Материал по химии по теме "Оптическая изомерия. Гидроксикислоты"

Многие из представителей гидроксикислот обладают оптической активностью.

Свет представляет собой электромагнитные волны, которые относятся к поперечным волнам, т. е. их колеблющиеся частицы совершают движения, перпендикулярные направлению распространения волн. Если колебания происходят в одной плоскости, то свет называется поляризованным. Плоскость, перпендикулярная плоскости колебаний, называется плоскостью поляризации. Оптически активные вещества способны вращать плоскость поляризации. Это связано с ассиметрией молекулы – с наличием групп атомов, которые могут быть особым образом расположены в пространстве. В качестве вещества, принятого для сравнения, был предложен глицериновый альдегид в двух формах:

I – правовращающая – D (от слова Dextrum – правый)

II – левовращающий – L (Laevus – левый).

Сравнение оптически активных веществ с глицериновым альдегидом проводилось путем химических превращений.

Но не во всех случаях оптически активные вещества D- ряда вращают вправо, а L- ряда влево. Это зависит от того, какие именно группы атомов связаны с центром ассиметрии. Например, D – молочная кислота, которая имеет сходное с D-глицериновым альдегидом расположение атомных групп, но вместо СН2ОН имеет группу СН3, а вместо альдегидной группы – карбоксил, и имеет не правое, а левое вращение. Наоборот, L-молочная кислота обладает правым вращением. Поэтому ввели обозначение D и L и знаки + и -, обозначающие правое и левое вращение.

Полную информацию смотрите в файле. 

3

Оптическая изомерия. Гидроксикислоты.

Многие из представителей гидроксикислот обладают оптической активностью.

Свет представляет собой электромагнитные волны, которые относятся к поперечным волнам, т.е. их колеблющиеся частицы совершают движения, перпендикулярные направлению распространения волн. Если колебания происходят в одной плоскости, то свет называется поляризованным. Плоскость, перпендикулярная плоскости колебаний, называется плоскостью поляризации. Оптически активные вещества способны вращать плоскость поляризации. Это связано с ассиметрией молекулы – с наличием групп атомов, которые могут быть особым образом расположены в пространстве. В качестве вещества, принятого для сравнения, был предложен глицериновый альдегид в двух формах:

I – правовращающая – D (от слова Dextrum – правый)

II – левовращающий – L (Laevus – левый).

О

//

С_Н



НОС^*Н



СН₂ОН

О

//

С_Н



НС^*ОН



СН₂ОН

С^* - ассиметричный атом С

L(-) - глицериновый альдегид

D(+) - глицериновый альдегид

Сравнение оптически активных веществ с глицериновым альдегидом проводилось путем химических превращений.

СООН



НС^*ОН



СН₃

О

//

С_ОН



НС^*ОН



СН₂ОН

О

//

С_Н



НС^*ОН



СН₂ОН

[O]

 

D-молочная

кислота

D-глицериновая

кислота

D-глицериновый альдегид

Но не во всех случаях оптически активные вещества D- ряда вращают вправо, а L- ряда влево. Это зависит от того, какие именно группы атомов связаны с центром ассиметрии. Например, D – молочная кислота, которая имеет сходное с D-глицериновым альдегидом расположение атомных групп, но вместо СН₂ОН имеет группу СН₃, а вместо альдегидной группы – карбоксил, и имеет не правое, а левое вращение. Наоборот, L-молочная кислота обладает правым вращением. Поэтому ввели обозначение D и L и знаки + и - , обозначающие правое и левое вращение.

L(+)- молочная кислота

Содержится в мышечной ткани

D(-)- молочная кислота

Содержится в прокисшем молоке

СООН



НС^*ОН



СН₃

СООН



НОСН



СН₃

Но существует и оптически неактивная молочная кислота брожения. Она состоит из право- и левовращающего изомеров, соединенных попарно. Такие вещества называются рацематами. Существует ряд способов для разделения рацематов на оптически активные вещества (физические, биологические, химические). Во многих случаях фармакологическая активность одного из стереоизомеров во много раз больше, чем другого. Например, левовращающий изомер адреналина в 15 раз активнее своего оптического антипода (правовращающего). Витамин Е (токоферол) имеет в структуре три ассиметричных атома и поэтому 8 изомеров, но лишь один из них имеет 100%-ную витаминную активность.

Разные представители флоры и фауны могут производить разные стереоизомеры одних и тех же веществ. Так, розовое масло и эфирное масло апельсина содержит одно и то же вещество, но разные оптические изомеры.

Гидроксикислоты

Гидроксикислоты содержат в молекуле одновременно карбоксильную и гидроксильную группу.

Номенклатура и изомерия

Для природных гидроксикислот используются тривиальные названия: молочная, винная, лимонная кислота. По заместительной номенклатуре ОН^- группа отражается словом гидрокси-.

О

3 2 1 //  

СН₃СНС или СН₂СН₂ СООН

 \ 

ОН ОН ОН

2-гидроксипропановая кислота

(молочная)

-гидроксипропановая кислота

1 2 3

НООССНСН₂СООН НООССНСНСООН

  

ОН ОН ОН

2,3-дигидроксибутандиовая

кислота (винная)

гидроксибутандиовая

кислота (яблочная)

Способы получения

1. Из галогензамещенных карбоновых кислот

4 3 2 1

СН₃СН₂СНСООН + NaOH  СН₃СН₂СНСООН + NaBr

 

Br OH

2- гидроксибутановая

кислота

2- бромбутаовая

кислота

1. Из - гидроксинитрилов (только для -гидроксикислот)

O

3 2 1 HCl //

СН₃СНСN + 2H₂O  СН₃СНС + NH₄Cl

  \

OH OH OH

2-гидроксипропановая кислота

(молочная)

2-гидроксипропанонитрил

Химические свойства

Алифатические кислоты проявляют свойства карбоновых кислот, спиртов, а также ряд специфических свойств.

1. Реакции карбоксильной группы.

1. Взаимодействие со щелочами.

СН₃СНСН₂СООН + NaOH  СН₃СНСН₂СООNa + H₂O

 

OH OH

3-гидроксибутановая

кислота

3-гидроксибутаноат

натрия

1. Взаимодействие со спиртами (реакция этеризации)

О О

// H₂SO₄ //

СН₃СНС + СН₃ОН  СН₃СНС + Н₂О

 \  \

ОН ОН ОН ОСН₃

метиллакат

молочная кислота

1. Реакции гидроксильной группы

1. Ацилирование галогенангидридами (образование сложных эфиров).

O

//

СН₂СООН + СН₃С  СН₃ СОСН₂СООН + НCl

 \ 

OH Cl O

ацетилгликолевая кислота

ацетилхлорид

гидроксиуксусная кислота

1. Окисление

О Н О

// [O] \ //

НОСН₂С  СС

альдегидокислота

(глиоксилова кислота)

\ // \

гликолевая

кислота

ОН О ОН

1. Специфические свойства

1. Разложение -оксикислот на альдегиды (или кетоны) и муравьиную кислоту.

O O O

// H₂SO₄ // //

RCHC  RC + HC

муравьиная кислота

 \ \ \

OH OH H OH

альдегид

-гидроксикислота

R O R O

 // \ //

RCC  C=O + HC

 \ / \

кетон

OH OH R OH

1. -, -, -гидроксикислоты при нагревании теряют воду с образованием разных продуктов.

а) -гидроксикислоты – вступают в реакцию этерификации между двумя молекулами.

О



С  О

/ \

СН₃ СН СНСН₃

\ /

О  С



О

О



СОН

/

СН₃ СН

\

ОН

сложно

эфирные

группы

НО

\

СНСН₃

/

НОС



О

+ 

-2Н₂О

лактид

молочная кислота

Лактиды – сложные эфиры циклического строения с двумя сложноэфирными группами.

б) -гидроксикислоты – теряя воду, образуют: , - ненасыщенные карбоновые кислоты.

О

//  

СН₃СН₂ СНС  СН₃ОН=СНСООН

  \

бутан-2-овая кислота

ОН Н ОН

в)  и  - гидроксикислоты – образуют сложный эфир внутримолекулярно.

СН₂

/

СН₂ О

\ /

СН₂

О



СН₂  С

/

СН₂ Н

\ /

СН₂  О

ОН

О

//

С

сложноэфирная группа



-Н₂О

лактон

-гидроксимасляная группа

Лактоны – сложные эфиры циклического строения, но с одной сложноэфирной группой.

Отдельные представители

Молочная (2-гидроксипропановая) кислота. Содержит один ассиметричный атом углерода, поэтому существует в виде пары оптических изомеров. Один из них содержится в прокисшем молоке, при созревании сыра, в кислой капусте, огурцах. Другой изомер содержится в мышечной ткани. Во время работы содержание ее в мышцах резко возрастает, во время отдыха часть молочной кислоты превращается в гликоген (животный крахмал), а другая часть окисляется до СО₂ и Н₂О.

Получение – молочно-кислое брожение углеводов.

С₆Н₁₂С₆  2СН₃СНСООН



ОН

-гидроксимасляная кислота – промежуточный продукт обмена веществ, при

О

   // диабете появляется в моче.

СН₃СНСН₂С

 \

ОН ОН

-гидроксимасляная кислота – в виде натриевой соли используется в медицине как неингаляционное наркозное средство.

бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Содержится в различных растениях, в лимоне ее содержится 10%. Соли – цитраты. Цитрат натрия применяется для консервации донорской крови

Лимонная кислота –

СООН



СН₂



НОССООН



2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая кислота

СН₂



СООН

Винная (2,3-дигидроксибутандиовая) кислота.

НООССН  СНСООН

 

ОН ОН

Содержится во многих растениях, особенно много в винограде, из которого ее получают. Выделяется в виде «винного камня» - малорастворимой кислой калиевой соли в процессе брожения виноградного сока. Соли – тартраты. Калиево-натриевый тартрат – сечнетова соль – при взаимодействии с Cu(OH)₂ дает комплексное соединение ярко-синего цвета. Под названием реактива Фелинча оно используется для обнаружения альдегидов, сахаров, превращаясь в CuOH (желтый), а затем при нагревании в Cu₂O (красно-оранжевый).