">
Химия Органическая химия
Информация о работе

Тема: Гидроксикислоты

Описание: Оксикислоты. Номенклатура. Изомерия. Способы получения. Окислением оксиальдегидов и гликолей. Окисление кислот с третичным атомом углерода. Восстановление соответствующих оксокислот: Гидролиз лактонов и лактидов. Физические и химические свойства.
Предмет: Химия.
Дисциплина: Органическая химия.
Тип: Реферат
Дата: 10.08.2012 г.
Язык: Русский
Скачиваний: 302
Поднять уникальность

Похожие работы:

Министерство образования Республики Беларусь.

Учреждение образования Международный Государственный Экологический Университет имени А. Д. Сахарова

Реферат

По органической химии

На тему: “Гидроксикислоты”

г. Минск, 2008

Оглавление

Оксикислоты3

Номенклатура3

Изомерия3

Способы получения4

Физические и химические свойства6

Важнейшие представители и их применение8

Список использованной литературы:11

Оксикислоты

Оксикислотами (или гидроксикислотами) называют соединения, которые содержат в молекуле и спиртовой гидроксил, и карбоксильную группу, например:

CH2(OH) – COOH CH3 – CH(OH) – COOH

? – оксиуксусная, или гликолевая, кислота ? – оксипропионовая, или молочная, кислота

К гидроксикислотам относятся гидроксикарбоновые, гидроксидикарбоновые, гидрокситрикарбоновые, дигидроксикарбоновые, дигидроксидикарбоновые кислоты и т.д., а также фенолкарбоновые кислоты.

Номенклатура

В зависимости от числа карбоксильных групп оксикислоты делятся на одноосновные, двухосновные и т.д.; в зависимости от общего числа гидроксильных групп, включая и гидроксилы кислотных групп, оксикислоты делятся на двухатомные, трёхатомные и т.д.

Простейшие оксикислоты обычно называют по их природным источникам (например, молочная кислота).

По номенклатуре ИЮПАК названия оксикислот образуются путём введения префикса гидрокси- (окси- ) к названию карбоновой кислоты, от которой произошла данная оксикислота, причём место гидроксильной группы по отношению к карбоксильной группе обозначается буквой греческого алфавита. Нумерация обычно начинается от карбоксильной группы.

Ниже приводятся формулы и названия первых пяти простейших ? – оксикислот:

CH2OH – COOH гликолевая (оксиуксусная)

CH3 – CHOH – COOH молочная (? – оксипропионовая)

CH3 – CH2 – CHOH – COOH ? – оксимасляная (2 – оксибутановая)

CH3 – CH2 – CH2 – CHOH – COOH ? – оксивалериановая

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CHOH – COOH ? – оксикапроновая

Изомерия

Гомологический ряд одноосновных оксикислот начинается оксимуравьиной или угольной кислотой. Затем идёт гликолевая или оксиуксусная кислота CH2OH – COOH. Эти две кислоты не имеют структурных изомеров. Следующих гомолог может существовать в виде двух изомеров, отличающихся по положению гидроксильной группы: молочная и ? – оксипропионовая кислоты. Кислота с четырьмя углеродными атомами может существовать в виде пяти структурных изомеров. Три из них можно рассматривать как производные нормальной масляной кислоты; они являются изомерами по положению ОН:

CH3 – CH2 – CHOH – COOH ? – оксимасляная кислота, 2 – оксибутановая кислота

CH3 – СHOH – CH2 – COOH ? – оксимасляная кислота, 3 – оксибутановая кислота

CH2OH – CH2 – CH2 – COOH ? – оксимасляная кислота, 4 – оксибутановая кислота

Два других изомера – производные изомасляной кислоты и, следовательно, отличаются от первых строение углеродного скелета:

CH3 – COH – COOH ? – оксиизомасляная кислота, 2 – метил – 2 – оксипропановая кислота

CH3

CH2OH – CH – COOH ? – оксиизомасляная кислота, 2 – метил 0 3 – оксипропановая кислота

CH3

Среди оксикислот очень часто наблюдается также оптическая изомерия, связанная с наличием ассиметрических углеродных атомов.

Способы получения

Оксикислоты можно получить из кислот введением гидроксильной группы и из спиртов введением карбоксильной группы.

Получение оксикислот из галогензамещённых кислот гидролизом – удобный способ синтеза ? – оксикислот; ? – галогензамещённые кислоты легко легко получаются галогенированием карбоновых кислот. При нагревании с водой галоген легко замещается гидроксилом:

CH3 – CHCl – COOH + HOH CH3 – CHOH – COOH + HCl

Действием алкоголятов на эфиры ? – галогензамещённых кислот получают простые эфиры оксикислот.

Омыление оксинитрилов – один их наиболее употребительных способов получения ? – оксикислот:

OH

CH3 – CH H2O CH3 – CHOH – COOH

CN

? – оксикислоты чаще всего получают из эфиров галогензамещённых кислот по реакции Реформатского. Действием цинка на смесь эфира галогензамещённой кислоты и альдегида или кетона получают цинковый алкоголят эфира ? – оксикислоты, который при действии воды легко дает оксикислоту:

R – CHO + BrCH2 – COOC2H5 R – CH(OZnBr) – CH2COOC2H5 2H2O

R – CH(OH) – CH2 – COOH + Zn(OH)Br + C2H5OH

Присоединением воды к непредельным кислотам получают также ? – оксикислоты. Акриловая кислота, например, в присутствии H2SO4 присоединяет воду с образованием ? – оксипропионовой (гидракриловой) кислоты:

?-

O

?+

CH2 = CH – C – OH + H2O [H2SO4] CH2OH – CH2 – COOH

Направление присоединения воды определяется здесь влиянием карбоксильной группы на поляризацию двойной связи. Конечный углеродный атом оказывается более положительным.

Окислением оксиальдегидов и гликолей, например окисью серебра в аммиачном растворе, получают оксикислоты с различным строением в зависимости от положения соответствующих групп в исходном соединении:

CH3 - CHOH – CHO 2[Ag(NH3)2] OH- CH3 – CHOH – COONH4 + NH4OH + 2NH3 + + 2Ag

Окисление гликолей:

H2C(OH) – CH2OH + O2 H2C(OH) – COOH + H2O

Обмен галогена в ? – галогензамещённых кислотах на гироксильную группу. Реакция легко протекает при нагревании ? – галогензамещённых кислот с водой или со щелочами:

CH2Cl – COOH + H2O CH2(OH) – COOH + HCl

Окисление кислот с третичным атомом углерода, находящимся в ? – положении к карбоксилу, перманганатом калия:

H3C H3C

CH – COOH O C(OH) – COOH

H3C H3C

Изомасляная кислота ? – оксиизомасляная кислота

Ферментативное окисление предельных кислот в ? – положение:

CH3 – CH2 – CH2 – COOH + O2 CH3 – CH(OH) – CH2 – COOH

В последнее время этот процесс удалось осуществить и действием на кислоты пероксидом водорода.

Из карбонильных соединений. Альдегиды и кетоны с неэкранированной карбонильной группой способны присоединить синильную кислоту:

O OH

CH3 – C + H – CN CH3C – H

H CN

Циангидрид уксусного альдегида

CH3 CH3 OH

C = O + HCN C

CH3 CH3 CN

Циангидрид ацетона

Восстановление соответствующих оксокислот:

CH3 – C – COOH H2 [Ni] CH3 – CH – COOH

O OH

Гидролиз лактонов и лактидов. Гидролизом можно получить соответствующие оксикислоты:

NaOH HOH CH2OH – CH2 – CH2 – COONa

Натриевая соль

O O ? – оксимасляной кислоты

? – бутиролактон

Физические и химические свойства

Оксикислоты – жидкости или большей частью кристаллические вещества. В воде они растворимы лучше, чем соответствующие карбоновые кислоты, не содержащие гидроксила. Низшие оксикислоты смешиваются с водой в любых соотношениях. Оксикислоты плавятся при значительно более высоких температурах, чем соответствующие предельные кислоты. По сравнению с последними оксикислоты (особенно ? - оксикислоты) имеют более высокую константу диссоциации, т.е. обладают более килыми свойствами (pKa молочной кислоты ? 3,8).

