Оксокислоты

1. Левулиновая кислота, γ-кетовалериановая кислота CH₃COCH₂CH₂COOH получается, конденсацией натрийуксусного эфира с эфиром α-бромуксусной кислоты кетонным расщеплением полученного при этом эфира ацетилянтарной кислоты. Эту реакцию можно распространить на эфиры галоидзамещенных кислот, причем получаются высшие кетокислоты.

2. Высшие кетокислоты получаются  также конденсацией эфиров монокарбоновых  кислот с циклическими кетонами  и последующем кислотным расщеплением:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Конденсацией ангидридов  дикарбоновых кислот с магнийорга-ническими   соединениями получаются высшие кетокислоты

 

Вместо ангидридов можно  также применять N-метилимиды дикарбоновых кислот.

4. Органические соединения  цинка и кадмия (последние получаются  из магнийорганических соединений  и CdCl₂) легко реагируют с хлорангидридо-эфирами дикарбоновых кислот, давая эфиры кетокислот:

      R₂Cd  +  2ClCO(CH₂)₄COOC₂H₅ → 2RCO(CH₂)₄COOC₂H₅  +  CdCl₂

5. Высшие кетокислоты получаются  окислением третичных циклооле-финов  перманганатом

или циклических третичных спиртов  хромовым ангидридом:

 

у-Кетокислоты. Левулиновая кислота, 4-пентанонкарбоновая кислота, образует кристаллы с т. пл. 33—35°, т. кип. 245° ; она легко растворима в воде, спирте и эфире. Путем изучения спектров было установлено, что левулиновая кислота имеет ациклическое строение, соответствующее  обычной формуле СН₃СОСН₂СН₂СООН.

1. Во многих своих реакциях  γ-кетокислоты ведут себя, однако, так; как будто они обладают  формулой таутомерных γ-оксилактонов. Так, при длительном нагревании  левулиновая кислота отщепляет  воду, давая смесь двух непредельных γ-лактонов. При нагревании с уксусным ангидридом левулиновая кислота превращается с большим выходом в кристаллическое ацетилпроизводное циклического строения (колъчато-цепная, или оксо-циклическая таутомерия):

2.Карбоксильная группа левулиновой  кислоты может этерифицироваться обычным образом. Однако при обработке эфиров левулино 
вой кислоты аммиаком получается γ-амино- γ-валеролактон (левуламид)

3.Кетонная группа левулиновой  кислоты дает нормально оксим, 
фенилгидразон, семикарбазон и циангидрин. При нагревании с концентрированной серной кислотой оксим превращается в N-метилсукцин- 
имид  (бекмановская перегруппировка):

4. В результате энергичного  восстановления (HJ) левулиновая кислота превращается в валериановую кислоту; при более мягком восстановлении - амальгамой натрия - она  превращается в соответствующую  оксикислоту –        γ-оксивалериановую кислоту, которая гладко отщепляет  воду с образованием лактона.

5. При непосредственном бромировании  левулиновой кислоты получается β-бромлевулиновая кислота. Последняя претерпевает следующий ряд  пре-вращений :

 

6. Бензальдегид конденсируется  с левулиновой кислотой, давая  в кислом растворе β-бензилиденлевулиновую  кислоту, а в щелочном растворе  –                δ-бензилиденлевулиновую   кислоту.

 

 

7. При электролизе калиевой соли левулиновой кислоты образуется, по  реакции   Кольбе,   1,6-дикетон — октандион-2,7

 

о-Фталальдегидокислота (т. пл. 100,5°) получается различными методами, например термическим декарбоксилированием фталоновой кислоты

 

(получающейся в свою очередь наряду с фталевой кислотой при неполном окислении нафталина)

 

Опиановая кислота, или диметоксифталалъдегидокислота, образуется при исчерпывающем окислении двух природных продуктов — алкалоидов гидрастина и наркотина.

Фталальдегидокислотам свойствена кольчато-цепная таутомерия, подобная описанной выше таутомерии левулиновой кислоты. В некоторых своих реакциях фталальдегидокислоты превращаются в производные карбоксильной формы, а в других они образуют производные окси-лактонной формы. Таутомерные формы фталальдегидокислот не были выделены; в расплаве и в растворе равновесие, по всей вероятности, полностью смещено в сторону карбоксильной формы.

 

 

         При нагревании  с уксусным ангидридом образуется  ацетилированное производное оксилактонной формы (I).

                       I                                      II                                   III     

 

При кипячении с метанолом  образуется соединение, имеющее характер ацеталя (псевдоэфир II); последний превращается под действием небольшого количества серной кислоты в эфир нормальной формы (III) со свободной альдегидной группой.

Оксим фталальдегидокислоты характеризуется  внутримолекулярными реакциями с соседней карбоксильной группой. Этот оксим образуется нормально при обработке вещества гидроксиламином в водном растворе; однако в спиртовом растворе получается циклический ангидрид оксима. При нагревании этого ангидрида до температуры плавления 145° происходит самопроизвольное размыкание цикла, сопровождаемое выделением огромного количества тепла (52 ккал/молъ), причем образуется мононитрил фталевой кислоты. При еще более высокой температуре последний превращается в фталимид в результате внутримолекулярного присоединения

 

 

 

 

 

 

 

Альдегидная группа фталальдегидокислоты вступает в обычные реакции, из которых мы приведем лишь реакцию Канницаро, происходящую при нагревании с едкими щелочами; при этом образуется фталс-вая кислота и о-оксиметилбензойная кислота или, точнее, ее лактон — фталид

 

Аналогичным образом  опиановая кислота превращается в 3,4-ди-метоксифталевую кислоту, называемую гемипиновой кислотой, и в 5,6-диметоксифталид, называемый меконином.

 

7. Важнейшие  представители

Глиоксиловая  кислота известна в виде кристаллического гидрата (HO)₂CHCOOH с т.пл. 98 ⁰С, pK ≈ 3,3.

Глиоксиловую получают из дихлоруксусной кислоты. Благодаря высокой реакционной способности, объясняющейся присутствием активной альдегидной группы, ее используют в органическом синтезе.

Пировиноградная кислота CH₃COCOOH – бесцветная жидкость с запахом уксусной кислоты; т. кип. 165 ⁰С (с частичным разложением), обычно ее перегоняют в вакууме. Растворяется в воде.

Синтетически ее получают нагреванием  винной кислоты в присутствии  KHSO₄. В этой реакции происходит дегидратация винной кислоты до щавеливоуксусной кислоты, которая декарбоксилируется:

 

Ацетоуксусный эфир CH₃COCH₂COOC₂H₅ — бесцветная жидкость с приятным запахом; т. кип. 181 °С. Он представляет собой смесь двухтаутомерных форм. Дикарбонильную форму можно получить в чистом виде, охлаждая растворы ацетоуксусного эфира до —40. . .50 °С. Образуются бесцветные кристаллы, плавящиеся при —39 °С. При комнатной температуре дикарбонильная форма частично  превращается в енольную форму.

 

 

 

 

 

 

В промышленности ацетоуксусный эфир получается сложноэфирной кон-денсацией из этилацетата или реакцией дикетена с этанолом:

 

При реакции  аминов с дикетеном образуются амиды  ацетоуксусной кислоты.

Простагландины — природные вещества с чрезвычайно высокой биологической активностью — по своей химической структуре представляют собой ненасыщенные гидроксикислоты с 20 углеродными атомами, содержащие в молекуле циклопентановый цикл:

 

Простагландины  содержатся в сперме человека и в  очень малых концентрациях во всех тканях млекопитающих. Строение установлено в 1962 г., первый синтез осуществлен в 1968 г.

По эффективности  действия простагландины принадлежат к наиболее активным биогенным веществам.

 

Оксокислоты  и их производные  имеют большое практическое и  теорети-ческое значение:

1. Пировиноградная кислота  содержится во всех тканях  организма. Она имеет важное  биохимическое значение, так как  участвует в различных биохимических  процессах. Пировиноградная кислота  обнаруживается как промежуточный  продукт в процессах молочно-кислого и спиртового брожения, играет важную роль в прцессе обмена веществ (при распаде и биосинтезе аминокислот белка).

2. Глиоксиловая кислота  содержится в незрелых фруктах,  используется в органическом  синтезе.

3. Ацетоуксусный эфир, который является производным 3-оксобутановой (ацетоуксусная кислота), применяют в качестве исходного продукта для синтеза многих лекарственных препаратов (амидопирина, акрихина и др.), а также для получения некоторых красителей для цветной фотографии и производных пиридина. 

4. Организм непрерывно синтезирует простагландины, которые исполь-зуются как биорегуляторы. Они действуют на половую систему, стимулируют роды, прекращают беременность и имеют различное другое биологическое действие. Большое значение они имеют в ветеринарии и животноводстве.