Гетерофункциональные органические кислоты

Функциональные группы в гетерофункциональных веществах могут находиться в любых сочетаниях, образуя спиртоальдегиды, альдегидокетоны и т. д. Если гетерофункциональное соединение содержит карбоксильную группу, то его называют кислотой. Присутствие кислотной группы почти всегда обнаруживается в первую очередь по pH раствора, окрашиванию индикатора, и естественно отнести такое вещество именно к кислотам.

Несколько гетерофункциональных кислот играют важную роль в процессе окисления глюкозы в клетках живых организмов. Их целесообразно привести в качестве примеров таких веществ (табл. 22.7). Из формул в таблице следует, что это кетокислоты и спиртокислоты. В таблице имеется и пример трехосновной кислоты — лимонная кислота.

Дополнительные функциональные группы влияют на карбоксильную группу, усиливая кислотные свойства. Об этом мы сами можем судить по резкому кислому вкусу лимонов, кислых яблок и др. В условиях слабощелочной внутренней среды клеток в организме человека все эти кислоты нейтрализованы и присутствуют в виде солей, диссоциированных на ионы.

Для гетерофункциональных кислот характерен еще один вид изомерии, который мы пока не рассматривали, хотя он и возможен у веществ всех классов. Это энантиомерия — существование асимметричных объектов в виде правой и левой разновидностей. Такие объекты нам встречаются в жизни. Не будем напрягать память. Достаточно посмотреть на свои руки: правая и левая рука являются именно интересующими нас асимметричными объектами. Характерное свойство правых и левых объектов состоит в том, что правое выглядит в зеркале как левое, а левое как правое.

Таблица 22.7

Природные гетерофункциональные кислоты

Название кислоты.	Формула кислоты.	Название солей.
Пировиноградная.		Пи ру ваты.
Молочная.		Лактаты.
Щавелевоуксусная.		Оксалоацетаты.
Яблочная.		Малаты.
Лимонная.		Цитраты.

Правые и левые разновидности имеют и асимметричные молекулы. Это и есть энантиомеры. Асимметрия в органических молекулах возникает при условии, что имеется хотя бы один атом углерода, связанный с четырьмя разными заместителями. В табл. 22.7 имеются примеры таких веществ — это молочная и яблочная кислоты. Рассмотрим энантиомеры молочной кислоты (рис. 22.5).

Рис. 225. Энантиомеры молочной кислоты.

Асимметричный атом углерода обозначен точкой в центре воображаемого тетраэдра (пунктирные линии). Сплошными линиями показаны связи углерода с заместителями. Рассматривая эту схему, желательно понять, что ни при каких поворотах в пространстве одного из тетраэдров все четыре заместителя не расположатся так же, как в другом тетраэдре^[1]. Это и означает, что перед нами две разные молекулы, относящиеся одна к другой как предмет и его отражение в зеркале.

Если представить себе, что тетраэдры немного поворачивают и в результате этого расположенные спереди ребра Н-ОН и НО-Н проецируются на середину заслоненного ребра НООС-СН₃, то получаются проекционные формулы энантиомеров, в которых обозначают только эти два ребра:

По множеству свойств два энантиомера почти неотличимы один от другого. При обычных химических реакциях они получаются в равном количестве. Имеется лишь одно различие в физических свойствах: правый и левый изомеры вращают в противоположные стороны плоскость поляризованного луча света, проходящего через вещество. Только такое оптическое исследование позволяет констатировать, что это разные вещества. Поэтому энантиомерию называют еще оптической изомерией. Различие двух энантиомеров, но химическим свойствам начинает проявляться при взаимодействии их с энантиомерами других веществ. Это понятно из следующего примера. Правая и левая перчатки в паре очень похожи, так как они подобны энантиомерам. Однако, когда их надевают на руки, проявляется различие между перчатками, поскольку руки находятся в таком же соотношении правого и левого.

Энантиомерия могла бы считаться далеким от жизни химическим явлением, если бы в живых организмах левые и правые изомеры выполняли совершенно одинаковую роль в силу своего естественного сходства. На самом деле в клетках синтезируются только определенные энантиомеры в каждом классе биологически необходимых веществ. Например, белки строятся только из левых энантиомеров аминокислот, а глюкоза, образующаяся в листьях растений, — правый энантиомер. Биологический смысл и происхождение избирательности жизни к энантиомерам не ясны.

Часто применяемый метод получения гетерофункциональных кислот заключается в гидролизе галогенпроизводных карбоновых кислот. Например, проводя реакцию 2-хлорпропионовой кислоты со щелочью, получим лактат натрия, из которого можно выделить молочную кислоту:

Свойства отдельных гетерофункциональных кислот определяются имеющимися функциональными группами, которые могут участвовать в реакциях этерификации, присоединения, замещения и т. д.

• [1] Проще это сделать на моделях из четырех разных пластилиновых шариков на палочках, воткнутых в один центральный шарик.