Медико-биологическое значение карбонильных соединений
Альдегидная группа обуславливает наркотическое действие и дезинфицирующее свойство веществ.
Метаналь (формальдегид) – свертывает белки, 40% раствор – формалин – дезинфицирующее средство и консервант анатомических препаратов, является основой для получения лекарственных средств (уротропин – при воспалении мочевых путей, хлораль – успокаивающее средство).
Ацетон – продукт аномального расщепления углеводов у больных сахарным диабетом («ацетоновые тела»).
2.4. Реакционная способность карбоновых кислот
и их функциональных производных.
Реакции нуклеофильного замещения
у тригонального атома углерода
Карбоновыми кислотами называют соединения, содержащие карбоксильную группу – СООН.
Различают:
Карбоксильная группа:
образуется за счет карбонильной группы и гидроксильной. Свойства карбоксильной группы не равны сумме свойств карбонильной и гидроксильной групп, это новая функциональная группа, обладающая собственными свойствами:
- по данным рентгеноструктурного анализа в карбоксилат-ионе нет на двойной, ни одинарной связи – связь полуторная;
- выравненность электронной плотности происходит вследствие делокализации электронов, образуется сопряженная трехцентровая система;
- в результате такого электронного строения карбоксилат-иона уменьшается δ+ на атоме углерода и для карбоксильной группы не характерны реакции AN, а свойственны реакции SN.
Химические свойства карбоновых кислот
Кислотные свойства (реакции за счет атома водорода в карбоксильной группе):
Электронодонорные заместители в радикале карбоновых кислот ослабляют кислотные свойства, а электроноакцепторные – усиливают.
Реакции за счет группы –ОН в группе –СООН (SN) приводят к образованию функциональных производных карбоновых кислот.
Функциональные производные карбоновых кислот
Сложными эфирами карбоновых кислот называют продукты замещения группы – ОН в –СООН на остаток спирта или фенола:
Механизм реакции этерификации
1 стадия: образование карбокатиона I под влиянием протона (Н+) катализатора. Роль катализатора – повышение положительного заряда на углероде карбоксильной группы.
2 стадия: нуклеофильная атака карбокатиона I молекулой спирта с образованием комплексного иона II
3 стадия: образовавшийся комплексный ион II неустойчив, так как легко теряет Н2О: а) реакция сдвигается в сторону образования Н2О (среда – безводная, контроль – кинетический); б) с другой стороны, Н2О – более термодинамически устойчивая молекула (контроль - термодинамический); образуется карбокатион III
4 стадия: стабилизация карбокатиона III выбросом протона (Н+) с образованием сложного эфира
Реакция этерификации обратима, если добавить большие количества Н2О, то реакция сдвигается в сторону гидролиза сложных эфиров с образованием карбоновых кислот и спиртов. Скорость реакции этерификации зависит от строения карбоновых кислот и спиртов: при одной и той же карбоновой кислоте скорость этерификации первичных спиртов в 2 раза выше, чем вторичных и во много раз выше, чем третичных, что зависит от пространственного расположения радикалов («пространственные затруднения»).
Гидролиз сложных эфиров может проходить как в кислой, так и в щелочной среде. Причем гидролиз в щелочной среде (омыление) необратим и идет в 1000 раз быстрее кислотного (причина – щелочь – реагент, а не катализатор):
Галогенангидридами карбоновых кислот называют продукты замещения группы –ОН в –СООН на атом галогена:
Ангидридами карбоновых кислот называют продукты отщепления молекулы воды от двух молекул монокарбоновых кислот (или одной молекулы дикарбоновой кислоты):
Более универсальный способ:
Амидами карбоновых кислот называют продукты замещения группы –ОН в –СООН на аминогруппу (или на замещенную аминогруппу):
Функциональные производные карбоновых кислот – обладают ацилирующей способностью, которая уменьшается в ряду:
Реакции за счет углеводородного радикала:
Реакции декарбоксилирования (протекают тем с большей скоростью, чем ближе друг к другу находятся группы –СООН):
Медико-биологическое значение карбоновых кислот
и их производных
Входят в состав простых и сложных липидов;
Функциональные производные карбоновых кислот – основа лекарственных препаратов, дезинфицирующих средств, консервантов. (Бензоат натрия C6H5COONa – отхаркивающее средство; метилизовалериат C4H9COOCH3 – основа валидола)
2.5. Биологически важные поли- и гетерофункциональные соединения: строение и реакционная способность.
В соединениях, участвующих в процессах жизнедеятельности, наиболее часто встречаются следующие функциональные группы:
Полифункциональные соединения – соединения, в молекулах которых присутствует две или более одинаковых функциональных групп; гетерофункциональными называют соединения, в молекулах которых имеются различные функциональные группы.
Соединения с несколькими гидроксильными группами – многоатомные спирты и фенолы
Токсичная высококипящая жидкость; из-за спиртового запаха может быть причиной тяжелых интоксикаций; используется в технике для приготовления антифризов – жидкостей с низкой температурой замерзания |
Нетоксичная вязкая жидкость сладкого вкуса; входит в состав многих омыляемых липидов; применяется как компонент мазей для смягчения кожи |