en 1835, qui l'a reçu par distillation soigneuse (pas plus de 220 °C) du raisin et des acides tartriques.

Types

Selon la position mutuelle de ces groupes fonctionnels, il existe :

• α-cétoacides (alpha, 2-oxoacide);
• β-cétoacides (bêta, 3-oxoacide);
• γ-cétoacides (gamma, 4-oxoacide).

Certains α- et β-cétoacides sont au coeur des processus métaboliques. Les α- ou β-cétoacides ne subissent pas de réduction de Clemmensen. Les α-cétoacides sont produits par l'oxydation des acides α-hydroxy. Les β-cétoacides, du fait de leur instabilité, sont obtenus à partir d'esters par condensation de Claisen.

Famille et analogues de cétoacides

La famille d'enzymes dépendantes des α-cétoacides est importante dans la biosynthèse de divers composés biologiques. En plus de l'hydroxylation des peptides contenant de la proline et de la lysine, ces enzymes sont impliquées dans la biosynthèse des pénicillines, des céphalosporines et de l'acide clavulanique et des composés apparentés.

Les analogues de cétoacides contiennent des acides aminés essentiels proportionnés de manière appropriée pour répondre aux besoins de la synthèse humaine tout en réduisant la production de déchets métaboliques.

Les enzymes dépendantes de l'α-cétoacide se distinguent des autres enzymes de fer non héminique par leur besoin absolu d'un cofacteur d'α-cétoacide, généralement l'α-cétoglutarate et l'ascorbate ainsi que Fe(II) et O₂ pour l'activité. L'α-cétoglutarate est décarboxylé et un atome d'oxygène introduit dans le succinate formé.

Ce groupe d'enzymes effectue l'hydroxylation des liaisons C–H, les transferts d'atomes d'oxygène, la formation de cycles hétérocycliques ou les réactions de désaturation.

Les exemples incluent la proline 4-hydroxylase, la prolyl et la lysyl hydroxylase, qui hydroxylent des résidus prolyl et lysyl spécifiques dans le collagène, importants pour sa maturation, la clavaminate synthase, une enzyme clé dans la résistance bactérienne aux antibiotiques, car elle est impliquée dans la synthèse de l'acide clavulanique, un important inhibiteur de β-lactamase; et la 4-hydroxyphénylpyruvate dioxygénase, qui convertit le 4-hydroxyphénylpyruvate en homogentisate, une étape importante dans le catabolisme de la phénylalanine et de la tyrosine chez les mammifères.

Alpha-cétoacides

Les alpha-cétoacides (α-cétoacides) sont la forme désaminée des acides aminés, qui ont été utilisés dans plusieurs applications dans les industries de la médecine, de l'alimentation et des aliments pour animaux. in vivo, les α-cétoacides sont des précurseurs cétogènes ou glucogéniques, qui régulent le renouvellement des protéines.

Étant donné que les α-cétoacides n'ont pas de groupes amino, la substitution des acides aminés par leurs α-cétoacides spécifiques dans l'alimentation aide les reins et le foie à réduire l'accumulation d'urée dans le corps.

De plus, les α-cétoacides sont utilisés dans l'alimentation des animaux, en particulier dans l'industrie de la volaille en tant que complément nutritif pour les problèmes environnementaux et de croissance animale. De plus, plusieurs α-cétoacides ont été signalés comme étant utilisés comme exhausteurs de goût dans l'industrie alimentaire. Les caractéristiques, les méthodes de production chimiques et biologiques, les analyses de détection et l'application de divers α-cétoacides sont connues.

L'α-cétoacide ou les 2-oxoacides 2 se distinguent par la présence d'un fragment céto supplémentaire en position α du groupe acide carboxylique 2'. Compte tenu de leur importance, de nombreux α-cétoacides à base aryle, hétéroaryle, alkyle ou H ont été synthétisés depuis quelques années.

Le développement de la chimie des acides α-cétoacides ou acides α-oxocarboxyliques a montré un rôle important dans la synthèse organique et la chimie médicinale telles que les réactions de couplage croisé, les réactifs acylants, etc. Le rôle des α-cétoacides dans la synthèse organique a commencé initialement sur la base de réactions de condensation et d'estérification.

Cependant, afin de construire de nouveaux échafaudages moléculaires, la réactivité de la chimie du carbonyle dans l'α-cétoacide a été comprise et exploitée en ciblant l'unité carbonyle déficiente en électrons par des nucléophiles à base de O−, N− et S−.

Réactions des cétoacides

Un nombre important de réactions importantes de transfert d'acyle d'un α-cétoacide existent, telles que l'acylation directe, l'ortho-acylation, l'acylation d'hétéroatomes et une diversité de réactions de cyclisation utilisant un α-cétoacide comme matériau de départ.

Tout comme une belle au bois dormant, les acides α-oxocarboxyliques ont été réveillés d'un sommeil de 17 ans pour devenir des réactifs importants dans les réactions d'acylation classiques et nouvelles.

La caractéristique plus verte du coproduit formé dans les réactions utilisant de l'α-cétoacide (uniquement du CO₂), ainsi que sa polyvalence en tant que bloc de construction dans la synthèse organique catalytique, l'accréditent comme candidat à l'agent acylant vert, une alternative au chlorure d'acyle et à d'autres réactifs de transfert d'acyle.

Des percées impressionnantes ont été réalisées principalement au cours de la décennie 2010–2020 dans le développement de nouvelles réactions catalytiques pour la formation de liaisons C–C, C–N et C–S à l'aide d'α-cétoacides.

Les α-cétoacides sont extrêmement importants en tant qu'agents acylants comme la monoacylation des pyridines catalysée par l'argent via un intermédiaire radical acyle. Ils sont également importants dans la formation d'hétérocycles basés sur des liaisons C–C, C–N et C–S.

De plus, l'utilisation d'α-cétoacides comme agents acylants est une approche bien meilleure, plus fiable et plus écologique que l'utilisation de carbonyl diimidazole (CDI), d'anhydrides, d'halogénures d'acyle et de thioesters, qui produisent des déchets et des substances toxiques dans la réaction.

Lors de l'utilisation d'α-cétoacides, aucun additif ou agent d'activation tel que DCC, DIC, HATU, PyBOP, etc. n'est requis qui génère des matériaux toxiques indésirables. De la même manière, les α-cétoacides catalysés par des métaux de transition entraînent des réactions de couplage croisé décarboxylatif via des intermédiaires radicalaires, par exemple, le couplage croisé catalysé par Pd des α-cétoacides dans les réactions d'acylation.

En rapport avec "cétoacide"

• acétoacétate

  

  L'acétoacétate est un anion d'acide monocarboxylique 3-oxo (C4H5O3-) qui est la base conjuguée de l'acide acétoacétique (ou acide acétylacétique).

• acide acétoacétique

  

  L'acide acétoacétique est un acide synonyme de acide acétylacétique, nom commun de l'acide 3-oxobutanoïque.

• aliment acide

  

  Un aliment acide qualifie un aliment qui produit des résidus acides en tant que résidu alimentaire.

• aminoacide

  

  Un aminoacide, ou acide aminé, exprime les qualités d'un composé organique contenant à la fois le groupe amino (NH2 azoté ou -NR2 substitué) et le groupe...