Отдельные представители кетонов
Ацетон (диметилкетон, пропанон) Н3С-С(0) – СН3 – простейший представитель группы кетонов. Одним из важнейших источников получения ацетона является сухая перегонка дерева. Ацетон получают также путем сухой перегонки ацетата кальция. Расщепление, аналогичное расщеплению ацетата кальция, претерпевает и свободная уксусная кислота при пропускании ее паров над нагретыми катализаторами (AI2O3, ThO2 и др.).
Эта реакция также применяется в технике для получения ацетона. Важным способом получения ацетона является кумольный. Ацетон получают и биохимическим путем – в результате так называемого ацетонового брожения крахмала, происходящего под влиянием некоторых бактерий.
Ацетон представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом. С водой ацетон смешивается во всех отношениях. Ацетон очень хорошо растворяет ряд органических веществ (например, нитроцеллюлозу, лаки др.), поэтому в больших количествах применяется как растворитель (производство бездымного пороха, искусственного шелка и т. д.).
Ацетон – исходный продукт для получения ряда лекарственных веществ, например йодоформа. При действии на ацетон хлором или иодом в щелочной среде происходит галогенирование ацетона:
Образующийся трииодацетон под влиянием щелочи чрезвычайно легко расщепляется с образованием йодоформа и соли уксусной кислоты.
Этой реакцией часто пользуются для открытия ацетона, учитывая, однако, что в тех же условиях йодоформ образуется также из этилового спирта, уксусного альдегида и некоторых других веществ. Качественной цветной реакцией на ацетон является реакция с нитропруссидом натрия Na2[Fe(CN)5(NO)], дающим с ацетоном интенсивное винно-красное окрашивание.
Ацетон появляется в моче в тяжелых случаях диабета – сахарной болезни. Моча при этом приобретает запах ацетона, напоминающий фруктовый запах. Для открытия ацетона в моче пользуются реакцией образования йодоформа (проба Либена) и реакцией окрашивания с нитропруссидом натрия (проба Легаля).
Моногалогенозамещенные ацетона – бромацетон и хлор ацетон (СlН2С—С(O) – СН3) – являются слезоточивыми боевыми отравляющими веществами (лакри-маторами).
Диацетил (Н3С—С(O) – С(O) – СН3) – простейший представитель дикетонов. Это жидкость желтого цвета. Обладает сильным запахом сливочного масла и содержится в нем, обусловливая его запах; применяется для придания приятного запаха маргарину.
Камфара является кетоном, по углеродному скелету близкому терпенам. Камфара представляет собой кристаллическое вещество с характерным запахом и своеобразным жгучим и горьким вкусом; очень летуча и может быть очищена возгонкой. В воде камфара не растворяется, но легко растворима в органических растворителях.
Наиболее часто камфара применяется в качестве сердечного средства.
Хиноны
Хинонами называются шестичленные циклические дикетоны с двумя двойными связями.
Наибольшее практическое значение из них имеет парахинон, получаемый окислением гидрохинона или анилина. Парахинон – исходный продукт при синтезе гидрохинона. Характерное для хинона расположение двойных связей обусловливает окраску ряда соединений.
Нафтохиноны – производные нафталина, содержащие хиноидное ядро. Наибольшее значение имеет 1,4-нафтохинон, который можно получить при окислении нафталина.
По ряду своих свойств 1,4-нафтохинон сходен с п-бензохиноном. Он кристаллизуется в виде желтых игл, летуч, обладает острым раздражающим запахом.
Ядро 1,4-нафтохинона лежит в основе витамина К, или антигеморрагического витамина (препятствующего появлению кровоизлияний). Витамин К представляет собой 2-метил-3-фитил-1,4-нафтохинон. Витамин К содержится в зеленых травах, листьях, овощах. Представляет собой желтое масло, нерастворимое в воде; перегоняется в высоком вакууме.
Оказалось, что фитильная группа (остаток ненасыщенного спирта фитола) не является обязательной для проявления антигеморрагического действия. Таким действием обладает ряд других производных 1,4-нафтохинона, например 2-метил-1,4-нафтохинон, легко получающийся синтетически и успешно применяющийся вместо витамина К – обычно в виде растворимых в воде производных.
