Карбоновые кислоты алифатического ряда и их производные

Карбоновые кислоты - это соединения, в которых функциональной группой является карбоксильная группа -СООН. При взаимодействии карбоновых кислот с металлами или гидроксидами металлов образуются соли (см. табл. 10.4).

По физическим свойствам карбоновые кислоты представляют собой жидкости или твердые вещества. Присутствие карбоксильной группы увеличивает растворимость вещества в воде по сравнению со спиртами и альдегидами. Низкомолекулярные карбоновые кислоты хорошо растворимы в воде.

В карбоновых кислотах содержится ОН-кислотный центр, поэтому в растворах происходит их ионизация:

Карбоновые кислоты - слабые кислоты. Константы кислотной ионизации большинства органических кислот находятся в пределах 1,4х10^-5-1,0х10^-4. Степень ионизации зависит от величины и характера радикала, связанного с карбоксильной группой. С увеличением длины алкильного радикала, обладающего электронодонорными свойствами, константа ионизации кислоты уменьшается (сила кислоты падает).

Карбоновые кислоты могут содержать несколько карбоксильных групп. Например, дикарбоновые кислоты щавелевая (этандиовая) НООС-СООН и янтарная (бутандиовая) НООССН₂СН₂СООН содержат 2 карбоксильные группы.

С щелочами карбоновые кислоты образуют соли. Соли щелочных металлов хорошо растворимы в воде. Соли в водных растворах диссоциируют на ионы, которые можно обнаружить с помощью различных реактивов. С солями тяжелых металлов многие карбоновые кислоты образуют окрашенные осадки.

Со спиртами карбоновые кислоты образуют сложные эфиры, имеющие характерный запах.

В медицинской практике чаще применяют не сами кислоты, а их соли и эфиры.

Известны различные гетерофункциональные соединения, которые содержат кроме карбоксильной и другие функциональные группы. К ним относятся гидроксикислоты и аминокислоты.

Таблица 10.4. Лекарственные средства - производные алифатических карбоновых кислот

Продолжение табл. 10.4 Лекарственные средства - производные алифатических карбоновых кислот

Окончание табл. 10.4

Гидроксикислотаминазывают соединения, в молекулах которых содержатся гидроксильная и карбоксильная группы.

Появление гидроксигруппы, обладающей положительным индуктивным эффектом, приводит к увеличению силы кислоты. Например, молочная кислота более сильная, чем пропионовая. Их константы ионизации равны 1,3х10^-5 и 1,5х10^-4 соответственно. Это связано с электронодонорными свойствами заместителя в молекуле молочной кислоты:

Гидрокситрикарбоновая кислота - лимонная - применяется в медицине в виде натриевой соли, натрия цитрата. В молекуле лимонной кислоты содержится 3 карбоксильных и 1 гидроксигруппа:

Гидроксикислоты могут подвергаться внутримолекулярной этерификации с образованием лактонов.

Лактоны- соединения, в которых сложноэфирная группировка -C(O)O включена в циклическую структуру. Примером лактона является аскорбиновая кислота (витамин С) (см. табл. 10.4).

Аминокислотаминазывают гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат одновременно амино- и карбоксильную группы.

В зависимости от местоположения аминогруппы по отношению к карбоксильной группе аминокислоты алифатического ряда делят на группы. Если аминогруппа находится в а-положении, то это а-аминокислоты (2-аминокислоты) общей формулы:

6-Аминогексановая (аминокапроновая) кислота, H₂N-CH₂-(CH₂)₄COOH, применяется как ЛС.

Аминокислоты как структурные единицы пептидов и белков играют важную роль в биологических процессах. Из белковых гидролизатов получено более 20 а-аминокислот.

Аминокислоты условно называют заменимыми, если они синтезируются в организме человека. «Незаменимые» аминокислоты не синтезируются в организме человека или синтезируются в недостаточном количестве («частично заменимые») и должны пополняться с пищей. Представителем подобных кислот является, например, метионин.

Все природные аминокислоты, кроме глицина (H₂N-CH₂- COOH) и ω-аминокислот, в которых аминогруппа находится на конце углеродной цепи, содержат хиральный центр и существуют в виде стереоизомеров (оптических, конфигурационных изомеров). Аминокислоты, входящие в состав белков животного происхождения, обычно являются L-изомерами. D-Аминокислоты входят в состав белка крайне редко. Так, D-глутаминовая кислота входит в состав белка клеточной стенки бактерии сибирской язвы. D-изомеры обнаружены также в некоторых природных антибиотиках (D-диметилцистеин в пенициллине, D-фенилаланин - в грамицидине).

Аминокислоты алифатического ряда представляют собой белые кристаллические вещества, как правило, растворимые в воде и нерастворимые в органических растворителях.

Все аминокислоты - амфолиты и способны реагировать как со щелочами, так и с минеральными кислотами.

В водных растворах аминокислоты могут существовать в форме диполярных ионов (цвиттер-ионов):

+NH₃-CHR-COO^-

Значение рН, при котором существует диполярный ион, называется изоэлектрической точкой (р1). В зависимости от рН среды аминокислота может быть полностью протонирована (катионная форма) или полностью депротонирована (анионная форма):

Аминокислоты вступают в реакции этерификации (по карбоксильной группе), алкилирования и ацилирования (по аминогруппе), могут восстанавливаться, подвергаться декарбоксилированию, образовывать пептиды и т.д.

Для идентификации аминокислот используют их способность к образованию внутрикомплексных соединений с различными катионами (серебра, меди, ртути, свинца, цинка, кобальта и др.). Например, с катионом Си²+ образуется внутрикомплексное координационное соединение темно-синего цвета:

Для обнаружения аминокислот применяют и высокочувствительную нингидриновую реакцию, которая позволяет отличить аминокислоты от пептидов и белков. Она протекает при одновременном участии амино- и карбоксильной группы.

Хромогенные реакции с солями меди, нингидрином и другими реактивами используют для фотоколориметрического определения аминокислот.

Применение аминокислот в медицинской практике основано на их способности участвовать в азотистом обмене, синтезе необходимых для нормальной функции организма белков, пептидов, ферментов, гормонов.

В качестве ЛС наиболее часто применяют следующие аминокислоты и их синтетические аналоги: аминалон, кислоту аминокапроновую, кислоту глутаминовую, цистеин, ацетилцистеин, метионин.

Природные аминокислоты можно получить гидролизом белков в среде хлороводородной или серной кислоты при нагревании. Источником белков служат мясо, кожа, желатин, шерсть, волосы, перо, казеин творога.

Перечисленные химические свойства карбоновых кислот используют в фармацевтическом анализе для идентификации и количественного определения ЛС.

Ниже рассмотрим нормативные требования к контролю качества субстанции натрия цитрата, используемой для приготовления инъекционных препаратов, субстанции кальция глюконата, а также производных карбоновых кислот - аскорбиновой кислоты (лактон гидроксикарбоновой кислоты) и аминокислот - глутаминовой и аминокапроновой.

Натрия цитрат для инъекций Строение и свойства

Натрия цитрат - это натриевая соль лимонной кислоты, относящейся к классу поликарбоновых (трикарбоновых) гидроксикислот:

Получение

Натрия цитрат получают нейтрализацией раствора лимонной кислоты:

Для очистки от примесей соль перекристаллизовывают из спирта.