Биологически важные гидроксикислоты.

Гликолиевая кислота HOCH₂COOH содержится во многих растениях, например, свекле и винограде.

Молочная кислота (соли лактаты) CH₃CH(OH)COOH.
Широко распространена в природе, является продуктом молочнокислого брожения углеводов. Содержит асимметрический атом углерода и существует в виде двух энантиомеров. В природе встречаются оба энантиомера молочной кислоты. При молочнокислом брожении образуется рацемическая D,L-молочная кислота. D-молочная (мясо-молочная) кислота образуется при восстановлении пировиногралной кислоты и накапливается в мышцах при интенсивной работе.

Яблочная кислота (соли малаты) HOOCCH(OH)CH₂COOH.
Содержится в незрелых яблоках, рябине, фруктовых соках. Является ключевым соединением в цикле трикарбоновых кислот. В организме образуется путем гидратации фумаровой кислоты и далее окисляется до щавелевоуксусной кислоты.

Лимонная кислота (соли цитраты)

Содержится в плодах цитрусовых, винограде, крыжовнике. Является ключевым соединением в цикле трикарбоновых кислот. Образуется из щавелевоуксусной кислоты путем конденсации ее с ацетилкоферментом А и далее в результате последовательных стадий дегидратации и гидратации превращается в изолимонную кислоту.

Винная кислота (соли тартраты) HOOCCH(OH)CH(OH)COOH.
Содержит два хиральных центра и имеет 3 стереоизомера: D-винную кислоту, L-винную кислоту и оптически неактивную мезовинную кислоту (см. лек. №4). D-винная кислота содержится во многих растения, например, в винограде и рябине. При нагревании D-винной кислоты образуется рацемическая D,L-винная (виноградная) кислота. Мезовинная кислота образуется при кипячении других стереоизомеров в присутствии щелочи и при окислении малеиновой кислоты.

Оксокислоты

Оксокислоты – гетерофункциональные соединения, содержащие карбоксильную и карбонильную (альдегидную или кетонную) группы. В зависимости от взаимного расположения этих групп различают γ -, α -, ß - и т.д. оксокарбоновые кислоты.

Для получения оксокислот применимы обычные методы введения карбоксильной и оксогрупп. 2.2. Химические свойства

Оксокислоты вступают в реакции, характерные для карбоксильной и карбонильной групп. Отличительная черта оксокислот – легкость, с которой протекает их декарбоксилирование.

α -Оксокислоты легко отщепляют СO₂ и СО при нагревании в присутствии серной кислоты.

ß -Оксокислоты неустойчивы и самопроизвольно декарбоксилируются с образованием кетонов.

CH₃COCH₂COOH  CH₃COCH₃ + CO₂

ß -Оксокислоты и их эфиры обладают специфическими свойствами, которые связаны с их повышенной СН-кислотностью. ß -оксокислоты существуют в виде двух таутомерных форм: кетонной и енольной, причем содержание енольной формы в равновесной смеси значительное. Енольные формы дополнительно стабилизируются за счет внутримолекулярной водородной связи.

 

Лекция № 13

АМИНЫ

Амины можно рассматривать как производные аммиака, в котором атомы водорода замещаются на углеводородные радикалы.

Классификация

В зависимости от числа углеводородных радикалов, связанных с атомом азота, различают первичные, вторичные и третичные амины, а также четвертичные аммониевые соли.

RNH2	RR^/NH	RR^/R^//N	RR^/R^//R^///N^+X^-
первичныеамины	вторичные амины	третичныеамины	четвертичные аммониевые соли

По природе углеводородного радикала, связанного с атомом азота, различают алкиламины, алкилариламины, ариламины, гетероциклические амины.

Алкиламины содержат только алифатические углеводородные радикалы, например:

Ариламины содержат ароматические радикалы с атомом азота в ароматическом кольце, например:

Алкилариламины содержат алифатические и ароматические радикалы, например:

Гетероциклические амины содержат атом азота в цикле, например:

Методы получения.

1. Алкилирование аммиака и аминов.

1. Восстановление азотсодержащих органических соединений.

Нитросоединения могут быть восстановлены до первичных аминов. Реакция используется в основном для получения первичных ароматических аминов из доступных нитроаренов.

ArNO₂ ArNH₂

В качестве восстановителей используют водород в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd), металл (Fe, Zn, Sn) и кислоту, соли металлов в низших степенях окисления (SnCl₂, TiCl₃).

Нитрилы при восстановлении также дают первичные амины.

RCN RCH₂NH₂

[H]: H₂/Ni; LiAlH₄

Амиды карбоновых кислот в осстанавливаются до аминов комплексными гидридами металлов. Из соотвествующих амидов могут быть получены первичные, вторичные и третичные амины.

3) Восстановительное аминирование альдегидов и кетонов.

4.Перегруппировка Гофмана.
RCONH₂ + Br₂ + 2NaOH  RNH₂ + 2NaBr + CO₂ + H₂O

Используется для получения первичных аминов.

3. Химические свойства.

Химические свойства аминов определяются присутствием атома азота с неподеленной парой электронов, наличие которой обуславливает их основные и нуклеофильные свойства.

Алифатические амины являются сильными основаниями и превосходят по основности аммиак. Их водные растворы имеют щелочную реакцию.

RNH₂ + H₂O = RNH₃⁺ + OH ^-

Ароматические амины – слабые основания, что связано с разрушением при протонированиии стабильной сопряженной системы, в которой участвует неподеленная пара электронов азота.

При взаимодействии с кислотами амины образуют растворимые в воде аммониевые соли.

RNH₂ + HX → RNH₃⁺ X ^-

Первичные и вторичные амины являются слабыми N-H кислотами (рК_а=33-35) и образуют соли при взаимодействии с активными металлами.

RNH₂ + Na → RNH^- Na⁺ + 1/2 H₂

Нуклеофильные свойства

Алкилирование аминов

Амины обладают нуклеофильными свойствами и алкилируются алкилгалогенидами и спиртами (см. методы получения).

Ацилирование аминов

Амины ацилируются карбоновыми кислотами и их производными с образованием амидов карбоновых кислот.

2RNH₂ + R^/COX → R^/CONHR + RNH₃X

(X=Cl, OCOR^/)

Взаимодействие аминов с азотистой кислотой

Первичные, вторичные и третичные амины по-разному взаимодействуют с азотистой кислотой, что используется для установления типа амина. Неустойчивую азотистую кислоту генерируют действием сильной кислоты на нитриты.

Третичные алифатические амины при обычной температуре с азотистой кислотой не взаимодействуют.

Вторичные амины образуют с азотистой кислотой устойчивые нитрозамины – жидкие или твердые продукты желтого цвета.

R₂NH + NaNO₂ + HCl  R₂N-N=O + NaCl + H₂O

нитрозамин

Нитрозамины являются сильными канцерогенами. Показана возможность синтеза нитрозаминов в желудке человека из содержащихся в пище и лекарственных препаратах вторичных аминов и нитритов Канцерогенное действие нитрозаминов основано на их способности алкилировать нуклеофильные центры ДНК, что приводит к онкогенным мутациям.

Первичные алифатические амины реагируют с азотистой кислотой с выделением газообразного азота. Реакция идет через образование неустойчивого первичного нитрозамина, который изомеризуется в диазогидроксид, превращающийся далее в соль диазония.

нитрозамин диазогидроксид соль диазония

Дальнейший ход реакции зависит от природы углеводородного радикала.

Если R – алифатический радикал, то соль диазония очень неустойчива и немедленно разлагается с образованием молекулы азота и карбокатиона, который затем взаимодействует с находящимися в реакционной среде нуклеофилами (например, с растворителем) или отщепляет протон и дает продукт элиминирования. Например, превращения катиона н-пропилдиазония могут быть представлены следующей схемой:

Реакция не имеет препаративного значения. Процесс используется в аналитических целях для количественного определения первичных алифатических аминов, в том числе природных α -аминокислот, по объему выделяющегося азота.

Соли арилдиазония более устойчивы и могут быть выделены из реакционной смеси. Они являются высокореакционноспособными соединениями и широко используются в органическом синтезе.

Реакции солей арилдиазония

Процесс получения ароматических диазосоединений называется диазотированием и выражается следующим суммарным уравнением.

ArNH₂ + NaNO₂ + 2HCl → ArN₂⁺Cl^- + NaCl + 2H₂O

Реакции солей арилдиазония можно разделить на два типа: реакции с выделением азота и реакции без выделения азота.

Реакции, протекающие с выделением азота. Этот тип реакций представляет собой замещение в ароматическом кольце, уходящей группой в котором является молекула азота N₂.

Реакции используются для введения различных заместителей в ароматическое кольцо.

Реакции, протекающие без выделения азота. Наиболее важной реакцией этого типа является азосочетание. Катион диазония обладает слабыми электрофильными свойствами и вступает в реакции электрофильного замещения с аренами, содержащими сильные электронодонорные заместители. При этом образуются азосоединения.

Азосоединения содержат длинную систему сопряженных связей и поэтому окрашены. Они используются как красители. Образование окрашенных соединений при взаимодействии солей арилдиазония с ароматическими аминокислотами (тирозин, гистидин) используется для их качественного и количественного определения.

Реакции ароматического кольца ариламинов

Аминогруппа является сильным активирующим заместителем и ориентантом 1 рода.

Анилин легко бромируется бромной водой с образованием триброманилина.

В большинстве реакций электрофильного реакционноспособная аминогруппа предварительно защищается путем ацилирования. После проведения реакции ацильную защиту снимают кислотным или щелочным гидролизом.

Лекция № 15