Сн-кислотные свойства малонового эфира, синтезы на основе малонового эфира

Малоновая кислота — НООССН2СООН — вещество, выделенное из сока сахарной свеклы.

Большое практическое значение имеет диэтиловый эфир малоновой кис­лоты, называемый просто малоновым эфиром, который широко применяют в синтезе карбоновых кислот. Малоновый эфир за счет двух электроноакцеп­торных групп, связанных с α-атомом углерода, обладает СН-кислотными свойствами (рКа = 13). В присутствии сильных оснований он образует карбоанион, являющийся сильным нуклеофилом:

В дальнейшем этот нуклеофил может быть, например, алкилирован галогенопроизводными углеводородов. После гидролиза сложноэфирных связей и декарбоксилирования фрагмента малоновой кислоты образуются новые карбоновые кислоты. Их углеродный скелет оказывается на 2 атома углерода длиннее, чем в исходном галогено-производном углеводорода:

61.Фталевая кислота, фталевый ангидрид, фталимид; синтез фенолфталеина, его индикаторные свойства.

Фталевая кислота — орто-изомер фталевых кислот: С6Н4(СООН)2. Легко образует циклический ангидрид, применяется для синтеза различных репеллентов.

                                  

Фталевая кислота          фталевый ангидрид                    фталамид

Частным случаем ацилирования по Фриделю-Крафтсу является конден­сация фенола с фталевым ангидридом. Реакция протекает при нагревании с кислотным катализатором (концентрированная серная кислота или хлорид цинка) и приводит к образованию фенолфталеина:

Использование фенолфталеина в качестве индикатора основано на его взаимодейст­вии с разбавленными растворами щелочей (pH >8,5) с образованием окрашенного диани­она хиноидной структуры (III), процесс возникновения которого можно представить сле­дующим образом:

Под действием щелочи в бесцветном фенолфталеине происходит размыкание (гидро­лиз) γ-лактонного кольца, и возникший бесцветный спирт (I) самопроизвольно отщепляет молекулу воды с образованием мононатриевой соли (II) желтого цвета. Дальнейшее взаи­модействие со щелочью приводит к образованию динатриевой соли (III) и к углублению окраски до малиновой, что обусловлено удлинением цепи сопряжения (хиноидный фрагмент выделен цветом).

В сильнощелочной среде (pH >10) наблюдается обесцвечивание раствора в результате перехода динатриевой соли (III) в тринатриевую соль (IV), в которой кольца не сопряжены между собой.

Из дикарбоновых кислот или их ангидридов получают циклические ими­ды. Легче образуются имиды с пятичленным циклом:

Для синтеза о-аминобензойной (антраниловой) кислоты удобнее исполь­зовать фталевый ангидрид, из которого щелочным гидролизом в присутствии аммиака получают сначала фталаминовую кислоту. Расщепление последней по Гофману приводит к образованию антраниловой кислоты. Аналогичным расщеплением фталимида антраниловая кислота получается с выходом 84%

62.Гидроксикислоты алифатического ряда. Номенклатура, классификация, способы получения. Химические свойства как гетерофункциональных соединений. Специфические реакции для a-, b- и g-гидроксикислот. Лактоны, лактиды, их отношение к гидролизу. Представители: молочная, винные, яблочная, лимонная кислоты.

Гидроксикислотам и называются соединения, в молекулах которых содержатся гидроксильная и карбоксильная группы. Эти функциональные группы могут быть присоединены к алифатической цепи (алифатические гидроксикислоты) или к ароматическому кольцу, в последнем случае используют иногда родовое название фенолокислоты. По взаимному расположению функциональных групп различают α-, β-, γ-, δ-гидроксикислоты и т. д. Буквы греческого алфавита указывают положе­ние гидроксильной группы относительно карбоксильной, причем отсчет ве­дется от ближайшего к карбоксильной группе атома углерода, т. е. от атома С-2. Следует обратить внимание на то, что в заместительной номенклатуре ИЮПАК для замещенных карбоновых кислот локанты α-, β-, γ- и т. д. не употребляются.