Некоторые производные хинонов играют важную роль в промежуточных процессах биологического окисления.
Антрахиноны – производные антрацена, содержащие хиноидное ядро. Антрахинон можно легко получить при окислении антрацена азотной кислотой или хромовой смесью. При этом в молекуле образуются две кето-группы и среднее кольцо приобретает строение хинона. Антрахинон представляет собой кристаллическое вещество желтого цвета, в отличие от обычных хинонов довольно стойкое к ряду химических воздействий, в частности к окислению.
Антрагидрохинон является промежуточным продуктом при восстановлении антрахинона в антрацен. Ан-трагидрохинон в свободном виде представляет собой кристаллы коричневого цвета. Имея два фенольных гидроксила, антрагидрохинон растворяется в щелочах; образующееся вещество типа фенолята обладает ярко-красным цветом. Антрахинон способен броми-роваться, нитроваться и сульфироваться.
Ализарин представляет собой 1,2-диоксиантрахинон.
Эмодины. В медицинской практике в качестве слабительных средств часто пользуются препаратами (настойками, отварами и т. д.) из алоэ, ревеня, крушины, листьев сенны и т. д. Действующими веществами этих растений, как оказалось, являются производные антрахинона, а именно – замещенные ди– и триокси-антрахинонов, содержащиеся в растениях частью в свободном виде, частью в виде эфиров и гликози-дов. Эти производные ди– и триоксиантрахинонов часто объединяют в группу эмодинов. Примером эмодинов может служить франгулоэмодин, являющийся 3-метил-1,6,8-триоксиантрахиноном. Франгулоэмо-дин содержится в крушине (Frangula).
Углеводороды
Углеводы широко распространены в природе и играют очень большую роль в жизни человека. Они входят в состав пищи, причем обычно потребность человека в энергии покрывается при питании в большей части именно за счет углеводов.
Исключительно важное значение этой группы соединений стало особенно ясным в последние годы. Так, нуклеиновые кислоты, необходимые для биосинтеза белков и для передачи наследственных свойств, построены из производных углеводов – нуклеотидов. Многие углеводы играют важную роль в процессах, препятствующих свертыванию крови, проникновению болезнетворных микроорганизмов в макроорганизмы, в укреплении иммунитета и т. д. Производные углеводов имеют большое значение в процессе фотосинтеза.
Некоторые виды углеводов входят в состав оболочек растительных клеток и играют механическую, опорную роль. Из углеводов этого типа путем химической обработки человек приготовляет ткани (искусственный шелк), взрывчатые вещества (нитроклетчатку) и т. д.
Многие углеводы и их производные являются медицинскими препаратами.
Название веществ «углеводы» появилось на основании данных анализа первых известных представителей этой группы соединений, вещества этой группы состоят из углерода, водорода и кислорода, причем соотношение чисел атомов водорода и кислорода в них такое же, как в воде, т. е. на каждые два атома водорода приходится один атом кислорода. Иногда применяют и более новое название – глициды; приведенная общая формула углеводов Cm(H2nO)n остается справедливой для подавляющего большинства представителей.
Большой класс углеводов делится на две группы: простые и сложные.
Простыми углеводами (моносахаридами или моно-зами) называются углеводы, которые не способны ги-дролизоваться с образованием более простых углеводов. Большинство этих веществ имеет состав, соответствующий общей формуле Сn(Н2nО)n т. е. у них число атомов углерода равно числу атомов кислорода.
Сложными углеводами (полисахаридами, или по-лиозами) называют такие углеводы, которые способны гидролизоваться с образованием простых углеводов. Большинство этих веществ имеет состав, соответствующий общей формуле CmH2nOn, т. е. у них число атомов углерода не равно числу атомов кислорода.
Особенно сложное строение имеют углеводсодер-жащие биополимеры – гликопротеины, гликолипиды и другие выполняющие в организме наиболее сложные функции.