Карбоновые кислоты. Гидрокси-, оксокислоты. Лекция 2

Август 22, 2022

Главная
Химия
Карбоновые кислоты. Гидрокси-, оксокислоты. Лекция 2

Содержание

2. Карбоновые кислоты – большая группа органических соединений, содержащие в молекулах не менее 1 карбоксильной группы –СООН.
3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Карбоновые кислоты – бесцветные жидкие или твердые вещества, растворимые в органических растворителях. Низшие насыщенные
4. ВАЖНЕЙШИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ: Монокарбоновые насыщенные: НСООН - муравьиная, формиат СН3СООН - уксусная, ацетат СН3СН2СООН -
5. Дикарбоновые насыщенные: НООС-СООН - щавелевая, оксалат НООС-СН2-СООН - малоновая, малонат НООС-(СН2)2-СООН - янтарная, сукцинат НООС-(СН2)3-СООН -
6. Дикарбоновые ненасыщенные: малеиновая (цис-), малеат фумаровая (транс-), фумарат Гидроксикислоты: гликолевая, гликолят молочная, лактат L-яблочная, L-малат 3-гидроксимасляная,
7. Оксокислоты: пировиноградная (ПВК), пируват фосфоенолпируват (ФЕП) щавелевоуксусная (ЩУК), оксалоацетат α-кетоглутаровая (α -КГ), α-кетоглутарат β-оксомасляная (ацетоуксусная), ацетоацетат
8. СТРОЕНИЕ КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ Карбоксильная (-СООН) и карбоксилатная (-СОО-) группы полярные, электроноакцепторные (- I, - M) сопряженные
9. ОБЩИЕ ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ В молекуле имеется 4 типа реакционных центров:  OH-группа обладает заметной
10. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ - все растворимые кислоты реагируют с водным NaHCO3: RCOOH + NaHCO3 →
11. РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ (SN) ПРИ КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЕ Это многочисленные и разнообразные реакции взаимных превращений производных карбоновых
12. Этерификация/гидролиз сложных эфиров: RCOOH + R1OH RCOOR1 + H2O Образование амидов: RCOOH + NH3 → RCOO-
13. Реакционная способность RCO-X в реакциях SN (RCO-X + Y → RCO-Y + X) в зависимости от
14. ПОВЕДЕНИЕ КИСЛОТ ПРИ НАГРЕВАНИИ Насыщенные карбоновые кислоты термически устойчивы, только их соли декарбоксилируются при нагревании (натриевые
15. БИОЗНАЧЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ Насыщенные карбоновые кислоты содержатся в пищевых жирах, в организме окисляются в виде
16. БИОЗНАЧЕНИЕ НЕНАСЫЩЕННЫХ МОНОКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ Акриловая, метакриловая кислоты и их эфиры (метилметакрилат) в виде полимеров входят в
17. АЦЕТИЛ-КОА – ВАЖНЕЙШИЙ МЕТАБОЛИТ КЛЕТОК Ацетил-КоА - активированная для метаболических целей форма уксусной кислоты: ● образуется
18. БИОЗНАЧЕНИЕ ДИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ Щавелевая, янтарная и фумаровая кислоты – метаболиты клеток: щавелевая токсична – вызывает образование
19. БИОЗНАЧЕНИЕ ГИДРОКСИ- И ОКСОКИСЛОТ Ряд гидрокси- и оксокислот – метаболиты клеток, используются в пластических и энергетических
20. In vivo гидрокси- и оксокислоты с одинаковым скелетом способны взаимопревращаться: L-малат ↔ ЩУК; β-оксибутират ↔ ацетоацетат
21. ЦИКЛ КРЕБСА (ЦТК) (ЗНАЧЕНИЕ, РЕАКЦИИ) ЦТК – центральный путь анаэробного окисления ацетил-КоА с целью получения энергии,
23. Скачать презентацию

Слайд 2

Карбоновые кислоты – большая группа органических соединений, содержащие в молекулах не

менее 1 карбоксильной группы –СООН. Карбоновые кислоты классифицируют: 1. По количеству групп СООН:  монокарбоновые  дикарбоновые  трикарбоновые 2. По строению углеродного скелета и наличию двойных связей:  ациклические насыщенные  ациклические ненасыщенные  ароматические 3. По природе дополнительной функциональной группы выделяют:  гидроксикислоты  оксокислоты  аминокислоты  прочие

Слайд 3

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Карбоновые кислоты – бесцветные жидкие или твердые вещества, растворимые

в органических растворителях.
Низшие насыщенные карбоновые кислоты (С1 – С9) – жидкости со специфическим резким запахом, обжигают слизистые оболочки. Первые 3 кислоты во всех отношениях смешиваются с водой. При удлинении углеводородного скелета уменьшается растворимость в воде и увеличивается растворимость в малополярных растворителях.
Высшие жирные кислоты (С10 и более) – твердые вещества, малорастворимые в воде, хорошо растворимы в органических растворителях.
Низшие ненасыщенные карбоновые кислоты – жидкие, введение двойных связей снижает т. пл. и растворимость в воде.
Дикарбоновые кислоты - твердые кристаллические вещества, умеренно и хорошо растворимые в воде, при нагревании разлагаются.
Гидрокси- и оксокислоты – жидкие или твердые кристал-лические вещества, умеренно и хорошо растворимые в воде, при нагревании разлагаются.

Слайд 4

ВАЖНЕЙШИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ: Монокарбоновые насыщенные:
НСООН - муравьиная, формиат
СН3СООН - уксусная,

ацетат
СН3СН2СООН - пропионовая, пропионат
СН3(СН2)2СООН - масляная, бутират
СН3(СН2)3СООН - валериановая, валерат

Слайд 5

Дикарбоновые насыщенные: НООС-СООН - щавелевая, оксалат НООС-СН2-СООН - малоновая, малонат НООС-(СН2)2-СООН - янтарная,

сукцинат НООС-(СН2)3-СООН - глутаровая, глутарат

Монокарбоновые ненасыщенные:
CН2=СН-СООН - акриловая, акрилат
СН3-СН=СН-СООН - кротоновая, кротонат
- метакриловая, метакрилат

Слайд 6

Дикарбоновые ненасыщенные: малеиновая (цис-), малеат фумаровая (транс-), фумарат Гидроксикислоты: гликолевая,

гликолят молочная, лактат L-яблочная, L-малат 3-гидроксимасляная, β-оксибутират лимонная, цитрат изолимонная, изоцитрат

Слайд 7

Оксокислоты: пировиноградная (ПВК), пируват фосфоенолпируват (ФЕП) щавелевоуксусная (ЩУК), оксалоацетат α-кетоглутаровая

(α -КГ), α-кетоглутарат β-оксомасляная (ацетоуксусная), ацетоацетат глиоксиловая, глиоксилат Ароматические кислоты: бензойная, бензоат никотиновая, никотинат

Слайд 8

СТРОЕНИЕ КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ
Карбоксильная (-СООН) и карбоксилатная (-СОО-) группы полярные, электроноакцепторные

(- I, - M) сопряженные функциональные группы.
В жидком и твердом состояниях молекулы RCOOH ассоциированы димеризацией – образованием межмолекулярных водородных связей между двумя группами –СООН.
Наличие ОН в структуре –СООН уменьшает склонность карбоновых кислот к реакциям AN (характерным для карбонильных соединений) и SN (они протекают in vitro только в сильнокислой среде).
Наличие карбонильной группы в структуре –СООН усиливает ОН-кислотность:
RCOOH – более сильные кислоты, чем вода, спирты ROH и угольная кислота H2CO3

Слайд 9

ОБЩИЕ ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
В молекуле имеется 4 типа реакционных

центров:
 OH-группа обладает заметной кислотностью (образует соли с различными основаниями и активными металлами)
 карбонильная группа (реакции SN, образование и взаимопревращения производных)
 α-С-Н группа обладает слабой кислотностью (галогенирование, окисление, конденсации, карбокси-лирование in vivo)
 карбоксильная группа как целое (декарбоксилирование дикарбоновых и некоторых оксокислот)

Слайд 10

КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
- все растворимые кислоты реагируют с водным

NaHCO3:
RCOOH + NaHCO3 → RCOO-Na+ + CO2 ↑ + H2O
- щавелевая кислота осаждается ионами кальция, оксалат кальция СаС2О4 растворяется в сильных кислотах
- ряд гидрокси- и оксокислот (молочная, пировиноградная) образуют окрашенные комплексы с солями железа (III)

Слайд 11

РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ (SN) ПРИ КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЕ
Это многочисленные и разнообразные

реакции взаимных превращений производных карбоновых кислот:
RCO-X + Y → RCO-Y + X
(где X, Y = OH, OR, NH2, NHR, NR2, SH, SR, Cl, RCO2 и др.)
Широко используются в живых клетках (in vivo)
Включают реакции:
 этерификации/гидролиза сложных эфиров
 образования/гидролиза амидов RCONH2, RCONHR, RCONR2
 ацил-КоА и их превращения в другие производные карбоновых кислот in vivo
 прочие

Слайд 12

Этерификация/гидролиз сложных эфиров: RCOOH + R1OH RCOOR1 + H2O Образование амидов:

RCOOH + NH3 → RCOO- NH4+ RCONH2 + H2O Ацил-КоА – макроэргические соединения – активированные производные карбоновых кислот, широко используемые in vivo в пластических и энергетических целях (окисление): CH3COOH + HS-KоА + 2АТФ → CH3CO-SKоА + 2(АДФ + Ф) Коэнзим А Ацетил-КоА CH3CO-SKоА + HO-(CH2)2-N+(CH3)3 → CH3C(=O)-(CH2)2-N+(CH3)3 + HS-KоА Ацетил-КоА Холин ацетилхолин 3RCO-SKоА + глицерин → триглицериды (ТГ, жиры и масла) + 3HS-KоА

Слайд 13

Реакционная способность RCO-X в реакциях SN (RCO-X + Y → RCO-Y

+ X) в зависимости от природы Х: RCOCl > (RCO)2O ~ RCOSKoA > > RCOOR > RCONH2 > RCOO- Хлорангидрид > ангидрид ~ ацил-КоА > > сложный эфир > амид > карбоксилат-анион

Слайд 14

ПОВЕДЕНИЕ КИСЛОТ ПРИ НАГРЕВАНИИ
Насыщенные карбоновые кислоты термически устойчивы, только их

соли декарбоксилируются при нагревании (натриевые соли – образуют алканы RH, кальциевые соли дают кетоны).
Муравьиная кислота разлагается при нагревании с конц. H2SO4: HCOOH → CO + H2O
Дикарбоновые кислоты при нагревании разлагаются:
- щавелевая, малоновая декарбоксилируются;
- янтарная, глутаровая, малеиновая, фумаровая внутримолеку-лярно дегидратируются, давая циклические ангидриды
Малеиновая кислота изомеризуется в фумаровую.
Гликолевая и молочная кислоты при нагревании межмолекулярно дегидратируются с образованием димерных лактидов, а затем полилактидов.
Лимонная кислота при нагревании разлагается сложным образом.
Пировиноградная кислота при нагревании декарбоксилируется.
Ацетоуксусная кислота декарбоксилируется уже при 25o с образованием ацетона.

Слайд 15

БИОЗНАЧЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Насыщенные карбоновые кислоты содержатся в пищевых жирах,

в организме окисляются в виде КоА-производных (ацил-КоА) до ацетил-КоА и затем до СО2 и Н2О с кратковременным запасанием энергии в виде АТФ.
Муравьиная кислота – содержится в муравьях, крапиве, др. растениях, образуется в организме в виде фолатного производного, применяется в медицине («муравьиный спирт»)
Уксусная кислота съедобна, применяется для консервирования, в организме образует ацетил-КоА – центральный клеточный метаболит.
Масляная кислота придает запах прогорклому маслу.
Валериановая и изовалериановая кислоты содержатся в корнях валерианы лекарственной.
Карбоновые кислоты входят в состав лекарств.

Слайд 16

БИОЗНАЧЕНИЕ НЕНАСЫЩЕННЫХ МОНОКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Акриловая, метакриловая кислоты и их эфиры (метилметакрилат) в

виде полимеров входят в состав стоматологических материалов

Слайд 17

АЦЕТИЛ-КОА – ВАЖНЕЙШИЙ МЕТАБОЛИТ КЛЕТОК
Ацетил-КоА - активированная для метаболических целей

форма уксусной кислоты:
● образуется при окислении пировиноградной кислоты (из глюкозы), жирных кислот (в форме ацил-КоА), кетоновых тел, из некоторых аминокислот;
● анаэробно окисляется в цикле Кребса (ЦТК) до СО2 с запасанием энергии в форме субстратов тканевого дыхания НАДН и ФАДН2, окисляемых далее тканевым дыханием до НАД, ФАД, Н2О с образованием АТФ;
● используется для биосинтеза малонил-КоА, ацил-КоА, жирных кислот, липидов, кетоновых тел, холестерина, ацетилхолина.
CH3CO-SKoA + CO2 + АТФ → HOOC-CH2-CO-SKoA ацетил-КоА малонил-КоА
→ жирные кислоты
2CH3CO-SKoA → CH3COСH2CO-SKoA → кетоновые тела, ацетил-КоА ацетоацетил-КоА холестерин

Слайд 18

БИОЗНАЧЕНИЕ ДИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Щавелевая, янтарная и фумаровая кислоты – метаболиты клеток:

щавелевая токсична – вызывает образование оксалатных камней в почках, образуется из глицина, аскорбиновой кислоты, содержится в растениях (щавель и др.).
янтарная и фумаровая – метаболиты ЦТК, используются для получения энергии, входят в состав лекарственных препаратов.
малеиновая кислота токсична, чужеродное вещество, в природе не встречается.

Слайд 19

БИОЗНАЧЕНИЕ ГИДРОКСИ- И ОКСОКИСЛОТ
Ряд гидрокси- и оксокислот – метаболиты клеток,

используются в пластических и энергетических целях, регулируют метаболические процессы, а также используются в лечебных целях.
Лактат и пируват образуются из глюкозы при гликолизах:
Окисление лактата в пируват в аэробных условиях
Лактат пируват
Восстановление пирувата в лактат в анаэробных условиях
При карбоксилировании пирувата in vivo образуется ЩУК – катализатор ЦТК и одно из исходных веществ для биосинтеза глюкозы (глюконеогенез).
Метаболитами ЦТК являются ЩУК (оксалоацетат), цитрат, изоцитрат, α-кетоглутарат, L-малат.
Из ЩУК и α-кетоглутарата могут образовываться аминокислоты аспарагиновая и глутаминовая кислоты.

Слайд 20

In vivo гидрокси- и оксокислоты с одинаковым скелетом способны взаимопревращаться:
L-малат

↔ ЩУК; β-оксибутират ↔ ацетоацетат (кетоновые тела)
(аналогично лактат ↔ пируват).
Фосфоенолпируват – макроэргическое соединение, с АДФ in vivo дает пируват и АТФ (субстратное фосфорилирование)
Кетоновые тела – альтернативное глюкозе и жирным кислотам клеточное питание, вырабатываются печенью из ацетил-КоА в условиях голодания и сахарного диабета
Цитрат – ключевой метаболит ЦТК, его регулятор, используется в биосинтезе жирных кислот, в медицине вместе с сукцинатом как биостимуляторы.

Слайд 21

ЦИКЛ КРЕБСА (ЦТК) (ЗНАЧЕНИЕ, РЕАКЦИИ)
ЦТК – центральный путь анаэробного окисления ацетил-КоА

с целью получения энергии, интегрирующий пути обмена углеводов (глюкоза), липидов (жирные кислоты и глицерин) и белков (аминокислоты) в единый клеточный метаболизм (обмен веществ).
Важнейшие реакции:
Ацетил-КоА + ЩУК → цитрат
Цитрат → изоцитрат
Изоцитрат + НАД+ → α-кетоглутарат + НАДН/Н+ + СО2
α-кетоглутарат + НАД+ + HSKoA → сукцинил-SКоА + НАДН/Н+ + СО2
сукцинил-SКоА + ГДФ + Ф → сукцинат + ГТФ + HSKoA (субстратное фосфорилирование)
сукцинат + ФАД → фумарат + ФАДН2
фумарат + Н2О → L-малат
L-малат + НАД+ → ЩУК + НАДН/Н+

Карбоновые кислоты. Гидрокси-, оксокислоты. Лекция 2

Содержание

Карбоновые кислоты – большая группа органических соединений, содержащие в молекулах не

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Карбоновые кислоты – бесцветные жидкие или твердые вещества, растворимые

ВАЖНЕЙШИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ: Монокарбоновые насыщенные: НСООН - муравьиная, формиатСН3СООН - уксусная,

Дикарбоновые насыщенные: НООС-СООН - щавелевая, оксалат НООС-СН2-СООН - малоновая, малонат НООС-(СН2)2-СООН - янтарная,

Дикарбоновые ненасыщенные: малеиновая (цис-), малеат фумаровая (транс-), фумарат Гидроксикислоты: гликолевая,

Оксокислоты: пировиноградная (ПВК), пируват фосфоенолпируват (ФЕП) щавелевоуксусная (ЩУК), оксалоацетат α-кетоглутаровая

СТРОЕНИЕ КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ Карбоксильная (-СООН) и карбоксилатная (-СОО-) группы полярные, электроноакцепторные

ОБЩИЕ ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ В молекуле имеется 4 типа реакционных

КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ - все растворимые кислоты реагируют с водным

РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ (SN) ПРИ КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЕ Это многочисленные и разнообразные

Этерификация/гидролиз сложных эфиров: RCOOH + R1OH RCOOR1 + H2O Образование амидов:

Реакционная способность RCO-X в реакциях SN (RCO-X + Y → RCO-Y

ПОВЕДЕНИЕ КИСЛОТ ПРИ НАГРЕВАНИИ Насыщенные карбоновые кислоты термически устойчивы, только их

БИОЗНАЧЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ Насыщенные карбоновые кислоты содержатся в пищевых жирах,

БИОЗНАЧЕНИЕ НЕНАСЫЩЕННЫХ МОНОКАРБОНОВЫХ КИСЛОТАкриловая, метакриловая кислоты и их эфиры (метилметакрилат) в

АЦЕТИЛ-КОА – ВАЖНЕЙШИЙ МЕТАБОЛИТ КЛЕТОК Ацетил-КоА - активированная для метаболических целей

БИОЗНАЧЕНИЕ ДИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ Щавелевая, янтарная и фумаровая кислоты – метаболиты клеток:

БИОЗНАЧЕНИЕ ГИДРОКСИ- И ОКСОКИСЛОТ Ряд гидрокси- и оксокислот – метаболиты клеток,

In vivo гидрокси- и оксокислоты с одинаковым скелетом способны взаимопревращаться: L-малат

ЦИКЛ КРЕБСА (ЦТК) (ЗНАЧЕНИЕ, РЕАКЦИИ)ЦТК – центральный путь анаэробного окисления ацетил-КоА

Похожие презентации