Karboxylové kyseliny a jejich funkční a substituční deriváty

a jejich funkční a substituční deriváty

Rozbor struktury

• COOH: karboxylová skupina
• = O: oxoskupina
• – OH: hydroxyskupina
• rozšířené v organismech

systematické: přídavné jméno (sloučenina + ová) kyselina (butanová kyselina = propankarboxylová kyselina)

• triviální: kyselina mravenčí

Fyzikální vlastnosti

• kyselina mravenčí: nejmenší molekula, kapalná
• nevyskytují se v plynném skupenství
• kratší alifatické řetězce (mravenčí, octová): většina rozpustná ve vodě (polární vazba v karboxylové skupině)
• rozpustnost ve vodě klesá s délkou řetězce > roste rozpustnost v organických rozpouštědlech (oktan, benzen)
• nižší kapalné, vyšší pevné, dvojsytné a aromatické krystalické látky
• vysoké teploty varu > kapalné vodíkové můstky
• silnější kyseliny než alkoholy, jinak slabé, nej. mravenčí
• slabé elektrolyty

Chemické vlastnosti (Podstata acidity karboxylových kyselin)

• O – H: polarita vazby > snadné odštěpení H > kyselost
• RCOOH + H₂O <> H₃O⁺ + RCOO^–
• -C
• deriváty karboxylových kyselin – silnější než k. k.
• síla kyselin: závisí na uhlovodíkovém zbytku, + dvojná vazba, aromatické jádro, disociační konstanta
• indukční efekt (změna elektronové hustoty): zvýšení polarity i polarizovatelnosti (snadné odštěpení H)
•  
• reakce s hydroxidy (neutralizace) > sůl a voda
• reakce s neušlechtilými kovy (redoxní) >sůl a vodík
• reakce s alkoholy (esterifikace) > ester a voda (důležitá reakce metabolismu)

Výskyt

• hojně v přírodě
• jedny z nejstarších objevených a izolovaných látek v přírodě
• volné/soli/estery
• hojně v živých organismech

Rozdělení

• dle počtu karboxylů: 1sytné, 2sytné, 3sytné… vícesytné
• dle uhlovodíkových zbytků: alifatické, cyklické, aromatické
• dle typu vazeb: nasycené, nenasycené

Monokarboxylové kyseliny – výskyt, význam, vlastnosti

• kyselina mravenčí HCOOH
  • kopřivy, mravenci, vosy, včely
  • bezbarvá, leptavá, ostře páchnoucí kapalina, baktericidní vlastnosti
  • schopnost tvořit vodíkové můstky: teplota varu i tání podobné vodě
  • soli: mravenečnany = formiáty
  • využití: součást barviv, výroba dalších org. látek, konzervační látky E – 236
• kyselina octová CH₃COOH
  • 8% roztok = ocet
  • bezbarvá kapalina štiplavého zápachu
  • konzervační l., odstraňování vodního kamene, léčiva, acetátové hedvábí
  • v kvasných procesech (ox. ethanolu > acetaldehyd > kys. octová)
  • netoxická (acetaldehyd – toxický)
  • výroba kyseliny acetylsalicylové (v acylpyrinu)
  • soli: octany, acetáty
• kyselina máselná (butanová) CH₃CH₂CH₂COOH
  • olejovitá, nepříjemně páchnoucí kapalina
  • ester: v másle
  • soli: butyráty
• vyšší mastné kyseliny (součástí tuků)
  • kyselina palmitová (C₁₅H₃₁COOH) – pevná látka, palmový olej, deriváty k výrobě napalmu
  • kyselina stearová (C₁₇H₃₅COOH) – pevná látka, soli stearany, mýdlo a prací prostředky
  • kyselina olejová (C₁₇H₃COOH) – nenasycená > kapalná
  • palmitová + stearová > stearin (svíčky, krémy), estery s glycerolem v tucích, alkalická hydrolýza > soli (mýdla)
• aromatické kyseliny
  • kyselina benzoová (benzen karboxylová kyselina)
    • bezbarvá krystalická látka
    • potravinářství a lékařství
    • soli: benzoáty, konzervant, E 120, soli – konzervační l.
  • cyklohexan karboxylová kyselina
• kyselina ftalová: bílá krystalická látka, zahřátí > ftalanhydrid – výroba barviv, indikátorů, plastů

Dikarboxylové kyseliny

• kyselina tereftalová: soli tereftaláty, bílá krystalická látka, umělá vlákna (polyester)
• kyselina šťavelová (ethandiová): krystalická jedovatá látka, v rostlinách jako soli, mořidla, analytická chemie
• kyselina adipová (hexandiová): bílá krystalická látka, syntetická vlákna
• kyselina fumarová (trans – butendiová): potravinářství – prášek do pečiva, šumivé prášky
• kyselina vinná
• kyselina malonová (propandiová)
• kyselina jantarová (butandiová)
• kyselina glutarová (pentandiová)
• kyselina maleninová (cis – butendiová)

Charakteristické reakce KK (neutralizace a esterifikace)

• neutralizace:
  • reakce kyseliny s hydroxidem za vzniku soli a vody
  • CH₃COOH + NaOH > H₂O + CH₃COO^– Na⁺
  • CH₃COO^– Na⁺ + HCl > NaCl + CH₃COOH
• esterifikace:
  • reakce karboxylové kyseliny s alkoholem za vzniku esteru
  • HCOOH + CH₃OH > HCOOCH₂ + H₂O
  • estery: esence – potravinářství, estery vyšších mastných kyselin a glycerolu > součástí tuků a olejů, organická rozpouštědla
• zahřívání k. k.:
  • uvolňují H₂O
  • uvolňují CO₂
  • uvolňují H₂O i CO₂
• alkalická hydrolýza:
  • reakce s H₂O a NaOH/KOH > soli (zmýdelnatění, základ mýdel)

Rozdíl mezi substitučními a funkčními deriváty a jejich přehled

• funkční deriváty: k záměně dochází ve funkční skupině
  • soli (neutralizace)
  • nahrazení celé OH skupiny
    • acyl halogenidy (R-COX)
    • anhydridy >
    • estery (R-COOR)
    • amidy (NH₂)
  • nitryly (R-CΞN)
• substituční deriváty: k záměně dochází na uhlíkovém řetězci
  • halogenkyseliny (R-CHX – COOH)
    • kyselina trichloroctová (nejsilnější k. k.)
  • aminokyseliny (R – CHNH₂ – COOH)
    • tvoření vnitřní soli (neutralizace uvnitř kyseliny)
  • hydroxykyseliny (R – CHOH – COOH)
    • kyselina citrónová
    • kyselina jablečná
  • ketokyseliny (R – CO – COOH)
    • kyselina pyrohroznová

Význam kyseliny acetylsalicylové

• aromatická karboxylová kyselina
• bílá krystalická látka
• mírně rozpustná ve vodě, slabě kyselá
• léčba bolesti (analgetikum), horečky (antipyretikum) a zánětu (antiflogistikum)
• nejstarším synteticky připraveným léčivem (aspirin, acylpyrin, anopyrin)
• obsažena ve vrbové kůře
• příprava z fenolu
• zahříváním kyseliny salicylové

Deriváty kyseliny uhličité a jejich význam

• fosgen
  • obě – OH skupiny jsou nahrazeny chlorem
  • bezbarvý plyn, jedovatý, dusivé účinky, leptá sliznice
  • používal se v 1. světové válce jako bojový plyn – při styku s vlhkými sliznicemi se fosgen
  • rozkládal na CO2 a kys. HCl. Ta ničila tkáně plic a dalších orgánu, které byly vystaveny
  • působení fosgenu. Vojáci se proti působení fosgenu, před tím něž jim byly přidělovány
  • plynové masky chránily tím, že si přes obličej vázaly mokré kusy látky
  • dnes se využívá k organickým syntézám
• močovina
  • bezbarvá krystalická látka
  • produkt katabolismu bílkovin u savců, ryb a obojživelníků
  • první organická sloučenina připravená uměle z anorganických surovin, a to zahříváním kyanatanu amonného. Připravil ji F. Wöhler v roce 1828.
  • využití: výroba hnojiv, přidává se do krmných směsí pro dobytek (je obsažena i v ledové
  • čokoládě)

Mísení roztoku organických kyselin.