Тема №19 Гетерофункциональные карбоновые кислоты АктуальнОсть темЫ

Гетерофункциональные карбоновые кислоты - это производные карбоновых кислот, в углеводородном радикале которых один или несколько атомов водорода замещены на другие атомы или группы атомов, например на галоген, гидроксигруппу, аминогруппу, карбонильную группу и др.

Гидроксикислоты образуются в живых организмах в процессе расщепления углеводов. Соли гидроксикислот (лактаты кальция и железа, оксибутират натрия, цитрат натрия) применяют в медицине как лекарственные препараты. Салициловую кислоту используют как антисептическое лекарственное средство, она также служит сырьем для синтеза других лекарственных веществ - ацетилсалициловой кислоты (аспирина), фенилсалицилата (салола), Салициламид, оксафенамид, метилсалицилат и др. Аминокислоты также образуются в живых организмах, участвуют в обменных процессах. Аминокислоты и их производные широко применяются как лекарственные вещества, анестезирующие средства, используемые в синтезе лекарственных препаратов.

Таким образом, умение интерпретировать химическое строение и свойства гетерофункциональних карбоновых кислот необходимы студенту фармацевтического факультета для изучения таких дисциплин, как фармацевтическая химия, токсикологическая химия, фармакология, фармакогнозия. Они позволяют спрогнозировать изменения, которые происходят при хранении лекарств, понять взаимосвязь между их строением и действием на организм, разрабатывать новые методы синтеза лекарственных веществ.

Цели обучения

Общая цель: Уметь интерпретировать химические свойства гетерофункциональних карбоновых кислот для использования в фармацевтической химии, фармацевтическом и токсикологическом анализе.

Конкретные цели

Уметь:

1. Составлять названия и определять класс гетерофункциональних карбоновых кислот.

2. Интерпретировать электронное строение и реакционную способность гетерофункциональних карбоновых кислот;

3. Определять способы добывания гетерофункциональних карбоновых кислот;

4. Составлять химические уравнения по участтю гетерофункциональних карбоновых кислот;

Содержание обучения

1. Основные теоретические вопросы:

1. Классификация и номенклатура гетеро функциональных производных карбоновых кислот;

2. Связь электронного строения с реакционной способностью и кислотными свойствами гетерофункциональних производных карбоновых кислот;

3. Способы добычи и химические свойства галогенкарбонових кислот, гидроксикислот, аминокислот, фенолокислот, оксокислот;

4. Реакции идентификации гетерофункциональних производных карбоновых кислот. Значение их в качестве лекарственных веществ.

2. Основные термины и их определения

К гетерофункциональным карбоновым кислотам относятся производные карбоновых кислот, в углеводородном радикале которых один или несколько атомов водорода замещены на другие атомы или группы атомов - галоген, гидроксигруппу, аминогруппу, карбонильную группу и тому подобное.

Галогенокарбоновыми кислотами называют производные карбоновых кислот, в углеводородном радикале которых один или несколько атомов водорода замещены атомами галогенов.

Способы получения

1. Галогенирование карбоновых кислот (реакция Геля-Фольгарда-Зелинского). При воздействии на карбоновые кислоты хлора или брома в присутствии каталитических количеств красного фосфора или фосфор (III) галогенидов образуются α-хлор- или α-бромокарбоновые кислоты:

2. Присоединение галогеноводородов к ,-ненасыщенным кислотам. Присоединение галогеноводородов происходит против правила Марковникова:

3. Галогенирования аренов карбоновых кислот. Бензойная кислота галогенируется в условиях электрофильного замещения с образованием преимущественно м-галогенобензойних кислот:

Реакции по карбоксильной группе. Введение атома галогена в углеводородный радикал карбоновой кислоты приводит к повышению кислотных свойств.

Галогенокислоты образуют функциональные производные - соли, галогенангидриды, сложные эфиры, амиды и др.

Реакции с участием атома галогена. -Галогенокарбоновые кислоты более реакционноспособны, чем галогеналканы.

Гидроксикислотами называют производные карбоновых кислот, содержащие в углеводородном радикале одну или несколько гидроксильных групп. В зависимости от природы углеводородного радикала различают алифатические гидроксикислоты (спиртокислоты) и ароматические гидроксикислоты (фенолокислоти).

Количество карбоксильных групп в молекуле гидроксикислоты определяет основность, а количество гидроксильных групп, включая и гидроксилы, которые входят в состав карбоксильных групп, характеризует атомность. Названия гидроксикислот образуют от тривиальных или систематических названий соответствующих карбоновых кислот, добавляя префикс гидрокси.

Способы получения

1. Гидролиз -галогенокарбонових кислот. Под действием водных растворов щелочей -галогенокарбоновые кислоты гидролизуются с образованием -гидроксикислот:

2. Окисление гликолей и гидроксиальдегидов (альдолей). Гликоли, содержащие хотя бы одну первичную гидроксильную группу, и альдоль при окислении различными окислителями при определенных условиях могут быть преобразованы в гидроксикислоты:

3. Гидратация ,-ненасыщенных карбоновых кислот. ,-Насыщенные карбоновые кислоты в присутствии минеральных кислот присоединяют воду. Реакция протекает вопреки правилу Марковникова и приводит к образованию -гидроксикислот:

Реакционная способность гидроксикислот обусловлена наличием в их структуре двух функциональных групп - карбоксильной и гидроксильной.

1. При участии гидроксильной группы алифатические гидроксикислоты вступают в реакции, характерные для спиртов.

2. Нагревание гидроксикислот.

-гидроксикислоты при нагревании подвергаются межмолекулярной дегидратации и образуют циклические эфиры - лактиды:

- Гидроксикислоты при нагревании подвергаются внутримолекулярной дегидратации с образованием ,-ненасыщенных кислот:

- и - Гидроксикислоты уже при комнатной температуре или незначительном нагревании подвергаются внутримолекулярной дегидратации с образованием циклических эфиров - лактонов:

3. Расщепление -гидроксикислот. При нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты -гидроксикислоты подвергаются расщеплению по связи С1-С2, образуя муравьиную кислоту и карбонильную соединение (альдегид или кетон). В свою очередь муравьиная кислота при нагревании с концентрированной серной кислотой распадается на углерод (II) оксид и воду

Фенолокислотами называют производные аренкарбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода в ароматическом кольце замещены на гидроксильные группы.

Способы получения

1. Карбоксилирование фенолов оксида углерода (IV) (реакция Кольбе-Шмитта). При действии оксида углерода (IV) на феноксид натрия при температуре 120-140 ° С и давлении 5 атм образуется натрий салицилат, который затем переводят в салициловую кислоту:

3. Сплавление сульфобензойных кислот с щелочами. При сплавлении сульфобензойных кислот с щелочами сульфогруппа замещается на гидроксильную группу:

Реакционная способность фенолокислот обусловлена наличием в их структуре карбоксильной группы, фенольного гидроксила и ароматического ядра.

1. Образование солей. При воздействии на фенолокислоти гидрокарбонатов и карбонатов щелочных металлов образуются соли. При этом в реакцию вступает только карбоксильная группа:

При воздействии на фенолокислоты щелочей образуются соли как по карбоксильной группе, так и по фенольному гидроксилу (феноляты):

2. Образование функциональных производных. При взаимодействии фенола кислот со спиртами образуются сложные эфиры, с галогенуючимы реагентами (РС1₅, РОС1₃, SOC1₂) - галогенангидриды:

3. Ацилирование фенольного гидроксила. При ацилирования салициловой кислоты уксусным ангидридом образуется ацетилсалициловая кислота (аспирин):

Оксокислотами называют органические соединения, которые содержат в своем составе карбоксильную и карбонильную (альдегидную, кетонную) группы. Для них используют также названия «оксикарбоновые кислоты», «альдегидо- и кетокислоты».

Способы получения

1. Окисление гидроксикислот. Гидроксикислоты, которые содержат первичную гидроксильную группу, при окислении в мягких условиях образуют альдегидокислоты, гидроксикислоты, с вторичной гидроксигруппой - кетокислоты:

2. Гидролиз геминальних галогенкарбоновых кислот. Геминальные галогенкарбоновые кислоты в зависимости от положения атомов галогенов (в конце углеродной цепи или в середине) при гидролизе образуют альдегидо- или кетокислоты:

Реакционная способность оксикислот обусловлена наличием в их структуре карбоксильной и альдегидной или кетонной групп. Альдегидо- и кетокислоты более сильные кислоты по сравнению с соответствующими карбоновими кислотами, что обусловлено електроноакцепторным влиянием карбонильной группы (-I - эффект).

Оксокислоты имеют и ряд специфических свойств:

1. Разложение -оксикислот. В присутствии концентрированной серной кислоты они отщепляют оксид углерода (IV) и превращаются в альдегид:

2. Декарбоксилирование β-оксикислот. Ацетоуксусная кислота при незначительном нагревании отщепляет оксид углерода (IV), образуя ацетон:

Аминокислотами называют производные карбоновых кислот, в углеводородном радикале которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппу.

В зависимости от природы углеводородного радикала, с которым связана карбоксильная группа, аминокислоты разделяют на алифатические и ароматические.

Названия аминокислот образуют от тривиальных или систематических названий с карбоновых оответствующих кислот и префикса амино-.

Способы получения

1. Аммонолиз галогенокарбоновых кислот. При взаимодействии галогенокарбоновых кислот с аммиаком атом галогена замещается на аминогруппу:

2. Присоединение аммиака к ,-ненасыщенным кислотам. При действии аммиака на ,-ненасыщенные кислоты образуются -аминокислоты. Присоединение аммиака проходит против правила Марковникова:

3. Восстановление нитробензойных кислот. При восстановлении нитробензойных кислот в условиях реакции Зинина образуются соответствующие аминобензойные кислоты:

Реакционная способность. В химическом отношении аминокислоты проявляют свойства первичных аминов и карбоновых кислот. Аминокислоты обладают специфическими свойствами, обусловленные взаимным влиянием карбоксильной группы и аминогруппы.

1. Нагревание аминокислот. При нагревании -, -, - и –аминокислот образуются различные продукты.

-аминокислоты при нагревании подвергаются межмолекулярной дегидратации, создавая при этом циклический диамид - дикетопиперазин:

– аминокислоты при нагревании отщепляют молекулу аммиака, образуя ,-ненасыщенные кислоты:

– и –аминокислоты при нагревании подвергаются внутримолекулярной дегидратации, образуя циклические амины - лактамы: