Эталонное решение задач

1. Предложите схему синтеза молочной кислоты из 2-хлорпропановой кислоты. Обладает ли полученная кислота оптической активностью? Какой продукт образуется при нагревании молочной кислоты? Напишите схему реакции.

Решение:

Гидроксикислоты получают из галогенкарбоновых кислот в результате обработки их щелочью с последующим взаимодействием образующейся соли гидроксикислоты с кислотой:

Благодаря наличию в молекуле асимметрического атома углерода она может существовать в виде двух оптически активных энантиомеров:

Так как молочная кислота относится к α-гидроксикислотам, то она при нагревании образует устойчивый шестичленный циклический диэфир-лактид:

2. Какое соединение образуется при нагревании 3-гидроксибутановой кислоты? Объясните, почему при нагревании этой кислоты невозможна внутри- и межмолекулярная этерификация?

Решение:

3-гидроксибутановая кислота относится к β-гидроксикислотам, а этим кислотам при нагревании или под действием минеральных кислот характерны реакции дегидратации с образованием α,β-ненасыщенных кислот:

Внутри- или межмолекулярная этерификация в этом случае невозможна, так как она привела бы к образованию неустойчивого четырех- или восьмичленного цикла (лактона и лактида соответственно).

Направленность реакции определяется большей подвижностью атома водорода в α-положении по сравнению с γ-положением.

3. Напишите схему реакций взаимодействия β-гидроксикислоты с гидроксидом натрия, этанолом и аммиаком. Назовите продукты реакции.

Решение:

Наличие в молекуле гидроксикислот карбоксильной и гидроксильной групп приводит к тому, что эти соединения вступают в реакции, свойственные как спиртам, так и кислотам. С гидроксидом натрия, этанолом и аммиаком реакции идут по карбоксильной группе:

4. Приведите схемы реакций взаимодействия молочной (2-гидроксипропановой) кислоты с галогеноводородом и уксусным ангидридом.

Решение:

Вступление в реакцию спиртового и кислотного гидроксила определяется выбором реагента и условиями реакции. С галогенводородом и уксусным ангидридом в реакции участвует спиртовой гидроксил:

5. Напишите схему реакций взаимодействия α-гидрокислоты с натрием и пентахлоридом фосфора.

Решение:

При взаимодействии щелочных металлов с гидроксикислотами сначала получаются соли, а затем алкоголяты:

При действии пентахлорида фосфора замещается галогеном спиртовой и кислотный гидроксил:

6. Напишите схему расщепления лимонной кислоты под действием концентрированной серной кислоты. Какое карбонильное соединение получается в результате? Напишите схему соответствующей реакции.

Решение:

Нагревание с серной кислотой приводит к расщеплению лимонной кислоты на ацетондикарбоновую и муравьиную кислоты, которые распадаются далее с выделением соответственно диоксида и монооксида углерода:

Процесс распада ацетондикарбоновой кислоты приводит к образованию ацетона

7. Напишите схемы реакций взаимодействия пировиноградной (2-оксопропановой) кислоты с гидроксидом натрия, этанолом и аммиаком.

Решение:

Наличие в молекуле пировиноградной кислоты карбонильной и карбоксильной групп приводит к тому, что в зависимости от реагента и условий реакции, процесс может протекать как по оксо-, так и по карбоксильной группе.

С гидроксидом натрия и этанолом реакция протекает по карбоксильной группе:

С аммиаком реакция протекает одновременно по карбонильной и карбоксильной группам:

8. Приведите схемы реакций взаимодействия ацетоуксусной (3-оксобутановой) кислоты с гидроксиламином и циановодородной кислотой.

Решение:

Оксокислоты с гидроксиламином и циановодородной кислотой образуют производные по карбонильной группе. Оксогруппе характерны реакции присоединения:

9. Пировиноградная (2-оксопропановая) кислота при добавлении кислот вступает в реакцию альдольной конденсации, а образующийся альдоль легко превращается в лактон. Напишите схемы реакций.

Решение:

Некоторые α-оксокислоты из-за наличия в молекуле СН-кислотного центра вступают в реакции альдольной конденсации. Пировиноградная кислота при длительном стоянии, а ещё быстрее при добавлении кислот, превращается в соответствующий альдоль, который затем отщепляет воду, образуя лактон:

10. Напишите схемы реакций ацетоуксусного эфира с металлическим натрием, бромом, синильной кислотой, фенилгидразином.

Решение:

Ацетоуксусный эфир – пример соединения, способного к кето-енольной таутомерии. Обе формы эфира могут быть получены в свободном состоянии: кетонная – вымораживанием, енольная – перегонкой в кварцевой посуде.

В химических превращениях ацетоуксусный эфир в зависимости от реагента ведет себя как кетон или как енол.

Реакции отвечающие кетонной форме:

1) присоединение синильной кислоты:

2) действие фенилгидразина: продукт реакции теряет молекулу спирта и образует метилпиразолон:

Реакции, отвечающие енольной форме:

1) образование натрийацетоуксусного эфира:

2) присоединение брома:

Эту реакцию используют для количественного определения содержания енольной формы в равновесной смеси.

3) действие пентахлорида фосфора: