Кислотні властивості карбонових кислот

Тема «Функціональні похідні карбонових кислот».

Рекомендована література:

- Губський Ю.І. Біоорганічна хімія. – Вінниця: Нова Книга, 2005. – с.129-132 .

Орієнтовна картка для самостійної роботи з літературою до теми

«Функціональні похідні карбонових кислот» (2 г.)

Матеріали для самоконтролю.

Задачі

1.Складіть схему перетворені: а)оцтової кислоти в оцтовий альдегід;

б)оцтової кислоти в етилоцтовий ефір; в)оцтової кислоти в її натрієву сіль.

2.Напишіть рівняння утворення з метанової кислоти відповідних : а)аміду; б)хлорангідриду; в)ангідриду .

Кислотні властивості карбонових кислот.

Це властивості, що зумовлені здатністю атома водню гідроксильної групи дисоціювати у вигляді протона Н⁺. Кислотні властивості карбонових кислот визначаються зсувом електронної густини в карбоксильній групі СООН до карбонільного кисню =0 внаслідок -I- та -М-ефектів оксогрупи =С=0 з виникненням на атомі вуглецю часткового позитивного заряду.

Такий розподіл заряду в карбоксильній групі, у свою чергу, спричи­няє підвищену рухливість атома водню гідроксильної групи та можли­вість його дисоціації з утворенням карбоксилат- іона:

Зсуву рівноваги реакції дисоціації праворуч сприяє стабільність ані­она, що утворюється, яка обумовлена, у свою чергу, делокалізацією заряду (рівномірним розподілом негативного заряду) в ацилат-іоні:

Карбонові кислоти реагують з водою як із слабкою основою, в ре­зультаті чого при дисоціації карбонових кислот у водних розчинах утво­рюються карбоксилатні аніони та іони гідроксонію.

Ступінь кислотності (сила карбонових кислот) залежить від будови вуглеводневих радикалів та наявності у їх складі замісників з електро- нодонорними або електроноакцепторними властивостями. Наприклад, значно збільшує силу кислоти наявність в радикалі атома хлору з вира­женим електроноакцепторним (негативним індуктивним, тобто -І-ефе- ктом). Ароматичні кислоти, як такі, що, завдяки делокалізації заряду, утворюють максимально стабільні ацилат-іони, мають сильніші кислотні властивості, ніж незаміщені аліфатичні кислоти.

Кислотність карбонових кислот в хімічних та біохімічних системах виявляється у реакціях утворення солей (реакція нейтралізації) при їх взаємодії з сильними основами, наприклад:

СН₃СООН + NaOH → СН₃ COONa + Н₂0

Оцтова кислота Ацетат натрію

С₁₇Н₃₅ СООН + NaOH → С₁₇Н₃₅COONa + Н₂0

Стеариновая к-та Стеарат натрію

На відміну від самих кислот, солі вищих карбонових насичених (жир­них) кислот розчинні у воді завдяки дисоціації у водних розчинах за такою реакцією:

Н₂0

С₁₇Н₃₅—COONa→С₁₇Н₃₅—COО^- + Na⁺

Дисоційовані натрієві та калієві солі вищих карбонових (жирних) кис­лот виявляють як гідрофобні, так і гідрофільні властивості. Внаслідок цього зазначеним солям притаманна поверхнева активність, тобто вони знижують поверхневий натяг на межі поділу фаз (олія/вода) і їм властива миюча дія. При цьому натрієві солі є твердими милами, а ка­лієві солі - рідкими. У медичній практиці застосовується рідке калієве мило, яке дістало назву “мила медичного” (Sapo medicinalis). Рідке мило, що має зелене забарвлення завдяки домішці метиленового синього, на­зивається “зеленим милом” (Sapo viridis).

Властивості карбонільної групи (реакції нуклеофільного за­міщення S_N).

Згідно з розглянутими вище закономірностями, атом вуглецю карбо­нільної групи карбоксилу має частковий позитивний заряд, тобто являє собою електрофільний центр. Як такий, він може атакуватися нуклео- фільними часточками, в результаті чого здійснюється заміщення гідроксильної групи ОН^-, тобто відбувається реакція нуклеофільного заміщення S_N.

Характерними для карбонових кислот типами реакцій нуклеофільно­го заміщення з утворенням відповідних функціональних похідних є: (1) утворення складних ефірів (реакції етерифікації); (2) утворення амі­дів кислот (реакції амідування); (3) утворення хлорангідридів або (4) ангідридів кислот (реакції ангідридизації).

У біохімічних системах важливими -реакціями в карбонових кис­лотах є заміщення -ОН-групи на спиртовий гідроксил (реакція етерифі­кації, що є ключовою при біосинтезі ліпідів), на аміногрупу (реакція амі­дування), фосфатну та пірофосфатну групи (утворення ацилфосфатів), нуклеотид (утворення комплексів амінокислот з транспортними рибонук­леїновими кислотами тощо).

1. Реакції етерифікації та їх біохімічне значення

Найбільш поширеною в хімічних та біологічних системах є реакція взаємодії карбонових кислот із спиртами з утворенням складних ефірів (реакція етерифікації). Реакцію звичайно проводять в присутності мі­неральних кислот як каталізаторів.

Швидкість реакції етерифікації залежить від будови спирту:, первинні спирти етерифікуються значно легше, ніж вторинні та третинні.

Реакція етерифікації належить до одного з найважливіших процесів органічної та біоорганічної хімії і займає значне місце серед біохімічних реакцій метаболізму в організмі людини, призводячи до утворення склад­них ефірів, що є фізіологічно важливими біомолекулами (зокрема, чис­ленними ліпідами, що є ефірами жирних кислот та таких спиртів, як глі- церол, сфінгозин тощо). Етерифікація карбонових кислот в живих організ­мах здійснюється шляхом введення у карбоксил замість -ОН активую­чих функціональних груп, основною з яких є похідна пантотенової кисло­ти (вітаміну В₅) - коензим {кофермент) А.

Реакція етерифікації в кислотному середовищі є зворотною, а в луж­ному середовищі відбувається незворотний гідроліз ефіру з утворенням солі і спирту. Гідроліз складних ефірів у травному каналі та клітинах різних тканин тваринного організму відбувається за участі спеціальних ферментів з класу гідролаз - ліпаз .

2. Реакиії амідування та їх біохімічне значення .

Аміди - функціональні похідні карбонових кислот, які утворюються шляхом заміщення -ОН-групи карбоксилу на аміногрупу –NH₂ .

Аміди утворюються шляхом взаємодії таких похідних карбонових кислот, як галогеноангідриди, ангідриди, складні ефіри, з аміаком або первинними чи вторинними амінами.

В реакції амідування в біохімічних системах вступають різні похідні карбонових кислот, зокрема α -амінокислоти при біосинтезі пептидів та білків, вільні дикарбонові α-амінокислоти - L-аспарагінова та L-глутамі- нова при утворенні вільних амідів.

3. Реакції ангідридизаиії та їх біохімічне значення В біохімічних процесах надзвичайне значення має утворення міша­них ангідридів карбонових та мінеральних кислот. Зокрема, в процесі внутрішньоклітинного обміну речовин поширеним є заміщення ОН-груп у карбоксилі природних карбонових кислот та їх похідних (гетерофунк- ціональних сполук, зокрема, гідроксикислот, амінокислот) на фосфатну та пірофосфатну групи.Утворення ацилфосфатів є молекулярним механізмом метаболічної активації біомолекул і сприяє подальшій участі цих сполук в біохімічних перетвореннях. У вигляді фосфоангідридів ацильні залишки переносять­ся до гідроксильних, тіольних та аміногруп різних біологічних сполук.

Поиск по сайту: