 |
Тема 6. Гетерофункциональные производные карбоновых кислот
|
|
|
|
Методические указания
Оксикислоты – это карбоновые кислоты, у которых в углеводородном радикале имеется одна или несколько гидроксильных групп –OH:
HO–CH2–COOH оксиуксусная кислота (гликолевая),
HOOC–CH – CH–COOH диоксибутандиовая (винная) кислота.
ǀ ǀ
OH OH
По положению группы –OH следует различать α-, β-, γ- δ-, ε-оксикислоты и другие:
α
CH3−CH−COOH - α-оксипропионовая (молочная) кислота,
ǀ
OH
β
CH2−CH2−COOH - β-оксипропионовая кислота.
ǀ
OH
В химических реакциях оксикислоты ведут себя либо как кислоты, либо как спирты.
Оксикислоты содержатся в ягодах, овощах, фруктах и др.
Фенолокислоты – это ароматические карбоновые кислоты, содержащие в бензольном ядре одну или несколько гидроксильных групп.
салициловая кислота галловая кислота
Эти соединения являются одновременно и кислотами, и фенолами.
Характеризуя химические свойства фенолокислот, следует различать три группы реакций:
1) реакции на карбоксильную группу –COOH:
2) реакции на фенольный гидроксил –OH:
3) реакции на бензольное кольцо:
Фенолокислоты используются в медицине (аспирин, салол и др.), для консервирования пищевых продуктов, для получения красителей.
Оксокислоты (альдегидо- и кетокислоты, оксокарбоновые кислоты) - соединения, содержащие карбоксильную и карбонильную (альдегидную или кетонную) группы.
О = С ‒ С = О СН3 ‒ С ‒ С = О
ǀ ǀ ‖ ǀ
Н ОН О ОН
глиоксалевая кислота пировиноградная кислота
Оксокислоты обладают химическими свойствами как карбонильных соединений (альдегидов и кетонов), так и карбоновых кислот.
Аминокислоты – карбоновые кислоты, в углеводородном радикале которых имеется одна или несколько аминогрупп.
|
|
|
По числу карбоксильных групп аминокислоты могут быть одноосновные, двухосновные; по числу аминогрупп − моноаминокислоты, диаминокислоты.
По положению аминогруппы (−NH2) различают: α-, β-, γ-, δ-аминокислоты и др. Например:
α
СН3−СН−СООН α-аминопропионовая кислота,
ǀ (α-аланин)
NH2
β α
NH2−СН2−СН2−СООН β-аминопропионовая кислота.
(β-аланин)
По биологическому значению следует различать заменимые и незаменимые аминокислоты (валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин и триптофан). Незаменимые аминокислоты не синтезируются в организме человека. Природные аминокислоты являютcя 2-аминокарбоновыми кислотами (или α-аминокислотами). У α-aминoкиcлoт при атоме C-2 (Cα) имеются четыре различных зaмecтитeля: каpбокcильнaя группа, аминогруппа, вoдopoдный атом и бокoвaя цепь R. Таким образом, вcе α-аминокислоты, кpoмe глицина, имеют асимметрический (хиральный) α-углеродный атом и cущeствуют в виде двух энантиомеров.
Аминокислоты, являясь бифункциональными производными, существуют в виде внутренних солей, так как происходит внутримолекулярная нейтрализация кислотной группы –COOH и основной –NH2:
+ –
NH2 – CH2 – COOH → NH3 – CH2 – COO.
глицин внутренняя соль (биполярный ион)
Поэтому водные растворы одноосновных моноаминокислот нейтральны на лакмус.
Аминокислоты – амфотерные соединения, они образуют соли как с кислотами, так и с основаниями.
H2N-CH2-COOH + HCI → [H3N-CH2-COOH] + CI –
глицин хлористоводородная соль глицина
H2N-CH2-COOH + NaOH → H2N-CH2-COONa +H2O
натриевая соль
глицина
Аминокислоты проявляют свойства карбоновых кислот (образуют сложные эфиры, амиды, галогенангидриды и др.) и свойства аминов (реакции алкилирования, ацилирования, реакции с азотистой кислотой и др.).
Подобно первичным аминам, аминокислоты реагируют с азотистой кислотой, при этом аминогруппа превращается в гидроксогруппу, а аминокислота — в гидроксикислоту:
|
|
|
H2N‒CH2 ‒COOH + HNO2 → HO‒CH2 ‒COOH + N2↑+ H2O
Измерение объема выделившегося азота позволяет определить количество аминокислоты.
