Нахождение в природе и значение для фармации

  Карбоновые кислоты  их функциональные производные очень широко распространены в природе и давно известны человечеству. Многие карбоновые кислоты имеют тривиальные названия, указывающие на природный источник из которого она была выделена.

 Например, масляная кислота образуется при прогоркании сливочного масла, валериановая кислота есть в валериановом корне. Капроновая, каприловая и каприновая кислоты получили своё название из-за того что содержатся в козьем молоке (латынь caper — козёл). В щавеле, в ревене содержится щавелевая кислота. Эта простейшая двухосновная кислота - продукт распада некоторых аминокислот, например глицина. При нарушении обмена веществ (например при недостатке витамина B₆) в организме человека выделяется её малорастворимая кальциевая соль. Янтарная кислота была синтезирована ещё алхимиком Агриколой при прокалывании янтаря. Янтарная кислота оказывает положительное влияние на восстановление нервной и иммунной систем, повышает сопротивляемость организма к инфекциям, повышает внимание, концентрацию. Малоновая кислота получила своё название от лат. malum - яблоко.  Бензойная кислота впервые была получена в XVIв. из росного ладана, были обнаружены и изучены антигрибковые свойства. Бензойноя кислота оказывает угнетающее воздействие на плесень, дрожжи и некоторые виды бактерий. В медицине её используют при кожных заболеваниях как наружное антисептическое и противомикробное средство. Лимонная кислота распространена в природе: содержится в ягодах, плодах цитрусовых, хвое, малине, свекловичном соке, особенно ее много в китайском лимоннике и незрелых лимонах. Натуральный антиоксидант. При приеме внутрь в небольших дозах активизирует цикл Кребса, что способствует ускорению метаболизма. 

Алифатические (от греч. aleiphar – жир) карбоновые кислоты с числом атомов углерода больше 6 называют также жирными кислотами, поскольку в виде сложных эфиров они входят в состав природных жиров и масел.

Самая распространённая из высокомолекулярных непредельных кислот — олеиновая. Изомерна ей элаидиновая кислота - наибольшее их содержание в оливковом масле. Употребление данных мононенасыщенных кислот снижает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, ожирения и высокого кровяного давления (гипертонии). Наибольшей биологической активностью обладают кислоты с несколькими двойными связями: линолевая с двумя, линоленовая с тремя и арахидоновая с четырьмя. Полиненасыщенные кислоты организм человека сам синтезировать не может и должен получать их с пищей. Препарат «Линетол» применяют для профилактики заболеваний, связанных с недостатком ненасыщенных кислот. 

Многие лекарственные средства, содержат карбоксильную группу, которая  указывает на их кислотные свойства. Например: азелаиновая кислота, ибупрофен, аспирин.

Такие лекарственные средства, как парацетамол, фенацетин - замещенные амиды уксусной кислоты

 

 

Изомерия и номенклатура.

К классу карбоновых кислот относятся соединения, содержащие карбоксильную группу COOH.

По числу карбоксильных групп в молекуле различают одноосновные                     R-COOH и        многоосновные кислоты  HOOC-CH₂ -COOH

               В зависимости от строения углеводородного радикала, связанного с карбоксильной группой, кислоты подразделяются на алифатические (насыщенные и ненасыщенные), алициклические, ароматические, гетероциклические.

 

 

алифатические	CH3 -CH2 -COOH
	CH2 =CH- CH2-COOH
алициклические
ароматические
гетероциклические

 

По заместительной номенклатуре алифатические монокарбоновые кислоты называют по соответствующим предельным углеводородам с добавлением окончания -овая кислота, нумерация цепи начинается от углерода карбоксильной группы. В тех случаях, когда карбоксильная группа не входит в состав углеводородной цепи, используется сочетание «карбоновая кислота», выполняющее роль суффикса.

 

 

циклопентанкарбоновая кислота

 

Номенклатура ИЮПАК разрешает  использовать тривиальные названия, указывающие на природный источник, из которого была выделена кислота.

 

Название	Формула	Название солей и сложных эфиров
Алифатические монокарбоновые Метановая (муравьиная)	HCOOH	формиат
Этановая (уксусная)	CH3COOH	ацетат
Пропановая (пропионовая)	CH3 CH2COOH	пропионат
Бутановая (масляная)	CH3 CH2 CH2COOH	бутират
Пентановая (валериановая)	CH3 (CH2 )3COOH	валерат
2-метилпропановая (изомасляная)	(CH3 )2CHCOOH	изобутират
3-метилбутановая (изовалериановая)	(CH3 )2CH CH2COOH
Пропеновая (акриловая)	CH2 = CH - COOH	акрилат
Дикарбоновые Этандиовая (щавелевая)	HOOC-COOH	оксалат
Пропандиовая (малоновая)	HOOC- CH2-COOH	малонат
Бутандиовая (янтарная)	HOOC- CH2- CH2 - COOH	сукцинат
Цис-бутендиовая (малеиновая)		малеинат
Транс- бутендиовая (фумаровая)		фумарат
Ароматические Бензойная	C6H5- COOH	бензоат
Бензол-1,2-дикарбоновая (фталевая)		фталат

 

 

Для первого представителя ароматических кислот ИЮПАК сохранено название «бензойная кислота» (C₆H₅СОOH). Замещенные ароматические монокарбоновые кислоты называют, используя бензойную кислоту в качестве родоначальной структуры:

4-метилбензойная кислота                      3-нитробензойная кислота

 

 

Применяют также систему, согласно которой за основу принимают тривиальное название кислоты, соответствующей самой длинной в молекуле цепи, а атомы обозначают, начиная с соседнего с карбоксильной группой, буквами греческого алфавита.

 

 

2-метилбутановая

(α-метилмасляная) кислота

Изомерия предельных одноосновных карбоновых кислот обусловлена разветвленностью углеродного скелета, взаимным расположением заместителей. Число изомеров увеличивается по мере возрастания углеродной цепи.

 

Вопросы с примерами решений.

1. Насыщенными дикарбоновыми кислотами являются:

а. терефталевая, фумаровая, лимонная;

б. винилуксусная, кротоновая, акриловая;

в. малоновая, янтарная, глутаровая;

г. изовалериановая, масляная, уксусная;

 

Решение -1: Насыщенные дикарбоновые кислоты содержат две карбоксильные группы, связанные с углеводородным радикалом, в котором все атомы углерода находятся в состоянии s p ³-гибридизации. Следовательно, это - малоновая (HOOCCH₂COOH), янтарная (HOOCCH₂CH₂COOH), глутаровая (HOOCCH₂CH₂CH₂COOH) кислоты.

2. Приведите систематические названия следующих карбоновых кислот:

а. CH₃CH₂ CH(CH₃)COOH б.(CH₃)₂CH CH₂ CH₂ COOH

 

в.CH₃CH₂ C(CH₃)₂ CH₂COOH

 

Решение -2: а. Выбираем родоначальную структуру - это самая длинная углеводородная цепь, содержащая карбоксильную группу, нумеруем атомы углерода, начиная с углерода карбоксильной группы, всего четыре, у второго атома углерода- радикал метил. Корнем слова - бутан + окончание -овая кислота (указывает на наличие карбоксильной группы), префиксом слова - название радикала, цифра указывает его положение в цепи: 2-метилбутановая кислота (2-метилмасляная кислота)

б. 4-метилпентановая кислота (4-метилвалериановая кислота)

в. 3,3-диметилпентановая кислота (3,3-диметилвалериановая кислота)

 

3. Написать формулы возможных изомеров карбоновых кислот, отвечающих составу C₅H₁₀O₂

Решение -3:   Напишем структурную формулу кислоты, имеющий неразветвленный углеродный скелет: а.CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-COOH  Углеродную цепь сократим на один атом и пришьем его к любому (кроме первичного) атому углерода: б. CH₃CH₂ CH(CH₃)COOH

 в. CH₃ CH(CH₃)CH₂ COOH 

г. Сократим родоначальную структуру еще на один атом углерода, пришив два атома углерода к вторичному атому цепи:

CH₃ -C(CH₃)₂  -COOH

 

 

Вопросы для самостоятельного решения

4.   Напишите формулы изомеров 2.3-диметилпентановой кислоты.

5. Среди перечисленных веществ выберите:1) изомеры 2) гомологи

а) CH₃-CH₂-CH₂- COOH в) HOOC- COOH   

б) HOOC- CH₂-COOH г) CH₃-CH(CH₃ ) - COOH

Назовите приведенные вещества.  

 

Физические свойства.

На физических свойствах карбоновых кислот сказывается значительная степень ассоциации  молекул вследствие образования водородных связей. В газовой фазе и в неполярных растворителях монокарбоновые кислоты существуют в виде димеров.

 

Водородные связи, возникающие в карбоновых кислотах объясняют значительно высокие температуры кипения кислот.

Монокарбоновые кислоты с числом атомов углерода от 1 до 3 – бесцветные жидкости, смешиваются с водой в любых соотношениях. Кислоты, в молекуле которых содержится от 4 до 9 атомов углерода – маслянистые жидкости, растворимость их в воде невелика. Растворимость в воде высших гомологов уменьшается по мере удлинения углеродного радикала.

Практически все дикарбоновые и ароматические кислоты – твердые вещества. В ряду дикарбоновых кислот наблюдаются те же закономерности: низшие гомологи лучше растворяются в воде, чем высшие. Ароматические кислоты плохо растворимы в воде.

 

Вопросы для самостоятельного решения:

6. Между молекулами какого вещества имеются водородные связи:                       а) этаналь б) метан в) ацетон г)3-метилмасляная кислота.

7. Какая из приведенных ниже кислот имеет самую высокую температуру кипения:                                                                                                                                          а) уксусная б) 3-метилмасляная в) масляная г) капроновая

 

Способы получения.