Рак толстого кишечника – считается одним из самых распространённых онкологических заболеваний, поражающих такой орган пищеварительного тракта, как кишечник. Поскольку он состоит из нескольких отделов, то в патологию может быть вовлечён каждый из них по отдельности или все сразу.

Основная причина формирования злокачественного новообразования заключается в нерациональном питании человека. Однако специалисты из области гастроэнтерологии выделяют несколько других предрасполагающих факторов.

Опасность болезни заключается в том, что она довольно долгое время протекает без проявления какой-либо симптоматики, а те признаки, которые выражаются, не могут с точностью указать на наличие рака. Главными симптомами являются болевой синдром, метеоризм и появление патологических примесей в каловых массах.

Диагностика предполагает проведение комплексного обследования, начиная от пальпации живота и заканчивая широким спектром инструментальных процедур. Лечение проводится только хирургическим путём.

В международной классификации заболеваний такая патология имеет несколько значений, в зависимости от того, какой отдел толстого кишечника был поражён. Таким образом, код по МКБ-10 будет – С17-С19.

Этиология

Рак толстой кишки – это собирательный термин, поскольку это орган состоит из таких отделов:

• слепой;
• ободочный – который бывает восходящим, нисходящим и поперечным;
• сигмовидный;
• прямой.

Стоит отметить, что подобная разновидность онкологии у представительниц женского пола занимает второе место – её опережает только рак груди. У мужчин, по частоте диагностирования, такая болезнь уступает только раку простаты и лёгкого.

Основными причинами развития подобного недуга выступают:

• протекание патологий воспалительного характера в толстом кишечнике – сюда стоит отнести и . Отличительными чертами таких недугов является то, что первый поражает лишь верхний слой органа, а второй – распространяется на все ткани;
• отягощённая наследственность – если у кого-либо из близких родственников была диагностирована подобная патология, то у человека значительно возрастают шансы формирования рака. Зная об этом, можно самостоятельно предотвратить его появление – для этого достаточно лишь отказаться от вредных привычек, правильно питаться и регулярно посещать гастроэнтеролога. Клиницисты утверждают, что такой предрасполагающий фактор выступает в качестве источника болезни в 25% случаев;
• нерациональное питание – увеличивает риск развития болезни такой рацион, в котором основу составляют жиры и углеводы, на фоне чего человеческий организм не получает достаточного количества клетчатки. Именно по этой причине основу терапии составляет диета при раке толстого кишечника;
• недостаток физической активности в жизни человека – высокому риску развития онкологии подвергаются те, кто постоянно работает в сидячем или стоячем положении, а также те, кто по собственной лени не хочет утруждать себя физической активностью;
• многолетнее пристрастие к вредным привычкам – многолетние изучения широкой распространённости появления такого рака показали, что те, кто злоупотребляет алкоголем и выкуриванием сигарет на 40% чаще подвергаются этой болезни, нежели те, кто ведёт здоровый образ жизни;
• формирование – такие новообразования являются доброкачественными, но под влиянием неблагоприятных факторов они способны трансформироваться в рак;
• длительный и бесконтрольный приём некоторых групп лекарственных препаратов, в частности, противовоспалительных и антибактериальных средств;
• наличие у человека высокой массы тела;
• нарушение процесса обмена белков и жиров.

Считается, что основную группу риска составляют люди старше сорока лет и представители мужского пола, так как у них в несколько раз чаще проявляется такой недуг. Однако не исключается возможность его развития у молодых людей.

Классификация

Как было указано выше, злокачественное новообразование толстой кишки у женщин и мужчин может локализоваться в различных зонах этого органа, но частота их поражения может отличаться. Например,

• сигмовидная и нисходящая ободочная кишка выступает в качестве очага рака наиболее часто – в 36% случаев;
• слепая и восходящая ободочная кишка поражается примерно в 27% из всего числа диагностирования недуга;
• онкология прямой кишки составляет 19%
• раковое поражение ободочной кишки – 10%.

По характеру роста, злокачественные опухоли бывают:

• экзофитными – это означает, что образования растут в просвет кишки;
• эндофитными – распространяются в толщу стенок этого органа;
• смешанными – имеют признаки двух вышеуказанных форм.

В зависимости от своего гистологического строения, опухоли рака толстого кишечника могут иметь вид:

• аденокарциномы – выявляется в 80% случаев;
• мукоидного рака;
• перстневидноклеточного или мукоцеллюлярного рака;
• плоскоклеточной онкологии;
• базальноклеточного рака;
• железисто-плоскоклеточного рака;
• недифференцированного и не классифицируемого рака.

В зависимости от глубины проникновения и распространения метастаз выделяют следующие стадии протекания рака:

• предраковое состояние – при этом недостаточно данных для оценивания опухоли;
• нулевая – нарушается структура слизистого слоя толстого кишечника;
• начальная – помимо слизистого слоя поражаются подслизистые ткани;
• средней тяжести – инфильтрации поддаётся мышечный слой;
• тяжёлая – наблюдается прорастание образования по всем слоям этого органа;
• осложнённая – помимо вовлечения в патологию всех структурных частей кишечной стенки, отмечается распространение метастаз на ближайшие органы.

Также разделяют болезнь по наличию или отсутствию метастаз в региональных или отдалённых лимфоузлах.

Симптоматика

Несмотря на то что раком могут быть поражены различные отделы этого органа, рак толстого кишечника симптомы имеет одинаковые.

На первых стадиях развития заболевания симптоматика может полностью отсутствовать, ввиду незначительного поражения тканей. Тем не менее могут выражаться общие клинические проявления, которые характерны для многих недугов ЖКТ. На фоне того, что они слабо выражены, люди зачастую не обращают на них внимания, чем самостоятельно усугубляют своё состояние.

Первые симптомы онкологии толстой кишки представлены:

• постоянным дискомфортом в области живота;
• повышенным газообразованием;
• расстройством стула;
• неприятными ощущениями во время акта дефекации;
• чувством переполненности желудка;
• общей слабостью.

По мере того как будет распространяться патологический процесс, вышеуказанные признаки рака приобретут более яркий характер выражения, а также присоединятся другие проявления, среди которых:

• чередование обильной диареи с запорами;
• появление примесей в каловых массах – речь идёт о крови и слизи. Примечательно то, что в зависимости от поражения той или иной области толстого кишечника они будут иметь разный вид. Например, при локализации в сигмовидной или прямой кишке кровь и слизь будет обволакивать фекалии. Во всех остальных случаях кал будет менять свой оттенок, который может варьироваться от красного до чёрного;
• анемия – возникает на фоне внутреннего кишечного кровотечения;
• бледность и сухость кожного покрова;
• необоснованное резкое снижение массы тела;
• ломкость волос и слабость ногтевых пластин;
• признаки витаминной недостаточности;
• повышение температуры тела и лихорадка.

Помимо этого, необходимо учитывать, что при распространении метастаз в другие органы, например, в печень, желудок, селезёнку, лёгкие или поджелудочную железу, основная симптоматика будет дополняться иными проявлениями со стороны поражённого сегмента.

Диагностика

Поставить правильный диагноз на ранних стадиях формирования недуга практически невозможно – в таких случаях рак толстого кишечника будет диагностической неожиданностью, выявленной во время инструментального обследования человека.

При возникновении неспецифической симптоматики потребуется проведение целого комплекса соответствующих мероприятий. Прежде всего, гастроэнтерологу необходимо:

• ознакомиться с жизненным анамнезом и историей болезни не только пациента, но и его близких родственников – при последующей диагностике это укажет на наиболее характерную причину возникновения онкологии у того или иного пациента;
• провести тщательный физикальный осмотр – это нужно для того, что в некоторых случаях выявить наличие поражения этого органа можно путём пальпации и перкуссии передней стенки брюшной полости. Также потребуется пальцевое исследование прямой кишки и гинекологический осмотр (для женщин);
• детально опросить пациента – для выяснения первого времени появления и степени выраженности симптомов рака. Это поможет не только составить общую картину протекания болезни, но и определить стадию её прогрессирования.

Лабораторные исследования ограничиваются осуществлением:

• общеклинического анализа крови – для подтверждения протекания патологического процесса в организме;
• микроскопического изучения каловых масс;
• теста для определения РЭА.

Для визуализации злокачественного новообразования, определения его локализации и обнаружения отдалённых или местных метастаз, проводят такие инструментальные процедуры:

Дифференцировать рак толстого кишечника с метастазами необходимо от следующих недугов:

• неспецифический язвенный колит;
• болезнь Крона;
• актиномикоз или туберкулёз толстой кишки;
• доброкачественные опухоли;
• полипоз и дивертикулит;
• кисты и опухоли яичников.

Лечение

Наиболее действенным методом терапии подобного недуга является хирургическое вмешательство. Тактика выполнения операции будет отличаться в зависимости от того, какой отдел толстой кишки был поражён:

• слепая кишка и восходящий отдел ободочной – проводят правостороннюю гемиколэктомию;
• поперечно-ободочная кишка – полное иссечение;
• нисходящий отдел ободочной кишки – осуществляется левосторонняя гемиколэктомия;
• сигмовидная кишка – сигмоидэктомия.

Также прибегают к поэтапному вмешательству, которое включает в себя:

• резекцию кишки;
• наложение колостомы;
• закрытие кишечной стомы;
• реконструктивную операцию.

Химиотерапия при раке толстой кишки – это дополнительная методика лечения. Она может проводиться как до, так и после операции, а также выступает в качестве единственного способа терапии при неоперабельных опухолях.

После операбельного лечения необходимо соблюдать правильное питание при раке толстой кишки. Диета заключается в отказе от жирных продуктов и сведении к минимуму потребления углеводов, а также обогащении меню такими продуктами:

• все разновидности капусты – цветная, белокочанная, пекинская и т. д.;
• соя и томаты;
• лук и чеснок;
• орехи, семечки и сухофрукты;
• ламинарии;
• рыба и яйца;
• чай, кисель и компот.

Вся пища должна готовиться путём варки и пропаривания, а также обязателен обильный питьевой режим. Остальные рекомендации относительно питания предоставляет гастроэнтеролог или диетолог.

Возможные осложнения

Онкологическое поражение толстого кишечника у женщин и мужчин может привести к таким последствиям:

• поражённого органа;
• сдавливание внутренних органов опухолью;
• нарушение процесса мочеиспускания;
• расстройство потенции;

Профилактика и прогноз

Для снижения вероятности развития подобного заболевания необходимо соблюдать несложные правила:

• полностью отказаться от вредных привычек;
• правильно и полноценно питаться;
• заниматься своевременным лечением патологий ЖКТ, которые могут привести к раку толстого кишечника;
• вести в меру активный образ жизни;
• принимать лекарства только по назначению клинициста;
• регулярно обследоваться у гастроэнтеролога, в особенности это касается тех, кто имеет генетическую предрасположенность.

Прогноз болезни напрямую зависит от того, на какой стадии протекания рака была осуществлена диагностика. На первой пятилетняя выживаемость достигает 93%, на второй – 75%, на третьей – менее 50%, на четвёртой – 5%. Без лечения человек с таким недугом может прожить примерно один год.

Во всем мире наблюдается тенденция к росту заболеваемости колоректальным раком. В России, по статистическим данным за 2015г., опухоли данной локализации занимают четвертое место в структуре всех злокачественных новообразований и составляют 12%. Причины, вероятнее всего, кроются в ухудшающейся экологической обстановке, накоплению генетических мутаций и изменения характера питания в сторону продуктов с низким содержанием клетчатки.

Из всех злокачественных новообразований ободочной кишки, локализация карциномы в сигмовидной встречается примерно в 50% случаев.

В Международной классификации болезней (МКБ 10) рак сигмовидной кишки шифруется под кодом — C18.7.

Краткий анатомический экскурс

Сигмовидная кишка – это конечный отдел ободочной кишки, имеет S-образную изогнутую форму, расположена в левой подвздошной ямке. Длина ее составляет от 45 до 55 см.

В данном отделе кишечника формируются каловые массы, которые в последующем перемещаются в прямую кишку. Исходя из анатомических ориентиров и особенностей кровоснабжения, хирурги выделяют три отдела – проксимальный (верхний), средний и дистальный (нижний). В зависимости от того, в каком сегменте локализуется опухоль, избирается и объём оперативного вмешательства.

Причины развития

Предрасполагающими факторами развития заболевания относят:

• потребление рафинированной высококалорийной пищи с низким содержанием клетчатки;
• ожирение;
• малоподвижный образ жизни;
• курение, алкоголь;
• возраст старше 60 лет.

Несмотря на то, что единого представления о причинах возникновения злокачественных опухолей данной локализации в настоящий момент не сформировано, выявлена связь между развитием рака сигмовидной кишки у людей, относящихся к группе риска.

• Наличие подтвержденного рака кишечника у родственников первой линии. Шанс заболеть раком у таких лиц увеличивается в 2-3 раза.
• Наследственные заболевания кишечника. В первую очередь, это семейный аденоматозный полипоз, на фоне которого, без соответствующего лечения, в 100% случаев развивается злокачественная опухоль.
• Полипы сигмовидной кишки. Это доброкачественные образования (аденомы), исходящие из слизистой оболочки. Полипы перерождаются в рак в 20-50% случаев. Почти всегда карцинома развивается из полипа, крайне редко – из неизмененной слизистой.
• Другие предраковые поражения кишечника – неспецифический язвенный колит, болезнь Крона, сигмоидит.
• Ранее перенесенные операции по поводу злокачественных опухолей кишечника других локализаций.
• Состояние после лечения злокачественных новообразований молочной железы, яичников у женщин.

Симптомы рака сигмовидной кишки

Рак сигмовидной кишки развивается достаточно медленно, и долгое время протекает никак клинически не проявляясь. От начала злокачественного перерождения клеток до появления первых симптомов может пройти несколько лет. Этот факт имеет как положительные, так и отрицательные аспекты.

Во-первых, медленно развивающийся рак можно выявить и вылечить на ранних стадиях с использованием мини-инвазивных технологий.

С другой же стороны, если человека ничего не беспокоит, его очень трудно мотивировать выполнить обследование. Тем более такое неприятное, как колоноскопия.

В 80% случаев, первыми симптомами рака сигмовидной кишки являются:

1. Нарушение дефекации. Могут быть задержки стула до нескольких дней, чередование запоров с поносами, тенземы (ложные позывы) или многоэтапный акт дефекации (чтобы опорожнить кишечник, требуется несколько походов в туалет).
2. Различные патологические выделения из заднего прохода. Это могут быть примеси крови, слизи.
3. Наличие общей слабости, повышенной утомляемости, бледности кожного покрова, появление одышки и сердцебиения (признаки анемии и интоксикации).
4. Дискомфорт в животе (вздутие, боли в левой половине и нижних отделах брюшной полости).

По мере роста опухоли все симптомы прогрессируют вплоть до грозных осложнений – острой кишечной непроходимости, перфорации стенки органа или кровотечения из новообразования. Почти половина пациентов, поступающих экстренно с непроходимостью – это больные с запущенным раком сигмовидной кишки, классическая клиника которого – это сильнейшие спастические боли, вздутие живота, отсутствие отхождения стула и газов, рвота.

Симптомы рака сигмовидной кишки у женщин и мужчин почти не отличаются, особенностью является только то, что анемия у женщин долгое время может интерпретироваться исходя из других причин, и, при отсутствии характерных клинических проявлений, женщина направляется на обследование кишечника достаточно поздно.

Диагностика

Заподозрить злокачественное новообразование сигмовидной кишки можно по одному или нескольким перечисленным симптомам. Далее для подтверждения диагноза проводятся:

• анализ кала на скрытую кровь;
• общий анализ крови;
• ректороманоскопия (осмотр ректосигмоидного отдела с помощью жесткого аппарата), метод старый, но до сих пор используемый в некоторых лечебных учреждениях;
• сигмоидоскопия – исследование нижних (дистальных) отделов кишечника гибким эндоскопом;
• колоноскопия – осмотр всей толстой кишки;
• ирригоскопия – рентгеновское исследование толстой кишки с помощью бариевой клизмы (проводится сейчас редко, только при невозможности проведения колоноскопии);
• биопсия измененного участка слизистой оболочки или целого полипа;
• УЗИ или КТ органов брюшной полости и малого таза;
• рентгенография легких для исключения метастазов;
• определение онкомаркеров РЭА, СА 19.9.

Дополнительные методы обследования назначаются по показаниям: эндоскопическое УЗИ, МРТ брюшной полости с контрастированием, ПЭТ-КТ, сцинтиграфия костей скелета, диагностическая лапароскопия.

Классификация

По характеру инвазии различают экзофитные (растущие внутрь) и эндофитные (прорастающие стенку кишки) формы.

По гистологическому строению различают:

• Аденокарциномы (в 75-80% случаев)- опухоль из железистой ткани, она может быть высоко-, умеренно- и низкодифференцированной.
• Слизистая аденокарцинома.
• Перстневидно-клеточный рак.
• Недифференцированный рак.

Классификация по системе TNM

Международная классификация TNM позволяет стадировать опухоль, что влияет на план лечения и прогноз.

Т (tumor)- это распространение первичного очага.

• Тis- рак in situ, опухоль ограничена слизистым слоем.
• Т1, Т2, Т3 – новообразование соответственно прорастает подслизистую основу, мышечную оболочку, распространяется в подсерозную основу.
• Т4 – определяется инвазия (распространение) за пределы стенки кишки; возможно врастание в окружающие органы и ткани.

N (nodus)- метастазирование в региональные лимфоузлы.

• N0 – поражения лимфоузлов нет.
• N1- метастазы в 1-3 лимфатических узлах.
• N2 – поражение более 3 лимфоузлов.

М –наличие отдаленных метастазов.

• М0 — очагов нет.
• М1 – определяются метастазы в других органах. Рак данного отдела чаще всего метастазирует в печень, реже – в легкие, головной мозг, кости и другие органы.

Исходя из TNM, выделяют следующие стадии рака:

II. T3-T4; N0M0.

III. T1-T4; N1-N2; M0.

IV. T любое; N любое; M1.

Лечение

«Золотой стандарт» лечения рака сигмовидной кишки – оперативное вмешательство.

Хирургическое лечение

Если опухоль не вышла за пределы слизистой оболочки – вполне допустимо ее эндоскопическое удаление. Обычно на практике это происходит так: врач-эндоскопист иссекает подозрительный полип, отправляет его на гистологическое исследование. Если патоморфолог выявляет карциному in situ, пациент тщательно обследуется еще раз, и при отсутствии признаков распространения процесса, он считается излеченным и наблюдается по определенному плану.

При 1, 2 и 3-й стадии рака необходима резекция кишки. Операции при злокачественных опухолях выполняются по принципу хирургического радикализма с соблюдением абластики. Это значит:

• Достаточный объем резекции (не менее 10 см от опухоли выше и ниже ее границ).
• Ранняя перевязка сосудов, идущих от новообразования.
• Удаление участка кишки одним пакетом с регионарных лимфоузлов.
• Минимальное травмирование поражённого участка.

Виды операций при раке сигмовидной кишки:

• Дистальная резекция. Выполняется при расположении опухоли в нижней трети кишки. Удаляется 2/3 органа и верхнеампулярная часть прямой кишки.
• Сегментарная резекция. Удаляется только участок, пораженный опухолью. Обычно применим при раке 1-2 стадии, расположенном в средней трети.
• Левосторонняя гемиколэктомия. При раке 3 стадии и расположении его в верхней трети кишки удаляется левая половина ободочной кишки с формированием колоректального анастомоза (поперечноободочная кишка мобилизуется, низводится в малый таз и сшивается с прямой кишкой).
• Обструктивная резекция (по типу Гартмана). Суть вмешательства – резецируется участок с опухолью, отводящий конец кишки ушивается, а приводящий выводится на брюшную стенку в виде одноствольной колостомы. Данное вмешательствр выполняется у ослабленных, пожилых больных, при экстренных операциях по поводу непроходимости кишечника, при невозможности формирования анастомоза за одну операцию. Часто — является первым этапом хирургического лечения. Вторым, после подготовки больного, возможно проведение реконструктивновосстановительной операции. Реже — колостома остается навсегда.
• Паллиативные хирургические пособия. Если опухоль распространилась так, что удалить ее нельзя, или имеются множественные метастазы в других органах, применяются только меры по устранению кишечной непроходимости. Обычно это формирование противоестественного заднего прохода- колостомы.
• Лапароскопическая резекция. Допускается при небольших размерах первичного очага.

Химиотерапия

Цель химиотерапии – максимально возможно уничтожить оставшиеся в организме раковые клетки. Для этого применяются цитостатические и цитотоксические препараты, назначаются они химиотерапевтом.

При раке 1 стадии лечение обычно ограничивается хирургическим вмешательством.

Виды химиотерапевтического лечения:

• Послеоперационное — показана больным 2-3 стадии с регионарными метастазами, при низкодифференцированной опухоли, сомнениях в радикальности операции. Показателем для назначения химиотерапии может также служить нарастание уровня онкомаркера РЭА через 4 недели после операции.
• Периоперационная — назначается пациентам с единичными отдаленными метастазами для подготовки к их удалению
• Паллиативное химиотерапевтическое лечение проводится больным с 4 стадией рака для облегчения состояния, улучшения качества жизни и увеличения ее продолжительности.

Рак сигмовидной кишки IV стадии

Лечение злокачественных опухолей данной локализации с единичными метастазами в печень, легкие проводится по следующим протоколам:

1. Удаляется первичная опухоль, при возможности – одномоментно иссекают метастазы, после операции назначается химиотерапия. После патоморфологического исследования удаленной опухоли производят генетический анализ: исследование мутаций в гене KRAS. И, исходя из результатов диагностики, определяются показания к назначению таргетных препаратов (бевацизумаб).
2. После удаления первичной опухоли проводятся несколько курсов химиотерапии, затем удаляются метастазы, после операции также проводится лечение цитотоксическими препаратами.
3. Если рак сигмовидной кишки ассоциирован с метастатическим поражением одной доли печени, то после удаления первичного очага и последующего химиотерапевтического лечения возможно выполнение анатомической резекции печени (гемигепатэктомии).

При множественных метастазах или прорастании опухолью соседних органов проводится паллиативная операция и химиотерапия.

Прогноз

Прогноз после операции зависит от многих моментов: стадии, возраста больного, сопутствующих заболеваний, степени злокачественности опухоли, наличия осложнений.

Смертность после плановых онкологических вмешательств на сигмовидной кишке составляет 3-5%, при экстренных – до 40%.

Пятилетняя выживаемость при радикальном лечении рака составляет около 60%.

Если проведено радикальное лечение с сохранением естественного опорожнения кишечника, пациент полностью возвращается к полноценной жизни.

Наблюдения у онколога для профилактики рецидивов проводятся первый год каждые 3 месяца, затем каждые полгода в течение пяти лет, в последующем – один раз в год.

Профилактика

• Раннее выявление предраковых состояний и начальных форм рака. Ежегодный анализ кала на скрытую кровь лицам после 50 лет, прохождение колоноскопии 1 раз в 5 лет, людям с наследственной предрасположенностью – с 40 лет.
• Удаление полипов более 1 см, при меньших размерах – ежегодное наблюдение.
• Лечение воспалительных заболеваний кишечника.
• Минимизация устранимых факторов риска – диета, обогащенная фруктами и овощами, отказ от вредных привычек, занятия физкультурой, снижение веса.

Основные выводы

• Злокачественные новообразования описанной локализации занимают ведущее место в онкологической заболеваемости и смертности.
• Число больных с данным диагнозом растет с каждым годом, причем именно в высокоразвитых странах.
• Долгое время протекает бессимптомно.
• На ранней стадии полностью излечим.

Ароматические диазосоединения.

Реакции солей арилдиазония с выделением азота.

Реакции, в результате которых диазогруппа замещается другими группи­ровками , имеют большое синтетическое применение, поскольку позволяют в довольно мягких условиях ввести в ароматическое кольцо те функциональные группы, введение которых иными способами было бы сопряжено со значи­тельными трудностями или просто неосуществимо. Кроме того, с помощью этих реакций можно получать производные ароматических углеводородов с таким взаимным расположением функций, которого нельзя достичь, исполь­зуя непосредственно реакции электрофильного замещения. Реакции с выделе­нием азота могут протекать по ионному или радикальному механизмам .

Замена диазогруппы на гидроксильную группу. При нагревании водных растворов арилдиазониевых солей, даже до комнатной температуры, происхо­дит выделение азота и образуются соответствующие фенолы . Во многих случа­ях выходы в этой реакции высокие, поэтому она может служить препаратив­ным способом получения фенолов. Во избежание замены диазогруппы други­ми нуклеофилами реакцию обычно проводят с использованием серной кисло­ты , анионы которой обладают низкой нуклеофильностью:

Реакция протекает по механизму мономолекулярного арильного нуклео­фильного замещения S N 1 Ar который в основном характерен именно для солей диазония. На первой, медленной, стадии катион диазония обратимо диссоци­ирует с образованием арил-катиона (в частности, фенил-катиона) и молекулы азота. На второй стадии крайне неустойчивый арил-катион быстро соединяет­ся с нуклеофилом. Неустойчивость арил-катиона обусловлена невозможно­стью участия π-электронов ароматического кольца в делокализации положи­тельного заряда, так как p-орбитали кольца не могут взаимодействовать с рас­положенной в плоскости σ-скелета вакантной sp 2 -гибридной орбиталью:

Замена диазогруппы на фтор . При нагревании сухих борофторидов арил­диазония образуются арилфториды ( реакциея Шимана ) :

Эта реакция - один из лучших способов введения фтора в ароматическое кольцо. Полагают, что она протекает по ионному механизму с образованием промежуточного арил-кати­она:

Замена диазогруппы на иод . При добавлении к растворам солей арилди­азония растворимой соли иодоводородной кислоты образуются соответствую­щие арилиодиды . Например, из п-фенилендиамина практически с количественным вы­ходом получают п-дииодобензол, который другими методами получить до­вольно трудно:

Замена диазогруппы на хлор или бром. Для получения хлоро- или бро­мопроизводных соли диазония нагревают в присутствии солей меди(I) - CuCl или СиВr соответственно:

Обе реакции протекают по радикальному механизму . Ион Сu + легко окис­ляется в ион Сu 2+ , отдавая один электрон катиону диазония. Последний пре­вращается при этом в свободный радикал (I), который отщепляет молекулу азота, образуя арил-радикал (II). При последующем взаимодействии арил-ра­дикала (II) с галогенид-ионом образуется конечный арилгалогенид . Отщепив­шийся на последней стадии электрон затрачивается на восстановление иона Сu 2+ , за счет чего происходит регенерация катализатора.

Замена диазогруппы на цианогруппу. При обработке растворов аромати­ческих солей диазония цианидом меди образуются арилнитрилы (арилцианиды ):

Замена диазогруппы на нитрогруппу. Реакцию проводят, добавляя твер­дый борофторид арилдиазония к раствору нитрита натрия, в котором суспен­дирован медный порошок. Этот способ позволяет ввести нитрогруппу в такие положения ароматического кольца, которые недоступны для прямого нитро­вания, например:

Замена диазогруппы на водород. При действии на соли арилдиазония та­кого восстановителя, как фосфорноватистая кислота Н 3 РO 2 , происходит заме­щение диазогруппы на атом водорода. В качестве примера приведена схема получения 2,4,6-трибромобензойной кислоты, которую невозможно получить прямым бромированием бензойной кислоты:

Замена диазогруппы на металл. Из солей диазония можно получить орга­нические соединения некоторых металлов. Например, при восстановлении медью двойных ртутных солей получаются ртутьорганические соединения (реакция Несмеянова ):

ГЛАВА 6. РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ

6.1. Карбоновые кислоты

6.1.1. Общая характеристика

Карбоновыми кислотами называют соединения, функциональной группой в которых является карбоксильная группа -СООН.

В зависимости от природы органического радикала карбоновые кислоты могут быть алифатическими (насыщенными или ненасыщенными) RCOOH и ароматическими ArCOOH (табл. 6.1). По числу карбоксильных групп они подразделяются на монокарбоновые, дикарбоновые и трикарбоновые. В настоящей главе рассматриваются только монокарбоновые кислоты.

Систематическая номенклатура кислот рассмотрена выше (см. 1.2.1). Для многих кислот используются их тривиальные названия (см. табл. 6.1), которые часто предпочтительнее систематических.

Карбоновые кислоты благодаря карбоксильной группе полярны и могут участвовать в образовании межмолекулярных водородных связей (см. 2.2.3). Такими связями с молекулами воды объясняется неограниченная растворимость низших кислот (C 1 -C 4). В молекулах карбоновых кислот можно выделить гидрофильную часть (карбоксильную группу СООН) и гидрофобную часть (органический радикал R). По мере возрастания доли гидрофобной части снижается растворимость в воде. Высшие карбоновые кислоты алифатического ряда (начиная с С 10) в воде практически нерастворимы. Для карбоновых кислот характерна межмолекулярная ассоциация. Так, жидкие карбоновые кислоты, например уксусная кислота, существуют в виде димеров. В водных растворах димеры распадаются на мономеры.

Таблица 6.1. Монокарбоновые кислоты

Увеличение способности к ассоциации при переходе от альдегидов к спиртам и далее кислотам отражается на изменении температур кипения соединений этих классов с близкой молекулярной массой.

6.1.2. Реакционные центры в карбоновых кислотах

Химические свойства карбоновых кислот обусловлены прежде всего карбоксильной группой, которая в отличие от изученных ранее функциональных групп (спиртовой, карбонильной) имеет более сложное строение. Внутри самой группы имеется р,л-сопряжение в результате взаимодействия р-орбитали атома кислорода группы ОН с π-связью группы С=О (см. также 2.3.1).

Карбонильная группа по отношению к группе ОН выступает в роли электроноакцептора, а гидроксильная группа за счет +М-эффек- та - в роли электронодонора, подающего электронную плотность на карбонильную группу. Особенности электронного строения карбоновых кислот обусловливают существование нескольких реакционных центров (схема 6.1):

ОН-кислотный центр, обусловленный сильной поляризацией связи О-Н;

Электрофильный центр - атом углерода карбоксильной группы;

N- основный центр - атом кислорода карбонильной группы с неподеленной парой электронов;

Слабый СН-кислотный центр, проявляющийся только в производных кислот, так как в самих кислотах имеется несравненно более сильный ОН-кислотный центр.

Схема 6.1. Реакционные центры в молекуле карбоновых кислот

6.1.3. Кислотные свойства

Кислотные свойства карбоновых кислот проявляются в их способности отщеплять протон. Повышенная подвижность водорода обусловлена полярностью связи О-Н за счетр,п -сопряжения (см. схему 6.1). Сила карбоновых кислот зависит от стабильности карбоксилат-иона RCOO , образующегося в результате отрыва протона. В свою очередь, стабильность аниона определяется прежде всего степенью делокализации в нем отрицательного заряда: чем лучше делокализован заряд в анионе, тем он стабильнее (см. 4.2.1). В карбоксилат-ионе заряд делокализуется по р,π-сопряженной системе с участием двух атомов кислорода и распределен поровну между ними

(см. 2.3.1).

Для карбоновых кислот значения рл а лежат в интервале 4,2-4,9. Эти кислоты обладают существенно более высокой кислотностью, чем спирты (рК а 16-18), фенолы (рК а ~10) и тиолы (рК а 11-12) (см. табл. 4.5).

Длина и разветвленность насыщенного алкильного радикала не оказывает существенного влияния на кислотные свойства карбоновых кислот. В целом алифатические монокарбоновые кислоты обладают практически одинаковой кислотностью (pK a 4,8-5,0), за исключением муравьиной кислоты, у которой кислотность на порядок выше.

Объяснить более высокую кислотность муравьиной кислоты можно с привлечением еще одного фактора, влияющего на стабильность аниона, а именно сольвата- ции. В водной среде заряд в небольшом по размеру формиат-ионе НСОО лучше делокализован с участием полярных молекул растворителя, чем в более крупных карбоксилат-ионах.

Надо отметить, что ароматические кислоты незначительно превышают алифатические по кислотности (pK a бензойной кислоты 4,2). В делокализации заряда в бензоат-ионе бензольное кольцо выступает как слабый электроноакцептор, не принимая участия в сопряжении с электронами, обусловливающими отрицательный заряд.

На кислотность карбоновых кислот значительно влияют заместители, введенные в углеводородный радикал. Независимо от механизма

передачи электронного влияния заместителя в радикале (индуктивного или мезомерного), электроноакцепторные заместители способствуют делокализации отрицательного заряда, стабилизируют анионы и тем самым увеличивают кислотность. Электронодонорные заместители, напротив, ее понижают.

В водных растворах карбоновые кислоты слабо диссоциированы.

Кислотные свойства проявляются при взаимодействии карбоновых кислот со щелочами, карбонатами и гидрокарбонатами. Образующиеся при этом соли в заметной степени гидролизованы, поэтому их растворы имеют щелочную реакцию.

6.1.4. Нуклеофильное замещение

Нуклеофильное замещение у sp 2 -гибридизованного атома углерода карбоксильной группы представляет наиболее важную группу реакций карбоновых кислот.

Атом углерода карбоксильной группы несет частичный положительный заряд, т. е. является электрофильным центром (см. схему 6.1). Он может быть атакован нуклеофильными реагентами, в результате чего происходит замещение группы ОН на другую нуклеофильную частицу.

Гидроксид-ион является плохой уходящей группой, поэтому реакции нуклеофильного замещения в карбоксильной группе проводятся в присутствии кислотных катализаторов, особенно когда используются слабые нуклеофильные реагенты, такие, как спирты.

Наиболее важные реакции монокарбоновых кислот приведены на схеме 6.2.

Схема 6.2. Некоторые реакции нуклеофильного замещения в карбоновых кислотах

Реакция этерификации катализируется сильными кислотами.

Механизм реакции этерификации. Каталитическое действие серной кислоты состоит в том, что она активирует молекулу карбоновой кислоты, которая протонируется по основному центру - атому кислорода карбонильной группы (см. схему 6.1). Протонирование приводит к увеличению электрофильности атома углерода. Мезомерные структуры показывают делокализацию положительного заряда в об- разовавшемся катионе (I).

Далее молекула спирта за счет неподеленной пары электронов атома кислорода присоединяется к активированной молекуле кис- лоты. Последующая миграция протона приводит к формированию хорошей уходящей группы - молекулы воды. На последней стадии отщепляется молекула воды с одновременным выбросом протона (возврат катализатора).

Этерификация - обратимая реакция. Смещение равновесия вправо возможно отгонкой из реакционной смеси образующегося эфира, отгонкой или связыванием воды, либо использованием избытка одного из реагентов. Реакция, обратная этерификации, приводит к гидролизу сложного эфира с образованием карбоновой кислоты и спирта.

Образование амидов. При действии на карбоновые кислоты аммиака (газообразного или в растворе) непосредственно замещения группы ОН не происходит, а образуется аммониевая соль. Лишь при значительном нагревании сухие аммониевые соли теряют воду и превращаются в амиды.

Образование ангидридов кислот. Нагревание карбоновых кислот с оксидом фосфора(V) приводит к образованию ангидридов кислот.

6.2. Функциональные производные карбоновых кислот

6.2.1. Общая характеристика

Функциональные производные карбоновых кислот содержат модифицированную карбоксильную группу, а при гидролизе образуют карбоновую кислоту.

Наиболее важными функциональными производными карбоновых кислот являются соли, сложные эфиры, тиоэфиры, амиды, ангидриды (табл. 6.2). Галогенангидриды кислот - наиболее реакционноспособные производные, имеющие широкое применение в органической химии, однако они не участвуют в биохимических превращениях ввиду их чрезвычайной чувствительности к влаге, т. е. легкости гидролиза.

Номенклатура. Названия производных карбоновых кислот строятся с учетом родства их структур со структурой самой карбоновой кислоты, при котором общим фрагментом является ацильный радикал RC(O)-. Эти радикалы называют путем замены сочетания -овая кислота на -оил. Тривиальные названия ацильных радикалов приведены в табл. 6.3.

Соли кислот называют, перечисляя названия аниона кислоты и катиона (в родительном падеже), например, ацетат калия. Названия анионов кислот в свою очередь образуются заменой суффикса -ил в названии ацильного радикала на -ат.

Сложные эфиры называют аналогично солям, только вместо названия катиона употребляют название соответствующего алкила или арила, которое помещают перед названием аниона и пишут слитно

Таблица 6.2. Некоторые функциональные производные карбоновых кислот

с ним. Сложноэфирную группу COOR можно отразить и описательным способом, например «R-овый эфир такой-то кислоты».

Таблица 6.3. Тривиальные названия ацильных радикалов и производных кислот

Симметричные ангидриды кислот называют путем замены в названии кислоты слова кислота на ангидрид, например бензойный ангидрид.

Названия амидов с незамещенной группой NH 2 производят от названий соответствующих ацильных радикалов заменой суффикса -оил (или -ил) на -амид. В N-замещенных амидах названия радикалов при атоме азота указывают перед названием амида с символом N- (азот).

6.2.2. Сравнительная характеристика реакционной способности

Производные карбоновых кислот, как и сами кислоты, способны вступать в реакции нуклеофильного замещения у sp 2 --гибридизован- ного атома углерода с образованием других функциональных производных. Механизм такого замещения отличается от рассмотренного выше механизма нуклеофильного замещения у sp 3 --гибридизованного атома углерода в галогеноалканах и спиртах (см. 4.3).

Тетраэдрический механизм нуклеофильного замещения. Сначала нуклеофил присоединяется к атому углерода группы С=О с образованием нестабильного промежуточного аниона (интермедиата). Механизм реакции называют тетраэдрическим, так как атом углерода при этом переходит из sp 2 - в sр 3 -гибридное состояние и принимает тетраэдрическую конфигурацию.

На второй стадии от интермедиата отщепляется частица Z и атом углерода вновь становится sp 2 -гибридизованным. Таким образом, эта реакция замещения включает стадии присоединения и отщепления.

По такому механизму реакция протекает при наличии достаточно сильного нуклеофила и хорошей уходящей группы Z, напри- мер, в случае щелочного гидролиза сложных эфиров и других функциональных производных карбоновых кислот. Легкость нуклеофильной атаки зависит от величины частичного положительного заряда δ+ на атоме углерода карбонильной группы. В функциональных производных карбоновых кислот он увеличивается с ростом -I-эффекта заместителя Z и уменьшается с увеличением его M-эффекта. В результате этих эффектов величина заряда и, следовательно, способность подвергаться нуклеофильной атаке в рассматриваемых соединениях уменьшаются в приведенной ниже последовательности. К этому же выводу приводит и анализ стабильности уходящих групп Z - , которые выделены цветом (см. 4.2.1).

Производные карбоновых кислот по сравнению с альдегидами и кетонами труднее подвергаются нуклеофильной атаке, так как электрофильность карбонильного атома углерода обычно снижается

за счет +M-эффекта заместителя Z. По этой причине в нуклеофильных реакциях функциональных производных карбоновых кислот часто оказывается необходимым кислотный катализ путем протонирования атома кислорода карбонильной группы. Примером такой активации служит уже рассмотренная реакция этерификации (см. 6.1.3).

В результате взаимодействия карбоновых кислот и их функциональных производных со спиртами или аминами в молекулы этих соединений вводится ацильный остаток. По отношению к таким реакциям используют общее название - реакции ацилирования. С этой позиции реакцию этерификации можно рассматривать как ацилирование молекулы спирта.

Функциональные производные кислот обладают разной реакционной способностью в реакциях ацилирования. Наиболее активны хлорангидриды и ангидриды; из них можно получать практически любые производные кислот. Сами кислоты и сложные эфиры (с остатками алифатических спиртов) - значительно менее активные ацилирующие агенты. Реакции замещения с их участием проводятся в присутствии катализаторов. Амиды вступают в реакции ацилирования еще труднее, чем кислоты и сложные эфиры.

Соли карбоновых кислот ацилирующей способностью не обладают, поскольку анион карбоновой кислоты не может быть атакован отрицательно заряженным нуклеофилом или молекулой с неподеленной парой электронов.

6.2.3. Сложные эфиры

Сложные эфиры - широко распространенные в природе производные кислот. Многие лекарственные средства содержат в своей структуре сложноэфирные группировки.

Помимо реакции этерификации, сложные эфиры образуются, причем значительно легче, при ацилировании спиртов или фенолов ангидридами кислот.

Некоторые реакции сложных эфиров приведены на схеме 6.3.

Схема 6.3. Реакции сложных эфиров

Сложные эфиры способны гидролизоваться и в кислой, и в щелочной среде. Как уже упоминалось (см. 6.1.3), кислотный гидро- лиз сложных эфиров - реакция, обратная реакции этерификации. Несмотря на обратимость этой реакции, кислотный гидролиз легко сделать необратимым при использовании большого избытка воды.

