оксикислотыorgchem.nsu.ru/lit/oxy.pdf · 2017. 6. 13. · кислота [h] ch 3 chcooh oh молочная кислота ch 3 cch 2 cooh o [h] oh ch 3 chch 2 cooh Весьма

N

NH2

ON

O

HO

HH

HH

PO

O-

HO

O-

hƒK!=……/å ãë="/ ,ƒ *3!“= œn!ã=…,÷å“*= .,ì, B

оксикислоты

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК

Избранные главы из курса œОрганическая химияB

Оксикислоты

Пособие для студентов специализаций “ХИМИЯ” и “ЭКОЛОГИЯ”

III и IV семестры

Новосибирск 1999

Составители:

Проф. В. А. Резников Проф. В. Д. Штейнгарц

Рецензент - канд. хим .наук. ст. преподаватель К. Ю. Колтунов

Пособие представляет собой часть курса лекций “Органическая химия”, читаемого студентам второго курса специализаций “химия” и “экология”, рекомендуется также студентам отделения “биология и медбиология” и другим студентам, изучающим органическую химию.

Новосибирский государственный университет, 1999

2

Алифатические оксикислоты

Оксикислоты являются представителями бифункциональных соединений, в составе молекулы

которых находятся гидроксильная и карбоксильная группы. При этом указанные группы могут быть присоединены как к насыщенному углеводородному фрагменту, так и к ароматическому ядру. Классификация алифатических оксикислот, как и других бифункциональных соединений, основана в первую очередь на взаимном расположении функциональных групп. В качестве простейшей оксикарбоновой кислоты можно рассматривать угольную кислоту, в молекуле которой гидроксильная группа присоединена непосредственно к карбоксильной группе. Однако угольную кислоту можно также отнести и к дикарбоновым кислотам, с некоторыми свойствами и производными которых читатель уже знаком. Следующая группа оксикислот – α-оксикислоты: гликолевая кислота HOCH2CO2H и ее гомологи. Органические соединения, в состав молекулы которых входит фрагмент -CH(OH)COOH, – монооксикарбоновые кислоты, полиоксикарбоновые кислоты, оксиполикарбоновые кислоты и полиоксиполикарбоновые кислоты – известны уже достаточно давно, поскольку многие из них имеют природное происхождение, что нашло отражение в названиях этих соединений. В таблице 1 приведены данные о некоторых распространенных α-оксикислотах.

Таблица 1. Некоторые свойства оксикислот

Структурная формула

Название кислоты Температура плавления, °С

Константа диссоциации в воде при 25°

HO CH2COOH

(1)

Гликолевая 63 (α) 79 (β)

1.48.10-4

CH3CHCOOHOH

DL-Молочная D-Молочная L-Молочная

18 26 –

1.39.10-4

8.40.10-4

– HOCH2CHCOOH β-Оксипро-пионовая – – HOOCCHCOOH

OH

Тартроновая (оксимало-новая)

158 5.10-3

HOOCH2CHCOOHOH

DL-Яблочная D-Яблочная L-Яблочная

130-131 98-99

–

3.9.10-4 – –

HOOCCH CHCOOHOHOH

Виноградная (рацемичес-кая винная) D-Винная L-Винная Мезовинная

204-206

170 –

140

1.04.10-3

1.1.10-3

– 6.0.10-4

OH

CO2H

CO2H

CO2H

Лимонная 153 8.4.10-4

CH

OHCH-COOHOH

CH

OH

CHCH2OH

OH

D-Глюконовая 125-126

3

В таблице для некоторых соединений не приведены температуры плавления и константы диссоциации. Как вы думаете, связано ли это с отсутствием данных?

Объясните на качественном уровне, с чем связано различие в силе перечисленных выше кислот на примере гликолевой, молочной и винной.

