Карбон қышқылдар, түрлері қасиеттері, түындылары. Лекция № 8. Гетерофункционалды қосылыстар. Лекция № 9

1.

ТӨМЕНМОЛЕКУЛАЛЫҚ БИОЛОГИЯЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАР
Лекция №8. Карбон қышқылдар, түрлері
қасиеттері, түындылары.
Лекция № 9. Гетерофункционалды қосылыстар.
Оксиқышқылдар. Қасиеттері, тірі ағзада
атқаратын қызметі таралуы.

2.

• Карбон қышқылдары – ол құрамында бір немесе
одан көп карбоксил тобы (–COOH) бар
көмірсутектер классы.
O
O
C
COOH
CO2H
C O H
OH
O
C
O
H
R.Boese, D.Blaser, R.Latz, A.Baumen // Acta Crystallogr. C., 1999,
Vol.55, P. 991.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
2

3.

03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
3

4. Қарбон қышқылдары

1
• Карбоксил топтарының санына байланысты: бір-,
екі-, көп негіздік;
2
• Құрамында Hal –галогенкарбон қышқылдары;
3
•Құрамында -NH2 топ болса - аминоқышқылдар;
4
5
03.11.2018
•Құрамында С=О болса - альдегидожәне кетоқышқылдар;
• Құрамында -ОН – оксиқышқылдар.
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
4

5.

Құрамында С атомдарының саны 6, оларды
жоғары май қышқылдары деп атайды.
ИЮПАК номенклатурасы бойынша – ұзын тізбекті
таңдайды, соның атына қышқыл деген сөз қосады.,
мысалы:
СН3(СН2)4СН(СН3)СООН - 2-метилгептан
қышқылы;
С6Н11СООН – циклогексанкарбон қышқылы.
Әдетте карбоксил тобының С атомы нөмерленбейді.
Қышқылдардың көбісінде тривиалды ат
қолданылады.
Бос күйінде қышқылдар жемістерде, қанда, май
құрамында, эфирлерде, балауыздарда кездеседі.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
5

6.

Карбон қышқылдары оңай протонды
бөледі, яғни қышқылдық
қасиеттерге ие.
Мысалы, сірке қышқылының
CH3COOH қышқылдық
константасы 1,75·10−5тең.
Ди- және трикарбон қышқылдары
монокарбон қышқылдарына
қарағанда күшті болады.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
6

7.

КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫ
Ациклды алифатты
(тізбекті)
Қаныққан
Бір
негіздік
Қанықпаған
Акрил қ-ы
CH2=CH—
COOH
Циклды
(тұйықталған)
Алициклды
Аромат-ты
Бензой қ-ы
C6H5—COOH
Екі (көп)
негіздік
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
7

8. Классификациясы:

1) Радикалына байланысты:
• алифатты (қаныққан, қанықпаған);
• Ароматты;
• Алициклды;
• Гетероциклд.
2) Карбоксил табының санына байланысты:
Бір негізді;
Екі негізді;
Көп негізді.
3) Қышқылдың құрамындағы функционалды
топқа байланысты: (мысалы, -ОН, =CO, -NH2
және т.б.) : окси-, кето-, амин қышқылдары және
басқа қосылыстардың класстары.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
8

9.

Номенклатура
С
атом.
саны
1
Метан
қышқылы
Метаноат құмырсқа
қышқылы
Тұздардың Тривиалды
тривиалды
аттардың
аттары
этимологияс
ы
Формиат
лат. Formica
– муравей
2
Этан
қышқылы
Этаноат
Ацетат
лат. Acetum
– уксус
3
Пропан
қышқылы
Пропаноа Пропион
т
қышқылы
Пропионат
4
Бутан
қышқылы
Пентан
қышқылы
Бутаноат Май
қышқылы
Пентаноа Валерьян
т
қышқылы
Бутират
гр. prwto –
бірінші, pion
- май
лат. Butyrum
– масло
лат.
Valeriana
валериана
9–
(valere
5
ИЮПАК
бойынша
03.11.2018
ИЮПАК
бойынша
тұз-ң аты
тривиалды
аттары
Сірке
қышқылы
д.х.н., профессор
Шоинбекова С.А.
Валерат

10.

C C C C C COOH
6 5 4 3 2 1
CH3 CH2 CH COOH
CH3
a-метилмай қышқылы
2-метилмай қышқылы
2-метилбутан қышқылы
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
03.11.2018
10

11.

• Тұздарды атағанда тривиалды аттарды
қолданады:
HCOONH4 – аммоний формиаты
CH3COONa – натрий ацетаты,
(CH3CH2COO)2Ca – кальций пропионаты,
(CH3COO)3Fe – темір (III) ацетаты
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
11

12.

COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
N
COOH
Бензой
қышқылы
03.11.2018
фталий
қышқылы
терефталь
қышқылы
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
никотин
қышқылы
12

13. Физикалық қасиеттері:

Төменгі карбон қышқылдары – өткір иісі бар
сұйықтықтар, суда жақсы ериді.
Молекулярлы салмағы артқан сайын суда ерігіш
қасиеті және тығыздығы азаяды, ал қайнау
температурасы артады.
Жоғары қышқылдар (пеларгон қышқылынан бастап
(н-нонан қышқылы) СН3-(СН2)7-СООН, — қатты
заттар, иісі жоқ, суда ерімейді.
Төменгі карбон қышқылдары сузыз және концентрлі
ерітінді күйінде теріге әсер етеді, күйдіреді, әсіресе
құмырсқа және сірке қышқылдары.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
13

14.

Физикалық қасиеттеріне сутектік байланыс
түзу қабілеті әсер етеді.
Қышқылдар спирттермен салыстырғанда,
мықты сутектік байланыстар түзеді.
Функционалды топ –полярланған.
Сонымен қатар, карбон қышқылдары
карбонилды дипольмен де сутектік
байланыс түзе алады.
Карбонилды қосылыстар сұйық және қатты
күйлерінде циклдық димерлер күйінде
болады.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
14

15.

Изомерия
1. Құрылымдық изомерия
1.1. Көміртек скелетінің изомериясы
CH3 CH2 CH2 COOH
CH3 CH COOH
CH3
Бутан қышқылы
2-метилпропан қышқылы
1.2. Класс аралық изомерия
O
CH3 CH2 C
CH3 CH C
OH
Пропан қышқылы
03.11.2018
O
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
OH
H
2-гидроксипропаналь
15

16.

1.3. Кеңістік изомерия
COOH
H
COOH
C* CH3
H3C
CH2
CH2
CH3
CH3
(R)-2-метилмай қышқылы
C
H
H3C
C
C
C
H
COOH
цис-бутен қышқылы
03.11.2018
(S)-2-метилмай қышқылы
H
H
H3C
C* H
COOH
транс-бутен қышқылы
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
16

17.

Физикалық және биологиялық қасиеттері:
Төменгі карбон қышқылдары - оңай жылжитын сұйықтықтар; ортаншы
карбон қышқылдар – майлар, жоғарғы – қатты кристаллдық заттар.
т. пл. оС
100
80
60
40
20
0
-20
-40
n
-60
0
5
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
10
15
20
17
25
03.11.2018
30

18.

250
о
RCOOH
т. кип. С
200
R-CH2OH
150
R-CHO
100
50
0
n
-50
0
2
4
6
8
10
Қайнау температуралары: карбон қышқылдары, альдегидте және
спирттер.
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
18
03.11.2018

19.

Неге қышқылдардың қайнау температурасы
жоғары?
O
H O
R C
O H
C R
O
F.J.Strieter, D.H.Templeton, R.F.Scheuerman, R.L.Sass // Acta Crystallogr., 1962, Vol.15, P. 1233
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
19

20. Химиялық қасиеттері:

1. Карбон қышқылдары металлдармен,
олардың оксидтерімен немесе негіздік
гидроксидтермен сәйкес металлдардың
тұздарын түзеді:
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
20

21.

2 CH3 COOH
+
(CH3COO)2Zn + H2
Zn
Сірке қышқылы
мырыш ацетаты
CH3 COOH
+
Сірке қышқылы
мыс оксиді (II)
CH3COOH
2 CH3COOH
+
+
NaOH
Na2CO3
CH3COONa + H2O
03.11.2018
(CH3COO)2Cu + H2O
CuO
мыс ацетаты (II)
CH3COONa + H2O
2 CH3COONa + H2CO3
CH3COOH
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
+
CO2
H2O
NaOH
21

22.

2. Карбон қышқылдары әлсіз қышқылды
тұздан ығыстырады, мысалы:
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
22

23.

3. Карбон қышқылдары спирттермен
әрекеттесіп, күрделі эфирлер түзеді
(этерификация реакциясы):
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
23

24.

Фишер бойынша күрделі эфир түзу:
H2SO4
O
CH3 C
O
CH3 C
O H + H O C2H5
сірке қышқылы
03.11.2018
этил спирті
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
O C2H5 + H O H
этилацетат
су
24

25.

• 4. Карбон қышқылдарының аммоний
тұздарын ысытқанда, амидтер түзіледі:
• 5. Карбон қышқылдары SOCl2 әсерінен
сәйкес хлорангидридтерге айналады:
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
25

26.

Қышқылдық қасиеті:
O
O
O
03.11.2018
-0,5
O
C
O
H+
O
OH
C
+
C
C
O
C
O
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
O
-0,5
26

27.

O
O
+
R C
R C
O
O H
K=
[RCOO-] [H+]
[RCOOH]
O
O
CH3 C
H C
O H
K = 2.14·10-4
03.11.2018
H+
O H
K = 1.75·10-5
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
27

28.

Нуклеофильді ацильді орынбасу:
O
O
R C
R C
OH
O
O
CH3 C
+
OH
03.11.2018
X
PCl5
CH3 C
+
POCl3
+
HCl
Cl
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
28

29.

Декарбоксилдеу:
R COOH
R H
Дегидрлеу:
CH3 COOH
H2C C O
CH3COONa + NaOH
t
Натрий ацетаты
03.11.2018
+
CO2
+
H2O
CH4 + Na2CO3
метан
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
29

30.

-Тотығу:
R CH2 COOH
R COOH
R CHO
H2O2
H2O, CO2
H2O, НАД+
НАДН+Н+
Процесс пероксисомада жүреді. Бұл процесс
бұзылса, Рефсум синдромы дамиды, мида фитан
қышқылы жиналады.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
30

31.

Карбон қышқылдарының тотығуы және
тотықсыздануы.
Карбон қышқылдары жақсы жанады
(мысалы, стеарин және пальмитин
қышқылдарының жануы – шырақ
жаққанда).
Организмде карбон қышқылдары тотығуға ұшырайды. in vivo- да - және тотығу байқалады.
Карбон қышқылдарының тотықсыздануы
қиын жүреді.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
31

32.

КАРБОН ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ АЛУ
ЖОЛДАРЫ:
1) Табиғи көзден;
2) Көміртектердің тотығуы.
CH3 CH2 CH2 CH3 +
3O2
2CH3COOH + 2H2O
Сірке қышқылы, СН3СООН, өткір иісі бар сұйықтық. Балқу тсы 16,75 °С, қайнау т. 118,1°С. Тағам өндірісінде, тұздар, сірке
ангидридін, ацетилхлоридті, ацетатты талшықтарды, аспирин,
эфир және хош иісті заттар, дәрілерді, еріткіш алу үшін
қолданылады.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
32

33.

2 а) Спирттердің тотығуы:
2 б) альдегидтердің тотығуы:
3) Тригалогеналкандардың гидролизі:
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
33

34.

4) Металлорганикалық қосылыстардың
карбоксилденуі:
5) Күрделі эфирлердің гидролизі:
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
34

35.

6) Нитрилдердің гидролизі:
2сатысы:
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
35

36.

7) Тұздардан күшті қышқылдармен
ығыстыру:
t
CO + NaOH
HCOONa + H2SO4
HCOONa
HCOOH + NaHSO4
Құмырсқа қышқылы, HCOOH, өткір иісі бар сұйықтық,
қайнау t 100,8 °С.
Қолдану аясы: қағаз бен мата бояғанда, тері өңдегенде,
дәрі өндірісінде, пестицидтер, еріткіштер (ДМФА)
жасағанда, шырындардың консерванты ретінде, сыра мен
шарап сақталатын бочкалардың дезинфекциясында.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
36

37.

Ангидридтер
• Ангидридтер – қышқылдан суды бөліп
алғанда пайда болатын қосылыс.
(an – жоқ, грек. udor – су; яғни “Ангидрид”“суы жоқ”деген мағынаны білдіреді).
H2CO3
CO2
+ H2O
O
O
CH3 C
O H
O H
CH3 C
P2O5
CH3 C
O
H2O
CH3 C
O
O
03.11.2018
+
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
37

38.

O
O
O
CH3 C
O
+
C2H5OH
+
CH3 C
CH3 C
OH
OC2H5
CH3 C
O
O
O
O
CH3 C
O
+
HOH
+
CH3 C
CH3 C
OH
OH
CH3 C
O
O
O
O
CH3 C
O
+
NH3
+
CH3 C
NH2
CH3 C
CH3 C
OH
O
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
38

39.

Күрделі эфирлер:
O
C
OR
O
CH3 C
O C2H5 этил
этил + ацeтат = этилацeтат
ацeтат
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
39

40.

• Полимерлі күрделі эфирлер:
O
O
O
C
C O CH2 CH2 O C
O
C O CH2 CH2 O
n
Полиэтилентерефталат
синтетикалық
полимер,
продукт
поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой (или ее
диметиловым эфиром);
Полиэтилентерефталат перерабатывают главным образом в полиэфирные
волокна – лавсан (дакрон, терилен и др. торговые названия), идущие на
производство тканей.
Глифталевые смолы являются продуктами поликонденсации фталевой
кислоты и глицерина (в промышленности их получают из глицерина и
фталевого ангидрида). Являются вязкими, липкими веществами, которые
используются для производства алкидных лаков и олифы.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
40

41.

• 4. Амиды
O
CH3 C
H
N
O
CH3 CONH2
CH3 C
CH3CONH2
NH2
H
Ацетамид (этанамид)
Белки и пептиды также являются амидами, в которых амидная связь (которая в
биохимии называется пептидной связью) образуется между остатками двух
аминокислот:
O
H2N
CH2 C
N
CH2 COOH
H
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
41

42.

• Химические свойства амидов
Гидролиз
O
+
CH3 C
H2O
O
H+
+
CH3 C
NH3
OH
NH2
In vivo пептидные связи очень легко гидролизуются под действием ферментов,
например, в желудке белки гидролизуются под действием фермента пепсина, в
двенадцатиперстной кишке – под действием трипсина, химотрипсина и ряда
других ферментов.
Реакция Гофмана
O
NaClO
CH3 NH2
CH3 C
NH2
-CO2
ацетамид
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
метиламин
42

43.

• Получение амидов
O
CH3 C
O
NH2
CH3 C
O
NH
+
O
+
CH3 C
OH
CH3 C
O
уксусный ангидрид
анилин
N-ацетиланилин уксусная кислота
(ацетанилид)
Ацетанилид (антифебрин), С6Н5NНСОСН3, Бесцветные кристаллы, tпл 114,3 °С. Первое
лекарственное вещество, полученное синтетически; обладает жаропонижающим и
болеутоляющим действием, используется в ветеринарии. Применяется в синтезе
сульфамидных препаратов, стабилизатор H2O2, пластификатор для нитратов
целлюлозы.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
43

44.

O
NH3
CH3 C
O
CH3 C
O
OH
уксусная кислота
R
+
C
OH
+
NH4
ацетат аммония
N
O
t
C
25oC
интeрмeдиат
-H2O
CH3 C
NH2
ацетамид
25oC
R' NH2
N
O
O
R
C
N
H
R'
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
44

45.

• Лактамдар:
• Циклдық амидтер « лактам» деп аталады.
O
CH2
C
OH
CH2
CH2 N H
CH2
N H
+
H2O
CH2
H
g-аминомай қышқылы
03.11.2018
t
O
CH2 C
g-бутиролактам
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
45

46.

• Полимерлі амидтер – полиамидтер.
• Синтетические полиамиды отличаются
высокой механической прочностью,
износостойкостью, химической
устойчивостью.
O
n
C
кат.
NH
O
200-270oC
N
H
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C
-капролактам
03.11.2018
n
капрон
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
46

47.

найлон – получают сплавлением (180-300oC,
Карозерс) адипиновой кислоты и
гексаметилендиамина
n H2N (CH2)6 NH2 +
n HOOC
(CH2)6 COOH
N (CH2)6
H
N
H
-2nH2O
O
O
C
(CH2)6 C
n
Найлон “nylon” (ny – New York). был первым промышленным синтетическим
волокном (1936, Карозерс, США).
Из найлона и капрона получают полиамидное волокно, которое применяется в
производстве тканей, трикотажа и т.д. Из нейлона делают струны для классической
гитары и арфы.
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
47

48.

• Конденсация хлорангидрида терефталевой
кислоты
с п-фенилендиамином
приводит
к
Cl
O
C
кевлару:
C
+
HN
NH
2
O
2
Cl
-HCl
O
C
O
C
N
H
N
H
n
Прочность кевлара в пять раз выше, чем у стали и в 10 раз выше, чем у алюминия. Из
кевлара изготавливают пуленепробиваемые жилеты, паруса для гоночных яхт,
арматуру для пневматических шин и каски для гонщиков
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
48

49.

Тиопроизводные
карбоновых кислот
O
R C
S R
In vivo ацилирование происходит с помощью производного – ацил-КоА,
который, в свою очередь может образовываться из свободной карбоновой
кислоты и коэнзима А с участием АТФ
ацил-КоАсинтeтаза
R COOH
+
KoA-SH
R C S KoA
АТФ
03.11.2018
O
АМФ + H4P2O7
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
49

50.

• Коэнзим А
NH2
CH3
O
O
N
HS CH2 CH2 NH C CH2 CH2 N C CH C CH2 O P O P O CH2
N
H
O
O
O OH CH3
OH
OH
H
H
H
H
OH OH
03.11.2018
д.х.н., профессор Шоинбекова С.А.
N
N
50