III. Специфические р-ции

Гидрокси-, или оксикислоты

Это соединения, содержащие одну или несколько групп –ОН и –СООН.

В общем виде их формулу можно представить . В простейшем случае n = m = 1. Количество гр. –СООН определяет основность, а гр. –ОН – атомность.

Номенклатура

гликолевая к-та, a-оксиуксусная к-та, 2-гидроксиэтановая к-та,

 

 

винная к-та, a,b-диоксиянтарная к-та, 2,3-диоксибутандиовая к-та,

молочная к-та, a-оксипропионовая к-та, 2-оксипропановая к-та,

СН₃–

 

НООС–

 

лимонная к-та, 3-гидрокси- 3-карбоксипентандиовая к-та,

НООС – СН₂ СН₂ –СООН

 

 

Химические св-ва

Наличие в молекуле двух функциональных групп приводит к тому, что эти соединения проявляют характерные р-ции как для к-т, так и для спиртов.

За счет взаимного влияния двух групп происходит усиление реакционной способности каждой из них. Кроме того для них возможны специфические р-ции с участием обеих групп.

R –     – I, – М

  –I    –I, +М

 

I. Р-ции по гр. –СООН

Оксик-ты диссоциируют, образуют соли, сложные эфиры, амиды, ангидриды, галогенангидриды.

1) СН₃–  Û СН₃–  + Н⁺.

Молочная к-та                      Лактат-анион

Окси-ты являются более сильными к-тами, чем соответствующие им карбоновые к-ты, что находит объяснение в ЭА характере групп – ОН и – СООН. Например, a-оксиуксусная к-та в 5 раз сильнее уксусной к-ты.

Соли образуются легко с различными веществами Ме, МеО, МеОН, МеСО₃, где Ме – активный металл.

2) СН₃–  + NaOH ® СН₃–  +Н₂О.

Молочная к-та                      Лактат натрия

Двухосновные к-ты образуют средние и кислые соли. Кислые соли, как правило, мало растворимы в воде, средние – хорошо растворимы. Это используют для обнаружения ионов К⁺ в фармации и в аналитической химии:

НООС -  -  + КОН КООС -  - ¯

    Винная к-та                                         Гидротартрат калия

Смешанная К–Na соль винной к-ты наз-ся сегнетовой солью.

 

Номенклатура солей

Молочной к-ты – лактаты, яблочной – малаты,

Винной – тартраты, лимонной – цитраты.

 

3) СН₃–  + 2РС1₅  СН₃–  + 2РОС1₃ + 2НС1

Молочная к-та

 

    II. Р-ции по гр. –ОН

Это р-ции образования алкоголятов, простых и сложных эфиров, галогенопроизводных [НС1 (газ), РС1₅, SOC1₂], р-ции окисления.

1) СН₃–  + О  СН₃– .

    b-гидроксимасляная к-та    Ацетоуксусная к-та (АУК)

Ацетон, ацетоуксусная к-та и g-гидроксимасляная к-та составляют группу «ацетоновых тел», образующихся в большом количестве в организме при сахарном диабете.

НООС–  + О  НООС –

Яблочная к-та                        Щавелевоуксусная к-та (ЩУК)

АУК и ЩУК являются естественными продуктами обмена веществ. В организме образуются при участии кофермента НАД⁺. Окисление происходит очень легко.

 

2) Образование сложного эфира при действии хлоргидрида к-ты:

СН₃–  + С1 –  СН₃

3) При действии Na и РС1₅ р-ция пойдет по двум группам.

4) Винная к-та и ее производные дают качественную р-цию на диольный драгмент – характерное ярко-синее окрашивание – с р-ром Сu(ОН)₂ в щелочной среде.

КООС

                      

Образовавшееся комплексное соединение под названием реактива Фелинга используется для обнаружения алифатических альдегидов.

III. Специфические р-ции

Они представляют наибольший интерес, т.к. обусловлены взаимным влиянием гетерофункциональных групп.

1) Р-ции дегидратации a-, b-, g-оксикислот

Вследствии наличия групп, способных взаимодействовать друг с другом, молекулы гетерофункциональных соединений способны вступать в р-ции внутри- и межмолекулярного взаимодействия с образованием циклических и нециклических соединений.

              а) Две молекулы a-оксик-ты при нагревании выделяют две молекулы воды и образуются ЛАКТИДЫ:

+

СН₃–  СН₃–

 

	Лактид

 

Молочная к-та            

              б) b-оксик-та, в молекуле которой фрагмент – СН₂ – находится между двумя ЭА группами, увеличивающих подвижность атомов Н, подвергается дегидратации с образованием непредельной к-ты:

Бутен-2-овая к-та

СН₃–  СН₃ – СН = СН – СООН

b-оксимасляная к-та             

Яблочная к-та ведет себя как b-к-та и при дегидратации превращается в фумаровую:

НООС–

Яблочная к-та                      Фумаровая к-та

в) g-, d- и т.д. оксик-ты, в которых две функциональные группы находятся рядом идет внутримолекулярная этерификация с образованием ЛАКТОНА:

О

НО

ОН

g-Масляная к-та                 g-Бутиролактон

Лактиды и лактоны являются циклическими сложными эфирами и легко гидролизуются в присутствии щелочей с образованием солей:

ОН

О

 + NaОН ®

g-Бутиролактон              4-Гидроксибутаноат натрия

2) Наличие двух ЭА групп у одного атома С приводит a-оксик-ты к декарбоксилированию:

СН₃ – СНОН – СООН  СН₃ – СН₂ОН

Молочная к-та                      Этанол

В организме эта р-ция протекает под действием фермента.

В присутствии сильных минеральных к-т углеродный скелет a-оксик-т расщепляется по связи С–1 – С–2 с образованием карбоксильного соединения (альдегида или кетона) и муравьиной к-ты:

R  R -  + H -

a-Оксик-та  Альдегид Муравьиная к-та

Особый интерес представляет поведение лимонной к-ты при нагревании в присутствии минеральных к-т. Как a-оксик-та она отщепляет НСООН, СО₂, образуя в итоге ацетон:

-2СО2

    Лимонная к-та         Ацетондикарбоновая Ацетон

к-та

Как b-оксик-та она дегидратируется, образуя цис- аконитовую к-ту, участвующую в обмене веществ:

НООС–СН₂  НООС–СН₂

                                                                      Аконитовая к-та

При этих процессах выделяется энергия. Процесс последовательных превращений лимонной и других к-т в организме наз-ся циклом Кребса.

Отдельные представители

Гликолевая к-та содержится в незрелом винограде, свекле и др.

Тиогликолевая к-та восстанавливает в белках S–S мостики цистина в цистин в организме.

	Молочная к-та содержит один ассиметрический атом С, в связи с этим существует в виде пары, энантиомеров. Кроме того, известна рацемическая молочная к-та.

Все три формы встречаются в природе. Рацемическая оптически неактивная молочная к-та (кристаллы) образуется из углеводов в результате молочнокислого брожения под действием бактерий. Получить безводную молочную к-ту очень трудно, т.к. обезвоживание ее р-ров сопровождается образованием лактида. Она образуется при скисании молока, квашении капусты, в различных соленьях, выполняя при этом роль консерванта, т.к. способна препятствовать развитию гнилостных бактерий.

Левовращающая D–молочная к-та образуется также в результате молочнокислого брожения, но под действием других бактерий нежели рацелическая молочная к-та. Правовращающая L–молочная к-та образуется в живых организмах в результате расщепления углеводов. Особенно много ее накапливается в мышцах при больших физических нагрузках.

Соли и эфиры молочной к-ты наз-ся ЛАКТАТАМИ.

В медицине используется как прижигающее (80%-ный р-р) при выведении мозолей, бородавок, пигментных пятен.

Лактат железа (II) (СН₃СНОНСОО)₂Fе × 3Н₂О хорошо всасывается в кишечнике и хорошо переносится больными при анемии.

Лактат кальция применяют внутрь в тех же случаях, что хлорид и глюканат кальция.

НОСН₂– СН₂– СН₂СООН g-Гидроксимасляная к-та (ГОМК) в свободном виде неустойчива, легко отщепляет воду с образованием лактона. В виде натриевой соли используется в медицине как неингаляционное наркозное средство.

НООССН(ОН)СН₂СООН яблочная к-та содержит один ассиметрический атом С, поэтому возможно существование ее в виде пары энантиомеров. В природе встречается L-(–)-яблочная к-та (кристаллы), она содержится в ягодах и фруктах. L–яблочная к-та – один из продуктов распада углеводов в живых организмах.

НООССН(ОН)СН(ОН)СООН винная к-та содержит два центра хиральности и теоретически должна существовать в виде четырех стереоизомеров. Однако две формы этой к-ты соответствуют одному соединению (имеется плоскость симметрии) – оптически неактивной мезовинной к-те. Мезовинная к-та по отношению к двум другим формам D– и L–винной к-ты является диастереомером. Таким образом, 2,3-дигидроксибутандионовая к-та (a,a^¢-дигидроксиянтарная к-та) существует в виде трех стереоизомеров. Кроме того известен рацемат – смесь равных количеств D– и L–винной к-т, называемая виноградной к-той. Большие заслуги в изучении стереохимии винных к-т принадлежат французскому естествоиспытателю Л. Пастеру (1822–1895).

В природе встречается только D-(+)-винная к-та, содержащаяся во многих растениях, особенно много ее в винограде, который служит сырьем для ее получения. Выделяется в виде малорастворимой кислой калиевой соли («винный камень») в процессе винного брожения виноградного сока. Соли и сложные эфиры винной к-ты наз-ся тартратами.

Винная к-та в смеси с содой NaНСО₃ под названием «шипучие порошки» применяются как слабительное средство.

НООССН₂С(ОН)(СООН)СН₂СООН лимонная к-та (2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая к-та) – бесцветное кристалическое вещество, хорошо растворимое в воде. Содержится в различных растениях. Впервые была выделена известным химиком К. Шееле (1742–1786) из лимонного сока, где ее содержание достигает 10%. В промышленности получают путем лиминнокислого брожения отходов сахарного производства.

Соли и сложные эфиры лимонной к-ты наз-ся цитратами. Цитрат натрия применяется для консервирования донорской крови. Противосвертывающее действие основано на том, что цитрат натрия связывает ионы кальция в нерастворимый цитрат. Цитрат железа (II) – при анемии.

Фенолокислоты

Из ароматических гидроксик-т наибольшее значение имеют фенолок-ты, у которых гидроксильные группы непосредственно связаны с бензольным кольцом (фенольные гидроксильные группы).

Изомерия фенолок-т обусловлена взаимным расположением –ОН и      –СООН групп.

В названиях фенолок-т по МН за родоначальную структуру принята бензойная к-та; наличие –ОН группы отражается префиксом гидрокси-    (окси-). Для многих фенолок-т употребляются тривиальные названия – салициловая, галловая и др.

Фенолок-ты чаще всего получают прямым карбоксилированием фенолов, т.е. непосредственным введением –СООН группы. Например, при взаимодействии сухого феноксида натрия с СО₂, который при обработке минеральной к-той првращается в салициловую к-ту:

Р-ция протекает по механизму S_Е. Поскольку СО₂ является слабым электрофилом, непосредственно в р-цию с фенолом он не ступает. Для активации бензольного кольца фенол превращают в феноксид натрия. Отрицательно заряженный атом кислорода феноксид-иона проявляет значительно более сильные электронодонорные св-ва, чем неионизированная –ОН группа. Поэтому в феноксид-ионе бензольное кольцо обладает большой активностью в р-циях S_Е.

Химические св-ва

Фенолокислоты являются сильными к-тами. Сила к-ты возрастает при образовании внутримолекулярной Н–связи:

Проявляют св-ва и фенолов и к-т. Салициловая к-той обладает более кислотными св-вами, чем ее мета- и пара-изомеры.

I. Р-ции по ­­–СООН гр.

Они проходят с образованием солей, сложных эфиров, ангидридов, хлорангидридов, амидов.

Метилсалицилат представляет собой бесцветную вязкую нерастворимую в воде жидкость с приятным запахом, используется в медицине в качестве противоревматического средства. Другие производные салициловой к-ты – фенилсалицилат (салол), ацетилсалициловая к-та (аспирин), салицилат натрия и др. – также широко используются в качестве противовоспалительных средств и анальгетиков.

Салол применяется как дезинфицирующее средство при кишечных заболеваниях. Однако в кислой среде желудка он не гидролизуется, а распадается только в кишечнике, поэтому используется также в качестве материала для защитных оболочек некоторых лекарственных средств, которые не стабильны в кислой среде желудка.

II. Р-ции по –ОН гр.

Они проходят с образованием фенолятов (с Ме или МеОН), сложных и простых эфиров.

Салициловая к-та вытесняет слабые к-ты, например, угольную из их солей.

Ацетилсалициловая к-та как сложный эфир способна гидролизоваться в кислой и щелочной средах.

Поэтому следует учитывать условия хранения, которые должны исключать ее контакт с влагой.

При взаимодействии салициловой к-ты с FеС1₃ образуется фиолетовая окраска, тогда как ацетилсалициловая к-та, у которой нет свободной –ОН группы, такую р-цию не дает. Это различие используется при определении доброкачественности аспирина.

Фенолкислоты сравнительно легко декарбоксилируются:

Дубильные вещ-ва, содержащиеся в значительных количествах в растениях, включают в свой состав остатки галловой (3, 4, 5-тригидроксибензойной) к-ты. Галловая к-та также легко декарбоксилируется с образованием трехатомного фенола пирогаллола.

За счет групп –ОН галловая к-та проявляет антисептическое св-во как кровеостанавливающее средство, при ожогах для образования защитной бактерицидной пленки, реактив на алкалоиды, противоядие при отравлении алкалоидами, для синтеза красителей.