Другие производные угольной кислоты

Иминомочевина (гуанидин) входит в состав аминокислоты аргинина:

 

H₂N - C - NH₂

 

NH

 

Н₂N – СООН – карбаминовая кислотата – неполный амид угольной ки- слоты. В свободном состоянии не существует, однако соли (карбаматы) и эфи- ры (уретаны) этой кислоты достаточно устойчивы и находят практическое при- менение. Эфиры являются снотворными средствами

 

 

 

 

Содержание

1. Биологически важные одно- и многоатомные спирты, фенолы....................................................................................................... 3

1.1. Одноатомные спирты...................................................................... 5

1.2. Многоатомные спирты................................................................. 14

1.3. Фенолы........................................................................................... 19

1.4. Лабораторная    работа     “Свойства     спиртов, фенлов”…..................................................................................... 29

2. Биологически важные амины..................................................... 32

3. Биологически важные карбонильные соединения: альдегиды и кетны....................................................................................................... 42

3.1. Лабораторная работа “Свойства альдегидов и кетонов”........ 58

4. Биологически важные карбоновые кислоты и их производные......... 61

4.1. Одноосновные карбоновые кислоты........................................... 67

4.2. Двухосновные карбоновые кислоты........................................... 72

4.3. Мочевина...................................................................................... 74

4.4. Другие производные угольной кислоты.................................... 77

4.5. Лабораторная работа “Свойства одно- и двухосновных карбо- новых кислот. Свойства мочевины”............................. 78

5. Тестовые задания для самостоятельной работы студентов................ 81

5.1. Тестовые задания по теме: Спирты. Фенолы............................. 81

5.2. Тестовые задания по теме: Амины.............................................. 83

5.3. Тестовые задания по теме: Альдегиды и кетоны........................ 84

5.4. Тестовые задания по теме: Карбоновые  кислоты. Мочевина...................................................................................... 86

6. Эталоны ответов к тестовым заданиям................................................ 88

Используемая литература......................................................................... 89

 

 

“Гидрокси- и оксокислоты”

Цель занятия: изучение электронного, пространственного строения и хи- мических свойств биологически важных гидрокси- и оксокислот.

 Студент должен знать:

- классификацию гидрокси- и оксокислот;

- номенклатуру и изомерию гидрокси- и оксокислот;

- особенности химических свойств оксо - , гидрокси - и фенолокислот;

 Студент должен уметь:

- писать уравнения химических реакций оксо - , гидрокси - и фенолокислот;

- объяснять химическое поведение гидроксикислот в организме;

- объяснять кето - енольную таутомерию, роль этого фактора в биохимии организма.

 Перечень вопросов для подготовки по теме “ Гидрокси- и оксокислоты ”

1. Гидроксикислоты (одноосновные (молочная), двухосновные (винные, яблочная) и трехосновные (лимонная) кислоты). Классификация. Номенк- латура. Изомерия. Химические свойства как гетерофункциональных  соеди-

-,

-

нений. Специфические реакции        и -гидроксикислот  алифатического

ряда. Лактоны, лактиды, их отношение к гидролизу.

 

2. Фенолокислоты. Салициловая кислота. Получение и химические свойства как гетерофункционального соединения. Эфиры салициловой ки- слоты, применяемые в медицине: метилсалицилат, фенилсалицилат, аце- тилсалициловая кислота, п-аминосалициловая кислота (ПАСК).

3. Оксокислоты (альдегидо- (глиоксиловая) и кетонокислоты (пировино- градная, ацетоуксусная, щавелевоуксусная, -кетоглутаровая)). Номенкла- тура. Изомерия. Химические свойства как гетерофункциональных соедине- ний. Специфические свойства в зависимости от взаимного расположения функциональных групп.

4. Кето-енольная таутомерия -оксокислот (ацетоуксусной и щавелево- уксусной).

Гидрокси(окси)кислоты

Это гетерофункциональные органические вещества, содержащие одно- временно одну или несколько гидроксильных (–ОН) и карбоксильных групп (–СООН). Количество карбоксильных групп (–СООН) определяет основ- ность, а гидроксильных ( –ОН) – атомность.

В общем виде их формулу можно представить

 

В простейшем случае n = m = 1.

Номенклатура.

R /(COOH)n .

\(OH)m

По международной номенклатуре ИЮПАК в составе молекулы выделяют функциональные группы и определяют их старшинство. Карбоксильная группа старше гидроксильной, следовательно, определяет окончание назва- ния, а младшая гидроксильная группа указывается приставкой гидрокси- или окси-. Родоначальная структура (главная цепь) выбирается так, чтобы в нее входило максимальное количество карбоксильных и затем гидроксильных групп. Нумерация цепи начинается от углеродного атома карбоксильной группы и ведется таким образом, чтобы сумма номеров всех заместителей была минимальной. В названии цифрами указывается положение всех замес- тителей и функциональных групп. Одинаковые заместители называют один раз, но с соответствующей цифровой приставкой: ди – 2, три -3, тетра- 4 и т.д.

