Chơng 26 HYDROXYACID Mục tiêu 1. Đọc đợc danh pháp các hydroxyacid theo IUPAC và thông thờng. 2. Trình bày đợc hóa tính của hydroxyacid và tính chất tơng hỗ giữa hai nhóm chức. Hydroxyacid còn đợc gọi là hợp chất oxyacid. Có hai loại hợp chất hydroxyacid quan trong: Acid carboxylic chứa chức alcol: HO -R-COOH (Alcol-acid) Acid carboxylic chứa chức phenol: HO -Ar-COOH ( Phenol-acid) 1. Danh pháp Tên và vị trí nhóm OH + Tên acid tơng ứng Đánh số hoặc dùng chữ cái , , , ortho, meta, para để chỉ vị trí của nhóm OH. HydroxycaproicAcid CH 3 -CH 2 -CH 2 -CHOH-CH 2 -COOH COOH OH COOH OH Acid 3-Hydroxybenzoic Acid m-Hydroxybenzoic Acid 4-Hydroxybenzoic Acid p-Hydroxybenzoic 2. Đồng phân Số đồng phân phụ thuộc vị trí nhóm OH. Thờng có đồng phân quang học. 18 C«ng thøc Danh ph¸p §ång ph©n quang häc HO-CH 2 -COOH Acid glycolic - CH 2 -CHOH-COOH Acid lactic R- Lactic S-Lactic R,S-Lactic HOOC-CHOH-CH 2 -COOH Acid malic R-Malic S-Malic R,S-Malic HOOC-CHOH-CHOH-COOH Acid tartaric 2R,3R-Tartaric 2S,3S-Tartaric. 2R,3S-Mesotartaric CH 2 COOH C CH 2 COOH COOHHO Acid citric - C 6 H 5 CH COOH CH 2 OH Acid tropic R(+)-Tropic S(-)-Tropic R,S-Tropic C 6 H 5 -CHOH-COOH Acid mandelic R(-)-Mandelic 3. §iÒu chÕ 3.1. Thñy ph©n halogenoacid R CHCl- COOH + H 2 O → R -CHOH- COOH + HCl 3.2. Khö hãa ester cña oxoacid (aldehyd-ceton acid) Khö hãa b»ng hydro míi sinh (hçn hèng natri) hay H 2 / Ni Aacid β-hydroxy butyric CH 3 CHOH CH 2 COOH H 2 / Ni CH 3 CO CH 2 CO 2 Et CH 3 CHOH CH 2 CO 2 Et -Hydroxy butyrat ethyl β Aceto acetat ethyl 120 o C ,100 atm -EtOH H 2 O CH (CH 2 ) nR OH COOH CH (CH 2 ) nR OH COOR -ROH H 2 O t o 2 H (Ni) C(CH 2 ) nR O COOR 19 3.3. Từ aldehyd -ceton Cộng hợp HCN vào aldehyd - ceton, thủy phân tiếp theo thu đợc -hydroxyacid. + H 3 O R CH 2 CH = O H CN R CH 2 CHOH CN R CH 2 CHOH COOH 3.4. Từ các hợp chất etylen oxyd Etylen oxyd tác dụng với HCN và thủy phân tiếp theo thu đợc - hydroxyacid. HO CH 2 CH 2 CO 2 H HO CH 2 CH 2 CN O CH 2 CH 2 H 3 O HCN + 3.5. Phản ứng Reformatski (1889) Ester của acid -halogencarboxylic tác dụng với aldehyd hoặc ceton có Zn làm chất trung gian sẽ tạo thành acid -oxycarboxylic. Phản ứng xảy ra nh sau: H 2 O Zn Br CH 2 CO 2 Et R' R C = O R' R C O Zn Br CH 2 CO 2 Et R' R C O H CH 2 CO 2 Et 3.6. Từ acid amin Acid amin tác dụng với HNO 2 + + H 2 O HO N = O CH 3 CH (NH 2 ) CO 2 H CH 3 CH OH CO 2 H Aalanin Aacid lactic - + N 2 3.7. Điều chế các phenolacid Phơng pháp Kolbe -Schmitt Phenolat khô tác dụng với CO 2 có nhiệt độ và áp suất. ứng dụng để sản xuất acid salicylic trong công nghiệp. OH COONa ONa OH COONa Natri salisilat Oxybenzoat natri 200 o C CO 2 CO 2 125 o C , 7 atm p - Các phenol khác có phản ứng tơng tự: -Naphtolat natri O Na OH COO Na 130 o C , 5 atm CO 2 250 o C , 5 atm CO 2 COO Na OH - 2 -carboxylat natri - 1 -carboxylat natri 3 -Hydroxy-naphtalen- 2 - Hydroxy-naphtalen- 20 4. Tính chất lý học Hydroxyacid thờng là chất kết tinh, có liên kết hydro tan tốt trong nớc, dễ phân hủy khi có nhiệt độ. 5. Tính chất hóa học Các hydroxyacid thể hiện tính chất đặc trng của chức acid COOH, chức OH của alcol hay chức OH của phenol. 5.1. Các phản ứng của alcolacid (HO -R-COOH) Phản ứng của chức -COOH (tính acid, tạo ester .) Phản ứng của chức -OH (tạo ester với dẫn xuất acid, phản ứng S N . ) 5.2. Phản ứng tách nớc Tùy thuộc vị trí nhóm OH, khi có nhiệt độ, phản ứng tách nớc của hydroxyacid xảy ra trong các trờng hợp sau đây: 5.2.1. Với -hydroxy acid 2 phân tử -hydroxy acid tách 2H 2 O tạo vòng lactid (diester vòng). HC C O CH C O O O R R - Hydroxy acid + Lactid HO HO C O R C OH C OH O R C + 2 H 2 O Các lactid không bền dễ bị thủy phân. Khi chng cất, các lactid dễ bị decarbonyl hóa (giải phóng CO) và tạo thành aldehyd. 5.2.2. Với - hydroxy acid. -Hydroxacid khi tách H 2 O nội phân tử tạo acid cha no , -etylenic R _ CH OH _ CH 2 _ CO 2 H -Hydroxy acid R _ CH = CH _ CO 2 H H 2 O Aacid - ethylenic + 5.2.3. Với , -hydroxy acid Khi có nhiệt độ hoặc xúc tác acid, các phân tử hoặc -hydroxy acid tách H 2 O tạo vòng và -lacton. Nhóm OH alcol và nhóm OH của acid bị loại nớc tạo ester nội phân tử (vòng lacton). 21 -Butyrolacton Acid -hydroxybutyric Hoặc OH HO C CH 2 CH 2 H 2 C O H 2 C H 2 CH 2 C C O O + 2 H 2 O H + CH 2 CH 2 H 2 C OH HO C CH 2 O CH 2 H 2 C O C CH 2 CH 2 O + H 2 O Acid -Hydroxyvaleric Valerolacton Hoaởc H + Không thể điều chế vòng -lacton trực tiếp từ -hydroxyacid. Có thể điều chế vòng -lacton bằng cách cho hợp chất ceten tác dụng với aldehyd formic: Propiolacton + H 2 CO H 2 CCO CH 2 CH 2 O CO Các hydroxy acid có nhóm OH ở các vị trí và xa hơn nữa thờng không tạo vòng lacton. Trong những điều kiện nh trên các acid này thờng tạo thành các polyester. Bằng các phơng pháp hóa học đặc biệt, có thể tổng hợp các lacton có vòng lớn: CH 2 (CH 2 ) 6 O C (CH 2 ) 6 CH 2 O CH 2 (CH 2 ) 8 O C (CH 2 ) 5 CH 2 O O C OH H O Eczaltolid Ambrettolid Mevalolacton Vòng lacton nh là một ester nội phân tử, do đó những hợp chất có vòng lacton rất dễ bị thủy phân. Một số phản ứng đặc trng của vòng lacton: CH 2 CH 2 CH 2 C O O HO (CH 2 ) 2 COOH CH 3 (CH 2 ) 2 COOH HO(CH 2 ) 4 OH X(CH 2 ) 3 COOH NC(CH 2 ) 3 COOK NaOH , 2H [Na/Hg] 4H[LiAlH 4 ] HX KCN NH 3 -H 2 O CH 3 NH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C N O H CH 2 CH 2 CH 2 C N O CH 3 Butyrolacton Pyrrolidon N-Metylpyrrolidon -H 2 O 22 Các vòng lacton có vai trò quan trọng trong một số dợc phẩm: Artemisinin là một chất hữu cơ chiết đợc từ cây Thanh hao hoa vàng (Chenpodium ambrosioides) có chứa vòng lacton. Artemisinin và các dẫn xuất của nó có tác dụng chữa bệnh sốt rét. Natri artesunat O O O O CH CH 3 CH 3 H H H O CCH 2 CH 2 COONa O Hydroartemisinin O O O O CH CH 3 CH 3 H H H OH Artemisinin O O O O C CH 3 CH 3 H H H O 5.3. Các phản ứng của phenolacid (HO -Ar-COOH) 5.3.1. Tác dụng với FeCl 3 Acid salicylic cho màu tím. Acid p-hydroxybenzoic cho màu đỏ. Acid m-hydroxybenzoic không cho màu 5.3.2. Phản ứng với Na 2 CO 3 và NaOH Chỉ có chức acid mới tác dụng với Na 2 CO 3 Acid salicylic + NaHCO 3 + Na 2 CO 3 OH COO H OH COO Na Với NaOH cả 2 chức cùng phản ứng. + 2H 2 O + 2NaOH Acid