Оксикислоты проявляют свойства кислот и спиртов. Как кислоты они дают соли, сложные эфиры, амиды и т.д.:

CH3 – CHOH – COONa

CH3 – CHOH – COOH – CH3 – CHOH – COOC2H5

CH3 – CHOH - CONH2

По сравнению с карбоновыми кислотами с тем же числом углеродных атомов оксикислоты (в особенности ? - оксикислоты) обнаруживают более сильно выраженные кислотные свойства. Так, константа диссоциации гликолевой кислоты в 8,5 раз больше, чем уксусной.

Как спирты оксикислоты образуют алкоголяты, простые эфиры, замещают гидроксил галогеном:

CH3 – CHONa – COONa

CH3 – CHOH – COOH – CH3 – CHOR – COOH

CH3 – CHOH – COOH

Вступление в реакцию спиртового или кислотного гидроксила определяется выбором реагента и условиями реакции. Так, при действии галогеноводородов замещается галогеном только спиртовой гидроксил, а при действии пятихлористого фосфора и кислотный, и спиртовой. При действии щелочей в первую очередь получаются соли кислот, а затем могут образоваться и алкоголяты.

Во всех превращениях оксикислот приходится считаться с взаимным влиянием гидроксильной и карбоксильной групп. Особенно это влияние велико, если эти группы находятся в ? – положении. ? – Оксикислоты обнаруживают ряд специфических реакций, обусловленных взаимным влиянием гидроксильной и карбоксильной групп.

1. ? – Оксикислоты легко восстанавливаются в карбоновые кислоты, например при действии йодистого водорода:

CH3 – CHOH – COOH + 2HI CH3 – CH2 – COOH + I2 + H2O

2. При кипячении с разбавленными кислотами ? – оксикислоты расщепляются с выделением муравьиной кислоты:

CH3 – CH(OH) – COOH CH3 – CHO + HCOOH

3. Реакция отщепления воды позволяет отличить ?-, ?- и ? – оксикислоты.

? – Оксикислоты при нагревании они легко выделяют воду, образуя циклические сложные эфиры, шестичленное кольцо которых состоит из четырёх атомов углерода и двух атомов кислорода. При этом гидроксильные и карбоксильные группы двух молекул кислоты взаимно этерифицируются. Образующиеся в результате этерификации циклические сложные эфиры получили название лактидов (от латинского названия молочной кислоты – acidum lacticum):

CH3 – CH – O – H HO – CO CH3 – CH – O – CO

+ 2H2O

CO – OH H – O – CH – CH3 CO – O – CH – CH3

Молочная кислота лактид молочной кислоты

Лактиды – кристаллические вещества. При кипячении с водой в присутствии кислот или щелочей они гидролизуются с образование исходных кислот.

? – Оксикислоты теряют элементы воды и дают непредельные кислоты. Такое направление дегидротации связано с повышенной подвижностью водородных атомов в соседстве с карбоксильной группой, обусловленной устойчивостью (юлагодаря сопряжению) соответствующего аниона:

CH2 – CH – COOH CH2 = CH – COOH + H2O

OH H

?- и ?- Оксикислоты дают при нагревании лактоны, т.е внутренние сложные эфиры. Эта реакция открыта А.М. Зайцевым:

CH2 – CH2 – CH2 – CO CH2 – CH2 – CH2 – CO + H2O

OH OH O

Фактором, определяющим направление дегидратации оксикислот, является устойчивость образующегося цикла. Образование лактидов приводит к устойчивому шестичленному циклу, то же наблюдается в случае лактонов (пяти– и шестичленные циклы). Четырёхчленные лактоны из ? – оксикислот мало устойчивы, и поэтому обычно идёт образование ?, ? – непредельных кислот.

4. Реакции карбоксильной группы. Для гидроксикислот характерны обычные реакции карбоновых кислот: ионизация карбоксильной группы, образование солей, сложных эфиров, амидов, ацилхлоридов. Отчасти осуществлению этих реакций мешает присутствие гидроксильной группы, которая тоже может вступать в реакции. Поэтому её обычно «защищают», превращая в простую или сложноэфирную группировку:

O

RCHCOOH RCHCOOH SOCl2 RCH – C

OH OR1 OR1 Cl

5. Реакции гидроксильной группы. Гидроксикислотам свойственны обычные реакции спиртов, например они образуют простые и сложные эфиры, окисляются и др. Проведению отдельных реакций мешает карбоксильная группа, поэтому её защищают превращением в сложноэфирную группировку.

Важнейшие представители и их применение

• Гликолевая кислота HOCH2COOH – бесцветное кристаллическое вещество с т. пл. 80?С, хорошо растворимое в воде. Она найдена в природных продуктов (свекловичном соке, незрелом винограде). Синтетически её получают из хлоруксусной кислоты и воды.

Гликолевую кислоту применяют в органическом синтезе.

• Важнейший представитель одноосновных двухатомных оксикислот – молочная кислота CH3 – CHOH – COOH. Молочную кислоту получают из нитрила молочной кислоты (циангидрина ацетальдегида), молочнокислым брожением сахаристых веществ, действием щелочей на водные растворы моносахаридов, содержится в кислом молоке, квашеной капусте, солёных огурцах. Молочная кислота брожения применяется в пищевой и кожевенной промышленности, в крашении такней.

• Для получения двухосновных оксикислот применимы те же общие способы, что и для одноосновных. Так, например, важнейший представитель двухосновных трёхатомных оксикислот – яблочная кислота HOOCCH(OH)CH2COOH представляет собой бесцветное кристаллическое вещество с приятным кислым вкусом, хорошо растворимы в воде. Может быть получена гидролизом бромянтарной кислоты или присоединением воды к малеиновой и фумаровой кислотам.

Яблочную кислоту применяю в органическом синтезе и медицине.

• Важнейшими представителями двухосновных четырёхатомных оксикислот являются винные кислоты HOOC – CHOH – CHOH – COOH – бесцветные, растворимые в воде кристаллические вещества с приятным кислым вкусом. Они различаются между собой только пространственной структурой. Винные кислоты получают синтетическими методами или из природных веществ.

Винная кислота и её соли имеют разнообразное применение. Винная кислота применяется в пищевой индустрии и красильном деле, соли винной кислоты, например сегнетова соль C4H4O6KNa·H2O – в радиотехнике (пьезокристаллы), в химическом анализе (например, в виде фелинговой жидкости). Двойная соль калия и антимонила известна в медицине и в протравном крашении под названием рвотного камня 2C4H4O6K·(SbO)2·H2O.

• Лимонная кислота – бесцветное кристаллическое вещество, из воды кристаллизуется в виде моногидрата, безводная кислота плавится при 153?С.

CH2COOH

HO – C – COOH

CH2COOH

Лимонная кислота распространена в природе (лимонный сок, табачные листья и др.). В промышленности её получают ферментативной обработкой растворов глюкозы. При сбраживании растворов грибами Aspergillus niger получают растворы лимонной кислоты (лимонное брожение).

Лимонную кислоту применяют в пищевой промышленности и фармокологии. Сложные эфиры лимонной кислоты используют в качестве пластификаторов.

• Салициловая кислота – бесцветное кристаллическое вещество плавящееся при 159?С, легко возгоняется, растворяется а горячей воде.

OH

COOH

Встречается в природных продуктах, в основном в виде метилового эфира. Синтетически её получают из фенола.

Салициловая кислота даёт характерное для фенолов фиолетовое окрашивание с FeCl3.

Салициловую кислоту и её производные используют в медицине, например ацетилсалициловую кислоту (аспирин), метиловый эфир салициловой кислоты(противоревматическое средство).

Список использованной литературы:

«Химия. Справочник». В. Шретер, К. – Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др. Издательство «Химия», 1989г., (стр. 490 - 491).

«Органическая химия. Учебник для вузов». Петров А. А., Бальян Х. В., Трощенко А. Т. Издательство «Высшая школа», 1981г., Москва, (стр. 238 - 252).

«Органическая химия». О. Я. Нейланд. Издательство «Высшая школа», 1990г., Москва, (стр. 607 - 615)

«Органическая химия». Грандберг. (стр. 410 - 417)

Интернет-ресурсы:

http://эссе.рф - сборник не проиндексированных рефератов. Поиск по рубрикам и теме. Большинство текстов бесплатные. Магазин готовых работ.