Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Метод.карбонов. к-ты. Мочевина.doc
Скачиваний:
106
Добавлен:
25.03.2015
Размер:
584.19 Кб
Скачать

Занятие: “Биологически важные карбоновые кислоты и их производные”

Цель занятия: изучение электронного, пространственного строения и химических свойств биологически важных карбоновых кислот и их производных.

Студент должен знать:

- строение, классификацию, номенклатуру карбоновых кислот;

- химические свойства карбоновых кислот и их производных;

- основные реакции метаболизма карбоновых кислот в организме.

Студент должен уметь:

- объяснить зависимость кислотных свойств от заместителей в радикале;

- уметь отличить муравьиную кислоту от других.

Карбоновыми кислотами называются соединения, содержащие в молекуле карбоксильную группу – СООН.

Классификация

  1. По числу групп – СООН различают:

одноосновные – СН3–СН2–СООН пропионовая к-та,

двухосновные – НООС–СН2–СООН малоновая к-та,

НООС–СН = СН–СООН фумаровая к-та (транс-форма),

орто-фталевая к-та,

  1. По характеру радикала (R) различают:

предельные – СН3–СООН этановая кислота (уксусная)

непредельные – СН2 = СН–СООН пропен-2-овая к-та (акриловая)

ароматические – С6Н5–СООН бензойная к-та.

  1. По числу атомов С различают:

низкомолекулярные – уксусная, малоновая, бензойная к-ты,

высокомолекулярные – С17Н35СООН стеариновая к-та,

С17Н33СООН олеиновая к-та.

Следует отметить, что высшие кислоты, входящие в состав организма имеют четное число атомов С, а непредельные – цис-изомеры. Высшие карбоновые кислоты являются составной частью биологически важных соединений липидов.

Номенклатура

Тривиальная:

Н–СООН муравьиная,

С15Н31СООН пальмитиновая,

СН3–СООН уксусная,

С17Н35СООН стеариновая,

С2Н5–СООН пропионовая,

С17Н33СООН олеиновая,

С3Н7–СООН масляная,

С17Н31СООН линолевая,

С4Н9–СООН валериановая,

С17Н29СООН линоленовая,

СН2=СН–СООН акриловая,

НООС–СООН щавелевая,

СН2–СН =СН–СООН кротоновая,

НООС–СН2–СООН малоновая,

С6Н5–СООН бензойная,

НООС–(СН2)2–СООН янтарная.

По номенклатуре ИЮПАК:название производится от соответствующего углеводорода с добавлением окончания – «овая кислота».

Изомерия

Для карбоновых кислот характерна:

  • Изомерия углеродной цепи:

Пентановая кислота 2-метилбутановая кислота

  • Положением кратной связи для непредельных кислот;

Пентен-2-овая кислота Пентен-3-овая кислота

  • Положением заместителей и карбоксильной группы в циклах;

  • Цис-, транс-изомерией.

СГруппа 3троение карбоксильной группы

группа проявляет –М и –I,

группа проявляет +М > –I.

Группа –СООН – сильный ЭА.

В результате р, -сопряжения в карбоксильной группе связь О  Н ослабевает.

Вследствие близкого расположения и –ОН групп они оказывают взаимное влияние друг на друга. Два атома О имеют -. Атом С имеет очень малый +. Поэтому для кислот не характерны реакции АN по группе. По причине р, -сопряжения карбоновые кислоты более сильные кислоты, чем соответствующие им спирты. Электронная плотность в карбоксилат-анионе выравнена и нет двойных и одинарных связей:

Поэтому карбоксилат-ион стабилен, энергетически устойчив. На увеличение реакционной способности кислот влияет характер радикала (R). Следовательно, самой сильной кислотой гомологического ряда предельных кислот является муравьиная. Уксусная кислота уже слабее муравьиной за счет +I радикала –СН3. Ароматические кислоты сильнее алифатических. Бензойная кислота сильнее СН3СООН (бóльшая цепь сопряжения). ЭА заместители увеличивают кислотность, поэтому щавелевая кислота сильнее уксусной, а трихлоруксусная к-та сильнее щавелевой за счет –I индуктивного эффекта трех атомов хлора.

Для карбоновых кислот характерны реакции замещения Н в -ОН группе, реакции замещения –ОН группы, а также замещение атома Н в положении -углеродного атома, т.к. группа –СООН за счет –I увеличивает подвижность атома Н в радикале.

Физические св-ва

Низшие монокарбоновые кислоты (С1 – С9) – бесцветные жидкости, высшие алифатические и ароматические кислоты – твердые вещества. Первые гомологи – муравьиная, уксусная, пропионовая кислоты – обладают резким раздражающим запахом; с водой смешиваются в любых соотношениях. По мере увеличения гидрофобной углеводородной части молекулы растворимость в воде уменьшается, что объясняется уменьшением сольвации молекул кислоты молекулами воды.

Температура кипения кислот значительно выше температур кипения спиртов и альдегидов с тем же числом атомов С. Это объясняется тем, что кислоты образуют прочные ассоциаты за счет межмолекулярных Н-связей.

межмолекулярная водородная связь между молекулами уксусной кислоты.

Химические свойства

I. Реакции атома Н в карбоксильной группе

  1. Диссоциация кислот

  1. Образование солей с активными Ме, МеО, МеОН, солями

II. Реакции SN (нуклеофильного замещения) гр. –ОН

Это наиболее важные, легко протекающие реакции, приводящие к образованию различных производных кислот (галогенангидридов, ангидридов, амидов, сложных эфиров):

  1. Взаимодействие со спиртами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации)

Этиловый эфир уксусной кислоты

  1. Взаимодействие с PCl5 и SOCl2 образованием галогенангидридов.

Хлорангидрид уксусной кислоты

  1. Взаимодействие с NH3 с образованием амидов.

Соль аммония амид уксусной к-ты

  1. Образование ангидридов кислот.

Ангидрид

Двухосновные кислоты

Для двухосновных кислот характерны те же реакции, но с образованием моно- и дипроизводных – кислых и средних солей, неполных и полных эфиров, ангидридов, амидов:

Из особых (специфических) свойств дикарбоновых кислот следует отметить их поведение при нагревании.

Результат нагревания дикарбоновых кмслот зависит от расположения –СООН групп в цепи.

  • Если гр. – СООН расположены близко друг к другу, то происходит декарбоксилирование, т.е. удаление карбоксильной гр. путем отщепления СО2. Это характерно для щавелевой и малоновой к-т.

  • Если гр. –СООН удалены друг от друга, то при нагревании образуются внутренние ангидриды:

Аналогично образуются ангидриды малеиновой и фталевой к-ты:

Терефталевая к-та такого ангидрида не образует.

Фумаровая (транс-бутендионовая) кислота не образует ангидрида, т.к. гр. –СООН расположены по разные стороны от двойной связи, т.е. отсутствуют благоприятные стерические факторы.

Одноосновные кислоты устойчивы к нагреванию. Однако в случае нахождения у -углеродного атома сильной ЭА группы при 100 – 150 оС также идет декарбоксилирование:

Трихлоруксусная Хлороформ

к-та

По той же причине двухосновные кислоты с небольшим числом атомов С легко декарбоксилируются, образуя одноосновные к-ты.

III. Р-ция по радикалу (R)

Эти реакции замещения (S) протекают легко и в зависимости от характера реагента, условий реакции могут быть SR, SE или SN (для производных карбоновых к-т).

В общем виде:

Для непредельных и ароматических кислот идут реакции АЕ и SЕ соответственно:

Присоединение происходит против правила Марковникова В.

.