Специфические реакции

1. Реакция образования лактидов (циклических сложных эфиров). Протекает при нагревании гидроксикислот и по существу является реакцией межмолекулярной взаимной эстерификации:

Лактиды, фактически являющиеся сложными эфирами, легко гидролизуются как в кислой, так и в щелочной средах. При этом образуются исходные гидроксикислоты или же их соли соответственно. Существуют также способы получения из гидроксикислот линейных полимеров, из которых изготавливают рассасывающиеся материалы для медицинского применения, например хирургические нити, лекарственные капсулы.

2. Реакция расщепления минеральными кислотами. Реакция протекает при нагревании гидроксикислот с сильными минеральными кислотами (HCl, разбавленная H2SO4). При этом углеродный скелет гидроксикислоты укорачивается на один атом углерода за счет отщепления молекулы муравьиной кислоты в случае, если была применена разбавленная минеральная кислота. При нагревании с концентрированными минеральными кислотами отщепляемая молекула муравьиной кислоты далее расщепляется до оксида углерода (II) и воды. Муравьиная кислота является постоянным продуктом таких реакций. Укороченный на один углеродный атом остаток гидроксикислоты освобождается в виде соответствующего оксосоединения, строение которого может быть различным и определяется природой расщепляемой гидроксикислоты:

РЕАКЦИИ, СПЕЦИФИЧНЫЕ ДЛЯ ГИДРОКСИКИСЛОТ

1.Реакция дегидратации. В бета-гидроксикислотах имеется активный СН-кислотный реакционный центр, появление которого обусловлено совместным электроноакцепторным действием гидроксильной и карбоксильной групп. Поэтому при нагревании или под действием минеральных кислот от бета-гидроксикислот происходит отщепление молекулы воды с образованием, альфа, бета непредельных карбоновых кислот:

РЕАКЦИИ, СПЕЦИФИЧНЫЕ ДЛЯ Гамма ГИДРОКСИКИСЛОТ

  1Реакция образования лактонов

Лактоны — внутренние циклические сложные эфиры гидроксикислот. Они образуются при взаимодействии карбоксильной и гидроксильной групп, принадлежащих одной и той же молекуле. Очевидно, что способствует протеканию этой реакции клешневидная конформация ее углеродного скелета, в результате чего указанные группы могут оказаться пространственно сближенными и прореагировать друг с другом. Наиболее характерна эта реакция для гамма - гидроксикислот, поскольку из них образуются стабильные пятичленные гамма-лактонные циклы:

Представители.

1.Молочная кислота — СН3СН(ОН)СООН — была впервые обнаружена в прокисшем молоке, отсюда и получила название. Многие квашеные продукты также содержат молочную кислоту, образующуюся в результате молочнокислого брожения са­харистых веществ. Благодаря наличию в молекуле асимметрического атома углерода молочная кислота может существовать в виде двух оптически активных энантиомеров — D- и L-форм — и оптически неактивной рацемической формы. Последняя представляет собой молочную кислоту броже­ния. L(+)-Молочная кислота, образуется в мышеч­ной ткани как продукт расщепления и дальнейшего превращения полисахари­да гликогена. D(-)-Молочная кислота может быть получена под действием микроорганизмов, например, Lactobacillus leishmanii или Escherichia coli. Соли и сложные эфиры молочной кислоты называются лактатами.

2. Яблочная кислота. Соли и эфиры — малаты. 

Содержится в незрелых плодах яблок, ягодах рябины, барбариса. В организме человека является метаболитом цикла трикарбоновых кислот. Природный энантиомер имеет L-конфигурацию хирального центра. Направление вращения плоскости поляризованного света может быть как правым (+), так и левым (–) в зависимости от концентрации.

3. Винные кислоты. Средние соли и полные эфиры — тартраты, кислые соли и неполные эфиры — гидротартраты.  

В структуре винной кислоты присутствуют 2 асимметрических атома углерода, поэтому для нее возможно существование как энантиомеров, так и альфа-диастереомеров. Вопросы стереохимии этого соединения были рассмотрены ранее. Природной формой является D(+) винная кислота, которая содержится во многих фруктах и ягодах. Особенно много ее содержится в виноградном соке. Применяется в пищевой и кожевенной промышленности. Смешанная соль тартрат калия-натрия («сегнетова соль») применяется в лабораторной практике для получения реактива Фелинга, который, в свою очередь, используется для качественного обнаружения альдегидов и редуцирующих углеводов. Рацемическая смесь энантиомеров винных кислот имеет название виноградная кислота, получается при окислении перманганатом калия фумаровой кислоты. Оптически неактивная мезовинная кислота образуется при окислении малеиновой кислоты.

4. Лимонная кислота. Соли и эфиры — цитраты.  

Не содержит в своей структуре асимметрических атомов углерода и поэтому не обладает оптической активностью. Лимонная кислота и ее соли широко распространены в природе: содержатся в соке цитрусовых, многих других фруктах и ягодах, в листьях табака. В организме человека лимонная кислота является важным метаболитом цикла трикарбоновых кислот. Проявляет свойства консерванта. Применяется в пищевой и фармацевтической промышленности.

Фенолокислоты. Получение и химические свойства как гетерофункциональных соединений. Салициловая кислота. Эфиры салициловой кислоты, применяемые в медицине: метилсалицилат, фенилсалицилат, ацетилсалициловая кисолота, п-аминосалициловая кислота (ПАСК). Галловая кислота, представление о дубильных веществах.

Гидроксикислотам и называются соединения, вмолекулах которых содержатся гидроксильная и карбоксильная группы. Эти группы присоединены к ароматическому кольцу, используют родовое название фенолокислоты. По взаимному расположению функциональных групп различают α-, β-, γ-, δ-гидроксикислоты и т. д. Буквы греческого алфавита указывают положе­ние гидроксильной группы относительно карбоксильной, причем отсчет ве­дется от ближайшего к карбоксильной группе атома углерода, т. е. от атома С-2. Следует обратить внимание на то, что в заместительной номенклатуре ИЮПАК для замещенных карбоновых кислот локанты α-, β-, γ- и т. д. не употребляются. Систематические названия гидроксикислот строятся по общим принци­пам заместительной номенклатуры. Однако для ряда широко распро­страненных представителей предпочтительными являются тривиальные на­звания (в скобках):

Химические свойства.

Специфические свойства гидроксикислот обусловлены принадлежностью этих соединений одновременно к спиртам и карбоновым кислотам и во мно­гом зависят от взаимного расположения функциональных групп.

Образование лактидов. Лактидами называются циклические эфиры, построенные из двух и более остатков гидроксикислот (необязательно α-гидроксикислот). α-Гидроксикислоты не способны образовывать лактоны (трехчленные α-лактоны вообще не известны). Тем не менее при нагревании этих кислот в результате межмолекулярной этерификации образуется димерный продукт, легко превращающийся в более устойчивый шестичленный циклический диэфир — лактид:

Салициловая кислота — о-НО-С₆Н_4-СООН — кристалли­ческое вещество, плохо растворимое в воде. По кислотности она превосходит почти все мо­нозамещенные бензойные кислоты, в том числе и с электроноакцепторными заместителями. Встречается в растительном мире как в свободном состоянии, так во многих эфирных маслах. Салициловая кислота обладает антисептическими свойствами и находит применение в медицине и как консервант некоторых пищевых продуктов. Но еще более широко используются в медицинской практике производные сали­циловой кислоты по обеим функциональным группам. Главным образом, это сложные эфиры по карбоксильной группе — метилсалицилат и фенилсалицилат, имеющий торговое название салол, и по фенольному гидроксилу — ацетилсалициловая кислота, для которой одно из многочисленных торговых названий — аспирин. Названные производные получают известными способами синтеза слож­ных эфиров. Так, метилсалицилат образуется при этерификации салициловой кислоты метанолом:

 

Низкая нуклеофильность фенолов не позволяет таким же способом полу­чить фенилсалицилат. Поэтому салициловую кислоту превращают предвари­тельно в более активный ацилирующий агент — хлорангидрид, которым затем ацилируют фенол:

Гидроксильная группа фенола ацилируется под действием уксусного ан­гидрида с количественным выходом:

Салициловая кислота и ее производные со свободной гидроксильной группой дают с раствором хлорида железа(Ш) фиолетовое окрашивание, ха­рактерное для фенолов, что используется в качественном анализе.

Салициловая кислота оказывает антисептическое действие, что определило ее применение в качестве консерванта пищевых продуктов и дезинфицирующего наружного средства. Кроме того, при введении в организм она вызывает противовоспалительный, жаропонижающий, обезболивающий эффекты. Однако в настоящее время препараты салициловой кислоты в медицине используются только для наружного применения (например, ее спиртовой раствор — салициловый спирт), поскольку при приеме внутрь салициловая кислота оказывает сильное раздражающее действие на слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта. Широкое применение получили производные салициловой кислоты — салицилаты. Они во многом сохраняют лечебные эффекты самой салициловой кислоты, но при этом оказывают менее выраженное раздражающее действие на желудочно-кишечный тракт. Например, фенилсалицилат (салол), ацетилсалициловая кислота (аспирин), метилсалицилат.

Имеет медицинское значение пара-аминосалициловая кислота (4-амино-2-гидроксибензойная кислота), которая применяется в лекарственной терапии туберкулеза

Галловая кислота (3,4,5-тригидроксибензойная кислота) является компонентом танинов:

Танины — соединения растительной природы, представляющие собой димеры, тримеры и тетрамеры галловой кислоты (негидролизуемые танины) и ее эфиры с глюкозой (гидролизуемые танины). Содержатся они в коре деревьев (акация, дуб, каштан), в чае. Танины способны осаждать белки, проявляют противомикробное и антиоксидантное действие, чем обусловлен их дубящий эффект и применение в кожевенной промышленности и медицине (кровеостанавливающее средство, средство для лечения ожоговых ран, диареи). Танины образуют невсасываемые комплексы с алкалоидами, что определило возможность их применения при отравлении алкалоидами. При окислении (даже кислородом воздуха) танины образуют стойкие пигменты, поэтому применяются в производстве чернил.

Аминокислоты. Классификация, номенклатура, способы получения, химические свойства как гетерофункциональных соединений. Специфические реакции для a-, b- и g-аминокислот алифатического ряда. Лактамы, дикетопиперазины, их отношение к гидролизу. b-лактамные антибиотики: пенициллины и цефалоспорины.

Аминокислоты — это производные карбоновых кислот, в углеводородном радикале которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппу –NH2. Таким образом, они являются гетерофункциональными соединениями.

В зависимости от местоположения функциональных групп в углеродном скелете молекулы различают аминокислоты алифатического и ароматического рядов. В свою очередь, с учетом взаимного расположения групп NH₂ и СООН в углеродной цепи представители алифатического ряда подразделяются на α-, β-, γ-, δ-, ε-аминокислоты. Аминокислоты с более удаленными друг от друга функциональными группами объединяют в обозначении ω-аминокислоты. В зависимости от числа амино- и карбоксильных групп аминокислоты разделяют на моноаминомонокарбоновые, моноаминомонодикарбоновые, диаминомонокарбоновые. Среди аминокислот алифатического ряда наиболее распространенными и биологически значимыми являются α-аминокислоты, имеющие общую фор­мулу R—CH(NH₂)—СООН и отличающиеся друг от друга только строением радикала R. Они представляют собой структурные элементы многих природ­ных соединений, главным образом белков. В настоящее время известно свыше 100 природных а-аминокислот, из которых только около 25 обнаружены в бел­ках, а 20 аминокислот входят практически во все белковые молекулы. В номенклатуре α-аминокислот прочно укрепились тривиальные назва­ния, принятые номенклатурой ИЮПАК. Систематические назва­ния α-аминокислот практически не применяются, хотя они до­пустимы. Сокращенное трехбуквенное обозначение аминокислот использует­ся при записи строения пептидных и белковых молекул. Для обозначения стереохимии аминокислот традиционно используется D,L-система, более же универсальная R,S -система внедряется медленно. Всем L-аминокислотам, за исключением цистеина, соответствует S-конфигурация асимметрического центра.