Травень В.Ф. - Органическая химия. В 3 т. Т. 3

α-Хлормасляная кислота. Через смесь масляной кислоты (88 г; 1 моль), иода (1,3 г; 0,005 моль), фосфора (1,2 г; 0,038 моль) и PCl5 (1,2 г; 0,006 моль) при 100 °С и освещении пропускают хлор (1 моль). К охлажденной реакционной массе в течение 30 мин добавляют воду (10 мл). Продукт выделяют простой перегонкой. Тонким фракционированием получают α-хлормасляную кислоту, т. кип. 104,2 °С (20 мм рт. ст.). Выход 87 г (71%).

Гидролиз α-галогензамещенных кислот

Гидролиз α-галогенкарбоновых кислот ведет к получению α-гидроксикар- боновых кислот:

Реакции присоединения к α,β-ненасыщенным кислотам

Из α,β-ненасыщенных кислот получают β-замещенные кислоты:

NH3

C2H5OH CH2 CH2 COO

NH3

β-аминопропионовая кислота

Циангидринный синтез

Из кетонов и альдегидов α-гидроксикислоты получают с промежуточным образованием циангидринов (см. т. II, разд. 19.1.4):

Реакция Реформатского

Из карбонильных соединений по реакции Реформатского (1887 г.) получают β-гидроксизамещенные кислоты:

3-гидрокси-

3-метилбутановая кислота

В ходе реакции промежуточно образуется цинкорганическое соединение, которое, будучи сильным нуклеофилом, присоединяется по карбонильной группе кетона.

20.7.3.Стереоизомерия

Замещение атома водорода у α-углеродного атома в карбоновой кислоте общего строения R–CH2–COOH на функциональную группу ведет к появлению хирального центра.

*

R CH COOH

X

Ниже показаны стереоизомеры ряда замещенных гидроксикарбоновых кислот.

Как уже отмечалось, α-гидроксикарбоновые кислоты широко распространены в природе, причем встречаются в природных источниках только в виде L-энантиомеров.

94 Глава 20. Карбоновые кислоты и их производные

водят ферментативным путем, однако в лабораторных условиях он получен и синтетически.

Реакции нуклеофильного замещения α-галогенкарбоновых кислот

Галоген в α-галогенкарбоновых кислотах легко замещается под действием различных нуклеофильных агентов. В результате этих реакций из α-гало- генкарбоновых кислот получают α-гидрокси-, α-амино-, α-нитро-, α-циа- но- и другие α-замещенные карбоновые кислоты.

Реакции оптически активных α-галогенкарбоновых кислот с сильными нуклеофильными реагентами протекают по механизму SN2 и сопровождаются обращением конфигурации.

α-Галогензамещенные кислоты реагируют и со слабыми нуклеофильными реагентами, причем особый интерес представляет нуклеофильное замещение, протекающее в слабощелочной среде или при действии влажного оксида серебра. Если в этих условиях в реакцию вступает кислота с хиральным α-С-атомом, то ее конфигурация в ходе реакции сохраняется:

Сохранение конфигурации в этих условиях объясняется влиянием соседней карбоксилатной группы. Механизм этой реакции был подробно обсужден в т. II, разд. 13.4.1.

Конденсации сложных эфиров α-галогенкарбоновых кислот

α-Бромэфиры реагируют с альдегидами и кетонами в присутствии металлического цинка в неполярной апротонной среде (бензол, толуол) с образованием эфиров β-гидроксикислот (реакция Реформатского, 1887 г.). При про-

ведении реакции цинк постепенно добавляют к смеси α-бромэфира и альдегида (кетона) в растворителе, причем промежуточно образующееся Zn-органическое соединение не выделяется:

OH

C6H5—CH(CH3)CH(CH3)COOC2H5

Полагают, однако, что истинным интермедиатом в реакции Реформатского выступает не Zn-органическое соединение А, а Zn-енолят Б:

CH3—CH—COOC2H5 CH3—CH=C

В этом случае реакция Реформатского представляет собой частный случай альдольной конденсации карбонильного соединения и Zn-енолята сложного эфира.

Эфиры α-галогенкарбоновых кислот реагируют с альдегидами и кетонами под действием оснований в атмосфере азота с образованием глицидных эфиров (реакция Дарзана, 1904 г.):

(X = Cl, Br, I; R = H, CH3, C2H5; R' = CH3, C2H5)

В реакцию вступают алифатические, ароматические, и гетероциклические альдегиды и кетоны.

