Карбоновые кислоты и их функциональные производные

После изучения этой главы вы должны знать:

- строение, классификацию, номенклатуру карбоновых кислот и их производных;

- кислотно-основные, электрофильно-нуклеофильные, окисли­тельно-восстановительные и комплексообразующие свойства кар­боновых кислот и их производных;

- основные реакции метаболизма карбоновых кислот в орга­низме.

19.1. СТРОЕНИЕ, НОМЕНКЛАТУРА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Органические соединения, содержащие карбоксильную группу

относятся к классу карбоновых кислот. Соединения, со­держащие одну карбоксильную группу, называются однооснов­ными карбоновыми кислотами, две - двухосновными и т. д. В зависимости от природы углеводородного остатка различают карбоновые кислоты: предельные, непредельные, ароматиче­ские, гетероароматические, гидрокси- и оксокислоты, амино­кислоты и др. Одноосновные карбоновые кислоты общей фор­мулы CnH2n+1COOH называются предельными кислотами.

По систематической номенклатуре ИЮПАК названия карбоно­вых кислот образуют от названий родоначальных углеводородов с тем же числом атомов углерода с добавлением окончания -овая кислота. Названия циклических и ароматических карбоновых кислот образуют добавлением к названию родоначального углево­дорода слов карбоновая кислота. Нумерацию цепи начинают с атома углерода карбоксильной группы. Для кислот используются и тривиальные названия, которые применяют также для замещен­ных кислот, обозначая положение заместителей греческими бук­вами. В этом случае углеродный атом, соседний с карбоксильной группой, обозначается как а-углерод, затем Р-углерод, у-углерод: и т. д. Для названия аниона карбоновой кислоты используется ее латинское тривиальное название с суффиксом -am, а для названия ее молекулярного остатка без гидроксильной группы, т. е. ацила - то же название, но с суффиксом -ил. Примеры тривиальных и систематических названий неко­торых карбоновых кислот, их анионов и ацильных групп при­ведены в табл. 19.1.

Название функциональных производных карбоновых кислот (эфиров, амидов и т. д.) формируется на основе названий их ацильного остатка.

Низшие предельные монокарбоновые кислоты (С1—С9) пред­ставляют собой жидкости, а высшие предельные и ароматиче­ские кислоты - твердые вещества. Для карбоновых кислот ха­рактерна значительная межмолекулярная ассоциация вследствие образования циклических димеров или линейных ассоциатов за счет водородных связей:

Ассоциаты карбоновых кислот частично сохраняются в раство­рах и даже в парах.

Плавление высших карбоновых кислот, молекулы которых имеют явно анизометрическую форму, происходит постепенно. В интервале от температуры начала плавления до температуры просветления они могут находиться в жидкокристаллическом состоянии (разд. 3.2.3).

Молекулы карбоновых кислот дифильны, так как содержат гидрофильный фрагмент - карбоксильную группу —СООН и гид­рофобный фрагмент - углеводородную цепь —R. С увеличением длины последней дифильность молекул увеличивается, а растворимость кислот в воде уменьшается. Высшие карбоновые ки­слоты алифатического ряда, начиная с С10, в воде практически нерастворимы, а растворимость их солей сильно ограничена. Поэтому соли высших кислот образуют истинные растворы только при низких концентрациях, а при более высоких кон­центрациях - коллоидные растворы. Вследствие анизометрич-ности молекул высших карбоновых кислот, их солей, а также их ассоциатов (мицелл) коллоидные растворы этих веществ мо­гут находиться в лиотропном жидкокристаллическом состоянии (разд. 3.2.3 и 27.3.2).

Первые гомологи предельных кислот - муравьиная, уксус­ная и пропионовая кислоты - имеют резкий раздражающий запах, а при попадании на слизистые ткани вызывают их ожог.