Vzdělávací materiál vytvořený v projektu OP VK Název školy:
Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20
Číslo projektu:
CZ.1.07/1.5.00/34.0211
Název projektu:
Zlepšení podmínek pro výuku na gymnáziu
Číslo a název klíčové aktivity:
III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT
Anotace Název tematické oblasti:
Biochemie
Název učebního materiálu:
Substituční deriváty karboxylových kyselin
Číslo učebního materiálu:
VY_32_INOVACE_Ch0203
Vyučovací předmět:
Seminář z chemie
Ročník:
4. ročník čtyřletého studia, 8. ročník osmiletého studia
Autor:
Jana Drlíková
Datum vytvoření:
1. 12. 2013
Datum ověření ve výuce:
4. 12. 2013
Druh učebního materiálu:
pracovní list
Očekávaný výstup:
Uplatnění dosud získaných znalostí z oblasti obecné, organické chemie, biochemie a biologie na vyvozování nového učiva v probíraném tématu.
Metodické poznámky:
Pracovní list studenta je doplněn vypracovanou verzí pro učitele. Ve výuce je pracovní list používán jako text, na jehož základě je procvičováno již probrané učivo, jsou vyvozovány nové poznatky a řešeny drobné problémové úlohy ze zadaného tématu.
VY_32_INOVACE_Ch0203
Substituční deriváty karboxylových kyselin pracovní list 1) Charakterizace substitučních derivátů KK Jde o deriváty KK, v nichž je alespoň 1 atom H v uhlovodíkovém zbytku nahrazen jiným atomem nebo jinou funkční skupinou. 2) Názvosloví Kromě systematického názvosloví se poměrně hojně používá triviálních názvů. V triviálních názvech substitučních derivátů KK bývá poloha substituentu v uhlovodíkovém řetězci vyjádřena písmeny malé řecké abecedy počínaje atomem C následujícím za karboxylem. a) Halogenderiváty KK Cl
OH
O F
Cl
OH
kyselina .............................. b) Hydroxyderiváty KK OH
Cl
O
kyselina ............................................................
kyselina mléčná
laktát
kyselina glycerová
glycerát
kyselina jablečná
malát
kyselina vinná
tartarát
kyselina salicylová
salicylát
OH
H3C O
OH HO
OH O OH
OH
HO O O OH
OH
HO O O
OH OH
O OH
O
kyselina gallová
OH
HO
OH OH
a) Oxokyseliny Chemický vzorec
Chemický název systematický
O
Sůl
triviální kyselina pyrohroznová
pyruvát
kyselina oxaloctová
oxalacetát
kyselina acetoctová
acetoacetát
OH H3C O O
OH
HO O O O H3C
O
OH
b) Aminokyseliny vzorec O
H2N O
OH
CH3 OH
NH2 O OH H2N
název L-alanin
zkratka Ala
glycin
Gly
L fenylalanin
Phe
poznámka
esenciální živočichové tuto látku neumějí syntetizovat a musí být dodávána v potravě fenylketonurie
O
L-arginin
Arg
semiesenciální Není syntetizována v dostatečné míře, aby byla kryta potřeba v období růstu zásaditá
L-histidin
His
semiesenciální
L- prolin
Pro
L- asparagin
Asn
kyselá
L-isoleucin
Ile
esenciální
L-serin
Ser
kyselina L-asparágová
Asp
OH H2N
HN NH2 HN O
OH
H2N
HN
N
HO
O
HN O
OH
H2N O O
NH2 OH
H2N CH3
O
CH3 OH
H 2N HO O OH H2N O OH
kyselá
O
L-leucin
Leu
esenciální
L-threonin
Thr
esenciální
L-cystein
Cys
L.-lysin
Lys
esenciální zásaditá
L-tryptophan
Trp
esenciální
L-glutamin
Gln
kyselá
OH H2N H3C CH3 O
OH
H 2N CH3 HO
O
OH
H2N SH
O OH H2N
NH2 O
OH
H2N
HN
O OH H2N
NH2 O
O
esenciální
L-methionin
Met
L-tyrosin
Tyr
kyselina L-glutamová
Glu
kyselá
L-ornithin
Orn
zásaditá
L-valin
Val
esenciální
OH H2N
S H3C O
OH
H2N
OH O OH H2N
OH O O
OH H2N
H2N
O H2N
H3C
OH CH3
3. Některé vlastnosti substitučních derivátů KK a) Stereoizomerie u substitučních derivátů KK O
OH
H
OH
O
OH
HO
H
CH3
CH3
Typ použitého vzorce:..............................................
kyselina D-(-)-mléčná
kyselina L-(+)- mléčná
..................................
......................................... izomer
O příslušnosti k D nebo L řadě rozhoduje ................................................ HO
O
H
OH
HO HO
H O
kyselina L-(+)-vinná
HO HO H HO
O
HO
H
H
OH
OH
H
OH
O
HO
O
kyselina D-(-)vinná
O
kyselina mezovinná (Je opticky .......................).
Racemická směs kyseliny D- a L-vinné ( ........................................................................................) se označuje jako kyselina hroznová. Kyselina L-(+)-vinná se vyskytuje v přírodě volná i ve formě solí (vinný kámen). KNaC4H4O6.H2O ............................................................................ Triv.: Seignettova sůl. b) Chuť Některé substituční deriváty KK mají příjemnou kyselou chuť a jsou součástí některých potravin a nápojů´, buď přirozeně, nebo jsou do potravin dodávány jako aditiva. Př.: ...................................... ............................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................... c) Acidita Míra kyselosti látky (.......................................................................................) je dána: - chemickým složením látky , v tomto případě např. typem substituentu ( zda vykazuje ...................................................................) a jeho ..................................... od karboxylu. - použitým rozpouštědlem
d) Chemické reakce + HX
+ NaOH
X OH
OH
R O
+ NaOH OH
+ NH3
R
oxidace
+ NaHS O
HO H
O
oxidace
oxidace
OH
O OH
+
H3C
OH
+ H2SO4
+ NH3
var
OH
salicylamid analgetikum antirevmatikum O OH OH
+
H3C
O O
CH3 O
kyselina acethylsalicylová (Acylpyrin) analgetikum antipyretilum antiagregans
- vznik laktonů Při zahřívání γ- a δ- hydroxykyselin probíhá intramolekulární ...................................., vznikají laktony těchto kyselin. Vyšší laktony než δ vznikají oxidací cyklických ketonů peroxokyselinami. Laktony odvozené od α- a β- hydroxykyselin ...................................................................................... ...............................................................................................................................................................
R O HO
- H2 O OH
R
HO O
- H2 O
HO
- vznik laktamů U γ- a δ- aminokyselin mohou vzniknout intramolekulární ...................................., vznikají laktamy těchto kyselin. Vyšší laktamy než odvozené od δ-AMK lze připravit Beckmannovým přesmykem oximů cyklických ketonů. Laktamy odvozené od α- a β- AMK ...................................................................................... ............................................................................................................................................................... - H2O O R
NH2
HO
R NH2 HO
- H2O O
OH N
+ H2SO4
O NH
Substituční deriváty karboxylových kyselin pracovní list – vyplněná verze 3) Charakterizace substitučních derivátů KK Jde o deriváty KK, v nichž je alespoň 1 atom H v uhlovodíkovém zbytku nahrazen jiným atomem nebo jinou funkční skupinou. 4) Názvosloví Kromě systematického názvosloví se poměrně hojně používá triviálních názvů. V triviálních názvech substitučních derivátů KK bývá poloha substituentu v uhlovodíkovém řetězci vyjádřena písmeny malé řecké abecedy počínaje atomem C následujícím za karboxylem. b) Halogenderiváty KK Cl
OH
O F
Cl
OH
kyselina 2-fluorethanová b) Hydroxyderiváty KK Chemický vzorec
Cl
O
kyselina 2,2,2-trichlorethanová, trichloroctová
Chemický název systematický kyselina kyselina mléčná 2-hydroxypropanová
Sůl
kyselina glycerová
2,3dihydroxypropanová
glycerát
kyselina jablečná
2-hydroxybutan-1,4diová
malát
kyselina vinná
2,3-dihydroxybutan1,4-diová
tartarát
kyselina salicylová
2-hydroxybenzen-1karboxylová
salicylát
triviální OH
laktát
OH
H3C
O OH
HO
OH O OH
OH
HO O O OH
OH
HO O O
OH OH
O OH
O
kyselina gallová
OH
HO
3,4,5trihydroxybenzen-1karboxylová
OH OH
c) Oxokyseliny Chemický vzorec
Chemický název triviální systematický kyselina 2-oxopropanová pyrohroznová
O
Sůl pyruvát
OH H3C O O
OH
kyselina oxaloctová
3-oxobutan-1,4diová
oxalacetát
kyselinaacetoctová
3-oxobutan-1-ová
acetoacetát
HO O O O H3C
O
OH
d) Aminokyseliny vzorec O
H2N O
OH
CH3 OH
NH2 O OH H2N
název L-alanin
zkratka Ala
glycin
Gly
L fenylalanin
Phe
poznámka
Esenciální živočichové tuto látku neumějí syntetizovat a musí být dodávána v potravě fenylketonurie
O
L-arginin
Arg
semiesenciální Není syntetizována v dostatečné míře, aby byla kryta potřeba v období růstu zásaditá
L-histidin
His
semiesenciální
L- prolin
Pro
L- asparagin
Asn
kyselá
L-isoleucin
Ile
esenciální
L-serin
Ser
kyselina L-asparágová
Asp
OH H2N
HN NH2 HN O
OH
H2N
HN
N
HO
O
HN O
OH
H2N O O
NH2 OH
H2N CH3
O
CH3 OH
H 2N HO O OH H2N O OH
kyselá
O
L-leucin
Leu
esenciální
L-threonin
Thr
esenciální
L-cystein
Cys
L.-lysin
Lys
esenciální zásaditá
L-tryptophan
Trp
esenciální
L-glutamin
Gln
kyselá
OH H2N H3C CH3 O
OH
H 2N CH3 HO
O
OH
H2N SH
O OH H2N
NH2 O
OH
H2N
HN
O OH H2N
NH2 O
O
esenciální
L-methionin
Met
L-tyrosin
Tyr
kyselina L-glutamová
Glu
kyselá
L-ornithin
Orn
zásaditá
L-valin
Val
esenciální
OH H2N
S H3C O
OH
H2N
OH O OH H2N
OH O O
OH H2N
H2N
O H2N
H3C
OH CH3
3. Některé vlastnosti substitučních derivátů KK a) Stereoizomerie u substitučních derivátů KK O
OH
H
OH
O
OH
HO
H
CH3
kyselina D-(-)-mléčná levotočivý
CH3
Typ použitého vzorce: Fischerův
kyselina L-(+)- mléčná pravotočivý optický izomer
O příslušnosti k D nebo L řadě rozhoduje .konfigurace na posledním asymetrickém uhlíku HO
O
H
OH
HO HO
H O
kyselina L-(+)-vinná
HO HO H HO
O
HO
H
H
OH
OH
H
OH
O
HO
O
kyselina D-(-)vinná
O
kyselina mezovinná (Je opticky inaktivní).
Racemická směs kyseliny D- a L-vinné (ekvimolární směs dvou enanciomerů dané látky) se označuje jako kyselina hroznová. Kyselina L-(+)-vinná se vyskytuje v přírodě volná i ve formě solí (vinný kámen). KNaC4H4O6.4H2O tetrahydrát draselno-sodné soli kyseliny vinné. Triv.: Seignettova sůl. b) Chuť Některé substituční deriváty KK mají příjemnou kyselou chuť a jsou součástí některých potravin a nápojů´, buď přirozeně, nebo jsou do potravin dodávány jako aditiva. Př.: kyselina mléčná, citronová, vinná, jablečná, ... c) Acidita Míra kyselosti látky (míra ochoty odštěpovat H+ ) je dána: - chemickým složením látky , v tomto případě např. typem substituentu ( zda vykazuje + nebo – Iefekt) a jeho vzdáleností od karboxylu. - použitým rozpouštědlem
d) Chemické reakce HO
O
R
O
+NaOH
Na
H2N
X
+ NH3
OH R
O
+
NH4
R
-
O
HS
O
O
+ NaHS
+
R
OH
O
-
Na
+ HX A
OH
+ NaOH
R
B oxidace
O
C
A
B
X
O
R
OH
HO H
C
HO
O
R
O
O
O
O
oxidace H
OH
O -
O
+
Na
H3C
oxidace O
OH
OH
O
HO
OH
O
OH
+
O
+ H2SO4
H3C OH
var
OH
O
+ NH3
CH3
NH2
- H3C-CH2-OH
OH
OH
salicylamid analgetikum antirevmatikum
O O
OH OH OH
+
H3C
O
CH3
O CH3
O
O
O
kyselina acethylsalicylová (Acylpyrin) analgetikum antipyretilum antiagregans
- vznik laktonů Při zahřívání γ- a δ- hydroxykyselin probíhá intramolekulární .esterifikace, vznikají laktony těchto kyselin. Vyšší laktony než δ vznikají oxidací cyklických ketonů peroxokyselinami. Laktony odvozené od α- a β- hydroxykyselin nevznikají, protože u tak malých cyklů by docházelo k velké deformaci valenčních úhlů. R
R
O HO
O O
- H2 O OH
R
HO
O
R
O
O
- H2 O
HO
- vznik laktamů U γ- a δ- aminokyselin mohou vzniknout intramolekulární peptidická vazba, vznikají laktamy těchto kyselin. Vyšší laktamy než odvozené od δ-AMK lze připravit Beckmannovým přesmykem oximů cyklických ketonů. Laktamy odvozené od α- a β- AMK nevznikají, protože u tak malých cyklů by docházelo k velké deformaci valenčních úhlů.
R
H N
O
- H2O O R
NH2
HO
R
H N
O
R NH2 HO
- H2O O
OH N
+ H2SO4
O NH
Zdroj: archiv autorky
