Hydroksykwasy -budowa hydroksykwasów i ich nazewnictwo, -otrzymywanie hydroksykwasów, -właściwości fizyczne hydroksykwasów, właściwości chemiczne hydroksykwasów izomeria optyczna , zastosowanie hydroksykwasów

Budowa hydroksykwasów Hydroksykwasy – (dwufunkcyjne) pochodne węglowodorów zawierających w cząsteczkach dwie grupy funkcyjne: karboksylową (– COOH) i hydroksylową (– OH) Hydroksykwasy monokarboksylowe HO - CH2 – COOH kwas hydroksyetanowy (hydroksyoctowy) kwas 2-hydroksypropanowy (mlekowy) HO - 3CH2 – 2CH2 – 1COOH kwas 3-hydroksypropanowy kwas 2-hydroksybutanowy 3CH3 – 2CH – 1COOH | OH OH | 4CH3 – 3CH2 – 2CH – 1COOH

Budowa hydroksykwasów Hydroksykwasy monokarboksylowe i izomeria pozycyjna / szkieletowa (cd) kwas 2-hydroksybutanowy kwas 3-hydroksybutanowy kwas -2-hydroksy- -metylopropanowy kwas -3-hydroksy- -metylopropanowy OH | 4CH3 – 3CH – 2CH2 – 1COOH OH | 4CH2 – 3CH2 – 2CH2 – 1COOH 3CH3 – 2C – 1COOH | OH CH3 3CH2 – 2CH – 1COOH | OH CH3

Budowa hydroksykwasów Hydroksykwasy dikarboksylowe i trikarboksylowe (cd) kwas hydroksybutanodiowy (jabłkowy) kwas 3,4-dihydroksy butanodiowy (winowy) kwas 3-hydroksy-3-karboksypentanotriowy (cytrynowy) OH HOOC – CH2 – CH – COOH | OH HOOC – CH – CH – COOH | – 4CH2 – 3C – 2CH2 – 1COOH | OH COOH HOO5C

Izomeria optyczna Izomeria optyczna jest rodzajem izomerii geometrycznej (przestrzennej) – związki posiadające asymetryczny (chiralny [*] – cztery różne podstawniki na atomie węgla mają zdolność skręcania światła spolaryzowanego – są substancjami optycznie czynnymi. cząsteczka kwasu mlekowego posiada dwa izomery optyczne ( parę enancjomerów ) będące lustrzanymi odbiciami. COOH HOOC | | *C ….. OH HO …..*C H3C CH3 H H kw. D-(-) -mlekowy L-(+)-mlekowy

Izomeria optyczna cd Kwas L-(+)-mlekowy jest prawoskrętny, powstaje w mięśniach z glikogenu w wyniku fermentacji mlekowej na skutek niedotlenienia w trakcie dużego wysiłku fizycznego. powoduje uczucie zmęczenia i bóle mięśni – kłucie. Kwas D-(-)-mlekowy jest lewoskrętny, powstaje w procesie fermentacji katalizowanej przez bakterie – Bacillus acidi laevolactici – w trakcie kwaśnienia mleka, kwaszenia kapusty, ogórków. Otrzymywany syntetycznie kwas mlekowy jest mieszaniną racemiczną – racematem (racemat zawiera obie formy w stężeniach równomolowych, przez co jest optycznie nieczynny).

Otrzymywanie hydroksykwasów Częściowe katalityczne utlenienie dioli (alkoholi dihydroksylowych): propano-1,2-diol kwas 2-hydroksypropanowy Utlenienie kwasów aromatycznych: + H2O2  + H2O kwas benzoesowy kwas salicylowy (benzenokarboksylowy) (2-hydroksybenzenokarbokyslowy) | OH CH3–CH–CH2 –OH + 2[O]  CH3–CH–COOH + H2O | COOH | OH COOH

Otrzymywanie hydroksykwasów cd Hydroliza halogenopochodnych kwasów karboksylowych w środowisku zasadowym: CH2Cl – COOH + NaOH  HO – CH2-COOH + NaCl kwas chloroetanowy kwas hydroksyetanowy Hydratacja (uwodnienie) nienasyconych kwasów karboksylowych: CH2 = CH – COOH + H-OH  OH- CH2 – CH2 – COOH kwas propenowy kwas 3-hydroksypropanowy Uwaga: jeżeli atom węgla z wiązaniem podwójnym jest połączony z grupą karboksylową, to reakcja addycji wody przebiega niezgodnie z regułą Markownikowa.

Właściwości fizyczne hydroksykwasów Hydroksykwasy monokarboksylowe są bezbarwnymi lepkimi cieczami lub ciałami stałymi, natomiast dikarboksylowe to ciała stałe, krystaliczne lepiej rozpuszczalne w wodzie niż odpowiednie kwasy karboksylowe. Obecność grup hydroksylowych powoduje powstawanie wiązań wodorowych między cząsteczkami i powstawanie asocjatów, a tym samym podwyższenie temp. topnienia i wrzenia. Zdolność tworzenia wiązań wodorowych z cząsteczkami wody wpływa na ich dobrą rozpuszczalność w wodzie.

Zastosowanie hydroksykwasów Kwas mlekowy – stosowany w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, skórzanym. Kwas cytrynowy – stosowany w przemyśle spożywczym, skórzanym i tekstylnym. Kwas salicylowy – substancja stała, krystaliczna, w zimnej wodzie słabo rozpuszczalna, dobrze rozpuszcza się w wodzie gorącej i etanolu, reaguje (tak jak fenol) z jonami Fe3+ dając filetowo-granatowy związek kompleksowy, stosuje się do produkcji barwników, farmaceutyków ( leki przeciwgorączkowe i przeciwzapalne, przeciwreumatyczne, przeciwgruźlicze, dezynfekujących) oraz środków zapachowych i konserwacyjnych

Właściwości chemiczne hydroksykwasów Hydroksykwasy wykazują silniejsze właściwości kwasowe niż odpowiednie kwasy karboksylowe, wchodzą w typowe reakcje dla kwasów hydroksylowych – tworzą sole, alkoholany, estry amidy: reakcja z zasadami: CH3 – CH(OH) – COOH + NaOH   CH3 – CH(OH) – COONa + H2O kwas mlekowy mleczan sodu reakcja z aktywnymi metalami: kwas mlekowy (sól będąca jednocześnie alkoholanem i solą kwasu karboksylowego). CH3 – CH – COOH + 2Na  CH3 – CH – COONa + H2 | OH ONa

Właściwości chemiczne hydroksykwasów Reakcja z alkoholami (reakcje estryfikacji w obecności H+):  kwas mlekowy metanol mleczan metylu | CH3 – CH – C + HO – CH3  OH O H+ metanol kwas mlekowy | CH3 – CH – C + H2O OH O O – CH3 mlaczan metylu

Właściwości chemiczne hydroksykwasów cd Dehydratacja międzycząsteczkowa  produktami są laktydy: kwas mlekowy + kwas mlekowy  laktyd kwasu mlekowego | CH3 – CH – C OH O C – CH – CH3 HO | CH3 – CH – C O C – CH – CH3 temp.  + 2 H2O

Właściwości chemiczne hydroksykwasów cd Dehydratacja wewnątrzcząsteczkowa – estryfikacja wewnątrzcząsteczkowa  lakton (wewnątrzcząsteczkowej estryfikacji ulegają γ, δ i kolejne hydroksykwasy): kwas 4-hydroksybutanowy lakton Dehydratacja 3-hydroksykwasów  nienasycony kwas karboksylowy: kwas 3-hydroksypropanowy  kwas propenowy O γCH2 –βCH2 – αCH2 - C | OH C H2γC | O + H2O H2βC – αCH2 O  | H2C – CH – COOH  CH2 = CH – COOH + H2O HO H