Ungesättigte aliphatische Säuren

Eine Reihe von Säuren, die in der organischen Chemie von Bedeutung sind, enthalten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen.

Es gibt α,β-ungesättigte Säuren, bei denen die Doppelbindung zwischen dem zweiten und dritten Kohlenstoff der Kette liegt, sowie ungesättigte Säuren, bei denen die Doppelbindung in anderen Positionen auftritt. Obwohl viele dieser letzteren Säuren in der Natur vorkommen, sind sie weniger leicht zu synthetisieren als α,β-ungesättigte Säuren. Ester der Acrylsäure (Ethyl- und Butylacrylat) und Methacrylsäure (Methylmethacrylat) sind wichtige Monomere für die Synthese von Polymeren. Methylmethacrylat polymerisiert zu einem starken, transparenten Feststoff, der als Kunststoff unter Markenbezeichnungen wie Plexiglas und Lucite verwendet wird. Das trans-Isomer der Crotonsäure ist im Croton-Öl enthalten. Das cis-Isomer kommt in der Natur nicht vor, konnte aber im Labor synthetisiert werden. Angelsäure und Tiglinsäure sind ein cis-trans-Isomerpaar. Angelikasäure kommt als Ester in der Angelikawurzel vor, während Tiglinsäure in Krotonöl und in verschiedenen anderen Naturprodukten vorkommt.

Rizinolsäure, eine ungesättigte Hydroxysäure (d.h. eine Säure mit einer -OH-Gruppe), kommt in Rizinusöl vor. Wenn diese Säure pyrolysiert wird (unter Luftabschluss erhitzt), zerfällt sie zu Undecylensäure und n-Heptaldehyd.

Das Zinksalz der Undecylensäure wird zur Behandlung von Pilzinfektionen der Haut, insbesondere Tinea pedis (Fußpilz), verwendet. Ester dieser Säure werden in der Parfümerie verwendet. Sorbinsäure, CH3CH=CHCH=CHCOOH, die zwei konjugierte Doppelbindungen aufweist (d. h. zwei Doppelbindungen, die nur durch eine Einfachbindung getrennt sind), und ihr Kaliumsalz (Kaliumsorbat) werden als Konservierungsmittel in vielen Lebensmitteln sowie in deren Verpackungsmaterialien verwendet, da sie das Wachstum von Schimmelpilzen und anderen Pilzen hemmen.

Viele ungesättigte Säuren kommen in Fetten vor.

Diese natürlich vorkommenden ungesättigten Fettsäuren haben bestimmte Eigenschaften. (1) Wenn es zwei oder mehr Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen gibt, ist jede Doppelbindung von der nächsten durch eine CH2-Gruppe (Methylen genannt) getrennt. (2) Praktisch alle Doppelbindungen in diesen und anderen natürlich vorkommenden ungesättigten Fettsäuren haben die cis-Konfiguration. (3) Linol- und Linolensäure werden vom menschlichen Körper benötigt, er kann sie jedoch nicht synthetisieren. Sie müssen mit der Nahrung aufgenommen werden und werden daher als essentielle Fettsäuren bezeichnet. (4) Viele ungesättigte Fettsäuren sind bei Zimmertemperatur flüssig, im Gegensatz zu den gesättigten Stearin- (C18) und Arachidinsäuren (C20), die fest sind. Der Grund dafür ist, dass die regelmäßige Natur der gesättigten Kohlenwasserstoffketten es den Molekülen im Feststoff ermöglicht, sich in einer engen parallelen Anordnung zu stapeln, während das Vorhandensein von cis-Doppelbindungen in den ungesättigten Kohlenwasserstoffketten diese Anordnung aufbricht und die Moleküle zwingt, weiter auseinander zu bleiben. Da die Moleküle in den ungesättigten Fettsäuren nicht so dicht beieinander liegen, ist weniger Energie erforderlich, um sie zu trennen, und es ergibt sich ein niedrigerer Schmelzpunkt. Diese Situation findet ihre Entsprechung in den Fetten selbst, die Ester dieser langkettigen Carbonsäuren sind, deren Alkoholkomponente Glycerin, (HOCH2)2CHOH, ist. Feste Fette, die meist aus tierischen Quellen stammen, haben einen hohen Anteil an gesättigten Fettsäuren. Flüssige Fette (oft Öle genannt), die hauptsächlich aus Pflanzen oder Fischen gewonnen werden, haben einen hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren. Eine Ausnahme bildet Kokosnussöl, das zwar aus einer Pflanze gewonnen wird, aber nur einen geringen Anteil an ungesättigten Fettsäuren aufweist. Die Liquidität ist in diesem Fall auf den hohen Anteil an Laurinsäure (C12) zurückzuführen, die ein niedriges Molekulargewicht hat. Mehrfach ungesättigte Fette können als solche definiert werden, die im Durchschnitt mehr als eine Doppelbindung pro Fettsäuremolekül enthalten.

Arachidonsäure ist wichtig, weil der menschliche Körper sie als Ausgangsmaterial für die Synthese von zwei Arten lebenswichtiger Substanzen verwendet, den Prostaglandinen und den Leukotrienen, die beide ebenfalls ungesättigte Carbonsäuren sind. Beispiele sind PGE2 (ein Prostaglandin) und LTB4 (ein Leukotrien). Das Symbol PG steht für Prostaglandin, E für das Vorhandensein einer Ketogruppe am fünfgliedrigen Ring und die tiefgestellte Zahl 2 für zwei Doppelbindungen. In ähnlicher Weise steht LT für Leukotrien, B für eine Form und der Index 4 für vier Doppelbindungen.

Prostaglandine und Leukotriene werden in geringen Mengen gebildet, sind aber von Bedeutung, weil sie als Hormonvermittler wirken. Einige Prostaglandine erhöhen den Blutdruck, während andere ihn senken. PGE2 löst bei schwangeren Frauen die Wehen aus und wird zu diesem Zweck sowie für therapeutische Schwangerschaftsabbrüche medizinisch eingesetzt. Die PGEs und einige andere PGs unterdrücken Magengeschwüre und scheinen Magengeschwüre zu heilen. Das PGE1-Analogon Misoprostol wird derzeit zur Vorbeugung von Ulzerationen eingesetzt, die mit der Einnahme von nichtsteroidalen Antirheumatika (NSAIDs) einhergehen.

Ungesättigte Säuren weisen chemische Eigenschaften auf, die von Verbindungen erwartet werden, die sowohl eine COOH-Gruppe als auch eine oder mehrere Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen enthalten. Wie alle Carbonsäuren sind sie sauer; sie können zu Alkoholen reduziert werden; sie können in Säurederivate umgewandelt werden; und wie andere Verbindungen mit Doppelbindungen können sie die üblichen Doppelbindungs-Additionsreaktionen und Oxidations-Reduktionsreaktionen eingehen.