При щелочном гидролизе сложных эфиров щелочь выступает как реагент (на 1 моль сложного эфира расходуется 1 моль щелочи).

Щелочной гидролиз эфиров - необратимая реакция, поскольку образующийся карбоксилат-ион не способен взаимодействовать с алкоксид-ионом (частицы с одноименными зарядами). Такой гидролиз называют также омылением сложных эфиров. Этот термин связан с тем, что соли высших кислот, образующиеся при щелочном гидролизе жиров, называются мылами.

6.2.4. Тиоэфиры

Тиоэфиры - серные аналоги сложных эфиров - находят весьма ограниченное применение в классической органической химии, но играют важную роль в организме. Известно, что для проявления каталитической активности большинству ферментов, имеющих белковую природу, необходимо соучастие коферментов, которыми служат разнообразные по строению низкомолекулярные органические соединения небелковой природы. Одну из групп коферментов составляют

ацилкоферменты, выполняющие функцию переносчиков ацильных групп. Из них наиболее распространен ацетилкофермент А.

При всей сложности строения молекулы ацетилкофермента А с позиций химического подхода можно определить, что этот кофермент функционирует как тиоэфир.

В качестве тиола, участвующего в его образовании, выступает кофермент А (сокращенно обозначаемый CoASH), молекула которого построена из остатков трех компонентов - 2-аминоэтантиола, пантотеновой кислоты и аденозиндифосфата (дополнительно фосфорилированного по положению 3 в рибозном фрагменте). Аденозиндифосфат (АДФ) рассмотрен в дальнейшем как представитель другой важной группы коферментов - нуклеозидполифосфатов (см. 14.3.1). Пантотеновая кислота образует, с одной стороны, амидную связь с 2-аминоэтанти- олом, а с другой - сложноэфирную связь с остатком АДФ.

По ацилирующей способности все ацилкоферменты А и в том числе ацетилкофермент А, будучи тиоэфирами, занимают «золотую сере- дину» между высокореакционными ангидридами и малоактивными карбоновыми кислотами и сложными эфирами. Их достаточно высокая активность обусловлена, в частности, повышенной стабильностью уходящей группы - аниона CoA-S - - по сравнению с гидроксид- и алкоксид-ионами кислот и сложных эфиров соответственно.

Ацетилкофермент А in vivo является переносчиком ацетильных групп на нуклеофильные субстраты.

Этим путем, например, осуществляется ацетилирование гидроксилсодержащих соединений.

С использованием ацетилкофермента А протекает превращение холина в ацетилхолин, являющегося посредником при передаче нервного возбуждения в нервных тканях (нейромедиатором) (см. 9.2 1).

Кроме этого, можно отметить важное участие в процессах обмена веществ самого кофермента А, функционирующего в качестве тиола. В организме любые карбоновые кислоты активируются путем превращения в реакционноспособные производные - тиоэфиры.

6.2.5. Амиды и гидразиды

Наряду со сложными эфирами важной группой производных кислот являются амиды карбоновых кислот, также широко распростра- ненные в природе. Достаточно упомянуть пептиды и белки, в структуре которых содержатся многочисленные амидные группировки.

В зависимости от степени замещения у атома азота амиды могут быть монозамещенными и дизамещенными (см. 6.2.1).

Амиды образуются при ацилировании аммиака и аминов ангидридами или сложными эфирами.

Амиды обладают самой низкой ацилирующей способностью и гидролизуются намного труднее, чем другие производные кислот. Гидролиз амидов проводится в присутствии кислот или оснований.

Высокая устойчивость амидов к гидролизу объясняется электронным строением амидной группы, во многом сходным со стро- ением карбоксильной группы. Амидная группа представляет собой р,л-сопряженную систему, в которой неподеленная пара электронов атома азота сопряжена с π-электронами связи С=О. Вследствие сильного +M-эффекта аминогруппы частичный положительный заряд на карбонильном атоме углерода амидов меньше, чем у других функциональных производных кислот. В результате связь углерод-азот в амидах имеет частично двойной характер.

Следствием сопряжения является также чрезвычайно низкая основность атома азота амидной группы. Напротив, у амидов появляются слабые кислотные свойства. Следовательно, амиды обладают амфотерными свойствами.

Амидам родственны гидразиды - производные карбоновых кислот, содержащие остаток гидразина H 2 NNH 2. Немало лекарственных

средств являются по своей природе гидразидами, например, противотуберкулезное средство изониазид (см. 13.4.1). Как и амиды, гидразиды подвергаются гидролизу в достаточно жестких условиях с расщеплением связи C-N.

6.2.6. Ангидриды

Ангидриды кислот чаще встречаются in vivo в виде смешанных ангидридов, включающих ацильные остатки разных кислот, причем одна из кислот - неорганическая (чаще всего фосфорная).

Ацилфосфаты являются хорошими переносчиками ацильных групп, поскольку в реакциях нуклеофильного замещения фосфатные группы представляет собой хорошие уходящие группы.

Замещенные ацилфосфаты - метаболиты, с участием которых в организме осуществляется перенос ацильных остатков к гидроксильным, тиольным группам и аминогруппам различных соединений.

6.3. Сульфоновые кислоты

и их функциональные производные

Сульфоновые кислоты RSO 3 H можно рассматривать как производные углеводородов, в которых атом водорода замещен сульфогруппой SO 3 H. Наиболее известны сульфоновые кислоты аромати- ческого ряда; их простейшим представителем является бензолсульфоновая кислота. Подобно серной, сульфоновые кислоты обладают высокой кислотностью.

Сульфоновые кислоты, как и карбоновые кислоты, образуют функциональные производные - соли, эфиры, амиды и т. д.

Большое значение в медицинской практике приобрели N-заме- щенные амиды сульфаниловой (n-аминобензолсульфоновой) кислоты - сульфаниламидные средства (см. 9.3).

Функциональные производные карбоновых кислот. Двухосновные карбоновые кислоты. a , b -Ненасыщенные кислоты

Производные карбоновых кислот

1. Галогенангидриды .

При действии галогенидов фосфора или хлористого тионила происходит образование галогенагидридов:

CH 3 COOH + PCl 5 ® CH 3 COCl + POCl 3 + HCl

Галоген в галогенангидридах обладает большой реакционной способностью. Сильный индукционный эффект определяет легкость замещения галогена другими нуклеофилами: - OH , - OR , - NH 2, - N 3, - CN и др.:

CH 3 COCl + CH 3 COOAg ® (CH 3 CO) 2 O уксусный ангидрид + AgCl

1. Ангидриды.

Ангидриды образуются при взаимодействии солей кислот с их галогенангидридами:

CH 3 COONa + CH 3 COCl ® NaCl + (CH 3 CO ) 2 O

Ангидриды кислот обладают большой химической активностью и являются, как и галогенангидриды, хорошими ацилирующими агентами.

2. Амиды .

Амиды получают через галогенангидриды

CH 3 COCl +2 NH 3 ® CH 3 CONH 2 ацетамид + NH 4 Cl

или из аммонийных солей кислот, при сухой перегонке которых отщепляется вода и образуется амид кислоты. Также амиды кислот образуются как побочный продукт при гидролизе нитрилов. Процессы амидирования имеют важное значение в промышленности для производства ряда ценных соединений (N , N -диметилформамид, диметилацетамид, этаноламиды высших кислот).

4. Нитрилы . Важнейшими представителями нитрилов являются ацетонитрил CH 3 CN (применяется как полярный растворитель) и акрилонитрил CH 2 = CHCN (мономер для получения синтетического волокна нейрона и для производства дивинилнитрильного синтетического каучука, обладающего масло- и бензостойкостью). Основным способом получения нитрилов является дегидратация амидов на кислотных катализаторах:

CH 3 CONH 2 ® CH 3 C - CN + H 2 O

5. Сложные эфиры . Сложные эфиры карбоновых кислот имеют важное практическое значение в качестве растворителей, гидравлических жидкостей, смазочных масел, пластификаторов и мономеров. Их получают этерификацией спиртов кислотами, ангидридами и галогенангидридами или взаимодействием кислот и алкенов:

CH 3 -CH=CH 2 + CH 3 COOH ® CH 3 COOCH(CH 3) 2

Многие эфиры используются в качестве душистых веществ:

Двухосновные насыщенные кислоты

Двухосновные предельные (насыщенные) кислоты имеют общую формулу C n H 2 n (COOH ) 2 . Из них важнейшими являются:

НООС-СООН - щавелевая, этандикарбоновая кислота;

НООС-СН 2 -СООН - малоновая, пропандикарбоновая кислота;

НООС-СН 2 -СН 2 -СООН - янтарная, бутандикарбоновая кислота;

НООС-СН 2 -СН 2 -СН 2 -СООН - глутаровая, пентандикарбоновая кислота.

Способы получения

Общие методы получения двухосновных кислот аналогичны способам получения одноосновных кислот (окисление гликолей, гидролиз динитрилов, синтез Кольбе - см. Лекцию№27).

1. Окисление оксикислот :

OH-CH 2 CH 2 COOH ® HOCCH 2 COOH ® HOOC-CH 2 -COOH

2. Окисление циклоалканов .

Это промышленный способ получения адипиновой кислоты HOOC - CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 - COOH из циклогексана.

Побочно образуются также янтарная и щавелевая кислоты. Адипиновая кислота применяется для синтеза волокна найлон 6,6 и пластификаторов.

Химические свойства

Двухосновные кислоты более сильные, чем одноосновные. Это объясняется взаимным влиянием карбоксильных групп, облегчающих диссоциацию:

В целом реакции дикарбоновых кислот и их монокарбоновых аналогов почти не различаются между собой. Механизм реакций образования диамидов, диэфиров и др. из карбоновых кислот тот же, что и для монокарбоновых кислот. Исключение составляют дикарбоновые кислоты, содержащие меньше четырех атомов углерода между карбоксильными группами. Такие кислоты, две карбоксильные группы которых способны реагировать с одной функциональной группой или друг с другом, обнаруживают необычное поведение в реакциях, протекающих с образованием пяти- или шестичленных замкнутых активированных комплексов или продуктов.

Примером необычного поведения карбоновых кислот могут служить реакции, протекающие при нагревании.

При 150 о С щавелевая кислота разлагается на муравьиную кислоту и СО 2 :

HOOC-COOH ® HCOOH + CO 2

2. Циклодегидратация .

При нагревании g -дикарбоновых кислот, у которых карбоксильные группы разделены атомами углерода, происходит циклодегидратация, в результате чего образуются циклические ангидриды:

3. Синтезы на основе малонового эфира .

Двухосновные кислоты с двумя карбоксильными группами при одном углеродном атоме, т.е. малоновая кислота и ее моно- и дизамещенные гомологи, при нагревании несколько выше их температур плавления разлагаются (подвергаются декарбоксилированию ) с отщеплением одной карбоксильной группы и образованием уксусной кислоты или ее моно- и дизамещенных гомологов:

HOOCCH 2 COOH ® CH 3 COOH + CO 2

HOOCCH(CH 3)COOH ® CH3CH2COOH + CO 2

HOOCC(CH 3) 2 COOH ® (CH3) 2 CHCOOH + CO 2

Атомы водорода метиленовой группы, находящейся между ацильными группами диэтилового эфира малоновой кислоты (малоновый эфир ), обладают кислотными свойствами и дают натриевую соль с этилатом натрия. Эту соль – натрий-малоновый эфир – алкилируют по механизму нуклеофильного замещения S N 2 . На основе натрий-малонового эфира получают одно- и двухосновные кислоты:

- Na + + RBr ® RCH(COOCH 2 CH 3) 2 + 2 H 2 O ®

R-CH(COOH) 2 алкилмалоновая кислота ® R-CH 2 COOH алкилуксусная кислота + CO 2

4. Пиролиз кальциевых и бариевых солей .

При пиролизе кальциевых или бариевых солей адипиновой (С 6 ), пимелиновой (С 7 ) и пробковой (С 8 ) кислот происходит отщепление СО 2 и образуются циклические кетоны:

Непредельные одноосновные карбоновые кислоты

Непредельные одноосновные кислоты этиленового ряда имеют общую формулу C n H 2 n -1 COOH , ацетиленового и диэтиленового рядов - C n H 2 n -3 COOH . Примеры непредельных одноосновных кислот:

Непредельные одноосновные кислоты отличаются от предельных большими константами диссоциации. Ненасыщенные кислоты образуют все обычные производные кислот - соли, ангидриды, галогенангидриды, амиды, сложные эфиры и др. Но за счет кратных связей они вступают в реакции присоединения, окисления и полимеризации.

Благодаря взаимному влиянию карбоксильной группы и кратной связи присоединение галогенводородов к a,b-непредельным кислотам происходит таким образом, что водород направляется к наименее гидрогенизированному атому углерода:

CH 2 = CHCOOH + HBr ® BrCH 2 CH 2 COOH b -бромпропионовая кислота

Этиленовые кислоты типа акриловой кислоты и их эфиры значительно легче подвергаются полимеризации, чем соответствующие углеводороды.

отдельные представители

Акриловую кислоту получают из этилена (через хлоргидрин или оксид этилена), гидролизом акрилонитрила или окислением пропилена, что более эффективно. В технике используются производные акриловой кислоты - ее эфиры, особенно метиловый (метилакрилат ). Метилакрилат легко полимеризуется с образованием прозрачных стекловидных веществ, поэтому его применяют в производстве органического стекла и других ценных полимеров.

Метакриловая кислота и ее эфиры получают в больших масштабах методами, сходными с методами синтеза акриловой кислоты и ее эфиров. Исходным продуктом является ацетон, из которого получают ацетонциангидрин, подвергают дегидратации и омылению с образованием метакриловой кислоты. Этерификацией метиловым спиртом получают метилметакрилат, который при полимеризации или сополимеризации образует стекловидные полимеры (органические стекла) с весьма ценными техническими свойствами.