Кроме того, возможно взаимодействие амино- и карбоксильной групп как внутри одной молекулы (внутримолекулярная реакция), так и принадлежащих разным молекулам (межмолекулярная реакция).
Практическое значение имеет внутримолекулярное взаимодействие функциональных групп ε-аминокапроновой кислоты, в результате которого образуется ε-капролактам (полупродукт для получения капрона):
Межмолекулярное взаимодействие α-аминокислот приводит к образованию пептидов. При взаимодействии двух a-аминокислот образуется дипептид:
Межмолекулярное взаимодействие трех α-аминокислот приводит к образованию трипептида и т.д. По такому принципу построены молекулы белковых веществ.
Качественные реакции на аминокислоты:
1. Все аминокислоты окисляются нингидрином с образованием продуктов сине-фиолетового цвета.
2. С ионами тяжелых металлов α-аминокислоты образуют внутрикомплексные соли. Комплексы меди (II), имеющие глубокую синюю окраску, используются для обнаружения α-аминокислот.
! Задачи для самостоятельной работы
1. Какой атом углеводорода называется ассиметрическим (хиральным)? Обозначить хиральный атом углерода в следующих соединениях:
а) 2,3-диоксипропионовая кислота; б) α-оксимасляная кислота; в) винная кислота.
2. Чем определяется атомность, основность кислот? Напишите формулы трехатомной кислоты, содержащей 4 атома углерода.
3. Напишите структурные формулы оксикислот состава С4Н6О2 и назовите их.
4. Напишите реакцию взаимодействия этаналя с синильной кислотой с последующим гидролизом полученного соединения.
5. Напишите уравнения реакции образования простого и сложного эфиров из α-оксипропионовой кислоты и пропанола-2.
6. Напишите реакцию этерификации молочной кислоты с этиловым спиртом. Назовите полученное соединение.
7. Напишите уравнения реакции α-оксимасляной кислоты с: а) NaOH; б) НВr.
8. Напишите реакции окисления α-оксипропионовой кислоты, яблочной кислоты.
9. Напишите реакции оксиуксусной кислоты с: а) РСl5 (избыток); б) Са(ОН)2; в) NH3; г) НСl.
|
|
|
10. Где в природе встречается молочная кислота? Приведите один из способов получения молочной кислоты. Какими реакциями можно подтвердить: а) ее кислотные свойства; б) свойства спиртов?
11. Получите муравьиную кислоту из трихлорметана. Где встречается и где используется муравьиная кислота?
12. Где встречаются винная кислота и ее соли? Напишите реакции взаимодействия этой кислоты: а) с гидроксидом калия (2 моль); б) гидроксидом меди(II) (в щелочной среде).
13. Напишите схемы реакций получения яблочной кислоты из янтарной.
14. Напишите схему реакции, происходящей при нагревании β-оксивалериановой кислоты. Назовите продукт реакции.
15. Напишите реакции дегидратации α-оксимасляной кислоты, δ-оксикапроновой кислоты. Какие соединения при этом образуются?
16. Как получают салициловую кислоту в промышленности? Напишите уравнения реакций, подтверждающие ее кислотные свойства (реакции на карбоксильную группу) и свойства фенолов (реакции на –OH группу). Где используется эта кислота?
17. Напишите уравнение гидролиза 2,2-дибромбутановой кислоты и назовите полученное соединение.
18. Напишите реакции взаимодействия пировиноградной кислоты с: а) NaOH; б) этанолом; в) РСl5 (избыток); г) NH3.
19. Напишите реакцию взаимодействия 3-оксобутановой кислоты с: а) НСN; б) гидроксиламином; в) Н2; г) гидразином.
20. Напишите реакцию окисления оксоэтановой кислоты, назовите полученное соединение.
21. Напишите уравнения реакций глицина: а) с раствором щелочи; б) азотистой кислотой; в) соляной кислотой. Назовите продукты реакций.
22. Напишите схемы образования дипептидов из глицина и аланина.
23. В чем заключается амфотерность аминокислот? Напишите формулы аминокислот в виде биполярных ионов: а) аланина; б) β-аминомасляной. Для каждого соединения представить его превращение в катион при избытке ионов водорода и в катион – при избытке гидроксильных ионов.
24. Напишите схемы реакций, при которых образуется: а) метиловый эфир α-аминопропионовой кислоты; б) полный этиловый эфир глутаминовой кислоты.
|
|
|
25. Напишите схемы образования трипептида из лейцина, валина, фенилаланина.
|
|
|
