Фенольные кислоты что это
Лекция №24: «Фенолокислоты»
Лекция №24: «Фенолокислоты».
Фенолокислоты — это ароматические оксикислоты, содержащие одну или несколько гидроксильных групп, связанных непосредственно с ароматическим ядром.
Известны все три (о-, м- и n-) монооксибензойные кислоты (о-изомер — салициловая кислота); диоксикислоты (например, 3, 4-диоксибензойная, так называемая протокатеховая кислота); триоксикислоты (например, 3, 4, 5-триоксибензойная, так называемая галловая кислота); окситолуиловые (например, 4, 6-диокси-о-толуиловая, так называемая орселлиновая кислота) и другие.
Многие фенолокислоты содержатся в растениях как в свободном состоянии, так и в виде солей, сложных эфиров и других производных.
Изомерия фенолокислот обусловлена взаимным расположением OH и COOH групп в бензольном кольце.
В названиях фенолокислот по заместительной номенклатуре за родоначальную структуру правилами ИЮПАК принята бензойная кислота, наличие OH группы отражается префиксом гидроокси-
2 – гидроокси 3 – гидроокси 4 – гидроокси 3,4,5 – тригидро
бензойная кислота бензойная кислота бензойная кислота оксибензойная кислота
Для многих фенолокислот употребляют названия салициловая, галловая и др.
Фенолокислоты очень распространены в природе, поэтому их можно извлечь из природного сырья: боярышника кроваво-красного, рябины черноплодной, прополиса. Например, галловую кислоту получают гидролизом танина — сложного природного эфирообразно построенного вещества.
Нередко для получения фенолокислот применяют синтетические способы. При синтетических способах получения фенолокислот обычно исходят или из фенолов и их производных, вводя в их молекулу карбоксильную группу, или из ароматических кислот, вводя в их молекулу фенольный гидроксил.
Фенолок-ты чаще всего получают прямым карбоксилированием фенолов, т.е. непосредственным введением –СООН группы. При нагревании сухого порошка фенолята натрия с СО2 под давлением при 120—140 °С молекула СО2 внедряется в молекулу фенолята в орто-положение по отношению к фенольной группе. Образующийся фенолят салициловой кислоты тотчас изомеризуется в натриевую соль салициловой кислоты. Свободная карбоксильная группа фенолята салициловой кислоты обладает гораздо более сильными кислотными свойствами, чем фенольный гидроксил, а поэтому она действует на замещенную фенольную группу, в результате чего образуется соль салициловой кислоты. Полученную соль салициловой кислоты разлагают серной кислотой и получают салициловую кислоту:
Химические свойства фенолокислот являются сочетанием свойств ароматических кислот и фенолов. Фенолокислоты являются сильными к-тами, их кислотные свойства обусловленны наличием карбоксильной COOH, так и OH.
Повышенная кислотность салициловой кислоты объясняется тем, что ее анион дополнительно стабилизируется внутримолекулярной водородной связью, возможность образования которой обусловлена о^шо-положением функциональных групп.
Реакции карбоксильной группы (нуклеофильное замещение).
Реакции фенольной гидроксильной группы.
Ацетилсалициловая к-та как сложный эфир способна гидролизоваться в кислой и щелочной средах. Поэтому следует учитывать условия хранения, которые должны исключать ее контакт с влагой.
При декарбоксилировании протокатеховая кислота превращается в пирокатехин, орселлиновая — в орсин. Галловая кислота также легко декарбоксилируется с образованием трехатомного фенола пирогаллола.
Реакции по бензольному кольцу. Фенолокислоты вступают в р-ции SЕ по бензольному кольцу. При бромировании, нитровании, сульфировании салициловой к-ты заместители поступают в орто- и пара- положения по отношению к –ОН группе и в мета- положение по отношению –СООН гр., т.о. действие двух функциональных групп согласованное.
Ацети-салициловая икслота в эту реакцию не вступает
5. Применение в медицине фенолокислот и их эфиров: салициловая кислота, ацетилсалициловая кислота и фенилсалицилат
Салициловая кислота — твердое кристаллическое вещество. Соли и эфиры салициловой кислоты — салицилаты. Впервые была добыта с эфиров, содержащихся в тканях некоторых растений
Салициловая кислота-антисептик, входит в состав мазей, паст, присыпок и р-ров для лечения кожных заболеваний (напр., «салициловый спирт», представляющий собой р-р салициловой кислоты в этаноле, паста Лассара, мозольная жидкость и др.). Салициловую кислоту применяют также в качестве консерванта нек-рых пищ. продуктов, полупродукта в синтезе красителей и фунгицидов.
Её соли и эфиры широко используют в медицине и ветеринарии как лекарственные препараты.
Салицилат натрия — соль салициловой кислоты, белый кристаллический порошок или мелкие чешуйки без запаха, сладковато-соленого вкуса. Очень легко растворим в воде (1:1) и органических растворителях.
Применяется в качестве болеутоляющего и жаропонижающего средства.
Слово «аспирин» произошло от слов ацетил + спираевая кислота, старое название салициловой кислоты.
Применяется как жаропонижающее и болеутоляющее средство при невралгии, головных болях, при гриппе в смеси с другими препаратами.
Применяют наружно в качестве обезболивающего и противовоспалительного средства и в смеси с хлороформом, скипидаром, жирными маслами для втирания при суставном и мышечном ревматизме, артритах.
Фенилсалицилат применяется внутрь в порошках и таблетках при заболеваниях кишечника.
Впервые он был получен М В. Ненцким в 1886 г. Учитывая раздражающее действие салициловой кислоты, он стремился найти такой препарат, который бы, сохраняя антисептические свойства фенола,не обладал ядовитым свойством фенола и раздражающим действием кислоты. С этой целью он заблокировал карбоксильную группу в салициловой кислоте и получил эфир ее с фенолом. Исследования показали, что фенилсалицилат, проходя через желудок, не изменяется, а в щелочной среде кишечника омыляется с образованием натриевых солей салициловой кисты и фенола, которые и оказывают лечебное действие.
К этой группе дифункциональных соединений относятся кислоты, содержащие в своем составе карбонильную и карбоксильную группы:
Эти кислоты являются продуктами метаболизма живого организма. Также существуют и синтетические способы получения этих соединений. Получается окислением, напр. азотной к-той, этиленгликоля или гликолевой к-ты, а также восстановлением щавелевой к-ты на ртутном катоде.
Полный гид по полифенолам
Научные исследования XX века показали, что одна из причин, по которым растительная пища полезна для организма человека — присутствие в ней полифенолов.
Сегодня мы расскажем, что это, в каких продуктах встречаются полифенолы, и в чем их польза.
Полифенолы — класс органических соединений, которые обладают антиоксидантными свойствами и входят в состав большинства растений.
Из-за большого разнообразия полифенолов и растений, в которых они содержатся, эти соединения разделяют в зависимости от источника происхождения, функции полифенолов и их химической структуры. Основные из них — флавоноиды, фенольные кислоты, стильбены и лигнаны.
Насчитывается более 8000 разновидностей полифенолов.
Полифенолы — вторичные метаболиты растений или органические соединения, синтезируемые ими. Вторичными их называют, потому что они не участвуют в росте, развитии или репродукции растения. Их роль — защита от ультрафиолетового излучения и влияния патогенов. Полифенолы также отвечают за цвет, вкус, запах и степень окисления продуктов растительного происхождения.
Окисление — естественный процесс взаимодействия клеток с кислородом. Когда организм человека использует кислород для выработки энергии, образуются свободные радикалы. Это активные формы кислорода, которые участвуют в клеточных реакциях и работе иммунитета, но при высокой концентрации токсичны.
7 полезных и простых привычек для здоровья кишечника
Для нейтрализации свободных радикалов организму нужны антиоксиданты, которые мы в основном получаем из еды. Вы можете помочь организму лучше справляться с этой задачей путем добавления в рацион полифенолов, которые обладают антиоксидантными свойствами.
Влияние полифенолов на здоровье
Благодаря антиоксидантным свойствам полифенолы могут ограничивать окислительное повреждение, связанное со старением и дегенеративными заболеваниями. Это означает, что риск развития заболеваний, которые чаще встречаются с возрастом — рака, сердечно-сосудистых заболеваний и диабета 2 типа, можно снизить с помощью богатого полифенолами питания.
Photo by Anna Pelzer / Unsplash
Сердечно-сосудистые заболевания
Одна из причин сердечно-сосудистых заболеваний — повышенный уровень липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), или «плохого» холестерина. Большое количество ЛПНП, циркулирующего в крови, может привести к атеросклерозу — появлению жировых отложений (бляшек) на внутренних стенках артерий и сужению их просвета с повышением риска возникновения тромбов.
Когда активность свободных радикалов выходит из-под контроля, они влияют на уровень ЛПНП. Это вызывает каскад воспалительных реакций, приводящих к атеросклерозу. Полифенолы с их антиоксидантным действием могут помочь замедлить прогрессирование атеросклероза.
Некоторые ученые предполагают, что регулярное употребление растительных продуктов с высоким содержанием полифенолов, особенно флавоноидов, может снижать риск образования тромбов и бляшек, уменьшать воспаление, снижать кровяное давление и риск сердечных приступов.
Продукты, богатые полифенолами, которые помогают управлять рисками развития сердечно-сосудистых заболеваний:
Сахарный диабет 2 типа
Что за болезнь: сахарный диабет. Часть 1
При снижении чувствительности к инсулину глюкоза не может попасть в клетки и циркулирует в крови, а организм не получает достаточно энергии. Инсулин при этом синтезируется в нормальных и даже повышенных количествах, истощая клетки поджелудочной железы.
Исследования показывают, что полифенолы помогают в профилактике и борьбе с сахарным диабетом 2 типа. Например, ресвератрол, кверцетин, катехины и антоцианы улучшают метаболизм глюкозы и липидов (жиров). Также эти полифенолы могут влиять на уровень глюкозы в крови, например, стимулируя ее поглощение тканями, повышая при этом чувствительность к инсулину.
Photo by Ismael Trevino / Unsplash
Мета-анализ восьми научных исследований показал, что увеличение в рационе количества продуктов с большим содержанием полифенолов на 300 миллиграмм в день снижает риски развития сахарного диабета 2 типа.
Особое внимание в борьбе с сахарным диабетом 2 типа ученые уделяют какао, кофе, чернике, оливковому маслу, прополису, красному вину, горькому шоколаду.
Злокачественные опухоли
Злокачественная опухоль характеризуется появлением клеток, которые бесконтрольно делятся и обладают способностью проникать в здоровые ткани организма и разрушать их.
Ученые связывают начало и прогрессирование рака с окислительным стрессом. Этот процесс может увеличивать количество повреждений ДНК и приводить к потере контроля над делением клеток. Исследования показали, что окислительный стресс, не контролируемый антиоксидантами, увеличивает риск развития саркомы, меланомы и рака груди, легких, печени и предстательной железы.
Photo by Arseniy Kapran / Unsplash
Благодаря противовоспалительному и антиоксидантному действию полифенолы участвуют в регулировании биологических процессов, связанных с развитием рака. Они могут остановить рост опухолевых клеток или даже заставить их уничтожать себя — этот процесс называется апоптоз.
Регулярное употребление овощей и фруктов ассоциируется со снижением рисков развития раковых заболеваний.
К полифенолам, которые оказывают положительное влияние на управление рисками развития раковых заболеваний, относятся полифенолы в кофе, флавоноиды в зеленом чае, цитрусовых, зеленых листовых овощах, продуктах из сои, а также фенольные кислоты в моркови и цельнозерновых продуктах.
Ожирение
Ожирение — хроническое многофакторное заболевание, на которое влияют питание, образ жизни и генетические факторы. Одна из причин ожирения — энергетический дисбаланс, при котором количество употребляемых калорий превышает количество расходуемой энергии. Это приводит к избыточному росту адипоцитов — основных клеток жировой ткани.
Адипоциты выделяют гормоны жировой ткани адипокины, которые бывают про- и противовоспалительными. При энергетическом дисбалансе увеличивается количество провоспалительных адипокинов, которые вызывают системное воспаление. Это может стать причиной развития сахарного диабета 2 типа.
Photo by Louis Hansel @shotsoflouis / Unsplash
Исследования на животных показывают, что употребление продуктов, содержащих полифенолы, помогает в профилактике и борьбе с ожирением. Ученые предполагают, что полифенолы подавляют активность клеток жировой ткани, отвечающих за воспаление.
Среди полифенолов, которые могут помогать в борьбе с ожирением, — катехины в зеленом чае, ресвератрол в красном вине и винограде, куркумин в куркуме, антоцианы в голубике.
Здоровье микробиоты
Основной источник питания микробиоты кишечника — пища растительного происхождения. Полифенолы в ее составе — одно из любимых лакомств для полезных бактерий, благодаря которому они размножаются.
До 95% полифенолов, которые вы едите, попадают в непереваренном виде в толстую кишку, где их расщепляют бактерии кишечника.
Полифенолы — пребиотики, которые увеличивают рост полезных Bifidobacterium и Lactobacillus, которые в свою очередь предотвращают размножение «плохих» бактерий.
Результаты некоторых исследований позволяют предположить, что благодаря антиоксидантным свойствам, полифенолы могут быть использованы при лечении некоторых заболеваний ЖКТ, например, синдрома раздраженного кишечника.
Еще один вид бактерий, на которые влияют полифенолы — Akkermansia muciniphila. Этот микроорганизм населяет внутреннюю поверхность стенок кишечника и помогает производить защитный слизистый слой. Полифенолы стимулируют размножение этих бактерий. А чем выше их представленность, тем выше защита от развития язвенного колита, болезни Крона и сахарного диабета 2 типа.
С помощью Теста микробиоты Атлас можно узнать уровень разнообразия бактерий, и насколько хорошо они справляются с защитными функциями. Используйте промокод blog10, чтобы получить скидку 10% при заказе.
Сложно представить, как микробиота кишечника может быть связана с работой мозга и психическим здоровьем. Однако между желудочно-кишечным трактом и центральной нервной системой существует прямая связь.
Мозг и эмоции влияют на микробиоту и состав бактерий. Например, сильный стресс может привести к дисбиозу — нарушению бактериального баланса в кишечнике. А микробиота кишечника может воздействовать на нервную, гормональную и иммунную системы.
Несмотря на все преимущества полифенолов, необходимо помнить, что на здоровье влияет не только питание, но и образ жизни. Даже если рацион богат полифенолами, но при этом вы курите, злоупотребляете алкоголем и ведете малоподвижный образ жизни, то одно лишь правильное питание не сможет защитить вас от рисков развития хронических и многофакторных заболеваний.
В каких продуктах содержатся полифенолы
Эти соединения присутствуют во многих продуктах и некоторых напитках растительного происхождения. Антоцианы, например, отвечают за яркие цвета фруктов, ягод и овощей, а также за их вкус и аромат.
Цветовой спектр антоцианов — оранжевый, красный, синий и фиолетовый, чему обязаны своими оттенками сладкий картофель, клубника, черника и вишня. А флавоноиды и флавонолы придают терпкий вкус и аромат красному вину, кофе, орехам и темному шоколаду.
Содержание полифенолов в продуктах зависит не только от вида растения, но и от того, где и в каких условиях его выращивали, как хранили, обрабатывали и готовили. Основные источники полифенолов: фрукты, овощи, цельнозерновые продукты, орехи, семена и бобовые, масла, специи, а также некоторые напитки.
| Тип полифенола | Продукты и напитки |
|---|---|
| Флавоноиды | Репчатый лук, капуста кудрявая, лук-порей, брокколи, черника, яблоки, цитрусовые, какао, красное вино |
| Фенольные кислоты | Голубика, манго, черная и красная смородина, вишня, киви, баклажан, чай, кофе |
| Стильбены | Красное вино, виноград, арахис, голубика, клюква, клубника |
| Лигнаны | Льняное семя, кешью, арахис, семена подсолнечника, бразильский орех, соя, фасоль |
Всемирная Организация Здравоохранения рекомендует есть не менее 400 грамм или пять порций овощей и фруктов в день. Однако важно не только количество растительных продуктов, но и их разнообразие. Чем больше разных овощей, фруктов, злаков и бобов мы едим, тем выше вероятность, что мы получаем все необходимые витамины, минералы, типы клетчатки и полифенолы.
Видео о пользе разных витаминовОдин из наиболее надежных способов разнообразить свой рацион растительными продуктами — готовить самостоятельно. Как правило, в ресторанах, кафе и магазинах больше заботятся о вкусе еды, чем о ее пищевой ценности и пользе. Даже простые блюда на скорую руку, но приготовленные из разноцветных овощей и фруктов, которые вам нравятся, добавят в ваш рацион полезные вещества, в том числе полифенолы.
В таблице ниже мы собрали продукты в зависимости от их цвета, каждый из которых имеет разную пользу для здоровья. Это поможет добавить каждый цвет в ежедневный рацион, чтобы организм получал полифенолы, необходимые для снижения риска хронических заболеваний и для поддержания здоровья кишечника.
| Цвет | Продукт | Польза |
|---|---|---|
| Красный | Яблоки вишня, красная смородина, малина, клубника, помидоры, красный лук | Защита от воспаления, антиоксидантное действие |
| Желтый | Лимоны, золотые вкусные яблоки, бананы, желтый лук, желтый болгарский перец | Защита от язвы желудка, регуляция уровня сахара в крови |
| Оранжевый | Абрикосы, апельсины, персики, морковь, красные апельсины, нектарины, куркума | Защита от воспаления, антиоксидантное действие, защита сердечно-сосудистой системы |
| Зеленый | Шпинат, швейцарский мангольд, зеленый чай, оливки, сельдерей, спаржа, зеленые яблоки | Защита от воспаления, антиоксидантное действие, защита сердечно-сосудистой системы |
| Синий | Черника, виноград, ежевика, чернослив, изюм, сливы | Антиоксидантная активность, профилактика рака, снижает уровень холестерина, улучшает настроение и когнитивные функции |
Вопреки распространенному мнению о том, что термическая обработка негативно влияет на пользу продуктов питания, некоторые исследования говорят об обратном. Варка, приготовление на пару или обжарка некоторых овощей и фруктов увеличивают их антиоксидантные свойства. Например, приготовление на пару капусты кейл увеличивает количество фенольных соединений, в то время как краснокочанная капуста при таком методе приготовления теряет антиоксиданты.
Но разбираться в методе приготовления каждого продукта может показаться слишком сложным. Начните с того, чтобы в вашем рационе присутствовала разнообразная еда, и сочетайте свежие продукты с приготовленными — так вы увеличите количество разнообразных нутриентов.
Фенолы
Гидроксисоединения – это органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.
Гидроксисоединения делят на спирты и фенолы.
| Спирты – это гидроксисоединения, в которых группа ОН соединена с алифатическим углеводородным радикалом R-OH. Если гидроксогруппа ОН соединена с бензольным кольцом, то вещество относится к фенолам. |
Общая формула предельных нециклических спиртов: CnH2n+2Om, где m ≤ n.
Классификация фенолов
По числу гидроксильных групп:
| Соединения, в которых группа ОН отделена от бензольного кольца углеродными атомами – это не фенолы, а ароматические спирты: |
Строение фенолов
В фенолах одна из неподеленных электронных пар кислорода участвует в сопряжении с π–системой бензольного кольца, это является главной причиной отличия свойств фенола от спиртов.
Химические свойства фенолов
Сходство: как фенол, так и спирты реагируют с щелочными металлами с выделением водорода.
Отличия:
1. Кислотные свойства фенолов
| Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты и вода, т. к. за счет участия неподеленной электронной пары кислорода в сопряжении с π-электронной системой бензольного кольца полярность связи О–Н увеличивается. |
Раствор фенола в воде называют «карболовой кислотой», он является слабым электролитом.
1.1. Взаимодействие с раствором щелочей
В отличие от спиртов, фенолы реагируют с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов, образуя соли – феноляты.
| Например, фенол реагирует с гидроксидом натрия с образованием фенолята натрия |
Так как фенол – более слабая кислота, чем соляная и даже угольная, его можно получить из фенолята, вытесняя соляной или угольной кислотой:
1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)
Фенолы взаимодействуют с активными металлами (щелочными и щелочноземельными). При этом образуются феноляты. При взаимодействии с металлами фенолы ведут себя, как кислоты.
2. Реакции фенола по бензольному кольцу
| Наличие ОН-группы в бензольном кольце (ориентант первого рода) приводит к тому, что фенол гораздо легче бензола вступает в реакции замещения в ароматическом кольце. |
2.1. Галогенирование
| Фенол легко при комнатной температуре (без всякого катализатора) взаимодействует с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-трибромфенола (качественная реакция на фенол). |
2.2. Нитрование
Под действием 20% азотной кислоты HNO3 фенол легко превращается в смесь орто- и пара-нитрофенолов.
| Например, при нитровании фенола избытком концентрированной HNO3 образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота): |
3. Поликонденсация фенола с формальдегидом
С формальдегидом фенол образует фенолоформальдегидные смолы.
4. Взаимодействие с хлоридом железа (III)
При взаимодействии фенола с хлоридом железа (III) образуются комплексные соединения железа, которые окрашивают раствор в сине-фиолетовый цвет. Это качественная реакция на фенол.
5. Гидрирование (восстановление) фенола
Присоединение водорода к ароматическому кольцу.
Продукт реакции – циклогексанол, вторичный циклический спирт.
Получение фенолов
1. Взаимодействие хлорбензола с щелочами
При взаимодействии обработке хлорбензола избытком щелочи при высокой температуре и давлении образуется водный раствор фенолята натрия.
При пропускании углекислого газа (или другой более сильной кислоты) через раствор фенолята образуется фенол.
2. Кумольный способ
Фенол в промышленности получают из каталитическим окислением кумола.
Первый этап процесса – получение кумола алкилированием бензола пропеном в присутствии фосфорной кислоты:
Второй этап – окисление кумола кислородом. Процесс протекает через образование гидропероксида изопропилбензола:
Суммарное уравнение реакции:
3. Замещение сульфогруппы в бензол-сульфокислоте
Бензол-сульфокислота реагирует с гидроксидом натрия с образованием фенолята натрия:
Получается фенолят натрия, из которого затем выделяют фенол: