ОСНОВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ФАРМАЦИЯ

				+δ O−δ
+δ	O−δ		O	H-C	O			NaOH
				H		+	CH3-O
H-C	OH		H C H		H-C			H2O
	H			гидридный
			OH		OH	метилат анион
				перенос
	H-C	O	+ CH3OH
		ONa

V. Реакции окисления

1. Альдегиды окисляются в мягких условиях до карбоновых кислот, проявляя

свойства восстановителей.

O2 (воздух)

		200C
	O	KMnO4
		200C	O
	R C
		Ag(NH3)2OH	R C
	H
		реактив Толленса	OH
		-Ag

Cu+2/ раствор

реактив Фелинга

-Cu2O

Реакции с реактивами Толленса (реакция серебряного зеркала) и Фелинга относятся к качественным.

2. Кетоны окисляются деструктивно в жестких условиях под действием KMnO4 и K2Cr2O7 в присутствии концентрированной серной кислоты после образования енолов ( правило Попова).

Пример реакции

реагент: KMnO4/ H2SO4, t0C

CH3

CH3

CH3

CH3-CH-C=CH-CH3

CH3-CH-C-CH2-CH3

CH3-C=C-CH2-CH3

OH

α O

α/

OH

O

2-метилпентанон-3

O

O

CH3-C-CH3

CH3-

CH-C

+

CH3-C

+

CH3-CH2C

OH

OH

O

OH

CH3

уксусная кислота

пропионовая кислота

2-метилпропановая

ацетон

кислота, изомасляная

128

Таким образом, при окислении этилизопропилкетона образуются три различные карбоновые кислоты и пропанон (ацетон). Анализ образующихся смесей позволяет установить строение исходного кетона.

Реакционная способность α,β - непредельных альдегидов на примере

акролеина

	-δ
+δ	O	-M, -I для карбонила
CH2=CH-C	H	π,π − сопряжение

Характерны реакции по карбонильной группе и двойной связи.

O

-δ

OH

AdNu

NH3

+δ

O

KCN 4 3 2

1

CH2-CH2-C

CH =CH-C

CH2=CH-CH-C≡N

AdNu

H

2

H

H2Oнитрил 2-окси-3-бутеновой кислоты

NH2

+δ

-δ

NaHSO3

3-аминопропаналь

H→Br

C2H5OH

OH

AdNu

CH2-CH2-C

O

H

O

CH2=CH-CH-SO3Na

H

CH2-CH2-C

H

гидросульфитное производное

AdE

Br

OC2H5

3-бромпропаналь

Ad

E

3-этоксипропаналь (полуацетальное производное не

образуется - менее устойчиво, чем полученный продукт)

Механизм присоединения этанола, AdE

	O H	CH2=CH-CH-OH		C2H5OH
	CH2=CH-C			CH2-CH=CH-OH
	H			Nu
	CH2-CH=CH-OH	CH2-CH2-C		O
				H
	H O-C2H5	-H
		OC H	5
		2

Механизм присоединения аммиака, AdNu

	-δ
+δ	O	NH3		O	O	H			O
CH2=CH-C			CH -CH-C		CH2-CH=C		CH	-CH -C
	H		2	H	H		2	2	H
			NH		NH3		NH
			3				2

129

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

O

Функциональная группа C

- карбоксил

OH

Номенклатура

Суффикс – овая

	H-C	O	метановая кислота, муравьиная
		OH
	CH -C	O	этановая кислота, уксусная
	3	OH

O

CH3-CH2-C пропановая кислота, пропионовая

OH

	CH3-CH2-CH2-C	O	бутановая кислота, масляная
		OH

O

CH3-CH-C 2-метилпропановая кислота, изомасляная

CH3 OH

Карбоновые кислоты имеют высокие температуры кипения, причиной является образование ассоциатов за счет водородных связей.

-δ	+δ	-δ
+δ O .... H O			+δ
R-C			C-R
O H ...... O
-δ	+δ	-δ

Методы получения

1. Карбонилирование щелочей и алкоголятов

t0 , p

O

HCl

O

а) CO + NaOH

H-C

H-C

OH + NaCl

ONa

метаноат натрия,

формиат

б) R-ONa + CO

t0

, p

R-C

O

HCl

O

+ NaCl

ONa

R-C

OH

R-алкил

карбоновые кислоты

130

2. Металлокарбонильный синтез

	R-CH=CH2 + CO + H2O	Ni(CO)4			R-CH2-CH2-C	O
						OH
		t0	, p
	R-алкил
					карбоновые кислоты

3. Окисление алканов

CH3-CH2-CH2-CH3 O2 (воздух) 2 CH3-CO

катализатор OH

4.Окисление спиртов, альдегидов (см. соответствующие темы).

5.Синтез из реактива Гриньяра

C

O

O

R-Br + Mg

R-MgBr

O

R-C

HCl

R-C

O

+ MgOHBr

OMgBr

H2O

OH

R-алкил

6. Гидролиз нитрилов (см. тему “Производные карбоновых кислот”).

Реакционная способность карбоновых кислот

	H		-δ
		+δ	O
	α ↓
	R C→C		-δ +δ
	↑		O←H
	H

Поляризация связей в молекулах карбоновых кислот

За счет р,π-сопряжения НПЭ атома кислорода гидроксильной группы и р-электронов π-связи карбонила дефицит элекронной плотности на атоме углерода карбонила (+δ) снижен. По этой причине карбоновые кислоты не склонны вступать в реакции присоединения по карбонильной группе, в отличие от альдегидов (кетонов). Кроме проявления ОН-кислотности, для карбоновых кислот характерны реакции замещения гидроксильной группы и атома водорода в α-положении.

I.ОН-кислотность карбоновых кислот

Карбоновые кислоты относятся к слабым кислотам, рКа 4-5.

131

R-COOH + H2O		R-COO + H3O
	карбоксилат-анион

	0	O	R-C	O
		R-C
	1,23 Α			O
		O
	O
	R-C		O
	O-H
			R-C
	0
			O
	1,36 Α
	длины связей С-О		0,127 нм
	в карбоновых кислотах

Связи С-О в карбоксилат-анионе одинаковы по длине, электронная плотность распределена равномерна.

Влияние заместителей на величину рКа карбоновых кислот:

1. Донорные группы увеличивают прочность связи кислород-водород, это приводит к увеличению рКа кислот, т.е. уменьшению их силы.

	H C	O	CH3→C	O	CH3-CH2→C O
		OH		OH	OH
рКа	3,75		4,76		4,86

2. Акцепторные группы уменьшают электронную плотность связи кислородводород, это приводит к уменьшению рКа кислот, т.е. увеличению их силы.

	Cl		Cl	O		O		O
	↑	O	↑		> CH2←C		> CH →C
	Cl← C←C	>	CH←C
		OH	↓	OH	↓	OH	3	OH
	↓
	Cl		Cl		Cl
рКа	0,66		1,25		2,87		4,76

Карбоновые кислоты реагируют с металлами, оксидами металлов, гидроксидами, аммиаком, солями более слабых кислот (OH, NH, CH - кислот). При этом образуются соли.

	CH3−C	O	Zn	Zn	CH3	−C	O	Na	CH3	−C	O
		O		-H2			OH	-H2			ONa
			2
	этаноат,								ацетат натрия
	ацетат цинка

CH −C	O	K2O	CH −C	O	KOH		CH3−C	O
3	OK	-H2O	3	OH	-H2O			OK

ацетат калия	ацетат калия

132

O

NaNH2

O Na2CO3

O

CH −C

или NaH

CH

−C

CH3−C

3

ONa

-NH3

3

OH -H2O,-CO2

ONa

или -H2

-C2H5OH

C H

ONa

2

5

O

CH3−C ONa

	O	NH3					O CH3-C≡C Na				O
CH −C				CH	−C					CH3−C	+ CH3-C≡CH ↑
3	O NH4	200C	3				OH				ONa
ацетат аммония			CH3MgI
				O			+ CH4 ↑
		CH3−C			OMgI

II. Реакции замещения ОН-группы

1. Реакция этерификации

Этерификация протекает в присутствии сильных и средних кислот, реакция обратима. В процессе реакции происходит замещение гидроксильной группы на алкокси группу и образование сложных эфиров.

			O				H	CH3-C	O	+ H2O
		CH3C		+ C2H5-O H					OC2H5
			OH
								этилэтаноат,
								этилацетат
Механизм SN
Nu - C2H5-O-H
										O	C2H5
		O			O-H						H (Nu)
CH	-C		H	CH				CH3-C O
		OH			-C
3				3	OH	-H2O
			O
		CH3-C			CH3-C		O
			O-C2H5				OC2H5
					-H

H

133

2. Превращение в хлорангидриды и ангидриды а) синтез хлорангидридов

CH −C	O	+ PCl5		CH −C	O	+ POCl + HCl
	O-H				Cl
3			3			3

хлористый ацетил, хлорангидрид уксусной кислоты

В качестве реагентов можно также использовать SOCl2, PCl3.

Механизм SN

Nu - Cl

2 PCl5

PCl4 + PCl6

PCl6

PCl5 + Cl

O

-δ

O

PCl4

+δ

O

Cl

O PCl4

O

CH3

C

CH3

C

CH3 C

CH3 C

+ O PCl4

OH

- H

O-PCl4

Cl

Cl

б) синтез ангидридов

O=PCl3 Cl

CH3−C

O

P2O5, t0C

CH −C

O

O-H

3

O + H2O

CH3−C

O-H

CH3−C

O

O

уксусный ангидрид

4. Образование азотсодержащих производных

а) синтез амидов

CH3−C

O

NH3

CH3−C

O

CH3−C

O

O-H

O NH4

NH2

t0C

-H2O

или

амид уксусной кислоты

ацетамид

P2O5, t0C

CH3-CH2-C

O

амид пропановой кислоты, пропиоамид

NH2

б) синтез нитрилов

O

P O

5,

t0C

CH3−C

2

CH3-C≡N

NH2

-H2O

нитрил уксусной кислоты

3

2

1

ацетонитрил

CH3-CH2-C≡N

нитрил пропановой кислоты, пропионитрил

134

4. Галоидирование по α - положению

а) хлорирование

CH3−COOH		Cl2			CH2−C		O
								+ HCl
	hν, 1170C				Cl		O-H
					хлорэтановая,
					хлоруксусная кислота
R-CH2−COOH			CuCl2			R-CH−COOH + HCl общий способ синтеза
			LiCl
						Cl
			ДМФА, t0C

б) бромирование (реакция ГелляФольгарда – Зелинского)

	R-CH2-COOH	Br2		R-CH-COOH + HBr
		PBr3
				Br

5. Восстановление и окисление карбоновых кислот

а) восстановление

CH −COOH	LiAlH4		(RCH2O)4AlLi	4H2O	4RCH	OH + Al(OH)3 + LiOH
3	абс. ТГФ					2

Используется для получения высших спиртов:

4 C11H23COOH	1) LiAlH4
		C11H23CH2OH + Al(OH)3 + LiOH
додекановая,	2) 4 H2O деканол-1,
лауриловая		лауриловый спирт
кислота

б) окисление

Карбоновые кислоты устойчивы к действию обычных окислителей, возможно окисление связи Сα - Н, если атом углерода в α - положении - третичный.

	H	KMnO4	OH
	α т.
	CH3 C COOH		CH3 C COOH
		t0C
	CH3		CH3

2-окси-2-метилпропановая кислота

135

CH3CH2 C CH3CH2 C

CH3 C

CH3 C

ПРОИЗВОДНЫЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ КИСЛОТ

Свойства и взаимные превращения

производные	общая формула,	примеры названий
	функциональная группа

галогенангидриды

ангидриды

O

R-C Cl(Br)

O

R-C O

R- C

O

CH3-CClO

этаноил хлорид, хлорангидрид этановой (уксусной) кислоты, хлористый ацетил

O CH3-CH2-C Cl

пропаноил хлорид, хлорангидрид пропановой (пропионовой )кислоты, хлористый пропионил

O

O

O

ангидрид этановой (уксусной) кислоты, уксусный ангидрид

O

O

O

ангидрид пропановой (пропионовой) кислоты, пропионовый ангидрид

сложные эфиры	R-C	O	O
		1	H-C

OR		OC2H5
	этилметаноат, этиловый эфир метановой
	(муравьиной) кислоты, этилформиат
	CH3-C	O
		OCH3
	метилэтаноат,
	метиловый эфир этановой
	(уксусной) кислоты,
	метилацетат

136

соли

амиды

O

R-C

O M M - металл

R-CO

O M+2 O

R-C

O

O

R-C NH2

O

R-C

NH-R/

O

R-C N R/ R/

O

CH3-CH2-C OC2H5

этилпропаноат, этиловый эфир пропановой (пропионовой) кислоты, этилпропионат

O H-C ONa

метаноат натрия, натриевая соль муравьиной кислоты, формиат натрия

O CH3-C ONa

этаноат натрия, натриевая соль уксусной кислоты, ацетат натрия

O
CH3-CH2-C	Ca
O	2

пропаноат кальция, кальциевая соль пропановой (пропионовой )кислоты

H-C

O

NH2

амид метановой (муравьиной) кислоты, формамид

O

H-C NH-CH3

N-метилформамид

O

H-C N(CH3)2

N,N-диметилформамид

CH3-CO NH2

амид этановой (уксусной) кислоты, ацетамид

137