NÁZVOSLOVÍ ORGANICKÉ CHEMIE
Názvosloví organické chemie = staré + nové • Organické sloučeniny – specifické sloučeniny uhlíku, vodíku a dalších prvků • Pouze C a H → uhlovodíky • Používáme molekulové (sumární), racionální a strukturní vzorce Strukturní vzorec H H H- C- C-H H H
Racionální vzorec
Molekulový vzorec
CH3-CH3
C 2H 6
• Uhlík je v organických látkách vždy čtyřvazný (ve strukturním vzorci z něj vycházejí „4 čárky“) • Mezi atomy uhlíku se vyskytují jednoduché (-C-C-), dvojné (-C=C-) a trojné (-C≡C-) vazby
uhlovodíky nasycené nenasycené alkany
cykloalkany
alkeny, cykloalkeny
alkiny
areny (aromatické uhlovodíky)
Alkany • • • •
Nejjednodušší uhlovodíky, tedy nejjednodušší organické látky Pouze jednoduché vazby – patří mezi tzv. nasycené sloučeniny Názvy alkanů mají zakončení -an. Obecný vzorec alkanů lze vyjádřit CnH2n+2,
Methan (1C) CH4 Ethan (2C) CH3CH3 Propan (3C) CH3CH2CH3 Butan (4C) CH3CH2CH2CH3 Pentan (5C) CH3CH2CH2CH2CH3 Hexan (6C) CH3CH2CH2CH2CH2CH3 Heptan (7C) CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 Oktan (8C) CH3(CH2)6CH3 Nonan (9C) CH3(CH2)7CH3 Dekan (10C) CH3(CH2)8CH3
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22
Alkany s rozvětveným řetězcem • Molekula se skládá z hlavního řetězce (pouze 1) a vedlejších řetězců (1 nebo více) • Hlavní řetězec tvoří základní alkan (methan, ethan, propan…) • Vedlejší řetězce tvoří „zbytky“ alkanů (radikály – R) • „Zbytku“ chybí 1 atom H (CH4 → CH3-; CH3-CH3 → CH3-CH2- atd.) • Zbytek nahrazuje v hlavním řetězci 1 atom H
Alkany s rozvětveným řetězcem • V názvu má „zbytek“ alkanu koncovku –yl (obecně alkyl) • Koncovka –yl nahrazuje koncovku –an: Methyl Ethyl Propyl Butyl Pentyl Hexyl
CH3 – CH3CH2 – CH3CH2CH2 – CH3CH2CH2CH2 –
CH3 – C2H5 – C3H7 – C4H9 – C5H11 – C6H13 –
Rozvětvené alkany – tvorba názvů 1) určíme hlavní řetězec (nejdelší, nejvyšší počet atomů C), pokud více řetězců stejně dlouhých – hlavní je ten s největším počtem navázaných vedlejších řetězců 2) očíslujeme atomy uhlíku v hlavním řetězci tak, aby součet čísel označujících atomy C, na kterých jsou navázány vedlejší řetězce byl co nejnižší 3) postranní řetězce řadíme v názvu podle abecedního pořadí bez ohledu na násobící předpony (di, tri…) 4) pokud více stejných postranních řetězců – číslovkové předpony – di, tri…
Tvorba názvu rozvětveného alkanu - příklad
C6H3-C5H-C4H2-C3H-C2H-C1H3 CH3
CH3 CH3
2,3,5-trimethylhexan
Tvorba názvu rozvětveného alkanu - příklad CH3 7
H3C
6
5
4
3
CH2
CH
CH
CH2
CH3
CH2
2
C
1
CH3
CH3
CH3
4-ethyl-2,2,5-trimethylheptan
Alkeny • Nenasycené acyklické uhlovodíky které obsahují dvojnou vazbu. • Při jedné dvojné vazbě obecný vzorec CnH2n • Koncovka –en (-adien, -atrien… v případě několika dvojných vazeb). • Koncovka –en nahrazuje koncovku –an • Od butanu sloučenina s 1 dvojnou vazbou buten, se dvěma dv. vazbami butadien • Hlavní řetězec obsahuje nejvíce násobných vazeb (nemusí platit pravidlo, že hlavní je nejdelší) • Číslem je v názvu potřeba naznačit, která vazba je dvojná • Vazby číslujeme tak, aby dvojná dostala co nejnižší číslo: 1
2
3
Ne!
1
Ano!
CH3–CH2–CH=CH2 → but-1-en (dříve 1-buten) 3
2
Alkeny – příklad
1
2
3
Ano!
CH2=CH–CH=CH2 → buta-1,3-dien (dříve1,3-butadien) 3
2
1
Ano!
Alkeny s rozvětveným řetězcem – příklad •
Hlavní řetězec obsahuje nejvíce dvojných vazeb CH3 CH2 CH2
CH2
CH
C
C CH2 CH2 CH3
CH
CH2
3,4-dipropylhexa-1,3,5-trien (dříve 3,4-dipropyl-1,3,5-hexatrien)
Alkyny (dříve alkiny) • Nenasycené acyklické uhlovodíky které obsahují trojnou vazbu • Při jedné trojné vazbě obecný vzorec CnH2n-2 • Koncovka –yn, dříve -in (-adiyn, -atriyn… v případě několika dvojných vazeb). • Koncovka –yn (in) nahrazuje koncovku –an • Od butanu sloučenina s 1 trojnou vazbou butyn (butin), se dvěma tr. vazbami butadiyn (butadiin) • Hlavní řetězec obsahuje nejvíce násobných vazeb (nemusí platit pravidlo, že hlavní je nejdelší) • Číslem je v názvu potřeba naznačit, která vazba je trojná • Vazby číslujeme tak, aby trojná dostala co nejnižší číslo:
CH3–CH2–C≡CH → but-1-yn (dříve 1-butin)
Alkyny – příklad
1
2
3
Ano!
CH≡C–C ≡CH → buta-1,3-diyn (dříve1,3-butadiin) 3
2
1
Ano!
Sloučeniny obsahující zároveň dvojnou i trojnou vazbu •
Dvojná vazba „má přednost“ – v názvu nejprve vyjádření dvojné, až potom trojné, při číslování vazeb pokud možno nižší číslo dvojné vazbě
CH≡C-CH=CH-CH=CH2
hexa-1,3-dien-5-yn (1,3-hexadien-5-yn)
CH3 CH2 CH2 CH
C
C
C CH2 CH2 CH3
CH
CH2
3,4-dipropylhexa-1,3-dien-5-yn (3,4-dipropyl-1,3-hexadien-5-in)
Cykloalkany • • • •
Cyklické uhlovodíky odvozené od alkanů Nasycené uhlovodíky Obecný vzorec CnH2n V názvu předpona cyklo-
cyklopropan
cyklobutan
cyklopentan
cyklohexan CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
1,2-dimethylcyklohexan
H3C
H2C
CH3
1-ethyl-2-methylcyklopentan
CH3
1,1,2,2-tetramethylcyklobutan
Cykloalkeny • • • •
Cyklické uhlovodíky odvozené od alkenů Nenasycené uhlovodíky – obsahují dvojné vazby Při jedné dvojné vazbě obecný vzorec CnH2n-2 V názvu předpona cyklo4
3
1
2
CH2
3-ethylcyklobut-1-en (3-ethyl-1 cyklobuten)
CH3
Aromatické uhlovodíky (areny) • • • •
Cyklické uhlovodíky V prvním přiblížení možno konstatovat, že v cyklu dochází ke střídání jednoduchých a dvojných vazeb Ve skutečnosti však jednotlivé vazby rovnocenné (v podstatě 1,5 násobné Jednotlivé základní aromatické sloučeniny mají své triviální názvy zakončené –en (benzen, naftalen, anthracen, fenanthren) HC HC
H C C H
CH CH
Benzen – nejjednodušší aromatický uhlovodík
C6H6
Aromatické uhlovodíky odvozené od benzenu CH3
methylbenzen (toulen)
benzen CH2
CH3
ethylbenzen
HC
CH2
vinilbenzen (styren)
H3C
HC
CH3
isopropylbenzen (kumen)
Aromatické uhlovodíky odvozené od benzenu - xyleny •
Pokud dva stejné radikály na benzenovém jádře, používají se také předpony ortho- (o-, polohy 1,2), metha -(m-, polohy 1,3) a para- (p, polohy 1,4)
CH3
CH3 H3C
CH3
o-xylen (1,2-dimethylbenzen)
CH3
H3C
m-xylen (1,3-dimethylbenzen)
p-xylen (1,4-dimethylbenzen)
Další základní aromatické uhlovodíky
3 4 8
1
8
9
1
5
7
2
7
2
6
6
3
6
3
7
5
4
naftalen
5
10
anthracen
4
2 1
10 8
9
fenanthren
Základní názvy arylů CH3
fenyl
o-tolyl
a-naftyl
Substituce – substituční deriváty •
Substituce je nahrazení 1 nebo více atomů H v základním uhlovodíku jiným atomem nebo skupinou atomů (substituentem)
•
S jedním případem substituce jsme se již seznámili – v případě rozvětvených alkanů jimi byly vedlejší řetězce tvořené zbytky alkanů
•
V názvu je substituce vyjádřena předponou nebo koncovkou popisující příslušný substituent
•
V případě více různých substituentů dělení na hlavní – nadřazený (pouze 1) a ostatní – podřazené (1 nebo více)
•
Hlavní substituent vyjádřen koncovkou (koncovka až za celý název uhlovodíku – od methanu např. methanol, nikoliv methol)
•
Ostatní substituenty vyjádřeny předponou
•
Substituent vyjádřený koncovkou má při číslování uhlíkatého řetězce vždy přednost před uhlovodíkovými zbytky i před násobnými vazbami.
Pořadí nadřazenosti pro volbu hlavní skupiny Sloučeniny
Skupina
karboxylové kyseliny estery karboxylových kyselin
-COOH R1-COOR2
aldehydy
-CHO
ketony
-CO-
alkoholy fenoly
-OH -OH
aminy
-NH2
ethery
R1-O-R2
halogensloučeniny
-X (X = F, Cl, Br, I)
nitrosloučeniny
-NO2
nitrososloučeniny
-NO
Alkoholy Skupina -OH Koncovka -ol (diol, triol…) Předpona hydroxy- (dihydroxy, trihydroxy…)
Vzorec
název
CH3OH
methanol
CH3CH2OH
ethanol
CH3(CH2)2OH
propan-1-ol
1-propanol
HO – (CH2)4 – OH
butan-1,4-diol
1,4-butandiol
HO – CH2 – CH – CH2 – OH
propan-1,2,3-triol
1,2,3-propantriol
OH
(glycerol)
5
4
3
2
1
CH3
CH
CH2
CH
CH3
CH3
název dříve
OH
4-methylpentan-2-ol
4-methyl-2-pentanol
Důležité sloučeniny patřící mezi alkoholy Methanol, methylalkohol, prudce jedovatá kapalina, neomezeně mísitelná s vodou. Vyrábí se ze syntézního plynu a užívá se jako rozpouštědlo, k výrobě formaldehydu a různých methylesterů. Ethanol, ethylalkohol (líh) kapalina s vodou neomezeně mísitelná, s mírnými dezinfekčními účinky, vyrábí se hydratací ethylenu nebo fermentací glukosy.Používá se jako rozpouštědlo a surovina k získávání acetaldehydu, ethylchloridu a ethylesterů. Slouží k výrobě lihovin. Denaturace benzínem nebo pyridinem.
Cyklohexanol se připravuje oxidací cyklohexanu nebo katalytickou hydrogenací fenolu. Surovina pro výrobu syntetických vláken. Ethylenglykol, ethan-1,2-diol se vyrábí hydrolýzou ethylenoxidu. Je jedovatý, viskózní, s vodou neomezeně mísitelný. Je základní složkou nemrznoucích chladicích směsí a též slouží k výrobě plastů. Glycerol (dříve glycerin), propan-1,2,3-triol (l), trojsytný alkohol, není jedovatý. Užívá se v kosmetice a pro svou sladkou chuť též v potravinářství a ve farmacii. Ester s kyselinou dusičnou – glyceroltrinitrát je výbušnina a lék na některé srdeční choroby. Estery glycerolu a mastných kyselin (acylglyceroly) tvoří jednu z největších skupin lipidů. Glucitol (sorbit), je rozpustný ve vodě, je sladký a využívá se proto především v potravinářství jako umělé sladidlo.
Fenoly Fenoly = aromatické alkoholy
Skupina –OH (na aromatickém jádře) Koncovka -ol (diol, triol…) Předpona hydroxy- (dihydroxy, trihydroxy…)
Fenoly - příklady Název
Vzorec OH
OH
CH3 OH
OH
OH
fenol
4–methylfenol
(p-kresol)
benzen-1,2-diol, (1,2 benzendiol)
OH
OH
benzen-1,3-diol (1,3-benzendiol)
OH
benzen -1,4-diol (1,4-benzendiol)
Důležité sloučeniny patřící mezi alkoholy a fenoly Fenol je bezbarvá látka. Leptá kůži. Získává se z černouhelného dehtu, tavením chlorbenzenu nebo z kumenu. Surovina pro výrobu mnoha aromatických látek sloučenin a plastů. Nitrací vzniká 2,4,6-trinitrofenol neboli kyselina pikrová -silná kyselá explozívní sloučenina. Kresoly, hydroxyderiváty toluenu mají dezinfekční účinky,výroba plastických hmot. Pyrokatechol, a hydrochinon, jsou složky mnoha fotografických vývojek. Resorcinol, se užívá v dermatologii, je surovinou pro výrobu barviv, je sladký a využívá se proto především v potravinářství jako umělé sladidlo.
Karbonylové sloučeniny C O
karbonylová skupina
Aldehydy
Ketony
H
C O (-CHO, na kraji řetězce)
C O (-CO-, uvnitř řetězce)
Aldehydy Skupina -CHO (na kraji řetězce) Koncovka -al (dial…) – v případě, že skupina CHO je zahrnuta do hlavního řetězce Koncovka –karbaldehyd (dikarbaldehyd…) – v případě, že skupina CHO není zahrnuta do hlavního řetězce Předpona oxo- (dioxo…)
Aldehydy –příklady I Vzorec
Název
HCHO
methanal
CH3 – CHO
ethanal
CH3 – CH2 – CHO
propanal
CH3 – (CH2)2 – CHO
butanal
CH3 – (CH2)3 – CHO
pentanal
HOC – CH2 – CH = CH – CHO
penten-2-dial (2-pentendial)
Aldehydy – příklady II HOC – CH2 – C = CH – CHO propen-1,2,3-trikarbaldehyd CHO
(1,2,3-propentrikarbaldehyd)
CH2 = CH – CHO
prop-2-en-1-al (2-propenal)
CHO
CHO
benzenkarbaldehyd (benzaldehyd) 2-naftalankarbaldehyd
Aldehydy – příklady III 4
3
2
1
CH
CH
CH2
C
OH OH
OH
5
H2C
O
3,4,5-trihydroxypentanal H
Důležité sloučeniny patřící mezi aldehydy Formaldehyd, methanal, štiplavý jedovatý plyn, zabíjí většinu bakterií, používá se jako konzervační prostředek pro potraviny, kosmetiku a léčiva, jako desinfekční a sterilizační prostředek. Sloužil k desinfekci půdy a semen a jako insekticid a fungicid. Využití má také v lékařství a v oblasti veterinární. Vodný roztok se běžně používá pro konzervaci a k balzamaci biologického materiálu. Je dobře rozpustný ve vodě. Vyrábí se katalytickou oxidací nebo dehydrogenací methanolu. Je surovinou pro výrobu řady plastů. Acetaldehyd, ethanal ostře páchnoucí, velmi těkavá kapalina, rychle polymerující na paraldehyd. Vyrábí se oxidací ethanolu, nižších alkanů, ethylenu nebo hydratací acetylenu. Slouží k výrobě kyseliny octové, butan-1-olu a dalších látek.
Ketony Skupina –CO– (uvnitř řetězce) Koncovka -on (dion…) Předpona oxo- (dioxo…)
Ketony – příklady I Vzorec
Název
CH3 – CO – CH3
propanon
dimethylketon
CH3 – CO – CH2 – CH3
butan-2-on
ethyl(methyl)keton
(2-butanon) CH3 – CO – (CH2)2 – CH3
pentan-2-on
methyl(propyl)keton
(2-pentanon) CH2 = CH – CH2 – CO – CH2 – CH3
hex-5-en-3-on (5-hexen-3-on )
allyl(ethyl)keton
Ketony – příklady II
O
O
cyklohexanon
C CH3 O
fenyl(methyl)keton acetofenon
C O
difenylketon (benzofenon)
O
1,4-benzochinon p-benzochinon
Důležité sloučeniny patřící mezi ketony Aceton, propanon je kapalina o t.v. 56 °C, neomezeně mísitelná s vodou. Vyrábí se oxidací propanolu nebo spolu s fenolem z kumenu. Je výborným, rozpouštědlem. Cyklohexanon se získává společně s cyklohexanolem oxidací cyklohexanu. Vyrábí se z něj látky pro produkci syntetických vláken – kyselina adipová, ε-kaprolaktam a polyamidy. Benzofenon, difenyl keton aromatický keton. Bílá krystalická látka. Používá se při výrobě léčiv, voňavek, insekticidů. Benzochinon prudce jedovatý, silně dráždí pokožku, jeho deriváty se nacházejí v obranných sekretech řady členovců v houbách a plísních. Benzochinonový kruh je důležitou součástí fotosyntézy.
Ethery Patří mezi kyslíkaté deriváty Obecný vzorec R1-O-R2
Kyslík je dvojvazný, jsou na něj navázány dva stejné nebo různé uhlovodíkové zbytky Název = názvy obou zbytků (řazeny abecedně, druhý v závorce) + slovo ether
Vzorec
Název
CH3 – O – CH3
dimethylether (methoxymethan)
CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3
diethylether (ethoxyethan)
CH3 – CH2 – O – CH2 – CH2 – CH3
ethyl(propyl)ether (ethoxypropan)
CH3 – CH2 – O – CH = CH2
ethyl(vinyl)ether (ethoxyethen)
CH3 – O – CH = CH2 – CH3
methyl(propenyl)ether (1-methoxyprop-1-en)
Ethery – další příklady
O
CH3 H3C C O CH3 CH3
difenylether
methyl(tercbutyl)ether
H2C CH2 O ethylenoxid, oxiran
Důležité sloučeniny patřící mezi ethery Diethylether je hořlavá kapalina o teplotě varu 35 °C. Ve vodě je částečně rozpustný. Vyrábí se dehydratací ethanolu. Má narkotické účinky, je výborným rozpouštědlem organických sloučenin, často se používá k jejich extrakci. Oxiran (ethylenoxid) je jedovatý plyn. Účinkem vody se v přítomnosti kyselých katalyzátorů štěpí jeho tříčlenný cykl na ethylenglykol.
Karboxylové kyseliny • • • • • • • •
Charakteristické skupinou –COOH Vzhledem k tomu, že jsou v tabulce pro volbu nadřazené skupiny nejvýše ze všech substituentů, jsou vyjádřeny prakticky vždy koncovkou Koncovka –ová kyselina - pokud sk. COOH je součástí hlavního řetězce Koncovka –karboxylová kyselina - pokud sk. COOH není součástí hlavního řetězce Platí, že kyselina je látka, která má schopnost odštěpit vodíkový iont V porovnání se silnými minerálními kyselinami jsou karboxylové kyseliny výrazně slabší (nejsilnější kyseliny patří mezi minerální – anorganické) Nejsilnější organickou kyselinou s jednou karboxylovou skupinou je methanová (mravenčí) kyselina Míra kyselosti klesá s rostoucí délkou řetězce karboxylové kyseliny.
Karboxylové kyseliny 1) Monokarboxylové (I)
Název
Vzorec systematický
triviální
HCOOH
methanová kyselina
mravenčí
CH3COOH
ethanová k.
octová
CH3CH2COOH
propanová k.
propionová
CH3(CH2)2COOH
butanová k.
máselná
CH3(CH2)3COOH
pentanová k.
valerová
Monokarboxylové (II) Vzorec
Název systematický
triviální
CH3(CH2)4COOH
hexanová k.
kapronová
CH3(CH2)14COOH
hexadekanová k.
palmitová
CH3(CH2)16COOH
oktadekanová k.
stearová
CH2 = CH – COOH
propenová k.
akrylová
CH3 – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)7 – COOH cis-9-oktadecenová olejová CH3 – CH = CH – CH = CH – COOH 2,4-hexadienová
sorbová
Důležité karboxylové kyseliny Kyselina mravenčí, methanová kyselina kapalina s leptavými účinky, silně čpící, ve vodě bez omezení rozpustná. Je obsažena v tělech některých živočichů a rostlin (mravenci, žihadla hmyzu, kopřivy, jehličí). Vyrábí se zahříváním oxidu uhelnatého s hydroxidem sodným za tlaku a vytěsněním kyseliny mravenčí. Užívá se ke konzervování potravin a k dezinfekci. Kyselina octová, přirozený metabolit v živých organismech. S koenzymem A, vzniká acetyl-CoA – významný meziprodukt buněčného metabolismu sacharidů a tuků. Vyskytuje se v rostlinách jako volná kyselina i ve formě solí (octanů). Ve větším množství je obsažena v kvasícím ovoci, jako produkt přeměny sacharidů. Vyrábí se oxidací acetaldehydu nebo nižších alkanů. Slouží jako rozpouštědlo. Její 5 až 8% vodný roztok je ocet. Kyselina máselná, butanová nepříjemně zapáchá. Je obsažena například v potu a ve žluklém másle. Estery v rostlinách okoličnatých, se tvoří máselným kvašením z cukrů a škrobů, kde kyselina mléčná účinkem mikrobů (bacillus butyricus) přechází v kys. máselnou.
Důležité karboxylové kyseliny Kyselina palmitová, stearová a kyselina olejová jsou tzv. mastné kyseliny nejčastěji se vyskytující ve formě esterů s glycerolem v tucích a rostlinných olejích. Kyselina akrylová (viz skripta) Kyselina sorbová (viz skripta)
2) Dikarboxylové Vzorec
Název
systematický
triviální
HOOC – COOH
ethandiová
šťavelová
HOOC – CH2 – COOH
propandiová
malonová
HOOC – (CH2)2 – COOH
butandiová
jantarová
HOOC – (CH2)4 – COOH
hexandiová
adipová
HC COOH HC COOH
cis-butendiová
maleinová
COOH CH CH COOH
trans-butendiová
fumarová
Důležité dikarboxylové kyseliny Kyselina šťavelová HOOCCOOH je obsažena prakticky ve veškerém ovoci a zelenině (volná i ve formě solí) a způsobuje jejich kyselost. Najdeme ji ve větším množství ve šťovíku. Tvoří dobře rozpustné krystaly, je jedovatá a ochuzuje organismus o vápník. Kyselina malonová HOOCCH2COOH je obsažena v nezralém ovoci. 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 kytalytickou oxidací benzenu. Používá se k výrobě plastů.
Aromatické kyseliny COOH COOH
COOH COOH
benzoová (benzenkarboxylová)
ftalová (benzen-1,2-dikarboxylová)
COOH tereftalová (benzen-1,4-dikarboxylová)
Důležité aromatické karboxylové kyseliny Kyselina benzoová C6H5COOH se vyrábí oxidací toluenu. Užívá se jako konzervační prostředek stejně jako její soli a jako surovina k výrobě mnoha aromatických sloučenin. V přírodě se vyskytuje hlavně v pryskyřici benzoe a v esterech (tzv. balzámech). Kyselina ftalová, benzen-1,2-dikarboxylová (dříve 1,2benzendikarboxylová) kyselina C6H4(COOH)2(s) se získává katalytickou oxidací naftalenu nebo o-xylenu. Je surovinou při výrobě plastů, především jako změkčovadla. Kyselina tereftalová, benzen-1,4-dikarboxylová kyselina (dříve 1,4benzendikarboxylová kyselina) C6H4(COOH)2(s) se získává oxidací pxylenu. Má mimořádný význam pro výrobu syntetických vláken.
Deriváty karboxylových kyselin O
a) Funkční • • • • • •
soli estery halogenidy amidy nitrily anhydridy
místo OH (-O-kov) (-O-R) (-F, -Cl, -Br, -I, ) ( -NH2) ( -CN) ( dehydratace + synteza)
b) Substituční • halogenkyseliny • hydroxykyseliny • ketokyseliny • aminokyseliny
(-F, -Cl, -Br, -I, ) (-OH) (=O) (-NH2)
5 4 3 2 1 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – COOH d g b a
R C O H Nahrazení skupiny OH (někdy jen H)
Soli karboxylových kyselin
Analogicky s anorganickými kyselinami Reakce kyseliny s bází (např. hydroxidy alkalických kovů) Vzniká sůl a voda Působí-li na sůl silné anorganické kyseliny, vzniká původní karboxylová kyselina a anorganická sůl RCOOH + karboxylová kyselina
NaOH
→
RCOONa sůl karboxylové kyseliny
+
H2O
RCOONa + sůl karboxylové kyseliny
HCl
→
RCOOH karboxylová kyselina
+
NaCl
Estery karboxylových kyselin Název = název uhlovodíkového zbytku nahrazujícího atom H + slovo ester + název původní kyseliny ve 2. pádě
CH3 – CO – OCH3
methylester ethanové kyseliny (methylethanoát)
H – CO – OCH2CH3
ethylester methanové kyseliny (ethylmethanoát)
Vznik ethylesteru ethanové kyseliny z kyseliny ethanové a ethanolu: O
O H3C
+ CH3 CH2 OH
C OH
+ H2O
CH3 C O
CH2 CH3
Důležité estery Ethylester kyseliny octové (ethylacetát, octan ethylnatý) CH3COOCH2CH3(l) a butylacetát, octan butylnatý CH3COOCH2(CH2)2CH3(l) jsou rozpouštědla. Estery vyšších karboxylových kyselin (tzv. vyšších mastných kyselin) s glycerolem se nazývají triacylglyceroly (dříve glyceridy) a jsou základní složkou tuků a rostlinných olejů
O
Halogenidy C
O
Cl
H3C C Cl ethanoylchlorid, acetylchlorid,
chlorid ethanové kyseliny
benzoylchlorid, chlorid kyseliny benzenkarboxylové
Vznik chloridu ethanové kyseliny z kyseliny ethanové a chlorovodíku: O
O H3C
+ HCl
C OH
H3C
C
+ H2O Cl
Důležité halogenidy Acetylchlorid, chlorid kyseliny octové CH3COCl(l) je důležité acetylační činidla (užívá se k vnášení acetylové skupiny do molekul organických sloučenin).
Amidy H – CO – NH2
CH3 – CO – NH2 ethanamid, amid ethanové kyseliny
methanamid, formamid, amid methanové kyseliny
Vznik amidu methanové kyseliny z kyseliny methanové a amoniaku: O
O H
+ NH3
C OH
H
+ H2O
C NH2
Důležité amidy
Formamid, amid kyseliny mravenčí HCONH2(l) a N,N-dimethylformamid HCON(CH3)2(l) se užívají jako rozpouštědla.
Nitrily H – CO – CN
CH3 – CO – CN
methannitril, nitril methanové kyseliny
ethannitril, acetonitril, nitril ethanové kyseliny
Vznik nitrilu ethanové kyseliny z kyseliny ethanové a kyanovodíku:
O
O H3C
+ HCN
C OH
+ H2O
CH3 C CN
Důležité nitrily Acetonitril, nitril kyseliny octové CH3CN(l) je výborné, ale prudce jedovaté rozpouštědlo
Anhydridy
O H 3C C
O
O
O
H3 C C
CH3
O
+
C
CH3
OH
H 3C
→
C OH
C O
H3 C
C O
O acetanhydrid (anhydrid ethanové kyseliny)
O C
O C
COOH
O
130°C
COOH
C O ftalanhydrid (anhydrid benzen-1,2-dikarboxylové kyseliny)
O C O
H2O
+
H2O
Důležité anhydridy
Acetanhydrid, anhydrid kyseliny octové (CH3CO)2O je důležité acetylační činidlo (užívá se k vnášení acetylové skupiny do molekul organických sloučenin). Ftalanhydrid, anhydrid kyseliny ftalové C8H4O3(l) slouží k výrobě plastů.
Substituční deriváty karboxylových kyselin H3C CH COOH
H2C COOH F
Cl 2-chlorpropanová k.
CH2 COOH OH C COOH CH2 COOH k. citronová (2-hydroxypropan-1,2,3-trikarboxylová)
fluorethanová k.
COOH
COOH
OH
CH OH CH OH COOH
k. salicylová (2-hydroxybenzenkarboxylová)
k. vinná (2,3-dihydroxybutandiová)
H3C C COOH O
pyrohroznová k. (2-oxopropanová)
Substituční deriváty karboxylových kyselin 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. Kyselina chloroctová – krystalická látka, má význam v organické syntéze, při přípravě fenoxyoctových kyselin Kyselina trichloroctová – krystalická látka, velmi leptavá, soli se využívají jako herbicidy Kys. vinná – je bezbarvá krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě, kyselé chuti. Vyskytuje se ve třech prostorových izomerech, v přírodě je nejvíce rozšířena Lkyselina vinná. Používá se zejména v potravinářství a vinařství, kyselý vinan draselný (vinný kámen) je obsažen ve šťávě vinných hroznů.
Kys. citrónová – rozšířená v citrusových plodech (až 7 %) Je přírodní konzervační látkou a používá se jako dochucovací prostředek jídel a nealkoholických nápojů. Je důležitým meziproduktem v citrátovém cyklu.
Substituční deriváty karboxylových kyselin Kys. glykolová (hydroxyoctová) HO – CH2 - COOH - její deriváty tzv. fenoxyoctové kyseliny mají uplatnění jako herbicidy Kys. mléčná (2-hydroxypropanová) COOH
COOH HO C H CH3
H
C OH CH3
L (+) mléčná D (-) mléčná racemická směs Mléčné kvašení mono a disacharidů pomocí bakterií (Bacterium acidi lactici Lactobacillus delbrückii). Rozšířený konzervační prostředek. Kys. jablečná (2-hydroxybutandiová) COOH
H
C OH CH2 COOH
rozšířena v různých šťávách nezralého ovoce
HALOGENSLOUČENINY Odvozují se od uhlovodíků náhradou vodíkových atomů atomem(y) jednovazného halogenu (-F, -Cl, -I, -Br) Názvosloví substituční - předpona názvu halogenu + název uhlovodíku funkční skupinový (uhlovodíkový zbytek + přípona názvu halogenidu)
Freony: fluorderiváty uhlovodíků, které obsahují alespoň ještě jiný halogen. Nejčastěji chlorfluorderiváty methanu a ethanu.
PROCVIČOVÁNÍ napište vzorce sloučenin: chlormethan
2,3-difluorbutan
trichlormethan (chloroform)
3-brom-1-chlorbutan
Dusíkaté deriváty Aminy Diazoniové soli
Azosloučeniny Nitrosloučeniny
Aminy R – NH2
deriváty amoniaku R – NH – R
R–N–R
R primární
sekundární
terciální
Názvosloví – přípona –amin k základnímu uhlovodíku při jiné nadřazené skupině předpona amino-
PROCVIČOVÁNÍ napište vzorce sloučenin: benzenamin difenylamin
kyselina aminooctová
Aminy (I) R – NH2
deriváty amoniaku R – NH – R
R–N–R
R primární
sekundární
terciální
Methylamin CH3NH2(g), dimethylamin (CH3)2NH2(g) i trimethylamin (CH3)3NH2(g) nepříjemně zapáchají. Aminy jsou významné biogenní sloučeniny, vyskytují se v živých organismech jako metabolické meziprodukty, neurotransmitery. Při vyšší koncentraci mají toxické účinky a některé jsou až karcinogenní. Jsou charakteristické svým zápachem. Vytvářejí se při hnití masa. Corpusin, vzniká při hnití lidského nebo jiného červeného masa - sladká vůně smrti. Hnití ryb vzniká tyramin - rybina. Aminy se tvoří v látkách bohatých na bílkoviny.
Aminy (I)
deriváty amoniaku
Vzorec
Název
CH3CH2CH2NH2
propylamin
prophanamin
CH3CH2NH2
ethylamin
ethanamin
benzenamin,
fenylamin anilin
NH2 1,4-benzendiamin
p-fenylendiamin
NH2
H2 N
Aminy (II) Název
Vzorec
H3C N CH3
trimethylamin
CH3 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – N – CH2 – CH3
N-ethyl-N-methylbutylamin
CH3 NH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – NH2
1,4-butandiamin tetramethylendiamin
Další důležité sloučeniny patřící mezi aminy Hexamethylendiamin H2N(CH2)6NH2(s) je důležitou surovinou při výrobě syntetických vláken. Nazývaný též putrescin, vzniká dekarboxylací aminokyselin lysinu nebo ornithinu. Vzniká také při hnití masa, podobná toxicita jako u amoniaku, označuje se společně s dalšími aminy jako mrtvolný jed. Anilin (názvu fenylamin se neužívá) C6H5NH2 je nažloutlá jedovatá kapalina. Na vzduchu červená a tmavne. Užívá se jako výchozí surovina při přípravě různých aromatických sloučenin.
Diazoniové soli vznikají reakcí primárních aromatických aminů s kyselinou dusitou v prostředí minerálních kyselin - diazotace
N
+
H3C
N
X-
(X – anion silné anorg. kyseliny)
N +
N
Cl-
4-methylbenzendiazoniumchlorid Využití: Jsou především surovinou pro další syntézu, zejména pro výrobu azobarviv
Azosloučeniny vznikají reakcí diazoniových solí s fenoly nebo aromatickými aminy za vzniku barevných azobarviv (kopulace)
H3C
N N 4-methylazobenzen
Nitroso a nitrosloučeniny Názvosloví – přítomnost skupiny se vyjadřuje vždy předponou nitro- (NO2) nitroso- (NO)
PROCVIČOVÁNÍ napište vzorce sloučenin: nitrobenzen 2-chlor-3-nitrobutan
2-methyl-1,3,5-trinitrobenzen 4-chlor-2,2-dinitroso-5-nonin
Nitrosloučeniny vznikají nitrací uhlovodíků kyselinou dusičnou (nitrační směsí)
NO2
NO
nitrobenzen
nitrosobenzen
CH3
NO2
O2N
NO2
NO2 2-nitronaftalen
2,4,6-trinitrotoluen
Důležité sloučeniny patřící mezi nitrosloučeniny Nitrobenzen C6H5NO2(l) voní po hořkých mandlích. Vzniká nitrací benzenu a používá se k výrobě anilinu, dále při výrobě tuků a výbušnin. Výborné rozpouštědlo.. Trinitrotoluen 2,4,6 CH3C6H2(NO2)3(s) je průmyslová a vojenská trhavina (TNT). Trinitrofenol 2,4,6 OHC6H2(NO2)3(s) (kyselina pikrová) má silně hořkou chuť, soli jsou výbušiny, používá se k vybarvování svalů.
Sirné deriváty – thioly SH Názvosloví – přípona –thiol k základnímu uhlovodíku při jiné nadřazené skupině předpona merkapto-
PROCVIČOVÁNÍ napište vzorce sloučenin: 3-pentanthiol 2-amino-3-merkaptopropanovákyselina (cystein)
Sirné deriváty 1) Thioly – SH
(merkaptany)
CH3 – SH
methanthiol
methylmerkaptan
CH3 – CH2 – CH2SH
propanthiol
propylmerkaptan
HS – CH2 – CH2 – SH
1,2-ethandithiol
SH
benzenthiol
fenylmerkaptan, thiofenol
Důležité organické sirné sloučeniny
Thioly, zvláště nižší členy řady, velmi intenzivně a nepříjemně páchnou. Používají se například k odoraci svítiplynu, v organické syntéze, k přípravě léčiv. Součásti sirných aminokyselin cysteinu a cystinu
Sirné deriváty 2) Sulfidy – S – CH3CH2 – S – CH2CH3 S
CH3
ethylthioethan
diethylsulfid
methylthiobenzen fenylmethylsulfid
Sulfidy – látky s různě intenzivním odorem, součásti silic, jsou méně těkavé než příslušné ethery, oxidací do prvního stupně vznikají sulfoxidy
O 3) Sulfoxidy
S
CH3 – SO – CH3
dimethylsulfoxid
O 4) Sulfonové kyseliny
S O H O
CH3 – CH – CH2 – CH3
2-butansulfonová k.
SO3H COOH
SO3H
4-sulfobenzoová k.
Důležité organické sirné kyslíkaté sloučeniny
Sulfoxidy získávají se například mírnou oxidací organických sulfidů. Technický význam má dimethylsulfoxid (CH3)2SO, rozpouštědlo vyráběné při zpracování dřeva z tzv. sulfitových louhů. Antibiotikum allicin se nachází v česneku. Sulfonové kyseliny skupina -SO3H. Připravují se působením koncentrované kyseliny sírové na alifatické nebo aromatické sloučeniny. Kyseliny sulfonové jsou základem detergentů a emulgátorů
Heterocyklické sloučeniny - organické cyklické sloučeniny obsahující jeden nebo více atomů jiných prvků v hlavním cyklu heteroatomů
N
O
S
Podobné chování aromatických sloučenin a heterocyklů – konjugace π elektronů.
O
=
furan
O
= N
pyridin
N
4b´ b 3 5
a´
C5 C6
a
O 1 4 C N 1
Heterocykly (I) 5 b´
2 furan
6
4
a´
b a
N 1
3 2 pyridin
C4 N3 N3 C2 pyrimidin
C5
S 1
pravidlo přednosti - O před S před N
C2 thiazol
Důležité heterocyklické sloučeniny s pětičlenným kruhem
N H
pyrrol
S
thiofen
Pyrrol bezbarvá kapalina, nachází se v kamenném dehtu, vzniká suchou destilací látek obsahujících bílkoviny, součást látek rostlinného a živočišného původu. Thiofen bezbarvá kapalina, připomínající benzen. součástí biotinu (vitaminu H).
Důležité heterocyklické sloučeniny s kyslíkem O O C O furfual H furan O dioxan (fural) Furan je bezbarvá, ve vodě málo rozpustná kapalina, zápach podobný chloroformu. Hojně zastoupen v přírodě, součást furanosy.
1,4-Dioxan je bezbarvá těkavá kapalina, šestičlenný heterocykl (cyklický ether). Dioxiny, patřící k nebezpečným látkám znečišťujícím přírodní prostředí, velmi toxické, pravděpodobné karcinogeny (třída 2A). Rozpuštědla, příprava biologických vzorků pro mikroskopii. Furfual, 2-furankarbaldehyd, pětičlenný heterocykl (aldehyd), bezbarvá kapalina, časem tmavne, Vyrábí se z látek bohatých na pentosany (sláma, plevy, piliny) hydrolýzou zředěnými kyselinami. Je rozpouštědlo esterů celulózy, používá se též při výrobě léčiv, plastů.
Důležité heterocyklické sloučeniny s šestičlenným kruhem N pyridin
pyrimidin
N N triazin
Pyridin bezbarvá kapalina, dobře rozpustná ve vodě, pronikavě zapáchá. Produkt suché destilace živočišných tkání. Je základní složkou vitaminu PP a alkaloidů tabáku. Pyrimidin páchnoucí krystalická látka, derivátem je k. barbiturová význam v lékařství jako hypnotika, základ pyrimidinových bází nukleových kyselin, součást vitaminů B1 B2 Triazin nejdůležitější jsou deriváty 1,3,5 triazinu. melamin (plastické hmoty, chlorované deriváty se používají jako herbicidy.
Důležité heterocyklické sloučeniny se dvěma kruhy
indol
purin
chinolin
Indol krystalická látka nachází se v jasmínovém oleji a květech pomerančovníků, nachází se ve fekáliích, vzniká rozkladem tryptofanu, jejím derivátem je i serotonin (reguluje krevní tlak) Purin dva cykly pyrimidinový a imidazolový, rozpustný ve vodě součást kyseliny močové ve výměšcích plazů a ptáků, součást bázi nukleových kyselin, základ kofeinu (čaj až 5%, káva až 1,5%) Chinolin kapalina, získává se z kamenouhelného dehtu. Výchozí látka pro výrobu některých barviv, léčiv.
Heterocyklické sloučeniny - organické cyklické sloučeniny obsahující jeden nebo více atomů jiných prvků v hlavním cyklu heteroatomů O
4b´ b 3 5 a´
a
O 1
C5
2 furan
C6
4 C N 1
S
N3
5 b´
C2
6
4
a´
pyrimidin
N b
a
N 1
(P)
3 2 pyridin
C4 N3 C5
S 1
N
C2
H thiazol
S
thiofen
pyrrol
N
N N triazin
