Гидроксикислоты Оксокислоты Аминоспирты 2 Оглавление 1

«Гидроксикислоты. Оксокислоты. Аминоспирты»

2 Оглавление 1 Гидроксикислоты 2 Оксокислоты 3 Аминоспирты 4 Список использованных источников

3 Гидроксикислоты – это гетерофункциональные соединения, содержащие гидроксильную (-ОН) и карбоксильную (-СООН) группы. По взаимному расположению функциональных групп различают α -, β -, γ - и т. д. гидроксикислоты.

4 Некоторые представители гидроксикислот и их применение ОН-СН 2 -СООН α – гидроксиуксусная кислота/гликолевая кислота Используется для травления металлов, очистки оборудования; как компонент химического пилинга в косметологии. CH 3 CH(OH)COOH α-оксипропионовая кислота/ молочная кислота (лактат) Используется в пищевой промышленности используется как консервант, пищевая добавка E 270.

5 НООС-СН(ОН)-СН 2 -СООН 2 -гидроксибутановая кислота/яблочная /кислота Используется в медицине, и в пищевой промышленности как пищевая добавка (Е 296) природного происхождения при изготовлении фруктовых вод и кондитерских изделий. (HOOC-CH 2)2 C(OH)COOH 2 -гидрокси-1, 2, 3 пропантрикарбоновая кислота/лимонная кислота Используется в нефтяной промышленности при бурении нефтяных и газовых скважин. Лимонная кислота удаляет ионы кальция из бурового раствора.

6 НООС-СН(ОН)-СООН 2, 3 -дигидроксибутандиовая кислота/виноградная кислота Используется в пищевой промышленности, в медицине, в аналитической химии. Соли виноградной кислоты используют при крашении тканей и др. * Виноградная кислота рацемическая смесь D-(-) и L-(+) стереоизомерных форм винной кислоты. D-винная кислота С 6 Н 4(ОН)СООН 2 -гидроксибензойная (фенольная) кислота/ салициловая кислота Используется в медицине в качестве жаропонижающих, противоревматических, противовоспалительных, болеутоляющих средств и как антисептик. В пищевой промышленности применяется при консервировании пищевых продуктов.

7 Основные методы получения гидроксикислот Гидролиз галогензамещенных кислот Взаимодействие кислотой аминокислот с азотистой

8 Восстановление оксокислот Присоединение кислотам воды к непредельным

9 Циангидридный синтез - специфический метод получения a –гидроксикислот способ хранения ацетон бензойная кислота синильная кислота α-гидроксифенил ацетонитрил 70% миндальная кислота

10 Реакция Реформатского (из карбонильных соединений и α -галогенэфиров) - специфический метод синтеза β-гидроксикислот /через образование карбаниона/ альдегид/кетон реактив Гриньяра эфир β-гидроксикарбоновой кислоты

11 Окисление β –гидроксикарбонильных соединений - специфический метод синтеза β-гидроксикислот Получение полигидроксиполикарбоновых кислот окислением непредельных кислот /щелочь, вода/

12 Гидролиз лактонов γ-бутиролактон циклогексанон 4 -гидроксимасляная кислота ε-капролактон 6 -гидроксикапроновая кислота/ 6 -гидроксигексанова кислота Реакция Байера - Виллигера *Лактоны – сложные внутренние циклические эфиры, содержащие группировку — COO— в кольце

13 Химические свойства гидроксикислот Внутримолекулярное ацилирование - и δ -гидроксиокислот с образованием лактонов Образование β-лактонов из β-гидроксикислот под действием дегидратирующих агентов β-гидроксикислота карбодиимид β-лактон γ

14 Гидролиз гидроксикислот с удаленным расположением функциональных групп при небольшом нагреве приводит к образованию лактонов только при удалении воды из системы 15 -гидроксипентадекановая кислота тибетолид α-Гидроксикислоты при нагревании отщепляют воду с образованием лактидов. При нагревании этих кислот в результате межмолекулярной этерификации образуется димерный продукт, легко превращающийся в более устойчивый шестичленный циклический диэфир – лактид α-гидроксикислоты димер лактид

15 Особое свойство α-гидроксикислот заключается в их легкой способности разлагаться при нагревании в присутствии минеральных кислот с образованием карбонильных соединений и муравьиной кислоты

16 У β-гидроксикислот между двумя функциональными группами появляется СН-кислотный центр, что предопределяет протекание реакций внутримолекулярного элиминирования воды

17 Гидроксикислоты дают все реакции характерные для карбоксильной, гидроксильной групп и реакции, характерные только для гидроксикислот. Свойства по карбоксильной группе Диссоциация. Гидроксикислоты, как правило, являются более сильными кислотами, чем обычные кислоты с тем же числом атомов углерода. Это связано с электроноакцепторным влиянием группы ОН, что приводит к повышению устойчивости образующегося карбоксилат-иона. Чем ближе ОНгруппа располагается к карбоксильной группе, тем сильнее данная кислота.

18 Образование солей. Гидроксикислоты, подобно обычным кислотам, образуют соли со щелочами и солями более слабых кислот. Соли молочной кислоты называются лактаты. Реакции нуклеофильного замещения у sp 2 -гибридизованного атома углерода.

19 Метилсалицат образуется при этерификации салициловой кислоты метанолом: Низкая нуклеофильность фенолов не позволяет таким же способом получить фенилсалицилат. Поэтому салициловую кислоту превращают предварительно в более активный ацилирующий агент – хлорангидрид, которым затем ацилируют фенол:

20 Свойства по гидроксильной группе. Образование солей Образование простых эфиров

21 Образование сложных эфиров Гидроксильная группа фенола ацилируется под действием уксусного ангидрида с количественным выходом:

22 Оксокислоты – гетерофункциональные соединения, содержащие карбоксильную ( -СООН) и карбонильную (альдегидную или кетонную) группы. В зависимости от взаимного расположения этих групп различают a -, β -, γ - и т. д. оксокарбоновые кислоты.

23 Некоторые представители оксокислот. Их применение и получение

24

25 «КЕТОНОВЫЕ» ТЕЛА «Кетоновые» или «ацетоновые» образуются in vivo в процессе метаболизма высших жирных кислот. Процесс образования кетоновых тел активируется при сахарном диабете и голодании.

26 Способы получение различных типов оксокислот Оксокислоты разных типов могут быть получены гидролизом геминальных дигалогензамещённых карбоновых кислот дихлоруксусная кислота глиоксалевая (глиоксиловая) кислота α-Оксокислоты также получают гидролизом α-оксонитрилов, гидролизом α-оксонитрилов которые, в свою очередь, синтезируют из ацилгалогенидов и солей циановодородной кислоты ацетилбромид пирувонитрил, 87% пировиноградная кислота

27 В качестве основного способа синтеза β-оксокислот используется реакция сложноэфирной конденсации, конденсации приводящая к получению эфиров β-оксокислот, гидролизуемых далее в свободные β-оксокислоты:

28 Частный случай получения β-оксокарбоновых кислот состоит в дегидратации и декарбонилировании лимонной кислоты олеумом на холоду: лимонная кислота ацетондикарбоновая кислота Синтез γ-оксокислот из янтарного ангидрида. Эти кислоты ангидрида синтезируют из янтарного ангидрида и магнийорганических соединений, например: янтарный ангидрид 4 -оксогексановая кислота

29 Последовательное ацилирование и алкилирование дитиана 1, 3 - дитиан !!!! эфир α-оксокислоты 2 – оксо – 3 -фенилпропановая кислота

30 Химические свойства оксокислот Оксокарбоновые кислоты сильнее, чем соответствующие гироксикарбоновые кислоты. Поэтому в биосредах организма (р. Н≈7) они обычно находятся в виде анионов. Оксокислоты проявляют многие свойства, характерные как для карбоновых кислот, так и для альдегидов и кетонов. Оксокислоты образуют производные по карбоксильной группе – соли, сложные эфиры амиды и т. д. , по оксогруппе – оксимы, гидразоны, гидроксинитрилы и т. д. Химические свойства оксокислот существенно зависят от взаимного расположения функциональных групп. Обе группы оказывают друг на друга определенное влияние. В частности, при близком их расположении наблюдается взаимное усиление электрофильных свойств атомов углерода карбонильной и карбоксильной групп и, как следствие, усиление их реакционной способности при взаимодействии с нуклеофилами. Кислотные свойства оксокарбоновых кислот снижаются по мере удаления оксогруппы от карбоксильной группы.

31 a -оксокислоты легко отщепляют СO 2 и СО при нагревании в присутствии серной кислоты: β -оксокислоты неустойчивы и самопроизвольно декарбоксилируются с образованием кетонов: CH 3 COCH 2 COOH CH 3 COCH 3 + CO 2 Однако их эфиры вполне устойчивы. Их можно получить из сложных эфиров конденсацией Клайзена:

32 α-оксокислоты, у которых карбонильная группа находится в непосредственном соседстве с электроноакцепторной группой, легко вступают в реакции нуклеофильного присоединения Например, некоторые α-оксокислоты легко присоединяют воду и образуют устойчивые гидратные формы: мезоксалевая кислота гидрат мезоксалевой кислоты

33 Кето-енольная таутомерия β -оксокислот и их сложных эфиров Таутомерия — вид динамической изомерии, при которой изомеры могут переходить друг в друга, находясь одновременно в растворе в состоянии подвижного термодинамического равновесия. Такие соединения могут прореагировать полностью как в одной, так и в другой форме. В большинстве случаев таутомерные превращения сопровождаются переносом протона от одного атома к другому, поэтому такие виды таутомерии объединяются общим понятием прототропной таутомерии. ***************************************** β -Оксокислоты и их эфиры обладают специфическими свойствами, которые связаны с их повышенной СН-кислотностью. Повышенная подвижность протонов метиленовой группы обусловлена электроноакцепторным влиянием двух карбонильных групп. В результате β-оксокислоты существуют в виде двух таутомерных форм: кетонной и енольной , причем содержание енольной формы в равновесной смеси значительное. Енольные формы дополнительно стабилизируются за счет наличия в них системы сопряженных p -связей и внутримолекулярной водородной связи.

34

35 Положение равновесия таутомеров зависит от строения карбонильного соединения. При наличии в β-положении объемных заместителей устойчивость енольной формы понижается, так как объемные группы препятствуют образованию внутримолекулярной водородной связи.

36 Наличие у соединения таутометрии значительно расширяет и повышает его реакционную способность. Такое соединение вступает в реакции, характерные для каждого таутомера и проявляет двойственную реакционную способность, характерную для их общего амбидентного аниона. При этом таутомерная система прежде всего вступает в те реакции, которые протекают быстрее (кинетический фактор) и приводят к более устойчивым продуктам (термодинамический фактор). Поскольку все компоненты таутомерной системы находятся в равновесии, то убыль реагирующего компонента сразу восполняется за счет других компонентов. Поэтому таутомерная система реагирует как одно целое. В организме время установления равновесия в таутомерной системе уменьшается с помощью ферментов-таутомераз, что обеспечивает необходимую скорость жизненно важных биохимических реакций .

37 Существование двух таутомерных форм проявляется в химических свойствах β-оксоэфиров. Ацетоуксусный эфир как кетон оспособен присоединять циановодородную кислоту и гидросульфит натрия, а в реакции с этиленгликолем – образовывать циклический ацеталь:

38 В енольной форме ацетоуксусный эфир при взаимодействии с хлоридом фосфора (V) превращается в эфир галогенозамещенной α, β-ненасыщенной кислоты: Качественной пробой для обнаружения енольной формы ацетоуксусного эфира служит реакция с Fe. Cl 3, приводящая к появлению вишневого окрашивания реакционной смеси.

39 Для количественного определения содержания енольной формы в равновесной смеси применяют титрование бромом. Бромирование двойной связи протекает значительно быстрее, чем енолизация карбонильного соединения, поэтому при быстром проведении титрования удается довольно точно установить содержание енольной формы:

40 Ацетоуксусный эфир, как эфир β-кетокислоты, расщепляется щелочами по связи С―С: Разбавленные щелочи вызывают кетонное расщепление эфира (а), концентрированные – кислотное (b). Кислотное расщепление приводит к образованию сложных эфиров замещенных уксусных кислот. Гидролиз образующегося сложного эфира обычно осуществляют в кислой среде:

41 β-Оксокислоты легко подвергаются декарбоксилированию, что декарбоксилированию обусловлено образованием шестизвенного переходного состояния с низкой энергией.

42 Обратим внимание ещё на несколько свойств таутомерной смеси ацетоуксусного эфира:

43 Аминоспирты (аминоалкоголи, алканоламины, гидроксиамины) - алифатические соединения, содержащие амино- и оксигруппы. По взаимному расположению этих групп в молекуле различают 1, 1 -аминоспирты (напр. , H 2 NCH 2 OH), 1, 2 -аминоспирты (напр. , H 2 NCH 2 OH) и т. п. Из-за электронно-акцепторных свойств гидроксильной группы нуклеофильность аминогруппы меньше, чем у алифатических аминов. Нуклеофильность атома кислорода в гидроксильной группе уменьшается из-за –Jэфф. –NH 2 группы, следовательно, аминоспирты сложнее этерифицируются.

44 Некоторые представители аминоспиртов и их применение + HO-CH 2 -N(CН 3)3 НО-СН 2 -NH 2 2 -Аминоэтанол -этаноламин)/ коламин Триметил-2(β гидроксиэтиламмоний /холин Используется для синтеза лекарственных препаратов. Входит в состав фосфолипидов тканей животных (кефалинов). В организме из холина синтезируется важнейший нейромедиаторпередатчик нервного импульса — ацетилхолин. Холин является важным веществом для нервной системы и улучшает память. Входит в состав фосфолипидов (например, лецитина, сфингомиелина). Влияет на углеводный обмен, регулируя уровень инсулина в организме.

45 Получение аминоспиртов Получают аминоспирты путем аммонолиза и аминолиза оксирана и его производных, галогеноспиртов, а также восстановлением соответствующих нитроспиртов: 1, 2 -этиленоксид 2 -хлорэтанол 2 -аминоэтанол 2 -N, N-диметиламиноэтанол

46 В организме холин может образоваться из аминокислоты серина: серин коламин В результате декарбоксилирования серина получается коламин, который затем подвергается исчерпывающему метилированию при участии S -аденозилметионина.

47 Химические свойства аминоспиртов Разбавленные минеральные и сильные карбоновые к-ты образуют с аминоспиртами кристаллич. аммониевые соли: СО 2 и H 2 S в водном р-ре при комнатной т-ре дают непрочные соли, распадающиеся при нагр. на исходные компоненты: При взаимодействии с СО 2 в безводной среде аминоспирты превращаются в замещенные карбаминовые к-ты, разлагающиеся в воде на карбонаты и затем на исходные компоненты:

48 Первичные и вторичные аминоспирты реагируют с COS и CS 2 в водном р-ре на холоду: Аммонолиз и аминирование аминоспиртов приводят к дии полиаминам: В более жестких условиях этанол- и диэтаноламин с NH 3 образуют пиперазин:

49 Реакция моноэтаноламинов с 48 %-ной НВr приводит к виниламинам: При взаимодействие со сложными эфирами и карбоновыми кислотами или их ангидридами и хлорат-нарядами моно- и диэтаноламины превращаются соответственно в N-(2 -гидрооксиэтил)- и N, N-ди(2 -гидрооксиэтил)амиды кислот. Триэтаноламин реагирует с карбоновыми кислотами и хлорангидридами при повышенных температурах, например:

50 Диэтаноламин с высшими альдегидами в присутствии К 2 СО 3 образует третичные аминоспирты, которые далее превращаются в-ненасыщенные аминоспирты: Реакция моно- и диэтаноламинов с формальдегидом в присутствии щелочи приводит к метилольным производным, последние могут вступать в реакцию со второй молекулой диэтаноламина с образованием N, N, N"-тетра(2 -гидроксиэтил)метилендиамина:

51 При взаимодействие солей моно- и диэтаноламинов с KCN или Na. CN и альдегидами и кетонами образуются N(гидроксиэтил)аминонитрилы, которые при гидролизе превращаются в N-(гидроксиэтил)аминокислоты: N-(2 -гидроксиэтил)дитиокарбаминовая кислота меркаптотиазолин коламин этиленмочевина N-(2 -гидроксиэтил)пирролидон N-винилпирролидон

52 Аммонолиз диэтаноламин в присутствии Н 2 и катализаторов гидрирования превращается в пиперазин и полиэтиленполиамин:

53 Список использованных источников 1. Н. А. Тюкавкина. Биоорганическая химия: Учебн. для вузов/ Н. А. Тюкавкина, Ю. И. Бауков. – 4 -е изд. , стереотип. – М. : Дрофа, 2005. – 542 с. 2. Н. А. Тюкавкина «Руководство к лабораторным занятиям по органической химии» / под редакцией Дрофа. - М. : 2003. С. К. Огородников. Справочник нефтехимика. -т. 2, изд. М: Химия, 1978. — 592 с. 4. Травень В. Ф. Органическая химия: Академкнига. – изд. М. : 2008. 5. Грандберг И. И. Органическая химия: Академкнига. - М. : 2008. 6. Википедия [Электронный ресурс]: беспл. свободная энциклопедия. - Режим доступа http: //ru. wikipedia. org/ - Загл. с экрана.