Для оксикислот распространена радикально-функциональная номенклатура. Предварительно атомы углерода, следующие за карбоксильной группой ну- меруют буквами греческого алфавита. Основу названия составляет тривиаль- ное название соответствующей кислоты, а положение гидроксильных групп указывается приставкой гидрокси- или окси- и буквой греческого алфавита того углеродного атома с которым она связана.

Тривиальная(историческая) номенклатура оксикислот очень распространена.

Таблица. Номенклатура гидроксикислот.

 

Формула кислоты	Название по номенклатуре
	ИЮПАК	радикально- заместитель- ной	триви- аль-ной
CH2 COOH   OH	2-гидроксиэтановая	-окси- уксусная	гликоле- вая
H3C  CH COOH   OH	2-гидрокси- пропановая	-окси- пропионовая	молочная
HOOC  CH CH COOH           OH OH	2,3-дигидрокси- бутандиовая	, -диокси- янтарная	винная
COOH HOOC   CH2  C   CH2 COOH OH	3-гидрокси- 3-карбокси- пентандиовая	-	лимонная

Изомерия.

Для оксикислот характерна структурная и пространственная изомерия. Виды структурной изомерии:

Изомерия положения гидроксильных групп

 

H3C  CH2  CH COOH   OH	H3C  CH CH2 COOH   OH	H2C  CH2 CH2 COOH OH
-оксимасляная кислота	-оксимасляная кислота	-оксимасляная кислота

 

 Изомерия углеродного скелета

 

H3C  CH2 CH COOH   OH	CH3   H3C  C  COOH   OH
-оксимасляная кислота	-оксиизомасляная кислота

Межклассовая изомерия

Спирты изомерны простым эфирам, а карбоновые кислоты сложным эфирам. Можно привести примеры нескольких изомеров общей формулы С₄Н₈О₃

4    3     2     1 O H3C    CH2 CH C OH OH	3     2     1 O CH3 CH C OH OCH3	3     2     1 O CH3 CH C OCH3 OH
2-гидроксибутановая ки- слота	2-метоксипропановая кислота	метиловый эфир пропановой кислоты

 

Пространственная изомерия:

В ряду оксикарбоновых кислот важнейшим видом пространственной изомерии является оптическая изомерия. Она связана с наличием в молеку- лах одного или нескольких асимметрических(хиральных) атомов углерода. В ряду одноосновных двухатомных кислот атом углерода с четырьмя различ- ными заместителями (хиральный) появляется в молочной кислоте, следова- тельно, имеются оптические изомеры.

 

 

COOH                       COOH H             OH     HO             H CH3                            CH3
D(–) – молочная кислота	L(+) – молочная кислота

 

Буквами D,L- обозначают относительную конфигурацию оптических изомеров. Таким способом определяют строение ассиметрического атома по сравнению со строением стандартного вещества. Стандартом в ряду окси- кислот принимаются изомеры молочной кислоты. К D-ряду относится изо- мер, в котором гидроксогруппа в формуле Фишера расположена справа от главной цепи, к L-ряду - гидроксогруппа слева.

Оптические изомеры обладают свойством оптической активности (способность отклонять плоскость поляризации плоско поляризованного мо- нохроматического света на определенный угол). Один изомер отклоняет плоскость поляризации по часовой стрелке (вправо) - это правовращающий изомер, его обозначают знаком «+». Второй изомер – левовращающий, обо- значают знаком «–». Знак вращения плоскости поляризации света нельзя свя- зывать с отнесением соединений к D – и L – рядам, его определяют только экспериментально прибором - поляриметром.

Число оптических изомеров определяется по формуле : N = 2n, где N-

число оптических изомеров, n- число хиральных атомов углерода.

Винная кислота имеет два ассиметрических атома углерода, по форму- ле предсказывается наличие четырех оптических изомеров. Однако, изомеров существует только три: из них два оптически активных и один- неактивная мезоформа. Мезоформа появляется при наличии в молекуле двух одинаковых ассиметрических атомов, между которыми создается плоскость симметрии.

 

COOH                    COOH                    COOH   H           OH    HO           H         H           OH плоскость симметрии HO           H         H           OH      H           OH   COOH                    COOH                    COOH
D(+) – винная кислота	L(–) – винная кислота	мезовинная кислота

 

Для оксикислот с двумя ассиметрическими атомами углерода опреде- ление принадлежности к D,L – ряду затруднено. По договоренности опреде- ляют принадлежность D либо L – ряду по расположению заместителей у ближнего к старшей функциональной группе хирального атома в сравнении с веществом-стандартом.

Химические свойства.

Наличие в молекуле двух типов функциональных групп приводит к тому, что эти соединения проявляют характерные свойства карбоновых кислот и одновременно спиртов. За счет взаимного влияния групп происходит уси- ление реакционной способности каждой из них. Кроме того, для оксикис- лот возможны специфические реакции с участием обеих групп.

 

- I COOH       O

O

R    CH C

                                             H OH

- I _OH