Глава 9 . Гетерофункциональные соединеия
9.1. Гидроксикислоты: определение, изомерия, номенклатура
Вещества, в молекулах которых содержится несколько разных функциональных групп, принято называть соединениями с разнородными (смешанными) функциями или гетерофункциональными.
Наибольшее значение среди классов соединений со смешанными функциями имеют функционально замещенные кислоты (гидроксикислоты, альдо- и кетокислоты, аминокислоты). Эти вещества играют значительную роль в процессах жизнедеятельности, а также в технологических процессах, используемых в пищевой промышленности.
Отдельные функциональные группы, входящие в состав гетерофункциональных соединений обычно проявляют типичную для них реакционную способность. Вместе с тем, в этих соединениях проявляется взаимное влияние функций друг на друга, зависящее от их взаимного расположения. Это влияние является главным при изучении химии соединений со смешанными функциями. Рассмотрим кислородсодержащие соединения со смешанными функциями.
Гидроксикислоты.
Гидроксикислотами называют вещества, в молекулах которых присутствуют две функции – гидроксильная и карбоксильная.
У гетерофункциональных соединений, и в том числе у оксикислот, возможно несколько типов структурной изомерии:
- изомерия углеродного скелета;
- изомерия положения;
- изомерия взаимного положения.
Например, для гидроксибутановой кислоты существует пять структурных изомеров
В
зависимости от числа карбоксильных
групп гидроксикислоты бывают одноосновными,
двухосновными и т. д. В зависимости от
числа гидроксильных групп –
двухатомными, трехатомными и т.д., причем
учитывается и гидроксил, входящий в
состав карбоксила. Таким образом,
молочная кислота
является
одноосновной двухатомной кислотой.
В зависимости от положения гидроксильной группы по отношению к карбоксильной, различают α, β, и другие кислоты.
Номенклатура гидрокси- и оксокислот.
В настоящее время названия гетерофункциональных соединений строятся на основе названий монофункциональных соединений (систематических или рациональных), причем дополнительная функциональная группа показывается как заместитель с указанием ее положения в углеродной цепи.
Простейшие соединения сохранили тривиальные названия.
Таблица – Название функциональных групп в гетерофункциональных соединениях
Функциональная группа |
Название группы |
|
Как дополнительной |
Как основной |
|
|
карбокси |
−овая кислота |
|
оксо |
аль |
|
оксо |
он |
|
гидрокси (окси) |
ол |
] – углерод функциональной группы входит в состав основной углеродной цепи.
9.1.1. Способы получения
Гидроксикислоты можно получить из кислот введением гидроксильной группы и из спиртов введением карбоксильной группы. Разберем наиболее важные способы:
1. Гидролиз галогензамещенных кислот. При нагревании с водой галоген легко замещается гидроксилом:
2. Получение из карбонильных соединений через стадию образования оксинитрилов:
3. β-Гидроксикислоты чаще всего получают из эфиров α-галогензамещенных кислот по реакции Реформатского. Действием цинка на смесь карбонильного соединения с эфиром α-галогензамещенной кислоты получают цинковый алкоголят эфира β-гидроксикислоты, который легко гидролизуется:
4. β-гидроксикислоты получают присоединением воды к непредельным кислотам:
5. Окислением оксиальдегидов или гликолей
Физические свойства
Гидроксикислоты большей частью кристаллические вещества, и только простейшие из них жидкости. В воде они растворимы лучше, чем соответствующие карбоновые кислоты, не содержащие гидроокисла. Низшие гидроксикислоты смешиваются с водой в любых соотношениях. Гидроксикислоты плавятся при значительно более высоких температурах, чем жирные кислоты. По сравнению с последними гидроксикислоты (особенно α-гидроксикислоты) имеют более высокую константу диссоциации.