O kráse země i historie naší

Vítejte na nicotna.osoba.cz Michal Šedivý

Sbírka vlakové pošty

23. Karboxylové sloučeniny a jejich deriváty

 

23. Karboxylové sloučeniny a jejich deriváty


Pro karboxylové kyseliny je charakteristická přítomnost jedné nebo i více jednovazných karboxylových skupin –COOH. Podle jejich počtu se rozlišují kyseliny , monokarbixylové, dikarboxylové, trikarboxylové atd. Karboxylové kyseliny patří mezi nejkyselejší organické sloučeniny. Z jejich karboxylové skupiny se již účinkem vody odštěpuje proton. Vznikající anion je totiž stabilizován delokalizací elektronů, jak to vyjadřují jeho dvě rezonanční struktury.

 

Systematické názvy se tvoří připojením zakončení –ová kyselina. Pokud se uhlíkový atom nezapočítává do řetězce, přidává se k základu zakončení –karboxylová kyselina.

Dobře se rozpouštějí ve vodě, díky tvorbě vodíkových můstků.

Účinkem bází, např. hydroxidů alkalických kovů, se tvoří soli karboxylových kyselin, které se vodou hydrolyzují. Působí-li na ně silné anorganické kyseliny, vytěsňuje se z nich karboxylová kyselina.

RCOOH + NaOH RCOONa + H2O

RCOONa + HCl RCOOH + NaCl

Velmi důležitou reakcí karboxylových kyselin je jejich esterifikace na alkoholy. Rychlost této reakce lze podstatně zvýšit kyselými katalyzátory. Opačný proces je hydrolýza esterů na karboxylové kyseliny a alkoholy. RCOOH + R´OH RCOOR´ + H2O

Prakticky významné jsou změny dikarboxylových kyselin při zahřívání; některé odštěpují oxid uhličitý (dekarboxylují), některé vodu, jiné obojí. HOOCCH2COOH 150C CH3COOH + CO2

kyselina malonová kyselina octová

Kyselina mravenčí, methanová kyselina HCOOH je kapalina o teplotě varu 100C s leptavými účinky, silně čpící, ve vodě, bez omezení rozpustná. Vyrábí se zahříváním oxidu uhelnatého s hydroxidem sodným za tlaku a vytěsněním kyseliny mravenčí ze vyniklého mravenčanu sodného silnou anorganickou kyselinou. Užívá se ke konzervování potravin.

Kyselina octová , ethanová kyselina CH3COOH (l) se vlastnostmi velmi podobá kyselině mravenčí. Vyrábí se oxidací acetaldehydu nebo nižších alkanů. Slouží jako rozpouštědlo a jako acetylační činidlo. Její 5 až 8% vodný roztok je ocet.

Kyselina máselná, butanová kyselina CH3(CH2)COOH (l) nepříjemně zapáchá. Je obsažena například v potu a ve žluklém másle.

Kyselina palmitová CH3(CH2)14COOH (s), stearová CH3(CH2)16COOH (s) a kyselina olejová CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH (l) jsou kyseliny nejčastěji se vyskytující ve formě esterů s glycerolem v tucích a rostlinných olejích.

Kyselina šťavelová (COOH)2 tvoří ve vodě dobře rozpustné krystaly, je jedovatá. Roztokem manganistanu draselného se kvantitativně oxiduje na oxid uhličitý (MnVII se v kyselém prostření redukuje na MnII). 5 (COOH)2 + 2KMnO4 + 3 H2SO4 K2SO4 + 2 MnSO4 + 10 CO2 + 8 H2O

Kyselina adipová HOOC(CH2)4COOH se vyrábí oxidací cyklohexanolu nebo cyklohexanonu. Hlavní použití nalezla při výrobě syntetických vláken.

Kyselina maleinová, cis-butendiová kyselina HOOCCH=CHCOOH (s) se získává katalytickou oxidací benzenu. Používá se k výrobě plastů.

Kyselina benzoová C6H5COOH (s) se vyrábí oxidací toluenu. Užívá se jako konzervační prostředek k výrobě a jako surovina k výrobě mnoha aromatických sloučenin.

Kyselina ftalová, 1,2-benzenkarboxylová kyselina C6H4(COOH)2 (s) se získává katalytickou oxidací naftalenu nebo o-xylenu. Je surovinou při výrobě plastů.

Kyselina tereftalová, 1,4-benzenkarboxylová kyselina C6H4(COOH)2 (s) se získává katalytickou reakcí p-xylenu. Má mimořádný význam pro výrobu syntetických vláken.


Funkční deriváty karboxylových kyselin

Funkční deriváty karboxylových kyselin jsou ty, v nichž je modifikována karboxylová skupina.

Skupina RC=O má obecný název acyl. U prvních dvou monokarboxylových kyselin mají tyto

 

skupiny vžité názvy: HC=O formyl, CH3C=O acetyl.

Mezi nejreaktivnější funkční deriváty karboxylových patří acylchloridy a anhydridy kyselin.



Amidy a nitrily rovněž patří mezi reaktivní funkční deriváty karboxylových kyselin a jsou častými meziprodukty organických syntéz.

Rozlišujeme tři typy amidů. Liší se počtem vodíků v amidové skupině:

R1C=O, R1C=O, R1C=O NH2 NHR2 NR2R3

Amidovou funkční skupinu obsahují mnohé přírodní látky – především peptidy a bílkoviny. Obsahují seskupení atomů CONH, které se nazývá peptidová vazba. Bílkoviny tak můžeme pokládat za přírodní polyamidy.

Skupina atomů CN znáte z anorganické chemie jako skupinu kyanidovou. Je obsažena v kyanovodíku nebo v solích kyanidech. Je-li tato skupina vázána na uhlovodíkový zbytek, patří sloučenina mezi nitrily. Nejužší vztah mají nitrily k amidům: RCN H2O RC=O

NH2

Nitrily jsou většinou kapaliny dobře rozpustné v polárních organických rozpouštědlech. Jsou to vesměs látky s toxickými účinky. Mezi jejich nejvýznamnější reakce patří jejich hydrolýza. Probíhá v přítomnosti kyselého katalyzátoru a vede ke karboxylovým kyselinám. Reakci se říká nitrilová syntéza.

Estery vznikají reakcemi karboxylových kyselin s alkoholy. Lze je též připravovat reakcemi alkoholů s acylhalogenidy. Jsou to většinou kapaliny, které se vodou v přítomnosti kyselin nebo bází hydrolyzují na karboxylové kyseliny nebo jejich soli a na alkoholy. Alkalická hydrolýza esterů se nazývá zmýdelnění (uskutečňuje se působením alkálií, např. NaOH nebo KOH). Název vznikl z toho, že alkalickou hydrolýzou tuků vznikají mýdla. Většina esterů nižších karboxylových kyselin příjemně, obvykle ovocně voní, proto se používají k aromatizování potravin a nápojů.

 

esterifikace:



zmýdelnění (hydrolýza):

CH2OCOR CH2OH

CHOCOR + 3 NaOH CHOH + 3 RCOONa

mýdlo (sodná sůl vyšších mastných

CH2OCOR CH2OH kyselin)

triacylglycerol glycerol


Substituční deriváty karboxylových kyselin

V substitučních derivátech je na rozdíl od funkčních derivátů karboxylových kyselin modifikován jejich uhlíkatý řetězec, a to tak, že obsahuje další funkční skupinu. Příklady:

RCHCOOH RCHCOOH RCHCOOH RCH=O X NH2 OH COOH

halogenkyselina aminokyselina hydroxykyselina ketokyselina

Funkční skupiny mohou být nejen v těsném sousedství karboxylové skupiny (na -uhlíkatém atomu), ale kdekoli na uhlíkatém řetězci R a může jich být několik.

Halogenkyseliny jsou kyselejší než jim odpovídající nesubstituované kyseliny, zvlášť pokud jsou atomy halogenu v blízkosti karboxylové skupiny. Kyselost vzrůstá s rostoucím počtem halogenových atomů v molekule. Patří mezi toxické látky, které se vyznačují leptavými účinky. Připravují se přímou halogenací karboxylových kyselin.

Jsou to látky dobře rozpustné v polárních organických rozpouštědlech a ve vodě.

Aminokyseliny jsou příkladem sloučenin obsahujících v molekulách zásaditou skupinu –NH2 a kyselou skupinu –COOH. V izoelektrickém bodě, který je pro různé aminokyseliny různý, existuje ve vodném roztoku aminokyselina jako vnitřní sůl, takže aminoskupina a karboxylová skupina jsou vzájemně plně „neutralizovány“. Tento bod je charakterizován určitým pH roztoku. Zvýšením pH přechází vnitřní sůl na anion, snížením pH na kation. Aminoskupina je zásaditým centrem molekuly (+), karboxylová skupina je kyselým centrem molekuly (-).

Aminokyseliny, především -aminokyseliny, tedy kyseliny s aminoskupinou na uhlíkovém atomu , mají klíčový význam jako stavební složky bílkovin a jako sloučeniny, podílející se na nejrůznějších metabolických procesech v organismech.

Molekuly aminokyselin vzájemně reagují tak, že z aminoskupiny jedné molekuly a karboxylové skupiny druhé za odštěpení vody seskupení atomů CONH, což je peptidová nebo též aminová vazba. Vzniklá molekula je dipeptid. Dalším navazováním peptidovými vazbami mohou vznikat polypeptidy.

Hydroxykyseliny jsou karboxylové kyseliny, které mají na uhlovodíkovém zbytku jednu nebo více hydroxylových skupin.. Pokud je hydroxylová kyselina v molekule vůči karboxylu vhodně orientována, může dojít k vzájemné reakci za tvorby vnitřního esteru –laktonu. Nesnadněji vznikají laktony pěti- a šesti- členné.

Některé hydroxykyseliny, například kyselina mléčná a kyselina vinná, se vyznačují optickou aktivitou. Jde o roztoky sloučenin, jejichž molekuly nejsou totožné se svým zrcadlovým obrazem. Ty stáčejí rovinu lineárně polarizovaného světla doleva, nebo doprava. Takové optické stereoizomerů se nazývají optické izomery nebo optické antipody. Nejběžnější styl označování je D/L systém. Toto označení nesouvisí se směrem otáčení roviny polarizovaného světla, ale pouze s prostorovým uspořádáním substituentů kolem asymetricky substituovaného uhlíku, který se nazývá chirální centrum. Na chirálním centru jsou vždy navázány čtyři různé ligandy, které tedy mohou měnit své prostorové uspořádání. Zjednodušeně řečeno, se k sobě mají dva optické antipody jako pravá ruka k levé (pouhým otáčením je nelze ztotožnit).

Ketokyseliny mají v molekule kromě karboxylové funkční skupiny ještě karbonylovou skupinu. Ketokyseliny, především kyselina pyrohroznová, mají významnou funkci v biochemických procesech.

 

 

 

 
Made by: MICHAL ŠEDIVÝ studio Lísek 26 Postupice ANNO 2006