Оксикислоты: особенности химических свойств. Явление оптической изомерии. Понятие о рацематах

Оксикислоты - производные кислот, которые получаются в результате замещения одного или нескольких атомов во­дорода в радикале кислоты одной или несколькими гидроксильными (спиртовыми) группами.

В простейших случаях оксикислоты содержат одну карбоксильную и одну гидроксогруппу, тогда их общая формула будет:

Более общая формула оксикислот:

Таким образом, оксикислоты имеют две различные функциональные группы: карбоксильную (кислотную) и гидроксильную (спиртовую) группы.

Соединения, содержащие различные функцио­нальные группы, обычно называются соединениями со смешанными функциями.

В зависимости от наличия одного или нескольких карбоксилов ок­сикислоты делят на одноосновные (с одним карбоксилом), двухосновные (с двумя карбоксилами), трехосновные (с тремя карбоксилами) и т. д.

По числу спиртовых гидроксилов различают монооксикислоты (с одним гидроксилом), диоксикислоты (с двумя гидроксилами) и т. д.

В большинстве случаев оксикислоты обозначают эмпирическими наименованиями – по нахождению в том или ином продукте и т.д.

Например, одноосновная кислота с тремя атомами углерода, найденная впервые в молоке, называется молочной кислотой; двухосновная оксикислота с четырьмя атомами углерода, впервые найденная в яблоках – яблочной кислотой, и т. д.

Наряду с этими названиями пользуются и другими, например, прибавляя слово окси- к названию той кислоты, от которой производится данная оксикислота путем замещения водорода на гидроксил. Так, молочной кислоте (с тремя атомами углерода) соответствует пропионовая СН₃–СН₂–СООН, и поэтому молочную кислоту называют также оксипропионовой кислотой, а яблочную – оксиянтарной кислотой. Место гидроксильной группы оксикислоты обозначают обычно греческой буквой, начиная обозначения атомов в углеродной цепи в порядке греческого алфавита от того атома углерода, который непосредственно связан с карбоксильной группой. Поэтому более точное название молочной кислоты – с обозначением места гидроксила – α-оксипропио-новая кислота (альфа-оксипропионовая кислота):

Согласно международной номенклатуре, названия оксикислот производят от названий соответствующих кислот, прибавляя приставку окси- и указывая положение углеродного атома, у которого стоит спиртовая группа. Например, молочная кислота по международной номенклатуре называется 2-оксипропановой.

Изомерия оксикислот зависит от нескольких причин:

1) от наличия прямой или в той или иной степени разветвленной цепи атомов углерода в ее молекуле;

2) от положения спиртовой группы в цепи атомов углерода. В зависимости от положения гидроксила различают a-оксикислоты, b-ок-сикислоты, g - оксикислоты и т. д.

Так, оксимасляная кислота существует в виде трех изомеров:

3) зеркальная изомерия:

Зеркальная изомерия – это вид пространственной изомерии, зависящий от различного расположения в пространстве четырех различных групп вокруг асимметрического атома углерода и характеризующийся тем, что оба изомера похожи один на другой так же, как предмет и его зеркальное изображение.

Асимметрический атом углерода – это атом углерода, связанный с четырьмя различными группами атомов. В формулах асимметричный атом углерода обозначают звездочкой:

В формуле одного изомера гидроксил обращен вправо, а атом водо­рода – влево, тогда как в формуле другого изомера гидроксил обра­щен влево, а атом водорода – вправо. Различие формул можно заметить и иначе. Обозначим в одной формуле стрелкой направление заместителей от атома водорода через карбоксил к гидроксилу – направление это соответствует ходу часовой стрелки. Если теперь проследить в том же порядке расположение атома водорода, карбоксила и гидроксила в другой формуле и соеди­нить их стрелкой, то эта стрелка будет направлена против хода часо­вой стрелки.

В качестве вещества, принятого для сравнения, был предложен глицериновый альдегид. Оптически активные вещества, имеющие конфигурацию, сходную с конфигурацией D- и L- глицеринового альдегида, называются веществами D- и L- ряда.

Если в молекуле имеется несколько асимметрических центров, то число оптических изомеров возрастает и равняется: 2ⁿ, где n – число асимметричных атомов С.