salicylic OH COO H COO Na O Na 5.3.3. Phản ứng acetyl hoá vào chức phenol tạo ester Acid salicylic + Pyridin.CH 3 COOH Pyridin Aspirin OH COO H (CH 3 CO) 2 O O - COCH 3 COO H + 23 5.3.4. Khử hóa acid salicylic tạo acid pimelic Hổ biển COOH O H COOH OH COOH OH COO H Na / C 5 H 11 OH 4 [ H ] Acid pimelic CH 2 COOH Acid salicylic H 2 O Acid pimelic hay heptandioic hay 1,5-pentandicarboxylic Acid salicylic có tính acid mạnh hơn acid benzoic và các đồng phân meta và para. Acid salicylic có liên kết hydro nội phân tử tạo điều kiện thuận lợi cho sự phân ly proton. C O O H OH . . . C O O H O . . . + H + pKa =2,79 - 6. ứng dụng 6.1. Một số alcol acid phổ biến Acid glycolic: HOCH 2 -COOH (Acid hydroxyacetic , hydroxyetanoic). Điều chế acid glycolic bằng phơng pháp điện phân acid oxalic hoặc tổng hợp từ formaldehyd và oxyd carbon: HCHO + CO HO-CH 2 - COOH H + , + H 2 O + H 2 O Acid lactic: CH 3 CHOH-COOH (Acid -hydroxypropionic, 2-oxypropanoic). Phân tử có 1 carbon không đối xứng. Năm 1780 Scheeler phát hiện acid R,S- lactic có trong sữa chua khi lên men sữa. Acid S (+)-lactic có trong các cơ bắp của ngời và động vật, là sản phẩm trung gian của quá trình glycolyse. Acid R(-)-lactic thu đợc từ dung dịch acid R,S-lactic. Acid L(+) lactic , acid R(-)-lactic đều ở thể rắn. Acid R,S-lactic ở dạng lỏng. Điều chế acid lactic bằng phơng pháp lên men lactose, maltose hoặc glucose. C 12 H 22 O 11 + H 2 O 4 CH 3 - CHOH-COOH (raxemic) Men Bacillus acidi lacti Oxy hóa acid lactic bằng thuốc thử H 2 O 2 /Fe 2+ tạo ra acid pyruvic (2-oxopropanoic) Acid pyruvic CH 3 C COOH O CH 3 CH COOH OH +2 H 2 O H 2 O 2 , Fe 2+ Các lactat có nhiều ứng dụng trong dợc phẩm, thực phẩm và công nghiệp. 24 Acid malic: HOOC-CHOH-CH 2 -COOH (Acid hydroxysuccinic; 2-hydroxybutandioic). Dạng racemic tạo thành do phản ứng tổng hợp từ acid R,S-bromomalic và AgOH hoặc phản ứng hợp nớc của acid maleic. CH 2 CH COOH OH HOOC CH 2 CH COOH Br HOOC CC COOH HOOC H H + AgOH + H 2 O (H + ) -AgBr Acid R,S-Malic Acid R,S-Bromomalic Acid R,S-Maleic Dạng R (+)và Sv (-)-malic đều ở dạng tinh thể. Acid tartaric: HOOC-CHOH -CHOH-COOH (Acid , ,-dihydroxysuccinic; 2,3- dihydroxybutandioic) Acid 2R,3R-(+)-tartaric tồn tại dạng tự do hoặc dạng muối tartarat kali có trong dịch quả nho. Acid 2S,3S-(-)-tartaric không có trong thiên nhiên. Khi đun nóng với sự có mặt của KHSO 4 , acid tartaric bị loại nớc, loại carbon dioxyd và tạo thành acid pyruvic. Phản ứng nh sau: CH CH COOHHO COOHHO C C COOH HO COOH H C CH 2 COOHO COOH C CH 3 COOHO Acid oxymaleic Acid pyruvic Acid tartaric KHSO ế4 -H 2 O ế - CO ỉ2 Muối kali, natri tartarat (muối Seignette) đợc sử dụng để pha thuốc thử Fehling. Acid citric: HOOC-CH 2 -C(OH)(COOH)-CH 2 COOH (Acid 2-hydroxypropan- 1,2,3-tricarboxylic , acid -hydroxytricarballylic). Acid citric có trong nhiều hoa quả, trong sữa và trong máu. Trong dịch nớc chanh có từ 6 - 10% acid citric. Acid citric có vai trò quan trọng trong các chu trình chuyển hóa. Sản xuất acid citric trên quy mô công nghiệp bằng phơng pháp lên men các mono