Derivaty_kk_a_kys_uhlicite_nove2.odt
Substituční deriváty karboxylových kyselin Učební text, Hb 2009 •
Vznikají substitucemi v uhlíkatém řetězci, ke změnám v karboxylové funkční skupině nedochází. Poloha nové skupiny se často ve spojení s triviálními názvy označuje řeckými písmeny:
•
Mají vlastnosti karboxylových kyselin - mohou odštěpit proton (H+).
•
Halogenkyseliny • •
Odvozujeme je náhradou jednoho nebo více atomů vodíku v uhlíkatém řetězci atomem Halogenu. Např.: ClCH2COOH kyselina chloroctová CCl3COOH kyselina trichloroctová CH3CHClCH2COOH kyselina 3-chlormáselná
Vlastnosti •
•
Atomy halogenu svým –I efektem usnadňují odštěpení protonu karboxylu. Čím blíže jsou tyto atomy u karboxylu a čím je jich víc, tím je tato halogenkyselina silnější. Síla halogenkyselin s halogenem umístěným ve stejné poloze klesá s rostoucím protonovým číslem halogenu, tedy od F k I. Krystalické látky, většinou jedovaté (se sudým počtem C-atomů), leptavé.
Hydroxykyseliny • •
Odvozujeme je náhradou jednoho nebo více atomů H v uhlíkatém řetězci hydroxylovou skupinou –OH. Např.: CH3-CH(OH)-COOH kyselina mléčná, kyselina α-hydroxypropionová HOOC-CH(OH)-CH2-COOH kyselina jablečná, , kyselina α-hydroxyjantarová HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH kyselina vinná, , kyselina α,α ´ -hydroxyjantarová OH | HOOC-CH2-C-CH2-COOH kyselina citronová | COOH kyselina salicylová, kyselina o-hydroxybenzoová
Vlastnosti • • •
1/6
Krystalické látky, většinou dobře R v H2O Vlivem –I efektu hydroxylové skupiny jsou hydroxykyseliny silnější než nesubstituované kyseliny, hydroxyskupina však ovlivňuje vlastnosti karboxylu méně než atom halogenu nebo aminoskupina. V důsledku vnitřní rotace kolem vazeb C-C mohou molekuly hydroxykyselin zaujmout takovou konformaci, v níž se –OH a –COOH skupiny k sobě přiblíží natolik, že při umístění - OH skupiny na uhlíkatém řetězci ve vhodné vzdálenosti od karboxylu může mezi nimi proběhnout reakce => cyklické estery – LAKTONY. Jde tedy o stejnou reakci jako mezi molekulami alkoholu a molekulami karboxylové kyseliny – jde však o reakci intramolekulární. Podmínkou úspěšného vzniku laktonu je, aby vzniklý cyklus byl stericky dostatečně stálý (tedy nejlépe pěti- nebo šestičlenný):
Derivaty_kk_a_kys_uhlicite_nove2.odt
Aminokyseliny (dále jen AK) • •
• •
Obsahují ve svém řetězci aminoskupinu -NH2 Obecný vzorec: např.
α-aminokyseliny jsou stavebními jednotkami bílkovin. Např.: H2NCH2COOH glycin, kyselina aminooctová CH3CH(NH2)COOH alanin, kyselina α-aminopropionová
Vlastnosti •
• • • •
•
Dochází k acidobazické reakci, kdy aminoskupina jako bazická skupina poutá proton kyselé karboxylové skupiny (dochází k vzájemné reakci těchto skupin uvnitř molekuly): R-CH-COOH ↔ R-CH-COO| | NH2 NH3+ neiontová iontová forma AK (kovalentní) forma AK Vzniklá iontová forma, také nazývaná vnitřní sůl, je příčinou vysokých teplot tání AK. Sloučeniny obsahující ve svých molekulách jak zásadité, tak i kyselé skupiny, se označují jako amfoterní. Vzorce AK běžně píšeme v neiontové formě, i když to není přesné. Pokud AK ve své molekule obsahuje stejné počty karboxylových skupin a aminoskupin, její reakce je přibližně neutrální. Je-li karboxylových skupin v porovnání s aminoskupinami více, reakce aminokyseliny je kyselá, v opačném případě zásaditá. Částice amfoterní sloučeniny, a tedy i AK, se v prostředí o různém pH mohou pohybovat účinkem stejnosměrného el. napětí různě. V zásaditém prostředí se AK chovají jako anionty a putují k anodě, v kyselém prostředí vytváří kationty a putují ke katodě. Při určitém pH, které je pro každou AK charakteristické a označuje se jako její IZOELEKTRICKÝ BOD, neputují vůbec.
Vznik peptidické vazby •
2/6
Aminoskupina jedné molekuly AK se spojí s karboxylovou skupinou druhé molekuly AK za odštěpení vody. Vzniká pak dipeptid, tripeptid,…, polypeptid.
Derivaty_kk_a_kys_uhlicite_nove2.odt
Ketokyseliny •
Např.:
CH3COCOOH CH3COCH2COOH
kyselina pyrohroznová kyselina acetoctová
Vlastnosti •
Ketoskupina s karboxylovou skupinou nereaguje, pokud je však vůči ní v poloze α, usnadňuje její dekarboxylaci. Např. přeměna kyseliny pyrohroznové: CH3COCOOH → CH3CHO + CO2 kyselina acetaldehyd pyrohroznová
Významní zástupci substitučních derivátů karboxylových kyselin K. chloroctová – krystalická sloučenina, leptavé účinky, surovina v organické syntéze. K. trichloroctová – bezbarvé krystalky, jedna z nejsilnějších organických kyselin K. mléčná – vzniká kvašením cukrů a je přítomna například v kyselém mléce, kyselém zelí či silážovaném krmivu. Pravotočivá kyselina mléčná vzniká při svalové činnosti jako produkt metabolismu cukrů. K. vinná – obsažena v mnoha druzích ovoce (2 chirální C-atomy). K. citronová – v citrusových plodech, vyrábí se z melasy kvašením. Zabraňuje srážení krve (protože váže Ca2+), je meziproduktem metabolismu cukrů savců. Přidává se do ovocných štáv. K. salicylová – a její deriváty se používají v lékařství. Např. kyselina acetylsalicylová (CH3COOC6H4COOH) – proti bolestem, horečce a nachlazení. K. pyrohroznová – meziprodukt metabolismu cukrů savců.
3/6
Derivaty_kk_a_kys_uhlicite_nove2.odt
Funkční deriváty karboxylových kyselin •
Odvozují se jedním z následujících způsobů: • náhradou vodíkového atomu karboxylové skupiny • atomem kovu => soli
•
•
náhradou hydroxylové skupiny • skupinou -OR => estery
•
halogenem => halogenidy
•
aminoskupinou => amidy
•
skupinou –OCOR => anhydridy
Jednovazný zbytek kyseliny po odtržení hydroxylové skupiny se nazývá acyl. Názvy acylů se odvozují od latinských jmen jim odpovídajících karboxylových kyselin: Např.:
H –COCH3- CO C6H5-CO-
formyl (latinsky kyselina mravenčí … acidum formicum) acetyl (latinsky kyselina octová … acidum aceticum) benzoyl (latinsky kysellina benzoová … acidum benzoicum)
Názvosloví funkčních derivátů k.k. •
•
•
•
Opisem Např.: CH3(CH2)2COOK draselná sůl kyseliny máselné Cl-OC-(CH2)2-CO-Cl dichlorid kyseliny jantarové CH3-COOCH2CH3 ethylester kyseliny octové CH3-CH2-CONH2 amid kyseliny propionové Názvy jednoduchých solí a esterů jako názvy esterů a solí anorganických kyselin Např.: (CH3-COO)3Al octan hlinitý C6H5 -COONa benzoan sodný HCOOCH3 mravenčan methylnatý Názvy složitějších solí a esterů název kationtu (odvozený od mezinárodního názvu prvku), popřípadě UV zbytku + název aniontu (název aniontu se tvoří pomocí zakončení -oát (výměnou za –ová kyselina), případně zakončením -át (připojuje se k základu latinského názvu kyseliny) Např.: CH3CH2-COONa natrium-propionát CH3(CH2)6COOK kalium-oktanoát Názvy halogenidů karboxylových kyselin (neboli acylhalogenidů) název acylu + název halogenidu Např.: CH3COCl acetylchlorid benzoylchlorid
4/6
Derivaty_kk_a_kys_uhlicite_nove2.odt
•
Názvy anhydridů opisem Např.: anhydrid kyseliny octové
anhydrid hexanové kyseliny
anhydrid kyseliny benzoové a propionové (smíšený anhydrid)
•
Názvy amidů karboxylových kyselin od názvu acylů výměnou –yl nebo –ol, zakončením –amid Např.: CH3CONH2 acetamid C6H5 -CONH2
benzamid
Vlastnosti funkčních derivátů karboxylových kyselin •
•
5/6
Halogenkyseliny a anhydridy k.k. jsou velmi reaktivní. Používají se při esterifikaci alkoholů místo karboxylových kyselin Např.: esterifikace ethanolu acetanhydridem nebo acetylchloridem: CH3CO-O-COCH3 + CH3CH2OH → CH3COOCH2CH3 + CH3COOH acetanhydrid ethylacetát, octan ethylnatý Estery jsou v přírodě hojně rozšířeny, mnohé z nich příjemně voní Např. propylacetát – hrušková vůně, pentylacetát – banány, oktylacetát – pomeranče, benzylacetát – broskve) Používají se v potravinářském průmyslu nebo jako rozpouštědla.
•
Dehydratací amidů vznikají nitrily – jedovaté sloučeniny, obsahující charakteristickou skupinu -C≡N. R – CO - NH2 → H2O + R – C ≡ N amidy nitrily
•
Polyestery – opakuje se seskupení – CO – O – . Polyamidy – opakuje se seskupení - CO – NH - (polyamidový charakter mají i bílkoviny). Polyamidy a polyestery se používají na výrobu plastů a syntetických vláken.
Derivaty_kk_a_kys_uhlicite_nove2.odt
Deriváty kyseliny uhličité •
Odvozujeme je náhradou –OH skupin (hydroxylových skupin) jinými skupinami:
kyselina uhličitá
•
fosgen (dichlorid kyseliny uhličité)
močovina (diamid kyseliny uhličité)
Zatímco kyselina uhličitá existuje jen ve vodném roztoku a při pokusu o izolaci se okamžitě rozkládá na CO2 a H2O, její soli (uhličitany) a jiné deriváty (fosgen-dichlorid, močovina-diamid) jsou stálé.
Fosgen • • •
•
Bezbarvý, velmi jedovatý plyn. V první světové válce byl použit jako bojová chemická látka. Používá se k organickým syntézám Je velmi reaktivní: • rychle hydrolyzuje na CO2 a HCl:
•
s amoniakem tvoří močovinu:
•
s ethanolem tvoří diethylkarbonát (diethylester kyseliny uhličité), což je příjemně vonící kapaliny:
Vyrábí se vedením směsi oxidu uhelnatého a chloru přes aktivní uhlí
CO + Cl2 → COCl2
Močovina • • • • •
krystalická látka, byla první organickou sloučeninou připravenou uměle vyrábí se z oxidu uhličitého a amoniaku CO2 + 2 NH3 → H2O + CO(NH2)2 je obsažena v moči savců je součástí krmných směsí pro dobytek, používá se na výrobu plastů, jako hnojivo, na výrobu některých léčiv (barbiturátů) výroba léčiv - derivátem močoviny je kyselina barbiturová, která je základem barbiturátů ( léčiva s uklidňujícím a uspávacím účinkem
kyselina barbiturová
6/6
barbituráty
