Глава 19. Гетерофункциональные соединения.

Соединения, содержащие в молекуле различные функциональные группы, называются гетерофункциональными или соединениями со смешанными функциями. К ним относятся галогенозамещенные кислоты, гидроксикислоты, аминокислоты, углеводы и др.

1 9.1 Галогенозамещенные кислоты. Эти кислоты содержат одновременно атом галогена и карбоксильную группу. Общую формулу этих кислот можно представить в виде:

Н азываются:

Способы получения:

Г алогенирование карбоновых кислот, при этом атом галогена вступает в -положение к карбоксильной группе:

П рисоединение галогенов или галогеноводородов к непредельным кислотам:

Присоединение галогеноводородов протекает против правила Марковникова с образованием -галогенозамещенных кислот.

Химические свойства.

Для галогенозамещенных кислот характерны реакции по галогену (нуклеофильного замещения). Например:

СН₂OН – СН₂ – COОН и др.

Р еакции по карбоксильной группе:

19.2 Гидроксикислоты. Гидроксикислотами называют органические вещества, молекулы которых содержат две функциональные группы – гидроксильную и карбоксильную.

Классификация.

В зависимости от количества карбоксильных групп они делятся на одноосновные, двухосновные и т.д.

В зависимости от числа гидроксильных групп (учитывается и группа ОН карбоксильной группы) они делятся на двухатомные, трехатомные и т.д.

П ростейшей кислотой является гликолевая одноосновная двухатомная кислота:

Номенклатура. По рациональной номенклатуре положение гидроксильной группы указывают буквами греческого алфавита (, ,  и т.д.). называют кислоту травилаьным названием с прибавлением приставки гидрокси:

По систематической номенклатуре к названию карбоновой кислоты прибавляют приставку гидрокси с цифрой, у казывающей ее положение:

Способы получения:

Г идролиз галогенозамещенных кислот:

Г идратация непредельных кислот (реакция протекает против правила Марковникова):

Г идролиз циангидринов, получаемых из альдегидов и кетонов:

СН₃ – С – СН₃ + Н – С  N  СН₃ – СОН – С  N +

СН₃

По этой реакции получаются -гидроксикислоты.

Окисление кислот, содержащих третичный атом углерода:

-гидроксиизомасляная

кислота

П ри действии Н₂О₂ (пероксида водорода) получаются -гидроксикислоты:

Окисление гликолей:

СН₃ – СНОН – СН₂ОН + [О]  СН₃ – СНОН – СООН

молочная кислота

Физические и химические свойства. Гидроксикислоты – высококипящие жидкости или кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, плохо в органических растворителях. Они обладают более выраженными кислотными свойствами, чем соответствующие карбоновые кислоты. Гидроксикислоты проявляют свойства карбоновых кислот, спиртов, специфические свойства.

Р еакции по карбоксильной группе. Они образуют соли, сложные эфиры, амиды и т.д. Например:

Р еакции по спиртовой группе.

С пецифические свойства. В реакциях, когда одновременно участвуют карбоксильная и спиртовая группа, гидроксикислоты проявляют свойства отличные от кислот и спиртов. При нагревании -гидроксикислот образуется циклический продукт – лактид. Молекула воды отщепляется от двух молекул кислоты.

П ри нагревании -гидроксикислот образуются непредельные кислоты

П ри нагревании -гидроксикислот образуются внутренние сложные эфиры – лактоны.

О птическая изомерия. Многие гидроксикислоты содержат ассиметрический атом углерода. Этот атом углерода связан с четырьмя разными заместителями. Например:

Вещества с ассиметрическим атомом углерода существуют в виде двух пространственных изомеров. Такие изомеры называют зеркальными или оптическими. У этих изомеров различное отношение к поляризованному свету: один из изомеров вращает плоскость поляризации влево, другой на такой же угол - вправо. Поэтому пару зеркальных изомеров называют оптическими антиподами, а способность веществ вращать плоскость поляризации света – оптической активностью. При помощи проекционных формул Фишера строение оптических антиподов молочной кислоты изображается следующим образом:

В проекционной формуле Фишера L обозначает вращение плоскости поляризованного света влево (группа ОН расположена слева), а D – вправо (группа ОН расположена справа). Одно из простейших оптически активных веществ – молочная кислота существует в трех формах: правовращающая (+), левовращающая (-) и оптически неактивная ().

(+) Молочная кислота – кристаллическое вещество, t_пл = 25-26 ⁰С. Содержится в мышечном соке и ее назвали мясомолочной кислотой, [] = +3,82⁰.

(-) Левовращающая молочная кислота – отличается от правовращающей лишь знаком вращения, [] = -3,82⁰.

() Оптически неактивная молочная кислота – кристаллическое вещество, t_пл = 18 ⁰С, обычно существует в виде густого сиропа, хорошо растворима в воде. Отсутствие оптического вращения () объясняется тем, что она представляет смесь одинаковых количеств L и D молочных кислот.

Отдельные представители.

М олочная кислота СН₃ – СНОН – СООН. Впервые была обнаружена в прокисшем молоке. Она получается при брожении сахаров:

В промышленности получают из уксусного альдегида:

Молочная кислота используется при консервировании, обработке кож, в текстильной промышленности и в различных синтезах.

Я блочная кислота НООС – СН₂ – СНОН – СООН - содержится в ягодах, фруктах. В природе широко распространен L(-) стереоизомер.

Лимонная кислота

– кристаллическое вещество, t_пл = 153 ⁰С, хорошо растворима в воде. Содержится в лимонах, апельсинах, винограде, крыжовнике, малине, свекле. Она применяется при крашении, в медицине, пищевой промышленности.

Салициловая кислота (о-гидроксибензойная кислота) – бесцветное кристаллическое вещество, t_пл = 159 ⁰С плохо растворима в воде, хорошо в спирте. В промышленности получают:

- действием СО₂ на фенолят натрия:

- нагреванием основной медной соли бензойной кислоты:

С алициловая кислота применяется в медицине, при консервировании, в аналитической химии. Широко используют эфиры этой кислоты – лекарственные препараты: аспирин (жаро-болеутоляющие средство), салол (при желудочно-кишечных заболеваниях). Их получают: