Оксибензойные кислоты (фенолокислоты)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Западно-Казахстанский Государственный Университет имени М. Утемисова

Курсовая работа

Специальность 050112 - «Химия»

Оксибензойные кислоты (фенолокислоты)

Мукашева М.М

Уральск 2011

Оксибензойные кислоты -- относятся к группе простейших фенольных соединений С6 -- С1-ряда, которые можно рассматривать как производные бензойной кислоты. Наряду с другими фенолами оксибензойные кислоты весьма широко распространены в природе: дубильные вещества, лигнин, некоторые гликозиды - это далеко не полный перечень природных веществ,построенных на их основе. Такие соединения, как салициловая, протокатеховая, ванилиновая, сиреневая и галловая кислоты обнаружены практически у всех покрытосеменных растений.

Оксибензойные кислоты - антисептики, входит в состав мазей, паст, присыпок и растворов для лечения кожных заболеваний . Ее применяют также в качестве консерванта некоторых пищевых продуктов, полупродукта в синтезе красителей и фунгицидов. Эфиры оксибензойных кислот и их соли - полупродукты в производстве душистых веществ. В больших масштабах оксибензойные кислоты потребляется в производстве азокрасителей.

Целью курсовой работы является рассмотрение химическую структуру оксибензойных кислот, изучить физико-химических свойств кислот и их производных и подробнее познакомиться о распространении в природе и применении этих феноло карбоновых соединений в разных отраслях науки.

гидроксибензойный кислота дубильный

Оксибензойные кислоты -- кристаллические вещества, растворимы в спирте, этилацетате, диэтиловом эфире, а также в водных растворах гидрокарбоната и ацетата натрия. Вступают в реакцию сочетания с диазотированными ароматическими аминами с образованием окрашенных соединений. Эта реакция используется для обнаружения бензойных кислот на хроматограммах.

Оксибензойные кислоты по числу ОН группы делятся на :

- моногидрооксибензойные кислоты;

- дигидрооксибензойные кислоты;

- полиоксибензойные кислоты.

Свойства гидроксибензойных кислот

* рК3 15,6 (2-ОН). ** В 80%-ном 2-метоксиэтаноле.

Салициловая кислота (от латинского слово « Salix» -- ива, из коры которой она была впервые выделена) -- 2-гидроксибензойная или фенольная кислота, С6Н4(ОН)СООН; Выделена из ивовой коры итальянским химиком Рафаэлем Пириа и затем синтезирована им же.

В природе встречается в растениях в виде производных -- главным образом в виде гликозида метилового эфира (в частности, салициловая кислота была впервые выделена из коры ивы (Salix.), откуда и происходит название), свободная салициловая кислота наряду с салициловым альдегидом в небольших количествах содержится в эфирном масле, выделяемых из цветов некоторых видов спиреи (Spiraea ulmaria, Spiraea digitata).

Салициловая кислота - бесцветные кристаллы, легкорастворима в этаноле, диэтиловом эфире и других полярных органических растворителях, малорастворима в сероуглероде.

Растворимость в воде (г/л): (0оС), 1.8 (20оС), 8.2 (60оС), 20.5 (80оС).

Салициловая кислота - одна из наиболее распространенных оксибензойных кислот.

Основной промышленный способ синтеза салициловой кислоты и ее производных -карбоксилирование сухого фенолята Na (Кольбе-Шмитта реакция) действием СО 2 при давлении 0,6 МПа, т-ре 185°С в течение 8-10 ч:

С многоатомными фенолами, например с резорцином, эта реакция проходит легче. Так, резорциловая кислота образуется уже при нагревании резорцина с раствором бикарбоната аммония:

Резорцин резорцилат аммония

Салициловую кислоту можно также получить окислением салицилового альдегида или фенолят натрия с четыреххлористым углеродом и щелочью:

Является двухосновной кислотой: pK1 = 2,7, pK2 = 7,5.

Реакционная способность бензольного ядра салициловой кислоты определяется наличием двух заместителей с противоположными мезомерным и индуктивным эффектами: донорной гидроксильной и акцепторной карбоксильной: в результате салициловая кислота значительно сильнее бензойной и своих изомеров, но не так активно, как фенол, такой орто-эффект оксигруппы обьясняется образованием водородной связи между функциональными группами, что увеличивает у+ заряд на карбоксильном углероде:

Нуклеофильное замещение направляется в орто- и пара-положения к гидроксилу и зачастую сопровождается декарбоксилированием: так, нитрование салициловой кислоты приводит к пикриновой кислоте (2,4,6-тринитрофенолу), а бромирование -- к 2,4,6-трибромфенолу, хотя сульфирование олеумом идёт без декарбоксилирования и даёт сульфосалициловую (2-гидрокси-5-сульфобензойную) кислоту. При нагревании салициловая кислота декарбоксилируется до фенола, в промышленности салициловую кислоту обычно получают обратной реакцией -- карбоксилированием фенолята натрия углекислым газом при 150--180 °C и давлении 5 атм (реакция Кольбе -- Шмитта):

Следует обратить внимание, что такое карбоксилирование фенола, во-первых обратимо и, во-вторых, существенную роль в карбоксилирование в орто-положение к фенольному гидроксилу играет эффект взаимодействия координационной связи катионащелочного металла с кислородными лигандами с образованием хелатообразного промежуточного состояния: так, в орто-положение с образованием салицилата карбоксилирование происходит только в случае фенолятов натрия и лития, в случае фенолятов калия, рубидия и цезия карбоксилирование идёт по пара-положению -- катионы этих щелочных металлов имеют больший радиус и координационная стабилизация переходного состояния невозможна. Об обратимости реакции говорит также перегруппировка дикалиевой соли салициловой кислоты в дикалиевую соль пара-гидроксибензойной кислоты и превращение натриевой соли пара-гидроксибензойной кислоты при нагревании в динатриевую соль салициловой кислоты.

Такое хелатообразование характерно для салициловой кислоты -- так, качественный метод обнаружения салициловой кислоты основан на образовании интенсивно окрашенных в сине-фиолетовый цвет комплексов с хлоридом железа (III).

Салициловая кислота образует по функциональным группам два ряда производных. Хлористыми ацилами и ангидридами кислот ацилируется по гидроксигруппе; например , под действием ацетилангидрида превращается в ацетилсалициловую кислоту (аспирин):

Хлор ангидрид салициловой кислоты образует с фенолами или спиртами сложные эфиры другого типа (по карбоксилу), например:

салициловая кислота салол

Салициловая кислота взаимодействуя с анилином в присутствии РСl3 ведет к салициланилиду:

салициловая кислота салициланилид

Аспирин употребляется в качестве жаропонижающего и анальгетического средства, салол является антисептиком, рекомендуемым при желудочно-кишечных заболеваниях.

Каталитическое гидрирование на платине, а также восстановление натрием в изоамиловом спирте протекает с образованием пимелиновой кислоты ; промежуточно образуется тетрагидросалициловая кислота, которая гидролизуется по типу «кислотного расщепления » ацетоуксусного эфира:

м -Оксибензойная кислота получается при щелочном плавлении м-сульфобензойной кислоты:

п- Оксибензойную кислоту синтезируют по Кольбе с применением калиевой щелочи. Ее метиловый эфир (по оксигруппе), называемый анисовой кислотой, получают окислением анетола ( метилового эфира п-пропенилфенола):

В природе салициловая кислота встречается в различных растениях главном образом в виде гликозида ее метилового эфира и применяется в медицине.

В аналитической химии салициловая кислота - реагент для фотометрического определения Fe и Си, экстракционной отделения Th от других элементов; кислотно-основной люминесцентный индикатор (при рН 2,5-4,0 появляется синяя люминесценция); металлохромный индикатор для титриметрического определения Fe(III) при рН 1,8-3,0 (исчезает фиолетовое окрашивание) и T i(IV) при рН 2-3 (переход окраски от фиолетовой к бесцветной ).

Салициловая кислота и салицилаты, а также её сложные эфиры (метилсалицилат) и другие синтетические производные салициловой кислоты (например, ацетилсалициловая кислота -- аспирин), обладают выраженным жаропонижающим, противовоспалительным и болеутоляющим действием.

Салициловая кислота - антисептик, входит в состав мазей, паст, присыпок и растворов для лечения кожных заболеваний (напр., "салициловый спирт", представляющий собой раствор салициловой кислоты в этаноле, паста Лассара, мозольная жидкость и др.). Ее применяют также в качестве консерванта некоторых пищевых продуктов, полупродукта в синтезе красителей и фунгицидов. Эфиры салициловой кислоты и салицилаты (см. таблицу-2) - полупродукты в производстве душистых веществ. Ее натриевая соль применяется как лекарство при суставном ревматизме, а фениловый эфир (салол) - антисептик, рекомендуемым при желудочно-кишечных заболеваниях, пара-аминосалициловую кислоту (структурно близкую с пара-аминобензойной кислотой, необходимой туберкулезным микобактериям, и поэтому метаболически конкурирующую с ней) -- как специфическое противотуберкулёзное средство. В больших масштабах салициловая кислота потребляется в производстве азокрасителей.

Полиоксибензойные кислоты весьма распространены в природе. Они содержатся в виде гликозидов или других производных во многих растениях. Такими являются, например, протокатеховая кислота (1) и ее производные : ванилиновая (2), изованилиновая (3) и вератровая (4) кислоты:

Протокатеховая кислота - эта кислота в 60-х годах представляла весьма крупный интерес для химиков, потому что ее постоянно открывали в продуктах разложения при помощи сплавления с едкими щелочами самых разнообразных смол, некоторых алкалоидов, красильных веществ и т. д. Впервые она была открыта Гессе в 1859 г., который получил ее окислением бромной водой хинной кислоты и так как ее эмпирическая формула отличается от формулы гидрохинона (С 6 Н 6 О 2) на CO 2, то она этим исследователем и была названа карбогидрохиноновой. Название протокатеховая было дано собственно кислоте, полученной Штреккером в 1861 г. при сплавлении с едким кали пипериновой кислоты.

В 1863г. Глазивец показал тожественность карбогидрохиноновой кислоты с П. Штреккера и это последнее название и удержалось в науке.

Протокатеховую кислоту обычно получают при нагревании пирокатехина в водном растворе ( NH4)2CO3:

3,4-дигидроксибензойную кислоту синтезируют также щелочным омылением 3-хлор- или З-бром-4-гидроксибензойной кислоты под действием КОН (кат.-порошок Сu, 190-200 °С) или окислением ванилина Ag2O. Щелочным плавлением 5-карбокси-1,3-бензолдисульфокислоты при 220-250° получают 3,5-дигидроксибензойную кислоту.

Протокатеховая кислота довольно трудно растворяется в холодной воде, хорошо - в горячей, спирте и эфире и почти не растворима, в кипящем бензоле, чем и отличается от весьма близких к ней других кислот. Характерны также для протокатеховая кислота цветные реакции с железными солями. Так, в присутствии хлорного железа кислота дает весьма интенсивное темно-зеленое окрашивание, переходящее от прибавления соды в темно-красное, а раствор ее солей от железного купороса становится фиолетовым.

Протокатеховая кислота восстановляет аммиачные растворы серебряных солей и при сухой перегонке или при сплавлении с едким кали переходит в пирокатехин по уравнению: С 6 Н 5 О 2.СО 2 Н - CO 2 = С 6 Н 6 О 2. Эта реакция важна потому, что она указывает, что в ней группа атомов С 6H5 О 2 имеет одинаковое строение с пирокатехином, а так как известно, что этот последний есть метадиоксибензол, то и протокатеховая кислота имеет бензольное ядро, в котором два водорода групп СН, находящихся в орто-положении, замещены водными остатками, т. е. ее формула будет С 6H3 (ОН) 2 СО 2 Н. Положение карбоксила (СО 2 Н) по отношению к оксигруппам доказывается на основании того, что сульфопараоксибензойная и сульфометаоксибензойная кислоты при сплавлении с едким кали дают протокатеховая кислота , а это указывает, что в ней один водный остаток стоит по отношению к карбоксилу в пара-, а другой в мета-положении. Следовательно, она есть пара-мета-диоксибензойная кислота

Из триоксибензойных кислот наибольшее значение имеет - галловая кислота (3,4,5-триоксибензойная кислота) --одна из наиболее распространенных растительных кислот. Она содержится в чернильных орешках, листьях чая, дубовой коре, корнях гранатового дерева и многих других растений. Не содержит галлия, несмотря на схожесть названия.

Галловая кислота открыта К. Шееле в 1786 году в вытяжках из чернильных орешков.

Образует кристаллогидрат с 1 молекулой воды (C7H6O5·H20) -- бесцветные кристаллы, темнеющие на свету. Галловая кислота хорошо растворима в кипящей воде, спирте, хуже -- в эфире, плохо -- в холодной воде; константа диссоциации К = 3,9-10?5 (25 °C).

Галловая кислота

При нагревании (100--120 °C) галловая кислота теряет воду; t пл безводной галловой кислоты 240 °C (с разложением); с хлорным железом даёт сине-чёрное окрашивание.

Получают ее щелочным или ферментативным гидролизом танинов:

Обладает всеми свойствами гидроксикарбоновых кислот. Наиболее реакционно способна ОН-группа в положении 4; например, при метилировании диметилсульфатом в присутствий 2 молей NaOH образуется 3,5-дигидрокси-4-метоксибензойная кислота, а в присутствий 5 молей NаОН-3,4,5-триметоксибензойная кислота. Галловая кислота восстанавливает, например, соли Аu и Ag до металлов, Fe2+ до Fe3+ . Щелочные соли галловой кислоты под действием О2 темнеют. Сухой перегонкой над пемзой в токе СО2 при 190-215 °С галловая кислота декарбоксилируется до пирогаллола. При нагр. ее с конц. H2SO4 образуется гексагидроксиантрахи-нон (руфигалловая к-та):

Галловая кислота применялась издавна для получении черных чернил и ряда красок. Висмутовая основная соль галловой кислоты употребляется в качестве сильного антисептика под названием дерматол. Диметиловый эфир галловый кислоты - сиреневая кислота также получается при расщеплении нмогих природных соединений, в частности лигнина:

Галловую кислоту применяют в аналитической химии, для синтеза красителей (антрагаллола и др.), в микроскопии, как деполяризатор при использовании методов электрохимического анализа. При сухой перегонке галловой кислоты образуется пирогаллол:

Цветная реакция: сине-черное окрашивание с FeCl3. Галловую кислоту применяют в произодстве пирогаллола, лекарственных веществ, красителей (галлофлавина, антрагаллола и др.), как реагент для отделения и фотометрического определения Bi(III) и Се(Ш), как цветеобразующую компоненту в тсрмочувствительных копировальных бумагах. Также галловая кислота является отправной точкой в одном из способов синтеза мескалина.

Сложные эфиры галловой кислоты- антиоксиданты жиров и масел.

Амид галловой кислоты, образованный 3,4,5-триметоксибензойной кислотой и гетероциклическим амином - морфолином, называется андаксином и применяется как транквилизирующий (успокаивающий) медикамент:

Образованные двумя молекулами ароматических полиоксикислот сложные эфиры, в которых одна выступает как кислота, а другая как фенол, называюися депсидами. Примерами могут служить леканоровая кислота:

Леканоровая кислота

К группе фенольных кислот относятся и так называемые лишайниковые кислоты -- специфические соединения, синтезируемые лишайниками. Исходным соединением в образовании лишайниковых кислот является орселлиновая кислота, широко распространенная в виде депсида леканоровой кислоты, обладающей бактерицидными свойствами.

Дубильные вещества, экстрагируемые из некоторых растительных тканей, например из коры дуба, представляют собой производные депсидов. Дубильные вещества разделяются на два класса: гидролизуемые ( именно они и представляют собой сложные эфиры депсидов), негидролизуемые. Гидролизуемые дубильные вещества часто являются производными галловой и м-галлоил галловой(«м-дигалловой») кислоты.

Синтез м-галлоилгалловой кислоты из галловой был осуществлен по следующей схеме:

Таннины, извлекаемые из дубильных орешков, представляют собой глюкозу, ацелированную остатками м-галлоилгалловой кислоты:

При гидролизе таннинов образуется глюкоза, м-галлоилгалловая кислота и небольшое количество галловой кислоты.

Таннины,добываемые из разных видов дубильных орешков, несколько различаются по числу ацилов и по соотношению между остатками галловой и галлоилгалловой кислот. Даже танины, выделяемые из одного того же растения, представляют собой смесь веществ.

Общей чертой дубильных веществ, в том числе и синтетических, является большой молекулярный вес, ароматическая природа и кислотные свойства. Все это позволяет им проявлять свое главное практическое свойство - связываясь с белками, модифицировать их, например, осаждать белки из раствора, как это делает танин с альбуминами, или «дубить», превращая шкуру кожу.

Водный раствор танина, будучи нанесен на обожженное тело, связывает ядовитые белковые продуктыраспада тканей и способствует заживлению тканей.

Связанный с танином альбумин (танальбумин), попадая в пищеварительный тракт, по мере переваривания альбумина высвобождает танин, который связывает белковые токсины болезнетворных бактерий.

Таннины применяются для протравки хлопчатобумажных тканей при крашении (для закрепления красителя), в медицине и в других областях.

Размещено на Allbest.ru