Методы синтеза алифатических оксикислот. В случае, если гидроксильная и карбоксильная группы находятся в составе молекулы достаточно

далеко друг от друга (разделены более чем тремя атомами углерода), для их введения используются обычные приемы, которые обсуждались при изучении спиртов и карбоновых кислот. В то же время для α-, β- и γ-оксикислот применяют и специфические методы синтеза. Простейшую оксикислоту – гликолевую – получают окислением этиленгликоля. Следует отметить, что этот метод синтеза применим только для гликолевой кислоты!

OH

OH

O2

HO CH2COOH

гликолевая кислота

Общий метод синтеза α-оксикислот основан на гидролизе (нуклеофильном замещении атома галогена на гидроксигруппу) доступных α-галоидзамещенных карбоновых кислот.

BrCH3CHCOOH

H2O, OH-

CH3CHCOOH

OH молочная кислота

Аминокислоты могут быть превращены в оксикислоты при взаимодействии с азотистой кислотой

(реакция диазотирования). Особенно большое значение имеет эта реакция для превращения в оксикислоты доступных природных α-аминокислот.

Если в реакцию диазотирования вводить оптически активную α-аминокислоту, то будет ли оптически активной образующаяся оксикислота? Объясните ответ.

R

NH2

COOH

NaNO2

HCl R

OH

COOH

Историческое значение имеет циангидринный метод синтеза α-оксикислот, первая стадия которого

заключается во взаимодействии карбонильных соединений с синильной кислотой, приводящем к образованию циангидринов. Последующий гидролиз в кислой среде приводит к целевым соединениям. Этот метод применим как к альдегидам, так и к кетонам и особенно большое значение имеет в химии углеводов.

RO

H

HCN R

OH

HCN

H3O+

OHRCHCOOH

Оксикислоты с любым взаимным расположением гидроксильной и карбоксильной групп могут быть получены восстановлением соответствующих кетокарбоновых кислот. Этот метод не является специфическим в отношении способа восстановления, поскольку основан на том, что карбонильная

4

группа восстанавливается легче карбоксильной. Например, это превращение может быть осуществлено каталитическим гидрированием. В лабораторной практике в качестве восстановителя можно использовать боргидрид натрия или изопропанол в присутствии изопропилата алюминия.

OCH3CCOOH

пировиноградная кислота

[H]

CH3CHCOOHOH

молочная кислота

CH3CCH2COOHO

[H]

OHCH3CHCH2COOH

Весьма доступными по реакции альдольной конденсации являются β-оксиальдегиды – альдоли. Учитывая, что альдегидная группа окисляется легче спиртовой, можно легко окислить альдоль в β-оксикислоту, используя в качестве окислителей соли серебра или двухвалентной меди.

H

OOH

альдоль

Cu2+, OH-

OHCH3CHCH2COOH

Вспомним, что электроноакцепторная карбоксильная группа обусловливает присоединение

реагентов типа НХ по кратной связи С=С, сопряженной с ней, “против правила Марковникова”. Например, присоединение воды к акриловой кислоте и ее аналогам катализируемое кислотами, приводит к β-оксикислотам.

O

OH

H3O+

O

OH

HO

Более мягким способом трансформации двойной связи ненасыщенной кислоты в гидроксигруппу с

образованием оксикислоты является гидроборирование с последующим окислением борорганического производного перекисью водорода. Другим методом синтеза оксикарбоновых кислот является окисление ненасыщенной кислоты в эпоксид и последующее восстановление алюмогидридом лития, которое происходит неселективно и приводит к смеси двух оксикислот. Гидратация эпоксида в кислой среде приводит к образованию диоксикарбоновых кислот. Последние два метода пригодны для непредельных кислот с любым взаимным расположением олефиновой и карбоксильной групп.

R'CH CH(CH2)nCOOH

RCO3H R'CH CH(CH2)nCOOH

O

2. H2O1. BH3

2

H3O+

LiAlH4

R'CH CH2(CH2)nCOOH

OH два изомера

R'CH CH(CH2)nCOOHOH

OH

R'CH2

CHHO

(CH2)nCO2H

два изомера

Эпоксиды α,β-ненасыщенных карбоновых кислот также могут быть получены по реакции Дарзана –

реакции конденсации альдегидов или кетонов с эфирами α-галогенкарбоновых кислот в присутствии сильных оснований.

5

R1

R2O

+ R3 CHCO2Et

X

NaOEtCCO2EtX

CR3R1

R2NaO

- NaX CCO2EtCR3

R1

R2

O

Важное значение в синтезе β-оксикислот имеет реакция Реформатского – взаимодействие эфиров

α-галоидзамещенных карбоновых кислот с карбонильными соединениями – альдегидами или кетонами – и цинком.

R

R1 O

+ Zn + R2CHClCO2R3

R

R1

OZnClCHR2

CO2R3H2O

R

R1

OHCHR2

CO2R3

γ-оксикислоты получают гидролизом циклических сложных эфиров – γ-бутиролактонов, которые, в

свою очередь, получают либо восстановлением циклических ангидридов карбоновых кислот, либо циклизацией β,γ-непредельных кислот при нагревании в присутствии разбавленных минеральных кислот. Следует отметить, что γ-оксикислоты в свободном состоянии способны самопроизвольно превращаться в γ-лактоны.

O

O

O

[H]

O

O

лактон

H3O

+

- H2O

O

HO

OH

O

OH

Предложите механизм реакции образования γ-бутиро-лактона из β,γ-непредельной кислоты.

Общий метод получения оксикислот с удаленными гидроксильной и карбоксильной группами основан на окислении циклических кетонов надкислотами по Байеру-Виллигеру и последующем гидролизе образующихся лактонов в щелочной среде. Осторожное подкисление завершается образованием соответ-ствующей оксикислоты.

O

(CH2)

RCO3H

O

(CH2)nO

OH-; H+

O

(CH2)nHO OH

Существуют специфические методы синтеза полиоксикарбоновых кислот, с которыми читатель

ознакомится при изучении химии углеводов. Что же касается синтеза дигидроксикислот, то они легко могут быть получены окислением ненасыщенных кислот по связи С=С одним из методов, используемых для окисления алкенов. Например, при окислении акриловой кислоты перманганатом калия в щелочной среде (окисление по Вагнеру) образуется глицериновая кислота.

6

H2C CHCO2H акриловая кислота

KMnO4/OH-

OH

OH

OH

O

глицериновая кислота

RCO3H

O

CO2H

H3O

+

OH

OH

OH

O

Гликоли также могут быть получены окислением соединений, содержащих связь С=С, при действии

тетраоксида осмия, либо перекиси водорода в присутствии OsO4, органическими надкислотами или кислородом воздуха в присутствии оксида серебра с последующим гидролизом первоначально образующегося эпоксида.

Напишите схемы этих реакций на примере акриловой кислоты. В чем заключаются стереохимические особенности получения гликолей окислением алкенов перманганатом калия и последовательным превращением алкена в эпоксид, а затем в гликоль? Охарактеризуйте пространственное строение продуктов окисления малеиновой и фумаровой кислот каждым из методов.

?

KMnO4/OH-

CO2H

CO2H

малеиновая кислота

1. RCO3H

2. H3O+

?

?

KMnO4/OH-

CO2H

HO2C

фумаровая кислота

1. RCO3H

2. H3O+

?

Последний из методов получения оксикислот (молочной кислоты), который заслуживает упоминания, – это ферментативное окисление сахаров – глюкозы, лактозы или сахарозы – которое приводит в зависимости от используемого штамма бактерий либо к левовращающей, либо к рацемической молочной кислоте.

OH OH OH OH OHCHO

[O]

H3C

OH

COOH

Свойства и реакции алифатических оксикислот

Как и все другие полифункциональные соединения, оксикарбоновые кислоты проявляют

свойства, обычные для каждой функциональной группы, входящей в состав молекулы, хотя обладают и специфическими свойствами, обусловленными наличием обеих функциональных групп. Так,

7

ка

оксикислоты, естественно, образуют соли. Сила оксикислот несколько больше, чем сила незамещенных карбоновых кислот вследствие индуктивного эффекта гидроксильной группы. Это касается в первую очередь α-оксикарбоновых кислот и в какой-то мере β-оксикислот, поскольку влияние индуктивного эффекта быстро уменьшается при увеличении числа связей С-С, разделяющих гидроксильную и карбоксильную группы. Силу α-оксикарбоновых кислот увеличивает также стабилизация карбоксилат-аниона внутримолекулярной водородной связью.

Взаимодействие оксикислот со спиртами в присутствии кислотного

эфиробраобоисложобра

H3C

H3C

H3C

гидр

расщангигидрсохр

окискарбМолпроп

O

OH

O-

HR

арбоксилат – нион

катализатора (например, серной кислоты) приводит к образованию сложных ов. Взаимодействие с сильными основаниями, например с алкоголятами металлов, приводит к зованию дианиона. Последующее взаимодействие этого аниона с галоидным алкилом происходит по м нуклеофильным центрам, приводя к соединению, являющемуся одновременно простым и ным эфиром. Если в реакцию с алкоголятом металла вводить не кислоту, а ее эфир, то зующийся алкоголят также можно превратить в эфир действием галоидного алкила.

OH

COOH

+ С2H5OH

H+

H3C

OH

COOC2H5

C2H5ONa

Na2CO3

C2H5ONa

O

-

COO-

H3C

OH

COO-

H3C

O-

COOC2H5

CH3I

CH3I

CH3I

OCH3

COOCH3 H3C COOCH3

OH

H3C

OCH3

COOC2H5

При взаимодействии оксикислот с диазометаном образуется сложный эфир, а спиртовая оксигруппа при этом не затрагивается. Объясните это явление.

Гидролиз диэфира оксикислоты, катализируемый как кислотами, так и щелочами, приводит к еплению только сложноэфирной группы (с чем это связано?). При взаимодействии оксикислот с дридами или хлорангидридами кислот происходит реакция ацилирования спиртовой оксигруппы с образованием соответствующего сложного эфира, а карбоксильная группа при этом аняется. Спиртовую гидроксигруппу оксикислоты можно окислить в карбонильную группу одним из лителей, используемых обычно для окисления спиртов, например хромовой кислотой, и, напротив, оксильную группу можно восстановить в спиртовую группу действием алюмогидрида лития. очная кислота при взаимодействии с йодистоводородной кислотой восстанавливается в ионовую кислоту.

8

H3C

OH

COOH

CH3COCl

H3C

OCOCH3

COOH

[H]

HI

[O]

H3C

OH

CH2OH

CH3CH2COOH

H3C

O

COOH

Реакции оксикислот с галогенангидридами неорганических кислот обычно происходят по обеим

функциональным группам с образованием галогенангидридов галогенкарбоновых кислот.

PhPh

OHCO2H

PCl5 PhPh

ClC

O

Cl

В зависимости от взаимного расположения гидроксильной и карбоксильной групп оксикислоты способны претерпевать различные химические трансформации при нагревании. Так, α-ок-сикислоты при нагревании легко расщепляются с образованием альдегидов (реакция декарбонилирования). Механизм этой реакции включает протонирование гидроксигруппы карбоксильной группировки, отщепление молекулы воды с образованием сравнительно устойчивого ацилий-катиона, отщепление молекулы СО и последующее депротонирование катиона А, приводящее к образованию альдегида. Легкость протекания этой реакции связана в основном с тем, что катион А стабилизирован мезомерным эффектом гетероатома.

Ph

OH

COOH

миндальная кислота

H2SO4 (разб.)

PhCHO

H+

- H+

Ph

OH

O

OH

H

+

H2O +Ph

OH

O

- CO

Ph

OH

Ph

OH Характерной особенностью оксикислот является образование сложных эфиров в результате

взаимодействия двух функциональных групп, входящих в состав молекулы. Так, α-окси-кислоты при нагревании образуют циклический сложный диэфир – лактид в результате взаимодействия спиртовой группы одной молекулы с карбоксильной группой другой.

H3C OH

COOH α-оксикислота

+

CH3

HOOC

HO

- 2H2O O O

O

O лактид

9

HOCOOH

β-оксикислота

O

O

β-лактон O

O O

O

- H2O

COOH O=C=CH2 + CH2O

В тех же условиях β-оксикислоты подобно спиртам претерпевают дегидратацию с образованием

α.β-ненасыщенных – акриловых кислот. Образования β-лактонов не происходит вследствие малой устойчивости четырехчленного цикла, а межмолекулярная диэтерификация с образованием восьмичленного цикла также не реализуется, возможно, вследствие малой вероятности необходимого взаимного пространственного расположения функциональных групп на стадии замыкания цикла (энтропийный фактор). Следует отметить, что, хотя β-лактоны и не образуются при дегидратации β-оксикислот, они тем не менее известны и могут быть получены, например, взаимодействием кетена с формальдегидом.

Для γ-оксикислот характерна склонность к образованию внутримолекулярного сложного эфира настолько велика, что γ-лактоны могут образовываться уже при подкислении водных растворов солей этих кислот, несмотря на присутствие большого избытка воды (вспомните об обратимости реакции этерификации!).

HO CO2Na

соль γ-оксикислоты

H+

HO CO2H

- H2O

O

O

γ-лактон

γ-Лактоны могут быть также получены восстановлением ангидридов янтарных кислот, однако это не очень удобный метод, так как лактоны также могут легко восстанавливаться, например комплексными гидридами металлов – боргидридом натрия и алюмогидридом лития. При этом могут быть получены либо гликоли, либо альдегидоспирты. Последние образуются при медленном прибавлении восстановителя к раствору лактона. Исчерпывающее восстановление янтарного ангидрида при действии водорода в присутствии обычных катализаторов гидрирования при повышенном давлении приводит к тетрагидрофурану.

Подобно тому как происходит реакция γ-лактонов с гидрид-ионом, происходит взаимодействие этого соединения и с некоторыми другими нуклеофильными реагентами. Реакция с цианистым калием приводит к солям γ-цианокарбоновых кислот, взаимодействие с реактивами Гриньяра приводит после гидролиза к оксикетонам.

O

O

O

[H] O

O

[H]

HO

O

[H]

KCN

2. H2O1.RMgX

[H]

O OCN

OK

HOR

O

HOOH

10

Предложите механизм превращения γ-оксимасляной кислоты в γ-бутиролактон.

Известны также лактоны и с б?льшим размером цикла, однако они образуются только при нагревании соответствующих оксикислот. Лактоны с девятью и десятью углеродными атомами в цикле присутствуют в молоке и в молочных продуктах, обуславливая наряду с диацетилом и 2-гидроксипропаноном-2 сливочный запах. Следует, однако, отметить, что при нагревании оксикислот, в молекуле которых гидрокси- и карбоксильная группа достаточно удалены друг от друга, вероятность сближения этих групп в пространстве весьма мала, и поэтому становится значимой конкурирующая реакция межмолекулярного образования сложного эфира, приводящая к высокомолекулярному полиэфиру. Для того чтобы исключить или во всяком случае снизить вероятность протекания этой реакции, применяют метод высокого разбавления, при котором снижается вероятность межмолекулярной реакции.

-[O-(CH2)nCO-]n полиэфир

HO(CH2)nCOOH

OO

(CH2)n

макроциклический лактон

Методы получения ароматических оксикислот Наибольшее значение в синтезе ароматических оксикислот имеет реакция карбоксилирования

фенолов и нафтолов. Реакция протекает при взаимодействии фенолята или нафтолята натрия с диоксидом углерода при повышенном давлении (5 атм.) и температуре (130-220 °С) (реакция Кольбе-Шмидта). Это превращение является примером электрофильного замещения, в котором достаточно слабый электрофил – молекула CO2 атакует очень активный арен – фенолят-анион.

O-O C O

M+

(M = Na)

O

O

C-O H

OHC

OO- Na+

H+

OHC

OOH

салициловая кислота

Эта реакция обладает двумя важными особенностями. Во-первых, она обратима, то есть образующаяся соль салициловой кислоты способна претерпевать

декарбоксилирование в условиях реакции, и равновесие сдвигается в сторону продукта реакции присутствием большого избытка СО2. Это означает, что в принципе реакция может быть проведена в условиях кинетического или термодинамического контроля.

Во-вторых, строение термодинамического или кинетического продуктов зависит от природы катиона щелочного металла, используемого в этой реакции в виде щелочи. В случае иона Na+ термодинамически более выгодным продуктом является орто-изомер, а в случае К+ - пара-изомер. Причиной этого явления является большая устойчивость хелатного комплекса, образуемого Na-солью, по сравнению с К-солью, что определяется размером катиона. Следствием этих особенностей реакции является возможность варьирования структуры продукта путем изменения температуры реакции и природы используемого катиона. Так, при проведении реакции карбоксилирования фенолята калия при 125 °С образуется смесь орто- и пара-изомеров, а при более высокой температуре образуется только термодинамически более выгодный пара-изомер. При нагревании калиевой соли салициловой кислоты при 230 °С в атмосфере СО2 образуется дикалиевая соль пара-окси-бензойной кислоты и продукт

11

декарбоксилирования – фенол. В этих же условиях натриевая соль салициловой кислоты претерпевает лишь декарбоксилирование с образованием фенола и динатриевой соли салициловой кислоты. Натриевая соль пара-оксибензойной кислоты при нагревании в атмосфере СО2 при 280 °С образует динатриевую соль салициловой кислоты. Натриевую соль салициловой кислоты получают при взаимодействии фенолята натрия с СО2 при 125 °С и 6 атм.

OHCO2K

2

230

CO2

OK

CO2K

+ PhOH + CO2

2

OHCO2Na

230

CO2 ONa

CO2Na

+ PhOH + CO2

OH

CO2Na

2

280

CO2

ONaCO2Na

+ PhOH + CO2

Подобные превращения претерпевают и нафтоляты калия и натрия. Общие закономерности здесь те

же, что и в случае фенолятов – термодинамически выгодным является орто-изомер для натриевых солей и пара-изомер – для калиевых солей.

ONa

120

CO2

OH

CO2Na

OH

CO2K

2

240

- CO2

OK

CO2K

+

OH

OH

CO2-Na+

CO2

260o

M = Na

O-M+

CO2

240o

M = K

OK

KO2C

M = Na

260

M = K

240

OH

CO2-M+

Таким образом, строением продукта реакции можно управлять, варьируя температуру реакции и катион в составе исходного фенолята или нафтолята. При этом указанные превращения могут быть проведены и в одну стадию при обеспечении условий, указанных на схеме.

12

Аналогично фенолу реагируют и его гомологи. Полифенолы вступают в реакцию карбоксилирования в более мягких условиях (почему?). Например, резорцин образует резорциловую кислоту при нагревании с водным раствором бикарбоната аммония.

OH

OH резорцин

NH4HCO3 OH

OH

COOH

резорциловая кислота

Другой способ введения карбоксильной группы в молекулу фенола – взаимодействие фенолята натрия с четыреххлористым углеродом в присутствии соединений меди как катализатора. В этом случае образуется 25% салициловой и 35% 4-оксибензойной кислоты.

COOCuOH

основной бензоат меди t

- Cu

ONa

CCl4Cu

OHCO2H

+

OH

CO2H

С образованием соответствующих оксибензойных кислот окисляются крезолы при их сплавлении со щелочью в присутствии оксидов металлов. Гидроксиацетофеноны окисляются в соответствующие оксибензойные кислоты йодом в присутствии пиридина

ONa

CH3

2. H+

1.NaOH/CuO, t

CO2H

OH

I2

пиридин

OH

COCH3

При нагревании основного бензоата меди в инертном растворителе также образуется салициловая

кислота, ион меди при этом восстанавливается до металла. Для введения гидроксигруппы в молекулу бензойной кислоты можно также использовать и традиционные методы получения гидроксиаренов, например, щелочное плавление мета-карбоксибензолсульфокислоты или диазотирование аминобензойной кислоты и последующий гидролиз образующейся соли диазония, и такие методы получения ароматических карбоновых кислот, как окисление метильной группы или галоформное расщепление метиларилкетона.

13

COOH

SO3H

1. NaOH

2. H+

COOH

OH

MOn + KOH

,ë, KClO3

CH3

OH мета-крезол

1. I2/OH

-

2. H+ tH3O+

OH

COCH3

COO-

N2+

NaNO2

H+

COOH

NH2

Показанные на схеме методы получения мета-оксибензойной кислоты применимы также и для

синтеза других изомерных оксибензойных кислот. Свойства ароматических оксикислот

В свойствах ароматических оксикислот много общего со свойствами алифатических оксикислот.

Константа диссоциации ароматических оксикислот обычно несколько меньше, чем у бензойной кислоты, поскольку гидроксигруппа является одним из самых сильных электронодонорных (по мезомерному эффекту) заместителей, а индуктивное ее влияние через ароматическое кольцо невелико. Исключением являются орто-оксибензойные кислоты, которые значительно сильнее своих изомеров и сильнее соответствующих бензойных кислот. Причина этого та же, что и у алифатических α-оксикислот, – стабилизация карбоксилат-аниона внутримолекулярной водородной связью с участием гидроксигруппы.

Оцените сравнительную силу салициловой и орто-метоксибензойной кислот.

OHO

-O

=…,%… “=ë,ö,ë%"%L *,“ë%2/

Отметим, что салициловая кислота благодаря благоприятному взаимному расположению гидрокси- и карбоксигрупп легко образует хелатные комплексы с ионами переходных металлов.

Как и алифатические оксикислоты, ароматические оксикислоты способны образовывать два ряда эфиров - по оксигруппе и по карбоксильной группе.

OHC

OOH

O

O

O

PCl3PhOH

CH3OH

H+

OCOCH3

CO OH

ацетилсалициловая кислота (аспирин)

OHC

O OPh

салол

OHC

O OCH3

метилсалицилат

14

Объясните направления реакций получения эфиров салициловой кислоты. Какое соотношение реагентов следует использовать для получения салола, почему?

Получить простой эфир оксибензойной кислоты в одну стадию, исходя из самой кислоты, достаточно затруднительно, так как в обычных условиях получения простых эфиров в реакцию этерификации будет вступать и карбоксильная группа. Правда, полученный диэфир можно легко и селективно гидролизовать в алкоксибензойную кислоту.

OHC

OOH

1. OH-

2. RX OR

CORO

H2O/ OH-

,ë, H3O+ ORC

OOH

Объясните селективность гидролиза диэфира оксибензойной кислоты. Алкоксипроизводные бензойных кислот получают также из соответствующих бромалкоксибензолов,

превращая их в реактив Гриньяра или литийорганическое соединение, которое вводят во взаимодействие с диоксидом углерода. Анисовую кислоту (пара-метоксибензойную) в промышленности получают окислением анетола.

Br

OR

Mg

OR

MgBr

1. CO2

2. H3O+

CO2H

OR

OCH3

анетол

[O]

OCH3

HO2C

анисовая кислота

Интересной особенностью орто- и пара-оксибензойных кислот является то обстоятельство, что при их взаимодействии с электрофильными реагентами в качестве уходящей группы часто выступает карбоксильная группа. Так, при нитровании или бромировании салициловой кислоты в жестких условиях образуются соответственно пикриновая кислота и трибромфенол.

OH

NO2

NO2

O2N

H2SO4

HNO3

OH

CO OH

Br2

OHBr

Br

Br

4-Гидроксибензойная кислота реагирует с солями диазония с замещением карбоксильной группы, а

не атомов водорода в свободных орто-положениях.

OH

HO2C

ArN2+

N=NAr

HO Причиной такого направления приведенных реакций является легкость декарбоксилирования

оксибензойных кислот, которая обсуждалась выше (21-23). Оксикислоты в природе

15

Многие алифатические оксикислоты имеют природное происхождение и встречаются в различных растениях, а также участвуют в обменных процессах живого организма. Так, гликолевая кислота встречается в свекле и винограде, молочная кислота, как уже отмечалось выше, является продуктом жизнедеятельности некоторых бактерий, например, обеспечивающих молочнокислое брожение молока и многих овощей при консервировании, квашении капусты и засолке огурцов. Молочная кислота является естественным консервантом, и ее накапливание предохраняет продукты от дальнейшего разложения. В организме человека D-молочная кислота образуется в мышцах при физической нагрузке в результате расщепления глюкозы через стадию образования простейшей кетокислоты – пировиноградной кислоты, и ее повышенная концентрация воспринимается как мышечная усталость.

Яблочная кислота содержится в недозрелых яблоках, рябине, клюкве и многих других плодах. Там же находится и D-винная кислота, которая в виде калиевой соли выпадает в осадок при брожении вина, откуда ее и получают. Много лимонной кислоты, естественно, содержится в лимонах, однако поскольку в нашей стране лимоны не растут, то ее выделяют из махорки после предварительного извлечения никотина, а также из зеленой массы хлопчатника. Лимонная кислота может быть получена и синтетически. Ниже приведены две из возможных схем синтеза этого соединения, в основе которых лежит один и тот же метод –циангидринный.

O

Cl

Cl дихлорацетон

HCN

OH

Cl

Cl

CN

H3O+

OH

Cl

Cl

CO2H

KCN

OH

CN

CN

CO2H

H3O+ OH

CO2H

CO2H

CO2H

лимонная кислота

O

CO2H

CO2H ацетондикарбоновая

кислота

HCN

OH

CO2H

CO2H

CN

H3O+

лимонная кислота

Салициловая кислота известна главным образом как предшественник ацетилсалициловой кислоты –

аспирина. Метилсалицилат и салол также являются лекарственными препаратами. Широко распространены в природе полиоксибензойные кислоты, которые содержатся в виде

гликозидов во многих растениях: протокатеховая кислота (I) и ее производные – ванилиновая (II), изованилиновая (III) и вератровая (IV) кислоты. Из триоксибензойных кислот наибольшее значение имеет галловая кислота (V), которая в виде производных широко распространена в природе, в частности она находится в коре дуба, гранатового дерева, листьях чая и чернильных орешках – наростах на тканях растений, образующихся в результате некоторых заболеваний, вызываемых паразитами. Ранее из чернильных орешков, содержащих производные галловой кислоты, изготавливали чернила. Соли оксикислот, входящих в состав чернильных орешков, с двухвалентным железом, неокрашены и растворимы в воде. На воздухе они легко окисляются в производные трехвалентного железа, имеющие черный цвет и нерастворимые в воде. Реакция окисления идет во времени, и для того чтобы чернила были видны на бумаге сразу после нанесения, в них добавляли краситель синего цвета.

OHOH

COOH I

OHOCH3

COOH II

OCH3OH

COOH III

OCH3OCH3

COOH IV

OHOHHO

COOH V

Другое название чернильных орешков – дубильные орешки – обусловлено тем, что из них извлекают таннин – вещество, обладающее дубильными свойствами, то есть способностью превращать шкуру животного в кожу. Процесс дубления основан на сшивке белковых цепей в трехмерную структуру, обеспечивающую высокую прочность кожи.

16