Карбоновые кислоты и их гетерофункциональные производные: гидрокси- и оксокарбоновые кислоты

Классификация
Карбоновыми кислотами называются соединения, содержащие карбоксильную группу —СООН.

1. По числу карбоксильных групп :
моно- , дикарбоновые кислоты и т.д.
2. В зависимости от строения радикала:
- алифатические предельные (ациклические, циклические )
- непредельные (содержат одну или несколько кратных связей)
- ароматические (карбо- и гетероароматические)
3. В связи с присутствием в радикале других функциональных групп:
- гидроксикарбоновые (содержат одну или несколько гидроксильных групп)
- оксокарбоновые (содержат карбонильную группу - альдегидную или кетоновую)
- аминокислоты (содержат одну или несколько аминогрупп).

МОНОКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

ПОВТОРИТЬ!

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Строение карбоксильной группы
Радикалы
Нуклеофильные центры
Электрофильные центры

Взаимодействие с Me; MeхOy; Me(OH)y;
солями слабых кислот:
Кислотные свойства КК

Реакции ацилирования - это замещение любого атома или группы атомов на ацил. В зависимости от атома к которому присоединяют ацил различают C-, N-, O-, S- ацилирование
Ацилирование – реакция SN по карбонильному углеродному атому, с образованием связи между ацильным остатком и нуклеофилом.

1. Галогенацилирование.
Образование галогенангидридов карбоновых кислот

2. О-ацилирование карбоновых кислот.
Образование ангидридов карбоновых кислот

Реакция этерификации (образование сложных эфиров)
3. О-ацилирование спиртов.

Образование амидов карбоновых кислот
4. N-ацилирование аминов.
Реакция образования амидов играет большую роль в организме: за счет этой реакции происходит обезвреживание токсичного аммиака.
(этанамид, амид уксусной кислоты)

5. S-Ацилирование тиолов.
В метаболизме карбоновых кислот большую роль играет их способность при участии АТФ ацилировать кофермент А*
Кофермент А -сложное соединение, содержащее остаток
2-аминоэтантиола HS-CH2-CH2-NH-, пантотеновую кислоту (витамин В3) и фосфат­ное производное аденозина.

С жирными кислотами кофермент А, за счет тиольной группы (—SH), образует сложные тиоэфиры, называемые ацилкоферментами А
(ацил-КоА или RCOSKoA):

Например, при участии уксусной кислоты образуется ацетилконфермент А (ацетил-КоА)
или

Реакции с участием радикалов монокарбоновых кислот
Галогенирование насыщенных алифатических кислот (реакция Гелля—Фольгарда—Зелинского)

ДИКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

В живом мире наибольшее значение имеют:
Диссоциируют ступенчато.
Сила уменьшается
Кислотные свойства значительно выше, чем монокарбоновых, из-за электроноакцепторного влияния второй –СООН группы.

1. Дают два ряда солей:
Дикарбоновые кислоты обладают неспецифическими свойствами, реакции могут протекать с участием одной или двух функциональных групп.
Кальциевые соли щавелевой кислоты малорастворимы- они являются причиной образования оксалатных камней в почках и мочевом пузыре.

2. Образуют функциональные производные – полные и неполные эфиры (амиды):

Специфические свойства
1. Первые два гомолога дикарбоновых кислот легко декарбоксилируются – отщепляют СО2

2. Янтарная и глутаровая кислоты с более длинной цепью изгибаются и при нагревании
не декарбоксилируются, а происходит внутримолекулярное ацилирование, с образованием циклических ангидридов.

3. Дикарбоновые кислоты являются бидентатными лигандами и легко образуют прочные хелатные комплексы:

Непредельные дикарбоновые кислоты
Простейшими с одной двойной связью, являются малеиновая и фумаровая кислоты:
Малеиновая к-та менее устойчива, при нагревании и действии радикалобразующих веществ (иода, оксида азота, азотистой к-ты) превращается в фумаровую.

По химическим свойствам отличаются от предельных способностью присоединять галогены, галогенводороды, водород и т.д.
Только малеиновая кислота способна давать циклический ангидрид (вследствие близкого расположения -СООН).

ГИДРОКСИКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Соединения, молекулы которых содержат и спиртовые и карбоксильные группы.
Наиболее значимыми являются:

Специфические свойства
1. α-Гидроксикислоты дегидратируются межмолекулярно, с образованием циклических сложных эфиров (лактидов)
β-Гидроксикислоты дегидратируются внутримолекулярно, с образованием непредельных кислот.

γ и δ-гидроксикислоты из-за близости –ОН и СООН – групп легко дегидратируются с образованием циклических внутренних сложных эфиров - лактонов

2. Внутримолекулярная Ox/Red дисмутация α-гидроксикислот приводит к образованию муравьиной к-ты и альдегида или кетона:
Лимонная к-та

АРОМАТИЧЕСКИЕ
и ГЕТЕРОАРОМАТИЧЕСКИЕ
карбоновые кислоты

Бензойная кислота
Применяют при кожных заболеваниях, как наружное антисептическое (противомикробное) и фунгицидное (противогрибковое) средства, а её натриевую соль — как отхаркивающее средство.

Обезвреживание бензойной кислоты
глицинтрансфераза
По скорости образования и выделения гиппуровой кислоты с мочой после приема бензойной кислоты судят о функции печени и ее роли в обезвреживании токсичных продуктов.

n-аминобензойная кислота (витамин В10)
- участвует: в усвоении белка, в выработке красных кровяных телец;
- активизирует: кишечную микрофлору, синтез интерферона;
- повышает эффективность витамина С;
- препятствует образованию тромбов;
- антиоксидант и др.

Местноанестезирующие средства:
АНЕСТЕЗИН

ФЕНОКИСЛОТЫ
Обладает более кислотными свойства, чем ее мета- и пара-изомеры.
о-гидроксибензойная кислота
(салициловая кислота)
Салициловая кислота оказывает жаропонижающее, антигрибковое и болеутоляющее действие.
Сильные кислоты. Проявляют свойства фенолов и кислот.

Препараты (кроме салола) оказывают анальгетическое, жаропонижающее и противовоспалительное действие.
Салол - дезинфицирующее средство при кишечных заболеваниях.
В кислой среде не гидролизуется, используют как материал для защитных оболочек лекарственных средств.

Никотиновая кислота
(витамин РР, витамин В3)
Никотинамид
В организме никотиновая кислота превращается в никотинамид, который связывается с коферментами НАД и НАДФ, переносящими водород, участвует в метаболизме белков, жиров, аминокислот, пуринов, тканевом дыхании.

ОКСОКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Являются естественными продуктами обмена веществ. Обладают свойствами, характерными для кислот, альдегидов и кетонов.
Данные кислоты в организме образуются при окислении соответствующих гидроксикарбоновых кислот с помощью дегидрогеназ с окисленной формой конфермента НАД+:

Внутримолекулярная дисмутация
Реакция декарбоксилирования
Реакция декарбонилирования
Пировиноградная к-та
В отличие от α-оксокарбоновых к-т, декарбоксилирование β-оксокарбоновых к-т протекает легче (даже при комнатной температуре).

In vivo эта реакция протекает в присутствии фермента декарбоксилазы и соответствующего кофермента. Образующийся “активный ацетальдегид” далее окисляется в в ацетилкофермент А.
Пировиноградная кислота является одним из промежуточных продуктов молочнокислого и спиртового брожения углеводов, ее соли называют пируватами.
ПВК легко декарбоксилируется при нагревании с разбавленной Н2SO4
ОКСОКИСЛОТЫ. РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ.

Реакции восстановления
Гидрирование
Трансаминирование
Основной метод биосинтеза α-аминокислот из α-оксокислот.

Реакции комплексообразования
Оксокарбоновые к-ты являются активными ди- и полидентатными лигандами и образуют устойчивые хелаты с ионами-комплексообразователями:
На данных реакциях основано применение оксокарбоновых кислот для приготовления лекарственных препаратов для вывода ионов металлов-токсикантов из организма.

«КЕТОНОВЫЕ» ТЕЛА.
«Кетоновые» или «ацетоновые» образуются in vivo в процессе метаболизма высших жирных кислот. Процесс образования кетоновых тел активируется при сахарном диабете и голодании.

Лекарственные средства на основе гетерофункциональных соединений
Производные салициловой кислоты
Производные сульфаниловой кислоты
Салициловая
кислота
Аспирин
(ацетилсалициловая кислота)
Пара-аминосалициловая кислота
Сульфаниловая кислота
Сульфаниламид
Замешенный сульфаниламид
Сульфазин
Альбуцид
Сульфатиазол

ВЫСШИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

- это КК с числом углеродных атомов больше 10.
насыщенные
мононенасыщенные
полиненасыщенные
Пальмитиновая к-та
С15Н31СООН
Стеариновая к-та
С17Н35СООН
Олеиновая к-та
С17Н33СООН
Линолевая к-та
С17Н31СООН
Линоленовая к-та
С17Н29СООН
Арахидоновая к-та
С19Н31COOH
ЖИДКИЕ
ТВЕРДЫЕ

Изомерия ненасыщенных жирных кислот

Высший карбоновые кислоты проявляют свойства низших карбоновых кислот.
Ненасыщенные легко вступают в реакции по кратным связям.