hoặc disaccharid. Đun nóng ở 175 C acid citric bị loại 1 phân tử nớc tạo acid cha no aconitic. Acid citric tác dụng với acid sulfuric đậm đặc hoặc oleum tạo thành acid acetondicarboxylic. CH 2 C COOH COOHHO CH 2 COOH CH 2 C COOH O CH 2 COOH CH C COOH COOH CH 2 COOH -H 2 O Oleum -HCOOH Acid acotinic Acid acetondicarboxylic (3-oxopetandioc) Acid citric 25 6.2. Một số phenol acid Các ester của phenolacid có nhiều ứng dụng: Acid o-hydroxybenzoic Acid o-hydroxybenzoic hay acid salicylic đợc dùng để điều chế metylsalicylat có tác dụng giảm đau, đợc dùng làm hơng liệu trong một số dợc phẩm và điều chế aspirin (acid acetyl salicylic), phenylsalicylat (salol) có tác dụng kháng nấm. Metylsalicylat Phenylsalicylat (Salol) Acid acetylsalicylic (Aspirin) OCOCH 3 COOH OH COOC 6 H 5 OH COOCH 3 Acid p-hydroxybenzoic Acid p-hydroxybenzoic đợc sử dụng để điều chế các ester nh metyl -p- hydroxybenzoat (Nipagin), isopropyl-p-hydroxybenzoat (Nipazol) dùng làm chất chống oxy hóa trong dợc phẩm và thực phẩm. COOH OH H 2 SO 4 OH COOR + H 2 O t o + ROH R = -CH 3 Nipagin R= -C 3 H 7 (n) Nipazol Acid o-hydroxy cinnamic Acid o-hydroxycinnamic còn gọi là acid o -coumaric tồn tại 2 dạng đồng phân hình học cis và trans. Loại nớc từ acid coumaric tạo thành coumarin. Coumarin có thể đợc tổng hợp từ aldehyd salicylic (phơng pháp Perkin), coumarin đợc dùng trong kỹ nghệ hơng liệu, dợc phẩm. Aacid o-coumaric (dạng cis) Acid o-coumaric (dạng trans) Coumarin H 2 O _ H C H OH COOH C H CH OH COOH C O C H CH C O + Coumarin _ H 2 O . . . . H CH 3 CO + K 2 CO 3 O CH = O CH 2 CO _ CH 3 COO H OH O O . . . . . . . . H O C O CH OH CH 26 Acid Galic: Acid 3,4,5-trihydroxybenzoic COOH OH HO OH Trong thiên nhiên acid galic chỉ tồn tại dới dạng ester. Tannin là nguồn nguyên liệu chính để điều chế acid galic. Acid galic dễ bị decarboxyl hóa dới tác dụng của nhiệt. t o + CO 2 OH HO OH COOH OH HO OH Acid tác dụng với alcol n -propylic tạo ester n -propylgalat ứng dụng làm chất bảo quản trong thực phẩm và dợc phẩm. H 2 SO 4 COOH OH HO OH OH HO OH COOC 3 H 7 (n) + H 2 O t o + n-C 3 H 7 OH Ester n-propylgalat Acid galic rất dễ bị oxy hóa. Với dung dịch FeCl3, acid galic cho màu xanh đen. Bài tập 1. Viết công thức cấu tạo và gọi tên theo danh pháp quốc tế của các acid sau: a- Acid lactic b- Acid malic c- Acid tartaric d- Acid mandelic e- Acid citric 2. Hãy viết phản ứng các quá trình tổng hợp các acid sau: a- Acid glycolic từ acid acetic b- Acid lactic từ acetylen c- Acid mandelic từ toluen 3. Hãy lập sơ đồ tổng hợp các acid sau đây theo phản ứng Reformatski: a- Acid n-valeric b- Acid , -dimetylvaleric từ ester malonic 4. Khi đun nóng 10-hydroxydecanoic tạo thành hợp chất có phân tử lợng lớn (1000-9000). Viết phản ứng. 27 . Chơng 26 HYDROXYACID Mục tiêu 1. Đọc đợc danh pháp các hydroxyacid theo IUPAC và thông thờng. 2. Trình bày đợc hóa tính của hydroxyacid và tính. hydroxyacid và tính chất tơng hỗ giữa hai nhóm chức. Hydroxyacid còn đợc gọi là hợp chất oxyacid. Có hai loại hợp chất hydroxyacid quan trong: Acid carboxylic chứa