Karboxylové kyseliny 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 – CHNH– 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.