Реакция может быть проведена и стереоселективно.

п-трет-бутилбензальдегид трет-бутилхлорацетат

O

Ar CO2C(CH3)3

глицидный эфир (77%) цис-de (90%)

натрия в щелочной среде (механизм реакции Гофмана подробно обсужден на стр. 54):

фталимид

Антраниловая кислота, как все аминокислоты, является амфотерным соединением. Ее кислотность (рКа 4,89) ниже кислотности бензойной кислоты (рКа 4,21).

Химические свойства гидрокси- и аминокарбоновых кислот определяются теми функциональными группами, которые имеются в их молекулах. Вместе с тем, отмечен и ряд их необычных свойств. Например, в условиях диазотирования (подробнее о реакции диазотирования см. гл. 24, стр. 210) антраниловая кислота подвергается сложному превращению, в ходе которого отщепляются молекулы азота и диоксида углерода и генерируется частица дегидробензола. Как отмечалось в т. II, разд. 14.4.2, дегидробензол выступает в реакциях циклоприсоединения в качестве диенофила.

NN

–N2, –CO2

CO

дегидробензол аддукт

O

Салициловую кислоту применяют для получения лекарственных средств (аспирин — ацетилсалициловая кислота), протравных красителей, душистых веществ, а также в качестве антисептика в пищевой промышленности при консервировании и реагента в аналитической химии.

Антраниловую кислоту используют в производстве красителей, душистых веществ, пестицидов, лекарственных средств.

20.9.АЛЬДЕГИДО- И КЕТОКИСЛОТЫ. АЦЕТОУКСУСНЫЙ ЭФИР

Карбоновые кислоты, в которых наряду с карбоксильной группой содержатся альдегидная или кето(оксо)группа, называют соответственно альдегидо- и кетокислотами. И те, и другие часто называют оксокислотами.

20.9.1.Номенклатура

Названия кетокислот образуют по правилам номенклатуры ИЮПАК. Примеры названий даны ниже.

В зависимости от взаимного расположения карбоксильной и карбонильной групп оксокислоты можно рассматривать как α-, β-, γ- (и т. д.) альдегидо- и кетокислоты.

20.9.2.Способы получения

α-Кетокислоты получают гидролизом α,α-дигалогенкарбоновых кислот, окислением α-гидроксикислот или гидролизом нитрилов α-кетокарбоно-

α-Кетокарбоновые кислоты получают также конденсацией эфиров щавелевой кислоты с эфирами карбоновых кислот (перекрестная конденсация Кляйзена) и последующим кислотным расщеплением продуктов конденсации:

COOC2H5

COCOOH

RCH t RCH2COCOOH + CO2

COOH

Этиловый эфир ацетоуксусной кислоты (ацетоуксусный эфир) получают сложноэфирной конденсацией Кляйзена (см. разд. 20.3.3):

этилацетат

O

CH3 C CH2 C

O OC2H5

ацетоуксусный эфир

20.9.3.Строение и таутомерия ацетоуксусного эфира

Ацетоуксусный эфир представляет собой равновесную смесь двух таутомерных форм — кето-формы и енольной формы:

Соотношение таутомеров в значительной мере зависит от характера растворителя. При применении гексана в качестве растворителя содержание енола достигает 49%, а в воде оно резко падает.

Переход из одной формы ацетоуксусного эфира в другую осуществляется путем переноса протона с промежуточным образованием резонансностабилизированного аниона:

резонансный гибрид

Таутомерные формы ацетоуксусного эфира можно наблюдать и в индивидуальном виде. Большая устойчивость енольной формы ацетоуксусного эфира объясняется наличием в нем сопряженной системы π-связей, которая замкнута внутримолекулярной водородной связью в шестичленный псевдоароматический цикл. Вода как растворитель разрушает внутримолекулярные водородные связи и поэтому снижает содержание енольной формы.

H

CH3CCCOC2H5

O Oδ

H

δ

енольная форма ацетоуксусного эфира

20.9.4.Реакции

Альдегидо- и кетокислоты обладают свойствами, присущими соединениям, содержащим эти функциональные группы в отдельности. Кетокислота, например, вступает в реакции по карбонильной группе, характерные для ке-