КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ Лекция 9 для студентов 1 курса, обучающихся по специальности Медицинская кибернетика Лектор: ст. преподаватель кафедры биохимии Руковец Татьяна Анатольевна Красноярск 2014

Актуальность Карбоновые кислоты и их функциональные производные (сложные эфиры и тиоэфиры, амиды, гидразиды, галогенангидриды и ангидриды) широко распространены в природе. Работа функциональных групп этих классов лежит в основе различных процессов жизнедеятельности. Их взаимопревращаемость используется в органическом синтезе. Функциональные группы карбоновых кислот и их производных входят в состав биомолекул и лекарственных веществ. Знание электронного строения функциональных групп данных классов и прогнозирование реакционной способности важно для понимания процессов, протекающих в организме и возможностей проведения синтезов. 2

Цель лекции 3

План 1) Карбоновые кислоты: классификация, природные источники. 2) Предельные одноосновные карбоновые кислоты: общая формула, гомологический ряд. 3) Реакционные центры карбоновых кислот и их функциональных производных. 4) Сравнение кислотности карбоновых кислот. 5) Реакции нуклеофильного замещения S N у тригонального атома углерода. Механизм и схема в общем виде. 6) Реакции этерификации и гидролиза. Условия протекания. 4

Общий вид карбоновых кислот и их функциональных производных 5

Карбоновые кислоты – класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп -СООН. Классификация 1) По характеру радикала, связанного с группой –СООН: 6 Класс ПримерНазвание Ароматические Бензойная кислота Алифатические Уксусная кислота Алициклические Хинная кислота Гетероциклические Никотиновая кислота

2) Классификация по числу гидроксильных групп R(COOH) n, n – основность кислоты. 7 Класс ПримерНазвание Одноосновные n = 1 Уксусная кислота Двухосновные n = 2 Щавелевая кислота Трехосновные n = 3 Лимонная кислота

Предельные одноосновные карбоновые кислоты С n H 2n+1 COOH 8 Формула Название кислоты по ИЮПАК Тривиальное название Природный источник НСООНМетановая МуравьинаяВыделения муравьев СН 3 СООНЭтановая УксуснаяПродукты окисления СН 3 СН 2 СООНПропановая ПропионоваяДревесная смола СН 3 (СН 2 ) 2 СООНБутановая МаслянаяСливочное масло СН 3 (СН 2 ) 3 СООНПентановая ВалериановаяВалериана СН 3 (СН 2 ) 4 СООНГексановая КапроноваяНефть СН 3 (СН 2 ) 8 СООНДекановая КаприноваяКокосовое масло СН 3 (СН 2 ) 14 СООНГексадекановая ПальмитиноваяЖиры СН 3 (СН 2 ) 16 СООНОктадекановая СтеариноваяЖиры

Реакционные центры 9

Кислотность карбоновых кислот 10 Электроноакцепторные заместители (ЭА) усиливают кислотность карбоновых кислот (Hal, OH и др.) Электронодонорные заместители (ЭД) ослабляют кислотность карбоновых кислот (R – алкильные радикалы).

Сравнительная оценка силы карбоновых кислот Формула кислоты СН 3 СООН Уксусная кислота НСООН Муравьиная кислота СlCH 2 COOH Хлоруксусная кислота Сl 2 CHCOOH дихлоруксусная кислота Сl 3 CCOOH трихлоруксусная кислота р Ка 4,763,752,851,250,66 11 Увеличение кислотности Чем ниже р Ка, тем сильнее кислота.

Механизм реакций S N (нуклеофильного замещения) 12

Условия протекания реакций S N Наличие хорошей уходящей группы Наличие сильного нуклеофильного реагента или сильного электрофильного центра. Если нуклеофильный реагент и электрофильный центр являются слабыми, то необходим катализатор (Н + ) 13

Сравнение силы реакционных центров в карбоновых кислотах и их функциональных производных 14

Сравнение силы реакционных центров в карбоновых кислотах и их функциональных производных 15

Механизм реакций S N 16

РЕАКЦИЯ ЭТЕРИФИКАЦИИ (ПОЛУЧЕНИЕ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ) 17

РЕАКЦИЯ ЭТЕРИФИКАЦИИ 18

Гидролиз сложных эфиров 19

Механизм щелочного гидролиза 20

Значение гидролиза В организме по принципу кислотного гидролиза расщепляются жиры и сложные омыляемые липиды, белки, нуклеиновые кислоты и другие биомолекулы. Роль кислотных катализаторов в этом процессе выполняют ферменты. 21

Схема кислотного гидролиза жира (трипальмитина) 22 + трипальмитин глицерин пальмитиновая кислота

Салициловая кислота и ее производные 23 Салициловая кислота оказывает жаропонижающее, антигрибковое, антиревматическое и болеутоляющее действие. Как сильная кислота (pKa = 2,98) она раздражает слизистую желудка и внутрь применяется в виде производных: солей, эфиров, амидов. о-гидроксибензойная кислота

Производные салициловой кислоты как лекарственные средства 24 Салициловая кислота фенилсалицилат Салицилат натрия Ацетил- салициловая кислота Салициламид метилсалицилат

Литература основная: Слесарев В.И. – Химия: Основы химии живого: Учебник для вузов. – 3-е изд., испр. – СПб: Химиздат. – – 784 с. Тюкавкина Н. А., Бауков Ю.И. – Биоорганическая химия : Учебник. – М.: ДРОФА. – – С. 36 – 46 25

Литература дополнительная: Грандберг И.И. – Органическая химия: Учеб. Для студ. вузов, обучающихся по агроном. спец. – 5-е изд. – М.: Дрофа, – 672 с. Пузаков С.А. – Химия: Учебник, 2-е изд. испр. и доп. М.: ГЭОТАР-Медиа Медицина, – 630 с. 26

Литература электронные ресурсы: Электронная библиотека Т.12. Органическая химия. /гл. ред.М.А. Пальцев.-М.: Русский врач, 2005 Электронная библиотека Colibris Электронный каталог Крас ГМУ Ресурсы Интернет 27

Задание: оформить схему и механизм реакции: 1) Кислотный гидролиз ацетилсалициловой кислоты. 2) Кислотный гидролиз салициламида. 3) Щелочной гидролиз фенилсалицилата. 28