Karboxylové kyseliny a jejich deriváty Carboxylic acids and their derivatives. Tisková verze Print version Prezentace Presentation

Karboxylové kyseliny a jejich deriváty Carboxylic acids and their derivatives Tomáš Kučera 2010 Tisková verze

Print version

Prezentace

Presentation

Karboxylové kyseliny a jejich deriváty


Slide 1a


Slide 1b

Karboxylové kyseliny a jejich deriváty • biochemicky velmi významné látky, účastní se většiny životních funkcí


Slide 1c

Karboxylové kyseliny a jejich deriváty • biochemicky velmi významné látky, účastní se většiny životních funkcí • energetický metabolismus


Slide 1d

Karboxylové kyseliny a jejich deriváty • biochemicky velmi významné látky, účastní se většiny životních funkcí • energetický metabolismus • regulační mechanismy


Slide 1e

Karboxylové kyseliny a jejich deriváty • biochemicky velmi významné látky, účastní se většiny životních funkcí • energetický metabolismus • regulační mechanismy • výstavba struktur organismu


Karboxylové kyseliny

Slide 2a


Slide 2b

Karboxylové kyseliny • organické sloučeniny s jednou nebo více karboxylovými skupinami –COOH (R–COOH)


Slide 2c

Karboxylové kyseliny • organické sloučeniny s jednou nebo více karboxylovými skupinami –COOH (R–COOH) • produkty oxidace aldehydů


Slide 2d

Karboxylové kyseliny • organické sloučeniny s jednou nebo více karboxylovými skupinami –COOH (R–COOH) • produkty oxidace aldehydů • R–CH3 −→ R–CH2OH −→ R–CH=O −→ R–COOH


Slide 2e


• karboxyl ⇒ vlastnosti kyseliny (disociace H+ ⇒ tvorba solí – reakce s hydroxidy, alkoholáty, uhličitany)


Slide 2f




Slide 2g




Slide 3a


• poměrně slabé kyseliny (zvláště v porovnání s minerálními)


Slide 3b


• poměrně slabé kyseliny (zvláště v porovnání s minerálními) • kyselina mravenčí, nejsilnější karboxylová kyselina (HCOOH), má pKA = 3, 75


Slide 3c


• poměrně slabé kyseliny (zvláště v porovnání s minerálními) • kyselina mravenčí, nejsilnější karboxylová kyselina (HCOOH), má pKA = 3, 75 • pKA kyseliny sírové je −3,0


Slide 3d



• kyselina octová: [H+][CH3COO−] KA = = 1, 8 ⋅ 10−5mol/l ⇒ pKA = 4, 74 [CH3COOH]


Slide 3e




• Při disociaci se odštěpuje proton z karboxylové skupiny a vzniká karboxylátový anion: R − COOH + OH

−

−→ R − COO + H2O −


Slide 3f




• Při disociaci se odštěpuje proton z karboxylové skupiny a vzniká karboxylátový anion: R − COOH + OH

• tvorba dimerů

−

−→ R − COO + H2O −


Slide 4a


• Kyselost a rozpustnost ve vodě klesají s velikostí molekuly


Slide 4b


• Kyselost a rozpustnost ve vodě klesají s velikostí molekuly • např. s délkou uhlíkatého řetězce – negativní korelace mezi počtem uhlíků a kyselostí i rozpustností


Slide 4c


• Kyselost a rozpustnost ve vodě klesají s velikostí molekuly • např. s délkou uhlíkatého řetězce – negativní korelace mezi počtem uhlíků a kyselostí i rozpustností • mravenčí, octová a propionová – neomezeně rozpustné


Slide 4d


• Kyselost a rozpustnost ve vodě klesají s velikostí molekuly • např. s délkou uhlíkatého řetězce – negativní korelace mezi počtem uhlíků a kyselostí i rozpustností • mravenčí, octová a propionová – neomezeně rozpustné • vyšší mastné kyseliny – nerozpustné


Názvosloví

Slide 5a


Názvosloví • –COOH je skupina s nejvyšší prioritou

Slide 5b


Názvosloví • –COOH je skupina s nejvyšší prioritou • Triviální názvy – velmi často používané

Slide 5c


Názvosloví • –COOH je skupina s nejvyšší prioritou • Triviální názvy – velmi často používané • Systematické názvy – univerzální

Slide 5d


Názvosloví • –COOH je skupina s nejvyšší prioritou • Triviální názvy – velmi často používané • Systematické názvy – univerzální • 1. kyselina uhlovodíková

Slide 5e


Názvosloví • –COOH je skupina s nejvyšší prioritou • Triviální názvy – velmi často používané • Systematické názvy – univerzální • 1. kyselina uhlovodíková • • • •

kyselina heptanová (enanthová): CH3–(CH2)5–COOH kyselina dekanová (kaprinová): CH3–(CH2)8–COOH kyselina 2-hexenová: CH3–(CH2)2CH=CH–COOH kyselina 2,4-pentadienová: CH2=CH–CH=CH–COOH

Slide 5f




• 2. kyselina uhlovodíkkarboxylová

• „uhlovodík“ se zde počítá bez karboxylů

Slide 5g


Slide 5h





• 3. kyselina karboxy〈x〉yl〈y〉ová • 〈x〉 = karboxylovaný zbytek mimo hl. řetězec, 〈y〉 = uhlovodík dle (1)


Slide 6a

Názvosloví

Alifatické nasycené monokarboxylové kyseliny Počet C Triviální název 1 kyselina mravenčí

Systematický název kyselina methanová

Latinský název acidum formicum

Aniont formiát

acidum aceticum

Vzorec HCOOH CH3COOH

2

kyselina octová

kyselina ethanová

3

kyselina propionová

kyselina propanová

acidum propionicum

CH3CH2COOH

propionát

4

kyselina máselná

kyselina butanová

acidum butyricum

CH3(CH2)2COOH

butyrát

5

kyselina valerová

kyselina pentanová

acidum valericum

CH3(CH2)3COOH

valerát

6

kyselina kapronová

kyselina hexanová

acidum capronicum

CH3(CH2)4COOH

kapronát

7

kyselina enanthová

kyselina heptanová

acidum enanthicum

CH3(CH2)5COOH

enanthát

8

kyselina kaprylová

kyselina oktanová

acidum caprylicum

CH3(CH2)6COOH

kaprylát

9

kyselina pelargonová

kyselina nonanová

10

kyselina kaprinová

kyselina dekanová

acidum pelargonicum CH3(CH2)7COOH CH3(CH2)8COOH acidum caprinicum

12

kyselina laurová

kyselina dodekanová

acidum lauricum

CH3(CH2)10COOH

laurát

14

kyselina myristová

kyselina tetradekanová

acidum myristicum

CH3(CH2)12COOH

myristát

16

kyselina palmitová

kyselina hexadekanová

acidum palmiticum

CH3(CH2)14COOH

palmitát

18

kyselina stearová

kyselina oktadekanová

acidum stearicum

CH3(CH2)16COOH

stearát

20

kyselina arachidová

kyselina eikosanová

acidum arachidicum

CH3(CH2)18COOH

arachidát

acetát

pelargonát kaprinát


Slide 7a

Názvosloví

Alifatické nasycené dikarboxylové kyseliny Počet C

Triviální název

Systematický název

Latinský název

Vzorec

Anion

2

kyselina šťavelová

kyselina ethandiová

acidum oxalicum

3

kyselina malonová

kyselina propandiová

acidum malonicum COOH‒(CH2)‒COOH malonát

4

kyselina jantarová

kyselina butandiová

acidum succinicum COOH‒(CH2)2‒COOH sukcinát

5

kyselina glutarová

kyselina pentandiová

acidum glutaricum COOH‒(CH2)3‒COOH glutarát

6

kyselina adipová

kyselina hexandiová

acidum adipicum

7

kyselina pimelová

kyselina heptandiová

acidum pimelicum COOH‒(CH2)5‒COOH pimelát

8

kyselina korková

kyselina oktandiová

acidum subericum

COOH‒(CH2)6‒COOH suberát

9

kyselina azelaová

kyselina nonandiová

-

COOH‒(CH2)7‒COOH -

10

kyselina sebaková

kyselina ekandiová

acidum sebacicum COOH‒(CH2)8‒COOH sebakát

HOOC‒COOH

oxalát

COOH‒(CH2)4‒COOH adipát


Slide 8a

Názvosloví

Některé krátké alifatické nenasycené mono- a dikarboxylové kyseliny Triviální název


Latinský název

Vzorec CH2=CH‒COOH

Anion

kyselina akrylová

kyselina propenová

acidum acrylicum

akrylát

kyselina krotonová

kyselina 2-butenová

acidum crotonicum CH3‒CH=CH‒COOH

kyselina fumarová

trans-butendiová

acidum fumaricum HOOC‒CH=CH‒COOH fumarát

kyselina maleinová

cis-butendiová

acidum maleinicum HOOC‒CH=CH‒COOH maleinát

krotonát


Slide 8b

Názvosloví



Latinský název


Anion

kyselina akrylová

kyselina propenová

acidum acrylicum

akrylát

kyselina krotonová



kyselina fumarová

trans-butendiová


kyselina maleinová

cis-butendiová


krotonát

Číslování tri(a více)karboxylových alifatických kyselin COOH

HOOC

1

2

CH2 CH

3

4

CH2 CH2 COOH

kyselina 1,2,4-butantrikarboxylová

COOH 6

5

CH3 CH

4

3

CH2 CH

COOH

2

CH

COOH

1

CH3

kyselina 2,3,5-hexantrikarboxylová


Slide 9a

Názvosloví

Některé (hetero)cyklické a aromatické kyseliny COOH

COOH

benzoová

cyklohexankarboxylová COOH

COOH

HOOC

salicylová

trans-1,4-cyklohexandikarboxylová OH COOH

2-cyklohexenkarboxylová

COOH

4-bifenylkarboxylová COOH

CH3 COOH

1-methylcyklopentankarboxylová COOH

HOOC

COOH

2,5-cyklohexadien-1,4-dikarboxylová

COOH

COOH

1,3,5-naftalentrikarboxylová

COOH

COOH COOH

COOH

COOH

N COOH

ftalová

isoftalová

tereftalová

nikotinová


Slide 10a

Názvosloví

Funkční deriváty karboxylových kyselin


Slide 11a

Názvosloví

Soli karboxylových kyselin


Slide 12a

Názvosloví

Estery karboxylových kyselin


Slide 13a

Názvosloví



Slide 14a

Názvosloví

Acylhalogenidy


Slide 15a

Příprava karboxylových kyselin


Slide 15b

Příprava karboxylových kyselin • oxidace


Slide 15c


• R–CH3 −→ R–CH2OH −→ R–CH=O −→ R–COOH


Slide 15d


• R–CH3 −→ R–CH2OH −→ R–CH=O −→ R–COOH • např. oxidace cyklických alkoholů či ketonů


Slide 15e



• syntetické metody


Slide 15f



• syntetické metody • např. nitrilová C6H5CH2Cl + KCN −→ C6H5CH2CN + KCl


Slide 15g



• syntetické metody • např. nitrilová C6H5CH2Cl + KCN −→ C6H5CH2CN + KCl C6H5CH2CN + 2H2O + H2SO4 −→ C6H5CH2COOH + NH4HSO4


Slide 15h




• odbourávací metody


Slide 15i





• např. oxidace nenasycených sloučenin pomocí KMnO4 3 R1–CH=CH–R2 + 8 KMnO4 −→ −→ 3 R1COOK + 3 R2COOK+ 2 KOH + 8 MnO2 + 2 H2O


Slide 15j






• hydrolýza jejich funkčních derivátů


Slide 15k






• hydrolýza jejich funkčních derivátů • např. tuků a olejů


Fyzikální vlastnosti

Slide 16a


Slide 16b

Fyzikální vlastnosti • nižší alifatické (do ±10 C) – kapalné, nepříjemný zápach • vyšší alifatické, aromatické a polykarboxylové – pevné


Slide 16c

Fyzikální vlastnosti • nižší alifatické (do ±10 C) – kapalné, nepříjemný zápach • vyšší alifatické, aromatické a polykarboxylové – pevné • teplota tání roste s velikostí molekuly


Monokarboxylové kyseliny alifatické

Slide 17a


Slide 17b

Monokarboxylové kyseliny alifatické Kyselina mravenčí

O C H

OH


Slide 17c


O C H

OH

• nejjednodušší karboxylová kyselina


Slide 17d


O C H

OH

• nejjednodušší karboxylová kyselina • CH4 −→ CH3OH −→ HCHO −→ HCOOH −→


Slide 17e


O C H

OH

• nejjednodušší karboxylová kyselina • CH4 −→ CH3OH −→ HCHO −→ HCOOH −→ −→ H2CO3 −→ CO2 + H2O


Slide 17f


O C H

OH


• redukční vlastnosti – schopna další oxidace – C=O lze považovat i za aldehyd


Slide 17g


O C H

OH


• redukční vlastnosti – schopna další oxidace – C=O lze považovat i za aldehyd • výskyt v přírodě – volná i deriváty


Slide 17h


O C H

OH


• redukční vlastnosti – schopna další oxidace – C=O lze považovat i za aldehyd • výskyt v přírodě – volná i deriváty • relativně silná kyselina


Slide 17i


O C H

OH


• redukční vlastnosti – schopna další oxidace – C=O lze považovat i za aldehyd • výskyt v přírodě – volná i deriváty • relativně silná kyselina • acyl (formiát) důležitý v biosyntetických procesech


Slide 18a

Monokarboxylové alifatické Kyselina octová

O C CH3

OH


Slide 18b


O C

OH

CH3 • CH3–CH3 −→ CH3–CH2OH −→ CH3–CHO −→ CH3–COOH


Slide 18c


O C

OH


• výskyt v přírodě – volná i deriváty


Slide 18d


O C

OH


• výskyt v přírodě – volná i deriváty • soli (octany, acetáty) – hojně používané v průmyslu i v medicíně


Slide 18e


O C

OH


• výskyt v přírodě – volná i deriváty • soli (octany, acetáty) – hojně používané v průmyslu i v medicíně • důležitá v metabolismu, stejně jako deriváty


Slide 18f


O C

OH


• výskyt v přírodě – volná i deriváty • soli (octany, acetáty) – hojně používané v průmyslu i v medicíně • důležitá v metabolismu, stejně jako deriváty • Ac-CoA


Slide 18g


O C

OH


• výskyt v přírodě – volná i deriváty • soli (octany, acetáty) – hojně používané v průmyslu i v medicíně • důležitá v metabolismu, stejně jako deriváty • Ac-CoA • 2-hydroxy..... glykolát • 2-oxo (α -keto)..... glyoxylát


Slide 18h


O C

OH


• výskyt v přírodě – volná i deriváty • soli (octany, acetáty) – hojně používané v průmyslu i v medicíně • důležitá v metabolismu, stejně jako deriváty • Ac-CoA • 2-hydroxy..... glykolát • 2-oxo (α -keto)..... glyoxylát • 2-amino..... glycin


Slide 19a

Monokarboxylové kyseliny alifatické Kyselina propionová

O CH3

C CH2

OH


Slide 19b


O CH3

C

OH

CH2

• propionyl-CoA — z MK s lichým počtem C


Slide 19c


O CH3

C

OH

CH2

• propionyl-CoA — z MK s lichým počtem C • důležité substituční deriváty


Slide 19d


O C

CH3

OH

CH2

• propionyl-CoA — z MK s lichým počtem C • důležité substituční deriváty • 2,3-dihydroxy..... glycerát


Slide 19e


O C

CH3

OH

CH2

• propionyl-CoA — z MK s lichým počtem C • důležité substituční deriváty • 2,3-dihydroxy..... glycerát • 2-hydroxy..... laktát


Slide 19f


O C

CH3

OH

CH2

• propionyl-CoA — z MK s lichým počtem C • důležité substituční deriváty • 2,3-dihydroxy..... glycerát • 2-hydroxy..... laktát • 2-oxo (α -keto)..... pyruvát


Slide 19g


O C

CH3

OH

CH2

• propionyl-CoA — z MK s lichým počtem C • důležité substituční deriváty • 2,3-dihydroxy..... glycerát • 2-hydroxy..... laktát • 2-oxo (α -keto)..... pyruvát • 2-amino..... alanin


Slide 20a

Monokarboxylové kyseliny alifatické Kyselina máselná O CH2 CH3

C CH2

OH


Slide 20b


C CH2

• obzvlášť výrazný zápach

OH


Slide 20c


C CH2

• obzvlášť výrazný zápach • důležité substituční deriváty

OH


Slide 20d


C CH2

• obzvlášť výrazný zápach • důležité substituční deriváty • 3-hydroxybutyrát

OH


Slide 20e


C CH2

OH

• obzvlášť výrazný zápach • důležité substituční deriváty • 3-hydroxybutyrát • GABA – γ -aminomáselná kyselina


Slide 20f


C CH2

OH

• obzvlášť výrazný zápach • důležité substituční deriváty • 3-hydroxybutyrát • GABA – γ -aminomáselná kyselina • 3-oxo..... acetacetát


Mastné kyseliny

Slide 21a


Slide 21b

Mastné kyseliny FA (z angl. fatty acid)

• důležitá složka většiny lipidů • uhlovodíkový řetězec s karboxylovou skupinou na jednom konci


Slide 21c


• důležitá složka většiny lipidů • uhlovodíkový řetězec s karboxylovou skupinou na jednom konci • amfipatické


Slide 21d


• důležitá složka většiny lipidů • uhlovodíkový řetězec s karboxylovou skupinou na jednom konci • amfipatické • nepolární část • polární část


Slide 21e


• důležitá složka většiny lipidů • uhlovodíkový řetězec s karboxylovou skupinou na jednom konci • amfipatické • nepolární část • polární část • 16-C mastná kyselina: CH3–(CH2)14–COO−


Slide 21f



• nasycené nebo nenasycené


Slide 21g



• nasycené nebo nenasycené • volná rotace kolem vazby C–C


Slide 21h



• nasycené nebo nenasycené • volná rotace kolem vazby C–C • žádná rotace kolem vazby C=C


Slide 21i




• esterifikované či „volné“


Slide 22a

Mastné kyseliny O OH

kyselina stearová kyselina olejová kyselina linolová kyselina cis-C18:1 n-7


Slide 22b



16-C mastná kyselina s jednou cis dvojnou vazbou: 16:1 cis-∆9

or 16:1 cis-ω 7

or 16:1 cis n-7


Slide 22c




or 16:1 cis-ω 7

or 16:1 cis n-7

16:1 n-7


Mastné kyseliny

• obvykle • lineární uhlovodíkový řetězec

Slide 23a


Mastné kyseliny

• obvykle • lineární uhlovodíkový řetězec • sudý počet uhlíkových atomů

Slide 23b


Mastné kyseliny

• obvykle • lineární uhlovodíkový řetězec • sudý počet uhlíkových atomů • dvojné vazby v cis konfiguraci

Slide 23c


Mastné kyseliny

• obvykle • lineární uhlovodíkový řetězec • sudý počet uhlíkových atomů • dvojné vazby v cis konfiguraci • ohyb na každé vazbě C=C

Slide 23d


Slide 23e

Mastné kyseliny


O OH



Slide 23f

Mastné kyseliny


O OH


• teplota tání FA klesá s


Slide 23g

Mastné kyseliny


O OH


• teplota tání FA klesá s • kratším řetězcem


Slide 23h

Mastné kyseliny


O OH


• teplota tání FA klesá s • kratším řetězcem • nenasyceností


Slide 23i

Mastné kyseliny


O OH


• teplota tání FA klesá s • kratším řetězcem • nenasyceností • blízkostí první vazby C=C ke karboxylu


Slide 24a

Mastné kyseliny Triviální název Zkratka Systematický název Nasycené laurová C12:0 dodekanová myristová C14:0 tetradekanová palmitová C16:0 hexadekanová stearová C18:0 oktadekanová arach(id)ová C20:0 eikosanová behenová dokosanová C22:0 lignocerová tetrakosanová C24:0 S 1 dvojnou vazbou palmitolejová C16:1 9-hexadekaenová olejová C18:1 9-oktadekaenová eruková C22:1 13-dokosaenová Se 2 dvojnými vazbami 9,12-oktadekadienová linolová C18:2 Se 3 dvojnými vazbami α-linolenová C18:3 9,12,15-oktadekatrienová γ-linolenová C18:3 6,9,12-oktadekatrienová Se 4 dvojnými vazbami arachidonová C20:4 5,8,11,14-eikosatetraenová S 5 dvojnými vazbami timnodonová 5,8,11,14,17-eikosapentaenová C20:5 Se 6 dvojnými vazbami klupadonová C22:6 4,7,10,13,16,19-dokosahexaenová

Δ

n- (ω)

9 9 13

7 9 9

9,12

6

9,12,15 6,9,12

3 6

5,8,11,14

6

5,8,11,14,17

3

4,7,10,13,16,19

3

Strukturní vzorec


Slide 25a

Monokarboxylové kyseliny aromatické Kyselina benzoová COOH


Slide 25b


toluen −→ benzylalkohol −→ benzaldehyd −→ k. benzoová


Slide 25c


toluen −→ benzylalkohol −→ benzaldehyd −→ k. benzoová • použití k syntézám a jako konzervant


Slide 25d


toluen −→ benzylalkohol −→ benzaldehyd −→ k. benzoová • použití k syntézám a jako konzervant • silnější kyselina než octová, špatně rozpustná ve vodě, dobře v etheru a benzenu


Slide 25e


toluen −→ benzylalkohol −→ benzaldehyd −→ k. benzoová • použití k syntézám a jako konzervant • silnější kyselina než octová, špatně rozpustná ve vodě, dobře v etheru a benzenu • problém – živočichové neumějí odbourat (ani vytvořit) arom. jádro


Slide 25f


toluen −→ benzylalkohol −→ benzaldehyd −→ k. benzoová • použití k syntézám a jako konzervant • silnější kyselina než octová, špatně rozpustná ve vodě, dobře v etheru a benzenu • problém – živočichové neumějí odbourat (ani vytvořit) arom. jádro • detoxikace v játrech vazbou s glycinem a vzniklá kys. hippurová se vylučuje močí


Slide 25g


toluen −→ benzylalkohol −→ benzaldehyd −→ k. benzoová • použití k syntézám a jako konzervant • silnější kyselina než octová, špatně rozpustná ve vodě, dobře v etheru a benzenu • problém – živočichové neumějí odbourat (ani vytvořit) arom. jádro • detoxikace v játrech vazbou s glycinem a vzniklá kys. hippurová se vylučuje močí • substituční derivát kyseliny benzoové (k. 2-hydroxybenzoová)


Slide 25h


toluen −→ benzylalkohol −→ benzaldehyd −→ k. benzoová • použití k syntézám a jako konzervant • silnější kyselina než octová, špatně rozpustná ve vodě, dobře v etheru a benzenu • problém – živočichové neumějí odbourat (ani vytvořit) arom. jádro • detoxikace v játrech vazbou s glycinem a vzniklá kys. hippurová se vylučuje močí • substituční derivát kyseliny benzoové (k. 2-hydroxybenzoová) • kyselina salicylová


Slide 25i


toluen −→ benzylalkohol −→ benzaldehyd −→ k. benzoová • použití k syntézám a jako konzervant • silnější kyselina než octová, špatně rozpustná ve vodě, dobře v etheru a benzenu • problém – živočichové neumějí odbourat (ani vytvořit) arom. jádro • detoxikace v játrech vazbou s glycinem a vzniklá kys. hippurová se vylučuje močí • substituční derivát kyseliny benzoové (k. 2-hydroxybenzoová) • kyselina salicylová • kyselina acetylsalicylová


Slide 26a

Monokarboxylové kyseliny heterocyklické Kyselina nikotinová COOH N


Slide 26b


• toxická – synaptický jed


Slide 26c


• toxická – synaptický jed • její amid základem koenzymů oxidoreduktas NAD a NADP


Slide 27a

Některé souvislosti 1 COOH

COOH CH3

k. octová

HO

k. glykolová

COOH CH2 CH3

k. propionová

CH2

HO

COOH HC

O

k. glyoxylová

COOH

COOH

CH

C

CH3

CH3

k. mléčná

O

COOH H 2N

CH2

glycin

COOH H 2N

k. pyrohroznová

CH CH3

alanin


Slide 28a


COOH

CH

C

CH2

CH2

CH2

CH2

COOH

COOH

COOH

COOH

COOH CH2

HO

O

COOH H 2N

CH

k. jantarová

k. jablečná

k. oxaloctová

k. asparagová

COOH

COOH

COOH

COOH

CH

C

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

COOH

COOH

COOH

COOH

CH2

k. glutarová

HO

k. 2-hydroxyglutarová

O

k. 2-oxoglutarová

H 2N

CH

k. glutamová

Konec

Karboxylové kyseliny a jejich deriváty (Verze pro tisk je na konci souboru.)

Tomáš Kučera 2010


Slide 1

Karboxylové kyseliny a jejich deriváty • biochemicky velmi významné látky, účastní se většiny životních funkcí • energetický metabolismus • regulační mechanismy • výstavba struktur organismu


Slide 2




Slide 3




• Při disociaci se odštěpuje proton z karboxylové skupiny a vzniká karboxylátový anion: R − COOH + OH • tvorba dimerů

−

−→ R − COO + H2O −


Slide 4


• Kyselost a rozpustnost ve vodě klesají s velikostí molekuly • např. s délkou uhlíkatého řetězce – negativní korelace mezi počtem uhlíků a kyselostí i rozpustností • mravenčí, octová a propionová – neomezeně rozpustné • vyšší mastné kyseliny – nerozpustné


Slide 5





• 3. kyselina karboxy〈x〉yl〈y〉ová • 〈x〉 = karboxylovaný zbytek mimo hl. řetězec, 〈y〉 = uhlovodík dle (1)


Slide 6

Názvosloví

Alifatické nasycené monokarboxylové kyseliny Počet C Triviální název 1 kyselina mravenčí

Systematický název kyselina methanová

Latinský název acidum formicum

Aniont formiát

acidum aceticum

Vzorec HCOOH CH3COOH

2

kyselina octová

kyselina ethanová

3

kyselina propionová

kyselina propanová

acidum propionicum

CH3CH2COOH

propionát

4

kyselina máselná

kyselina butanová

acidum butyricum

CH3(CH2)2COOH

butyrát

5

kyselina valerová

kyselina pentanová

acidum valericum

CH3(CH2)3COOH

valerát

6

kyselina kapronová

kyselina hexanová

acidum capronicum

CH3(CH2)4COOH

kapronát

7

kyselina enanthová

kyselina heptanová

acidum enanthicum

CH3(CH2)5COOH

enanthát

8

kyselina kaprylová

kyselina oktanová

acidum caprylicum

CH3(CH2)6COOH

kaprylát

9

kyselina pelargonová

kyselina nonanová

10

kyselina kaprinová

kyselina dekanová

acidum pelargonicum CH3(CH2)7COOH CH3(CH2)8COOH acidum caprinicum

12

kyselina laurová

kyselina dodekanová

acidum lauricum

CH3(CH2)10COOH

laurát

14

kyselina myristová

kyselina tetradekanová

acidum myristicum

CH3(CH2)12COOH

myristát

16

kyselina palmitová

kyselina hexadekanová

acidum palmiticum

CH3(CH2)14COOH

palmitát

18

kyselina stearová

kyselina oktadekanová

acidum stearicum

CH3(CH2)16COOH

stearát

20

kyselina arachidová

kyselina eikosanová

acidum arachidicum

CH3(CH2)18COOH

arachidát

acetát

pelargonát kaprinát


Slide 7

Názvosloví

Alifatické nasycené dikarboxylové kyseliny Počet C

Triviální název


Latinský název

Vzorec

Anion

2

kyselina šťavelová

kyselina ethandiová

acidum oxalicum

3

kyselina malonová

kyselina propandiová

acidum malonicum COOH‒(CH2)‒COOH malonát

4

kyselina jantarová

kyselina butandiová

acidum succinicum COOH‒(CH2)2‒COOH sukcinát

5

kyselina glutarová

kyselina pentandiová

acidum glutaricum COOH‒(CH2)3‒COOH glutarát

6

kyselina adipová

kyselina hexandiová

acidum adipicum

7

kyselina pimelová

kyselina heptandiová

acidum pimelicum COOH‒(CH2)5‒COOH pimelát

8

kyselina korková

kyselina oktandiová

acidum subericum

COOH‒(CH2)6‒COOH suberát

9

kyselina azelaová

kyselina nonandiová

-

COOH‒(CH2)7‒COOH -

10

kyselina sebaková

kyselina ekandiová

acidum sebacicum COOH‒(CH2)8‒COOH sebakát

HOOC‒COOH

oxalát

COOH‒(CH2)4‒COOH adipát


Slide 8

Názvosloví



Latinský název


Anion

kyselina akrylová

kyselina propenová

acidum acrylicum

akrylát

kyselina krotonová



kyselina fumarová

trans-butendiová


kyselina maleinová

cis-butendiová


krotonát

Číslování tri(a více)karboxylových alifatických kyselin COOH

HOOC

1

2

CH2 CH

3

4

CH2 CH2 COOH

kyselina 1,2,4-butantrikarboxylová

COOH 6

5

CH3 CH

4

3

CH2 CH

COOH

2

CH

COOH

1

CH3

kyselina 2,3,5-hexantrikarboxylová


Slide 9

Názvosloví

Některé (hetero)cyklické a aromatické kyseliny COOH

COOH

benzoová

cyklohexankarboxylová COOH

COOH

HOOC

salicylová

trans-1,4-cyklohexandikarboxylová OH COOH

2-cyklohexenkarboxylová

COOH

4-bifenylkarboxylová COOH

CH3 COOH

1-methylcyklopentankarboxylová COOH

HOOC

COOH

2,5-cyklohexadien-1,4-dikarboxylová

COOH

COOH

1,3,5-naftalentrikarboxylová

COOH

COOH COOH

COOH

COOH

N COOH

ftalová

isoftalová

tereftalová

nikotinová


Slide 10

Názvosloví

Funkční deriváty karboxylových kyselin


Slide 11

Názvosloví

Soli karboxylových kyselin


Slide 12

Názvosloví



Slide 13

Názvosloví



Slide 14

Názvosloví

Acylhalogenidy


Slide 15






• hydrolýza jejich funkčních derivátů • např. tuků a olejů


Slide 16

Fyzikální vlastnosti • nižší alifatické (do ±10 C) – kapalné, nepříjemný zápach • vyšší alifatické, aromatické a polykarboxylové – pevné • teplota tání roste s velikostí molekuly


Slide 17


O C H

OH


• redukční vlastnosti – schopna další oxidace – C=O lze považovat i za aldehyd • výskyt v přírodě – volná i deriváty • relativně silná kyselina • acyl (formiát) důležitý v biosyntetických procesech


Slide 18


O C

OH


• výskyt v přírodě – volná i deriváty • soli (octany, acetáty) – hojně používané v průmyslu i v medicíně • důležitá v metabolismu, stejně jako deriváty • Ac-CoA • 2-hydroxy..... glykolát • 2-oxo (α -keto)..... glyoxylát • 2-amino..... glycin


Slide 19


O C

CH3

OH

CH2

• propionyl-CoA — z MK s lichým počtem C • důležité substituční deriváty • 2,3-dihydroxy..... glycerát • 2-hydroxy..... laktát • 2-oxo (α -keto)..... pyruvát • 2-amino..... alanin


Slide 20


C CH2

OH

• obzvlášť výrazný zápach • důležité substituční deriváty • 3-hydroxybutyrát • GABA – γ -aminomáselná kyselina • 3-oxo..... acetacetát


Slide 21




• esterifikované či „volné“


Slide 22




or 16:1 cis-ω 7

or 16:1 cis n-7

16:1 n-7


Slide 23

Mastné kyseliny


O OH


• teplota tání FA klesá s • kratším řetězcem • nenasyceností • blízkostí první vazby C=C ke karboxylu


Slide 24

Mastné kyseliny Triviální název Zkratka Systematický název Nasycené laurová C12:0 dodekanová myristová C14:0 tetradekanová palmitová C16:0 hexadekanová stearová C18:0 oktadekanová arach(id)ová C20:0 eikosanová behenová dokosanová C22:0 lignocerová tetrakosanová C24:0 S 1 dvojnou vazbou palmitolejová C16:1 9-hexadekaenová olejová C18:1 9-oktadekaenová eruková C22:1 13-dokosaenová Se 2 dvojnými vazbami 9,12-oktadekadienová linolová C18:2 Se 3 dvojnými vazbami α-linolenová C18:3 9,12,15-oktadekatrienová γ-linolenová C18:3 6,9,12-oktadekatrienová Se 4 dvojnými vazbami arachidonová C20:4 5,8,11,14-eikosatetraenová S 5 dvojnými vazbami timnodonová 5,8,11,14,17-eikosapentaenová C20:5 Se 6 dvojnými vazbami klupadonová C22:6 4,7,10,13,16,19-dokosahexaenová

Δ

n- (ω)

9 9 13

7 9 9

9,12

6

9,12,15 6,9,12

3 6

5,8,11,14

6

5,8,11,14,17

3

4,7,10,13,16,19

3

Strukturní vzorec


Slide 25


toluen −→ benzylalkohol −→ benzaldehyd −→ k. benzoová • použití k syntézám a jako konzervant • silnější kyselina než octová, špatně rozpustná ve vodě, dobře v etheru a benzenu • problém – živočichové neumějí odbourat (ani vytvořit) arom. jádro • detoxikace v játrech vazbou s glycinem a vzniklá kys. hippurová se vylučuje močí • substituční derivát kyseliny benzoové (k. 2-hydroxybenzoová) • kyselina salicylová • kyselina acetylsalicylová


Slide 26


• toxická – synaptický jed • její amid základem koenzymů oxidoreduktas NAD a NADP


Slide 27


COOH CH3

k. octová

HO

k. glykolová

COOH CH2 CH3

k. propionová

CH2

HO

COOH HC

O

k. glyoxylová

COOH

COOH

CH

C

CH3

CH3

k. mléčná

O

COOH H 2N

CH2

glycin

COOH H 2N

k. pyrohroznová

CH CH3

alanin


Slide 28


COOH

CH

C

CH2

CH2

CH2

CH2

COOH

COOH

COOH

COOH

COOH CH2

HO

O

COOH H 2N

CH

k. jantarová

k. jablečná

k. oxaloctová

k. asparagová

COOH

COOH

COOH

COOH

CH

C

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

COOH

COOH

COOH

COOH

CH2

k. glutarová

HO

k. 2-hydroxyglutarová

O

k. 2-oxoglutarová

H 2N

CH

k. glutamová

Konec

Carboxylic acids and their derivatives


Slide 1a


Slide 1b

Carboxylic acids and their derivatives • biochemically very important substances, participate in most life functions


Slide 1c

Carboxylic acids and their derivatives • biochemically very important substances, participate in most life functions • energetic metabolism


Slide 1d


• regulatory mechanisms


Slide 1e


• regulatory mechanisms • building of the structures of an organism


Carboxylic acids

Slide 2a


Slide 2b

Carboxylic acids • organic substances with one or more carboxylic groups –COOH (R–COOH)


Slide 2c

Carboxylic acids • organic substances with one or more carboxylic groups –COOH (R–COOH) • products of aldehyde oxidation


Slide 2d

Carboxylic acids • organic substances with one or more carboxylic groups –COOH (R–COOH) • products of aldehyde oxidation • R–CH3 −→ R–CH2OH −→ R–CH=O −→ R–COOH


Slide 2e


• carboxyl ⇒ properties of an acid (H+ dissociation ⇒ forming salts – in reactions with hydroxides, alcoholates, carbonates)


Slide 2f




Slide 2g




Slide 3a

Carboxylic acids

• relatively weak acids (particularly in comparison with mineral acids)


Slide 3b

Carboxylic acids

• relatively weak acids (particularly in comparison with mineral acids) • formic acid, the strongest carboxylic acid (HCOOH), has pKA = 3, 75


Slide 3c

Carboxylic acids

• relatively weak acids (particularly in comparison with mineral acids) • formic acid, the strongest carboxylic acid (HCOOH), has pKA = 3, 75 • sulphuric acid’s pKA is −3,0


Slide 3d

Carboxylic acids


• acetic acid:

[H+][CH3COO−] −5 = 1, 8 ⋅ 10 mol/l ⇒ pKA = 4, 74 KA = [CH3COOH]


Slide 3e

Carboxylic acids


• acetic acid:


• During dissociation, the proton leaves the carboxyl group and a carboxylate is formed: R − COOH + OH

−

−→ R − COO + H2O −


Slide 3f

Carboxylic acids


• acetic acid:


• During dissociation, the proton leaves the carboxyl group and a carboxylate is formed: R − COOH + OH

• dimeric form

−

−→ R − COO + H2O −


Slide 4a

Carboxylic acids

• Acidity and water solubility decrease with the molecule size


Slide 4b

Carboxylic acids

• Acidity and water solubility decrease with the molecule size • e.g. with the hydrocarbon chain length – negative correlation between C number and both the acidity and solubility


Slide 4c

Carboxylic acids

• Acidity and water solubility decrease with the molecule size • e.g. with the hydrocarbon chain length – negative correlation between C number and both the acidity and solubility • formic, acetic and propionic – freely soluble


Slide 4d

Carboxylic acids

• Acidity and water solubility decrease with the molecule size • e.g. with the hydrocarbon chain length – negative correlation between C number and both the acidity and solubility • formic, acetic and propionic – freely soluble • higher fatty acids – insoluble


Nomenclature

Slide 5a


Nomenclature • –COOH is the group with the highest priority

Slide 5b


Nomenclature • –COOH is the group with the highest priority • Common names – frequently used

Slide 5c


Nomenclature • –COOH is the group with the highest priority • Common names – frequently used • Systematic names – universal

Slide 5d


Nomenclature • –COOH is the group with the highest priority • Common names – frequently used • Systematic names – universal • 1. hydrocarbonoic acid

Slide 5e


Nomenclature • –COOH is the group with the highest priority • Common names – frequently used • Systematic names – universal • 1. hydrocarbonoic acid • • • •

heptanoic (enanthoic) acid: CH3–(CH2)5–COOH decanoic (caprinic) acid: CH3–(CH2)8–COOH 2-hexenoic acid: CH3–(CH2)2CH=CH–COOH 2,4-pentadienoic acid: CH2=CH–CH=CH–COOH

Slide 5f




• 2. hydrocarboncarboxylic acid

• the “hydrocarbon” is without the carboxyls

Slide 5g


Slide 5h





• 3. carboxy〈x〉yl〈y〉(o)ic acid • 〈x〉 = carboxylated substituent, out of the main chain, 〈y〉 = hydrocarbon according to (1)


Slide 6a

Nomenclature

Aliphatic saturated monocarboxylic acids C atoms Common name 1 formic acid

IUPAC name methanoic acid

Latin name acidum formicum

Anion formate

acidum aceticum

Formula HCOOH CH3COOH

2

acetic acid

ethanoic acid

3

propionic acid

propanoic acid

acidum propionicum

CH3CH2COOH

propionate

4

butyric acid

butanoic acid

acidum butyricum

CH3(CH2)2COOH

butyrate

5

valeric acid

pentanoic acid

acidum valericum

CH3(CH2)3COOH

valerate

6

caproic acid

hexanoic acid

acidum capronicum

CH3(CH2)4COOH

capronate

7

enanthic acid

heptanoic acid

acidum enanthicum

CH3(CH2)5COOH

enanthoate

8

caprylic acid

octanoic acid

acidum caprylicum

CH3(CH2)6COOH

caprylate

9

pelargonic acid

nonanoic acid

acidum pelargonicum CH3(CH2)7COOH

10

capric acid

decanoic acid

acidum caprinicum

CH3(CH2)8COOH

caprinate

12

lauric acid

dodecanoic acid

acidum lauricum

CH3(CH2)10COOH

laurate

14

myristic acid

tetradecanoic acid

acidum myristicum

CH3(CH2)12COOH

myristate

16

palmitic acid

hexadecanoic acid

acidum palmiticum

CH3(CH2)14COOH

palmitate

18

stearic acid

octadecanoic acid

acidum stearicum

CH3(CH2)16COOH

stearate

20

arachidic acid

icosanoic acid

acidum arachidicum

CH3(CH2)18COOH

arachidate

acetate

pelargonate


Slide 7a

Nomenclature

Aliphatic saturated dicarboxylic acids C atoms Common name

IUPAC name

Latin name

Formula

Anion

2

oxalic acid

ethanedioic acid

acidum oxalicum

HOOC‒COOH

oxalate

3

malonic acid

propanedioic acid

acidum malonicum

COOH‒(CH2)‒COOH

malonate

4

succinic acid

butanedioic acid

acidum succinicum

COOH‒(CH2)2‒COOH

succinate

5

glutaric acid

pentanedioic acid

acidum glutaricum


glutarate

6

adipic acid

hexanedioic acid

acidum adipicum


adipate

7

pimelic acid

heptanedioic acid

acidum pimelicum


pimelate

8

suberic acid

octanedioic acid

acidum subericum


suberate

9

azelaic acid

nonanedioic acid

-


-

10

sebacic acid

decanedioic acid

acidum sebacicum


sebacate


Slide 8a

Nomenclature

Some short aliphatic unsaturated mono- and dicarboxylic acids Common name

IUPAC name

Latin name

Formula

Anion

acrylic acid

propenoic acid

acidum acrylicum

crotonic acid

2-butenoic acid


fumaric acid

trans-butendioic

acidum fumaricum HOOC‒CH=CH‒COOH fumarate

malei(ni)c acid

cis-butendioic

acidum maleinicum HOOC‒CH=CH‒COOH male(in)ate

CH2=CH‒COOH

acrylate crotonate


Slide 8b

Nomenclature


IUPAC name

Latin name

Formula

Anion

acrylic acid

propenoic acid

acidum acrylicum

crotonic acid

2-butenoic acid


fumaric acid

trans-butendioic


malei(ni)c acid

cis-butendioic


CH2=CH‒COOH

acrylate crotonate

Numbering of tri(and more)carboxylic aliphatic acids COOH

HOOC

1

2

CH2 CH

3

4

CH2 CH2 COOH

1,2,4-butantricarboxylic acid

COOH 6

5

CH3 CH

4

3

CH2 CH

COOH

2

CH

COOH

1

CH3

2,3,5-hexantricarboxylic acid


Slide 9a

Nomenclature

Some (hetero)cyclic and aromatic acids COOH

COOH

benzoic

cyclohexanecarboxylic COOH

COOH

HOOC

salicylic

trans-1,4-cyclohexanedicarboxylic OH COOH

2-cyclohexenecarboxylic

COOH

4-biphenylcarboxylic COOH

CH3 COOH

1-methylcyclopentanecarboxylic COOH

HOOC

COOH

2,5-cyclohexadiene-1,4-dicarboxylic

COOH

COOH

1,3,5-naphthalenetricarboxylic

COOH

COOH COOH

COOH

COOH

N COOH

phthalic

isophthalic

terephthalic

nicotinic


Slide 10a

Nomenclature

Function derivatives of carboxylic acids


Slide 11a

Nomenclature

Salts of carboxylic acids


Slide 11a


Slide 12a

Nomenclature

Esters of carboxylic acids


Slide 12a


Slide 13a

Nomenclature



Slide 14a

Nomenclature

Acylhalogenides


Slide 15a

Preparation of carboxylic acids


Slide 15b

Preparation of carboxylic acids • oxidation


Slide 15c


• R–CH3 −→ R–CH2OH −→ R–CH=O −→ R–COOH


Slide 15d


• R–CH3 −→ R–CH2OH −→ R–CH=O −→ R–COOH • e.g. oxidation of cyclic alcoholes or ketones


Slide 15e



• synthetic methods


Slide 15f



• synthetic methods • e.g. nitrile synthesis C6H5CH2Cl + KCN −→ C6H5CH2CN + KCl


Slide 15g



• synthetic methods • e.g. nitrile synthesis C6H5CH2Cl + KCN −→ C6H5CH2CN + KCl C6H5CH2CN + 2H2O + H2SO4 −→ C6H5CH2COOH + NH4HSO4


Slide 15h




• degradative methods


Slide 15i





• e.g. oxidation of unsaturated compounds with KMnO4 3 R1–CH=CH–R2 + 8 KMnO4 −→ −→ 3 R1COOK + 3 R2COOK+ 2 KOH + 8 MnO2 + 2 H2O


Slide 15j






• hydrolysis of their function derivatives


Slide 15k






• hydrolysis of their function derivatives • e.g. of fats and oils


Physical properties

Slide 16a


Slide 16b

Physical properties • lower aliphatic (up to ±10 C) liquid, bad smell • higher aliphatic, aromatic and polycarboxylic – solid


Slide 16c

Physical properties • lower aliphatic (up to ±10 C) liquid, bad smell • higher aliphatic, aromatic and polycarboxylic – solid • melting point increases with molecular weight


Slide 17a

Monocarboxylic acids aliphatic


Slide 17b

Monocarboxylic acids aliphatic Formic acid

O C H

OH


Slide 17c


O C H

• the simplest carboxylic acid

OH


Slide 17d


O C H

OH

• the simplest carboxylic acid • CH4 −→ CH3OH −→ HCHO −→ HCOOH −→


Slide 17e


O C H

OH

• the simplest carboxylic acid • CH4 −→ CH3OH −→ HCHO −→ HCOOH −→ −→ H2CO3 −→ CO2 + H2O


Slide 17f


O C H

OH


• reducing abilities – can be further oxidized – C=O can be considered an aldehyde


Slide 17g


O C H

OH


• reducing abilities – can be further oxidized – C=O can be considered an aldehyde • natural occurence – free as well as derivatives


Slide 17h


O C H

OH


• reducing abilities – can be further oxidized – C=O can be considered an aldehyde • natural occurence – free as well as derivatives • relatively strong acid


Slide 17i


O C H

OH


• reducing abilities – can be further oxidized – C=O can be considered an aldehyde • natural occurence – free as well as derivatives • relatively strong acid • acyl (formate) important in biosynthetic processes


Slide 18a

Monocarboxylic acids aliphatic Acetic acid

O C CH3

OH


Slide 18b


O C

OH



Slide 18c


O C

OH


• natural occurence – free as well as derivatives


Slide 18d


O C

OH


• natural occurence – free as well as derivatives • the salts (acetates) frequently used in industry and medicine


Slide 18e


O C

OH


• natural occurence – free as well as derivatives • the salts (acetates) frequently used in industry and medicine • important in metabolism, as well as its derivatives


Slide 18f


O C

OH


• natural occurence – free as well as derivatives • the salts (acetates) frequently used in industry and medicine • important in metabolism, as well as its derivatives • Ac-CoA


Slide 18g


O C

OH


• natural occurence – free as well as derivatives • the salts (acetates) frequently used in industry and medicine • important in metabolism, as well as its derivatives • Ac-CoA • 2-hydroxy..... glycolate • 2-oxo (α -keto)..... glyoxylate


Slide 18h


O C

OH


• natural occurence – free as well as derivatives • the salts (acetates) frequently used in industry and medicine • important in metabolism, as well as its derivatives • Ac-CoA • 2-hydroxy..... glycolate • 2-oxo (α -keto)..... glyoxylate • 2-amino – glycine


Slide 19a

Monocarboxylic acids aliphatic Propionic acid

O CH3

C CH2

OH


Slide 19b


O CH3

C

OH

CH2

• propionyl-CoA — from FA with odd C


Slide 19c


O CH3

C

OH

CH2

• propionyl-CoA — from FA with odd C • important substitution derivatives


Slide 19d


O C

CH3

OH

CH2

• propionyl-CoA — from FA with odd C • important substitution derivatives • 2,3-dihydroxy..... glycerate


Slide 19e


O C

CH3

OH

CH2

• propionyl-CoA — from FA with odd C • important substitution derivatives • 2,3-dihydroxy..... glycerate • 2-hydroxy..... lactate


Slide 19f


O C

CH3

OH

CH2

• propionyl-CoA — from FA with odd C • important substitution derivatives • 2,3-dihydroxy..... glycerate • 2-hydroxy..... lactate • 2-oxo (α -keto)..... pyruvate


Slide 19g


O C

CH3

OH

CH2

• propionyl-CoA — from FA with odd C • important substitution derivatives • 2,3-dihydroxy..... glycerate • 2-hydroxy..... lactate • 2-oxo (α -keto)..... pyruvate • 2-amino – alanine


Slide 20a

Monocarboxylic acids aliphatic Butyric acid O CH2 CH3

C CH2

OH


Slide 20b


• particularly bad smell

C CH2

OH


Slide 20c


C CH2

OH

• particularly bad smell • important substitution derivatives


Slide 20d


C CH2

OH

• particularly bad smell • important substitution derivatives • 3-hydroxybutyrate


Slide 20e


C CH2

OH

• particularly bad smell • important substitution derivatives • 3-hydroxybutyrate • GABA – γ -aminobutyric acid


Slide 20f


C CH2

OH

• particularly bad smell • important substitution derivatives • 3-hydroxybutyrate • GABA – γ -aminobutyric acid • 3-oxo..... acetoacetate


Fatty acids

Slide 21a


Slide 21b

Fatty acids • important components of most lipids • a hydrocarbon chain with a carboxylic group at one end


Slide 21c

Fatty acids • important components of most lipids • a hydrocarbon chain with a carboxylic group at one end • amphipathic


Slide 21d

Fatty acids • important components of most lipids • a hydrocarbon chain with a carboxylic group at one end • amphipathic • non-polar end • polar end


Slide 21e

Fatty acids • important components of most lipids • a hydrocarbon chain with a carboxylic group at one end • amphipathic • non-polar end • polar end • a 16-C fatty acid: CH3–(CH2)14–COO−


Slide 21f


• saturated or unsaturated


Slide 21g



• free rotation about C–C bonds


Slide 21h



• free rotation about C–C bonds • no rotation about C=C bonds


Slide 21i




• esterified or “free”


Slide 22a

Fatty acids O OH stearic acid oleic acid linoleic acid cis-C18:1 n-7 acid


Slide 22b


A 16-C fatty acid with one cis double bond: 16:1 cis-∆9

or 16:1 cis-ω 7

or 16:1 cis n-7


Slide 22c



or 16:1 cis-ω 7

or 16:1 cis n-7

16:1 n-7


Slide 23a

Fatty acids

• usually • linear hydrocarbon chain


Slide 23b

Fatty acids

• usually • linear hydrocarbon chain • an even number of carbon atoms


Slide 23c

Fatty acids

• usually • linear hydrocarbon chain • an even number of carbon atoms • double bonds in cis configuration


Slide 23d

Fatty acids

• usually • linear hydrocarbon chain • an even number of carbon atoms • double bonds in cis configuration • a kink at each C=C bond


Slide 23e

Fatty acids


O OH stearic acid oleic acid linoleic acid cis-C18:1 n-7 acid


Slide 23f

Fatty acids



• FA melting points decrease with


Slide 23g

Fatty acids



• FA melting points decrease with • shorter chains


Slide 23h

Fatty acids



• FA melting points decrease with • shorter chains • unsaturation


Slide 23i

Fatty acids



• FA melting points decrease with • shorter chains • unsaturation • vicinity of the first C=C to the carboxyl


Slide 24a

Fatty acids Common name Abbrev. Saturated lauric C12:0 myristic C14:0 palmitic C16:0 stearic C18:0 arachidic C20:0 behenic C22:0 lignoceric C24:0 With 1 double bond palmitoleic C16:1 oleic C18:1 erucic C22:1 With 2 double bonds linoleic C18:2 With 3 double bonds α-linolenic C18:3 γ-linolenic C18:3 With 4 double bonds arachidonic C20:4 With 5 double bonds timnodonic C20:5 With 6 double bonds clupadonic C22:6

Systematic name

Δ

n- (ω)

dodecanoic tetradecanoic hexadecanoic octadecanoic eicosanoic docosanoic tetracosanoic 9-hexadecaenoic 9-oktadecaenoic 13-docosaenoic

9 9 13

7 9 9

9,12-octadecadienoic

9,12

6

9,12,15-octadecatrienoic 6,9,12-octadecatrienoic

9,12,15 6,9,12

3 6

5,8,11,14-eicosatetraenoic

5,8,11,14

6

5,8,11,14,17-eicosapentaenoic

5,8,11,14,17

3

4,7,10,13,16,19-docosahexaenoic 4,7,10,13,16,19

3

Structure formula


Slide 25a

Monocarboxylic acids aromatic Benzoic acid COOH


Slide 25b


toluene −→ benzylalcohol −→ benzaldehyde −→ benzoic acid


Slide 25c


toluene −→ benzylalcohol −→ benzaldehyde −→ benzoic acid • used for syntheses and as a conservant


Slide 25d


toluene −→ benzylalcohol −→ benzaldehyde −→ benzoic acid • used for syntheses and as a conservant • stronger then acetic acid, little soluble in water, soluble in ether and benzene


Slide 25e


toluene −→ benzylalcohol −→ benzaldehyde −→ benzoic acid • used for syntheses and as a conservant • stronger then acetic acid, little soluble in water, soluble in ether and benzene • problem – animals cannot degrade (neither synthesise) the aromatic ring


Slide 25f


toluene −→ benzylalcohol −→ benzaldehyde −→ benzoic acid • used for syntheses and as a conservant • stronger then acetic acid, little soluble in water, soluble in ether and benzene • problem – animals cannot degrade (neither synthesise) the aromatic ring • detoxified in liver – bound with glycine to be excluded in the urine as hippuric acid


Slide 25g


toluene −→ benzylalcohol −→ benzaldehyde −→ benzoic acid • used for syntheses and as a conservant • stronger then acetic acid, little soluble in water, soluble in ether and benzene • problem – animals cannot degrade (neither synthesise) the aromatic ring • detoxified in liver – bound with glycine to be excluded in the urine as hippuric acid • substitution derivative of benzoic acid (2-hydroxybenzoic acid)


Slide 25h


toluene −→ benzylalcohol −→ benzaldehyde −→ benzoic acid • used for syntheses and as a conservant • stronger then acetic acid, little soluble in water, soluble in ether and benzene • problem – animals cannot degrade (neither synthesise) the aromatic ring • detoxified in liver – bound with glycine to be excluded in the urine as hippuric acid • substitution derivative of benzoic acid (2-hydroxybenzoic acid) • salicylic acid


Slide 25i


toluene −→ benzylalcohol −→ benzaldehyde −→ benzoic acid • used for syntheses and as a conservant • stronger then acetic acid, little soluble in water, soluble in ether and benzene • problem – animals cannot degrade (neither synthesise) the aromatic ring • detoxified in liver – bound with glycine to be excluded in the urine as hippuric acid • substitution derivative of benzoic acid (2-hydroxybenzoic acid) • salicylic acid • acetylsalicylic acid


Slide 26a

Monocarboxylic acids heterocyclic Nicotinic acid COOH N


Slide 26b


• toxic – synaptic inhibitor


Slide 26c


• toxic – synaptic inhibitor • its amide is the core of oxidoreductase coenzymes NAD and NADP


Slide 27a

Some relationships 1 COOH

COOH CH3

acetic a.

HO

glycolic a.

COOH CH2 CH3

propionic a.

CH2

HO

COOH HC

O

glyoxylic a.

COOH

COOH

CH

C

CH3

CH3

lactic a.

O

pyruvic a.

COOH H 2N

CH2

glycine COOH

H 2N

CH CH3

alanine


Slide 28a


COOH

CH

C

CH2

CH2

CH2

CH2

COOH

COOH

COOH

COOH

COOH CH2

HO

malic a.

succinic a.

O

COOH H 2N

oxaloacetic a.

CH

aspartic a.

COOH

COOH

CH

C

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

COOH

COOH

COOH

COOH

COOH CH2

glutaric a.

HO

2-hydroxyglutaric a.

O

2-oxoglutaric a.

COOH H 2N

CH

glutamic a.

The End


(Print version can be found in the end of the file.)

Tomáš Kučera 2010


Slide 1


• regulatory mechanisms • building of the structures of an organism


Slide 2




Slide 3

Carboxylic acids


• acetic acid:


• During dissociation, the proton leaves the carboxyl group and a carboxylate is formed: R − COOH + OH • dimeric form

−

−→ R − COO + H2O −


Slide 4

Carboxylic acids

• Acidity and water solubility decrease with the molecule size • e.g. with the hydrocarbon chain length – negative correlation between C number and both the acidity and solubility • formic, acetic and propionic – freely soluble • higher fatty acids – insoluble


Slide 5





• 3. carboxy〈x〉yl〈y〉(o)ic acid • 〈x〉 = carboxylated substituent, out of the main chain, 〈y〉 = hydrocarbon according to (1)


Slide 6

Nomenclature

Aliphatic saturated monocarboxylic acids C atoms Common name 1 formic acid

IUPAC name methanoic acid

Latin name acidum formicum

Anion formate

acidum aceticum

Formula HCOOH CH3COOH

2

acetic acid

ethanoic acid

3

propionic acid

propanoic acid

acidum propionicum

CH3CH2COOH

propionate

4

butyric acid

butanoic acid

acidum butyricum

CH3(CH2)2COOH

butyrate

5

valeric acid

pentanoic acid

acidum valericum

CH3(CH2)3COOH

valerate

6

caproic acid

hexanoic acid

acidum capronicum

CH3(CH2)4COOH

capronate

7

enanthic acid

heptanoic acid

acidum enanthicum

CH3(CH2)5COOH

enanthoate

8

caprylic acid

octanoic acid

acidum caprylicum

CH3(CH2)6COOH

caprylate

9

pelargonic acid

nonanoic acid

acidum pelargonicum CH3(CH2)7COOH

10

capric acid

decanoic acid

acidum caprinicum

CH3(CH2)8COOH

caprinate

12

lauric acid

dodecanoic acid

acidum lauricum

CH3(CH2)10COOH

laurate

14

myristic acid

tetradecanoic acid

acidum myristicum

CH3(CH2)12COOH

myristate

16

palmitic acid

hexadecanoic acid

acidum palmiticum

CH3(CH2)14COOH

palmitate

18

stearic acid

octadecanoic acid

acidum stearicum

CH3(CH2)16COOH

stearate

20

arachidic acid

icosanoic acid

acidum arachidicum

CH3(CH2)18COOH

arachidate

acetate

pelargonate


Slide 7

Nomenclature

Aliphatic saturated dicarboxylic acids C atoms Common name

IUPAC name

Latin name

Formula

Anion

2

oxalic acid

ethanedioic acid

acidum oxalicum

HOOC‒COOH

oxalate

3

malonic acid

propanedioic acid

acidum malonicum

COOH‒(CH2)‒COOH

malonate

4

succinic acid

butanedioic acid

acidum succinicum


succinate

5

glutaric acid

pentanedioic acid

acidum glutaricum


glutarate

6

adipic acid

hexanedioic acid

acidum adipicum


adipate

7

pimelic acid

heptanedioic acid

acidum pimelicum


pimelate

8

suberic acid

octanedioic acid

acidum subericum


suberate

9

azelaic acid

nonanedioic acid

-


-

10

sebacic acid

decanedioic acid

acidum sebacicum


sebacate


Slide 8

Nomenclature


IUPAC name

Latin name

Formula

Anion

acrylic acid

propenoic acid

acidum acrylicum

crotonic acid

2-butenoic acid


fumaric acid

trans-butendioic


malei(ni)c acid

cis-butendioic


CH2=CH‒COOH

acrylate crotonate

Numbering of tri(and more)carboxylic aliphatic acids COOH

HOOC

1

2

CH2 CH

3

4

CH2 CH2 COOH

1,2,4-butantricarboxylic acid

COOH 6

5

CH3 CH

4

3

CH2 CH

COOH

2

CH

COOH

1

CH3

2,3,5-hexantricarboxylic acid


Slide 9

Nomenclature

Some (hetero)cyclic and aromatic acids COOH

COOH

benzoic

cyclohexanecarboxylic COOH

COOH

HOOC

salicylic

trans-1,4-cyclohexanedicarboxylic OH COOH

2-cyclohexenecarboxylic

COOH

4-biphenylcarboxylic COOH

CH3 COOH

1-methylcyclopentanecarboxylic COOH

HOOC

COOH

2,5-cyclohexadiene-1,4-dicarboxylic

COOH

COOH

1,3,5-naphthalenetricarboxylic

COOH

COOH COOH

COOH

COOH

N COOH

phthalic

isophthalic

terephthalic

nicotinic


Slide 10

Nomenclature

Function derivatives of carboxylic acids


Slide 11

Nomenclature

Salts of carboxylic acids


Slide 11


Slide 12

Nomenclature



Slide 12


Slide 13

Nomenclature



Slide 14

Nomenclature

Acylhalogenides


Slide 15






• hydrolysis of their function derivatives • e.g. of fats and oils


Slide 16

Physical properties • lower aliphatic (up to ±10 C) liquid, bad smell • higher aliphatic, aromatic and polycarboxylic – solid • melting point increases with molecular weight


Slide 17


O C H

OH


• reducing abilities – can be further oxidized – C=O can be considered an aldehyde • natural occurence – free as well as derivatives • relatively strong acid • acyl (formate) important in biosynthetic processes


Slide 18


O C

OH


• natural occurence – free as well as derivatives • the salts (acetates) frequently used in industry and medicine • important in metabolism, as well as its derivatives • Ac-CoA • 2-hydroxy..... glycolate • 2-oxo (α -keto)..... glyoxylate • 2-amino – glycine


Slide 19


O C

CH3

OH

CH2

• propionyl-CoA — from FA with odd C • important substitution derivatives • 2,3-dihydroxy..... glycerate • 2-hydroxy..... lactate • 2-oxo (α -keto)..... pyruvate • 2-amino – alanine


Slide 20


C CH2

OH

• particularly bad smell • important substitution derivatives • 3-hydroxybutyrate • GABA – γ -aminobutyric acid • 3-oxo..... acetoacetate


Slide 21




• esterified or “free”


Slide 22



or 16:1 cis-ω 7

or 16:1 cis n-7

16:1 n-7


Slide 23

Fatty acids



• FA melting points decrease with • shorter chains • unsaturation • vicinity of the first C=C to the carboxyl


Slide 24

Fatty acids Common name Abbrev. Saturated lauric C12:0 myristic C14:0 palmitic C16:0 stearic C18:0 arachidic C20:0 behenic C22:0 lignoceric C24:0 With 1 double bond palmitoleic C16:1 oleic C18:1 erucic C22:1 With 2 double bonds linoleic C18:2 With 3 double bonds α-linolenic C18:3 γ-linolenic C18:3 With 4 double bonds arachidonic C20:4 With 5 double bonds timnodonic C20:5 With 6 double bonds clupadonic C22:6

Systematic name

Δ

n- (ω)

dodecanoic tetradecanoic hexadecanoic octadecanoic eicosanoic docosanoic tetracosanoic 9-hexadecaenoic 9-oktadecaenoic 13-docosaenoic

9 9 13

7 9 9

9,12-octadecadienoic

9,12

6

9,12,15-octadecatrienoic 6,9,12-octadecatrienoic

9,12,15 6,9,12

3 6

5,8,11,14-eicosatetraenoic

5,8,11,14

6

5,8,11,14,17-eicosapentaenoic

5,8,11,14,17

3

4,7,10,13,16,19-docosahexaenoic 4,7,10,13,16,19

3

Structure formula


Slide 25


toluene −→ benzylalcohol −→ benzaldehyde −→ benzoic acid • used for syntheses and as a conservant • stronger then acetic acid, little soluble in water, soluble in ether and benzene • problem – animals cannot degrade (neither synthesise) the aromatic ring • detoxified in liver – bound with glycine to be excluded in the urine as hippuric acid • substitution derivative of benzoic acid (2-hydroxybenzoic acid) • salicylic acid • acetylsalicylic acid


Slide 26


• toxic – synaptic inhibitor • its amide is the core of oxidoreductase coenzymes NAD and NADP


Slide 27


COOH CH3

acetic a.

HO

glycolic a.

COOH CH2 CH3

propionic a.

CH2

HO

COOH HC

O

glyoxylic a.

COOH

COOH

CH

C

CH3

CH3

lactic a.

O

pyruvic a.

COOH H 2N

CH2

glycine COOH

H 2N

CH CH3

alanine


Slide 28


COOH

CH

C

CH2

CH2

CH2

CH2

COOH

COOH

COOH

COOH

COOH CH2

HO

malic a.

succinic a.

O

COOH H 2N

oxaloacetic a.

CH

aspartic a.

COOH

COOH

CH

C

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

COOH

COOH

COOH

COOH

COOH CH2

glutaric a.

HO

2-hydroxyglutaric a.

O

2-oxoglutaric a.

COOH H 2N

CH

glutamic a.

The End

Verze pro tisk je na stránkách 123–152

• Stačí vytisknout uvedený rozsah stránek. • Doporučený způsob tisku je 4 stránky na vodorovně (landscape) orientovaný list papíru. návrat na úvodní obrazovku spuštění prezentace

The print version is in the pages 276–307

• Just print the page range specified above. • Printing 4 pages per one landscape-oriented sheet is recommended. return to the initial screen start the presentation

Karboxylové kyseliny a jejich deriváty Carboxylic acids and their derivatives. Tisková verze Print version Prezentace Presentation

Recommend Documents