Z MojeChemie
Verze z 19. 6. 2012, 00:13, kterou vytvořila Katka (diskuse | příspěvky) (Kyselina vinná)
Přejít na: navigace, hledání

Obsah

Karboxylové kyseliny

Jsou látky o obecném vzorci R-COOH, strukturně:

karboxylové kyseliny


Už ze vzorce je patrné, že to skutečně kyseliny jsou. Kyselý vodík, které jsou schopné odštěpit, je na OH skupině.

Názvosloví karboxylových kyselin

U karboxylových kyselin se používá buď substituční a nebo triviální názvosloví. Substituční se řídí běžnými pravidly, které známe již z předchozích kapitol.

názvoslový karboxylových kyselin


Triviální názvosloví odpovídá tomu, že karboxylové kyseliny jsou známé již poměrně dlouhou dobu. Zároveň to svědčí o hojnosti použití karboxylových kyselin v běžném životě.

trivální název systenatický název vzorec
mravenčí methanová HCOOH
octová ethanová CH3COOH
propionová propanová CH3(CH2)COOH
máselná butanová CH3(CH2)2COOH
valerová pentanová CH3(CH2)3COOH
kapronová hexanová CH3(CH2)4COOH
palmitová hexadekanová CH3(CH2)14COOH
stearová oktadekanová CH3(CH2)16COOH
akrylová propenová CH2═CH–COOH
metakrylová 2-methylpropenová CH2═CH–COOH
olejová oktadec-9-enová row 1, cell 3
šťavelová ethandiová (COOH)2
malonová propandiová HOOC–(CH2)–COOH
jantarová buthandiová HOOC–(CH2)2–COOH
glutarová pentandiová HOOC–(CH2)3–COOH
adipová hexandiová HOOC–(CH2)4–COOH
maleinová cis-butendiová row 1, cell 3
fumarová trans-butendiová row 1, cell 3
benzoová benzkarboxylová row 1, cell 3
ftalová benz-1,2-dikarboxylová row 1, cell 3
tereftalová benz-1,4-dikarboxylová row 1, cell 3

Výskyt karboxylových kyselin

Karboxylové kyseliny se vyskytují prakticky ve všech živých soustavách, ať už jako ionty nebo jako volné molekuly. Jsou součástí veškerého metabolismu (Krebsův cyklus – citrát není nic jiného než karboxylová kyselina). Dále jsou hojné v rostlinách, např. šťavelan vápenatý je obsažen ve šťovíku… Dále tvoří estery, s alkoholy s dlouhým řetězcem tvoří-lipidy.

Výroba karboxylových kyselin

Karboxylové kyseliny se vyrábí především oxidací primárních alkoholů a aldehydů, mastné kyseliny se vyrábí kyselou hydrolýzou tuků a olejů, při které dochází k autodehydrataci. Další možností je katalytická oxidace arenů.

připrava.karboxylových kyselin.png


Fyzikální vlastnosti karboxylových kyselin

Alifatické a monokarboylové karboxylové kyseliny jsou kapalné. TV, TT jsou vysoké, v jejich molekule jsou přítomny vodíkové můstky, a to opět díky silně polární vazbě O–H. Nižší karboxylové kyseliny jsou těkavé, odpařují se, vyšším v tomto brání H můstky. Zbytek karboxylových kyselin jsou krystalické látky.

Chemické vlastnosti karboxylových kyselin

U karboxylových kyselin dochází k –I (zápornému indukčnímu efektu), kyslíky mají vysokou elektronegativitu (X) a tím pádem dochází k odsávání elektronů z řetězce. Fungují jako slabé až středně silné kyseliny. Obecně platí, že čím kratší řetězec, tím silnější je kyselina, jelikož čím delší alkyl, tím víc poskytuje elektronovou hustotu do karboxylu a snižuje kyselost vodíku na OH. Mravenčí tedy bude silnější než máselná, protože se u mravenčí nemůže indukční efekt rozložit na delší alkyl, a tedy polarita vazby O–H je větší. Čím je větší polarita této vazby, čím víc elektronové hustoty je u O, tím kyselejší je vodík.

karboxylové kyseliny


Aniony karboxylových kyselin jsou poměrně stálé, dochází u nich k rozložení elektronů mezi kyslíky, tedy k delokalizaci π-elektronů.

karboxylové kyseliny


Reakce karboxylových kyselin

Neutralizace karboxylových kyselin

neutralizace karboxylových kyselin


Sůl karboxylové kyseliny může být přeměněna zpět na kyselinu pokud reaguje s nějakou silnější kyselinou (v našem případě HCl). Vazba COO-Na+ je polární, tedy rozpustná ve vodě, z toho plyne, že všechny soli karboxylových kyselin budou rozpustné ve vodě.

názvosloví solí karboxylových kyselin

alkan + koncovka -oát latinský kořen + -át český kořen + -an sůl karboxylové kyseliny
ethanoát sodný natrium-ethanoát octan sodný sodná sůl kyseliny octové
acetát sodný natrium-acetát
chemický vzorec: alkan + koncovka -oá latinský kořen + -át český kořen + -an
HCOO- methanoát formiát mravenčan
butanoát
butanoát butyrá máselnan
-OOC–COO- ethandioát toxalát šťavelnan
benzoan
benzenkarboxyoát benzoát benzoan

Esterifikace

Esterifikace je reakce karboxylových kyselin s alkoholem za kyselé katalýzy. H+ v reakci protolyzuje COOH skupinu. Místo odkud pochází O, je možné zjistit pouze pomocí radioaktivního značení. Oblast v rámečku pochází z ethanolu.

esterifikace


Esterifikace patří ke kondenzacím, spojují se při ní 2 látky za odštěpení vody. Reakce je rovnovážná. Estery se mohou rozpadat zpět na alkoholy a karboxylové kyseliny, dělá se to hydrolýzou.

Názvosloví esterů

Názvosloví esterů karboxylových kyselin je vesměs stejné jako názvosloví solí karboxylových kyselin.


Kyselá hydrolýza esterů

kyselá hydrolýza karboxylových kyselin


Zásaditá hydrolýza esterů

zásadiá hydrolýza karboxylových kyselin


Mimo jiné je esterem i sádlo, konkrétně ester, který vznikl při reakci glycerolu a kyseliny palmité. Pomocí zásadité hydrolýzy tak můžeme vyrobit mýdlo:

výroba mýdla


Dekarboxylace karboxylových kyselin

Dekarboxylace je reakce, která neběží u všech karboxylových kyselin, pouze u takových, které mají alespoň 2 COOH skupiny a 2-3 uhlíky v alifatickém řetězci. K reakci je zapotřebí dodat teplo.

dekarboxylace karboxylových kyselin


Dehydratace karboxylových kyselin

Dehydratace běží pouze u karboxylových kyselin, které mají 2x COOH skupinu a 4-5 uhlíků v alifatickém řetězci.

dehydratace karboxylových kyselin


Dehydratace a dekarboxylace karboxylových kyselin

Dehydratace + dekarboxylace běží u karboxylových kyselin, které mají 2 COOH skupiny, a min. 6 uhlíků.

Dehydratace+dekarboxylace karboxylových kyselin


Oxidace karboxylových kyselin

Oxidace je možná pouze u 2 karboxylových kyselin, pouze u těch, které obsahují aldehydovou skupinu. Jinak struktura karboxylových kyselin oxidaci neumožňuje.

oxidace karboxylových kyselin


Redukce karboxylových kyselin

Redukce je možná pouze s použitím silných redukčních činidel. Karboxylové kyseliny se poté redukují na aldehydy.

Použití karboxylových kyselin:

Kyselina mravenčí

HCOOH Kyselina mravenčí je ostře zapáchající látka, v přírodě se vyskytuje v sekretu mravenců, ale i u včel, vos, kopřiv, v lidském potu i moči. Průmyslově se vyrábí podle této reakce za vysokého tlaku:
CO + NaOH → HCOONa
HCOONa + HCl → HCOOH + NaCl
Jinak má kyselina mravenčí redukční účinky, v laboratoři se používá na výrobu CO pomocí reakce s H2SO4, tedy dehydratací. Používá se jako konzervační látka na vyčiňování kůží. Taktéž je možné ji použít na odbourávání vodního kamene.

Kyselina octová

CH3COOH Kyselina octová vzniká oxidací bakteriemi rodu Acetobacter až na ocet, což je 8% roztok octové. Ten se používá v potravinářství (kyselá chuť, konzervační účinky).Obyčejně bývá ocet barven kulérem (roztok karamelu). Estery kyseliny octové mají také použití v potravinářství, jako aromata. Ethylacetát se dnes používá jako odlakovač na nehty. Existuje také acetátové hedvábí. Octan hlinitý se používá (používal) na obklady při výronech, octan železitý a chromitý se používají jako mořidla, stabilizují barvy. Sloučeniny kyseliny octové se používají také v termosáčcích.

Kyselina máselná

CH3(CH2)2COOH Kyselina máselná se vytváří při kvašení másla. „Smrdí přímo pekelně“. Je také přítomna v potu.

Kyselina valerová

CH3(CH2)3COOH Kyselina valerová je produkována tasemnicemi, škrkavkami, prostě havětí tohoto druhu. Jakožto jejich metabolit dráždí trávicí trakt hostitele. Po této kyselině smrdí kocouří, kozlí pižmo, a kozlík (nějaká zelená věc v přírodě, rostlina).

Kyselina palmitová a kyselina stearová

CH3(CH2)14COOH Kyselina palmitová (16C) a CH3(CH2)16COOH kyselina stearová (18C) jsou ve formě svých esterů přítomny v tucích a jejich sodné soli fungují jako mýdla. Čistá kyselina stearová je krystalická látka, známá jako stearin, z něhož se dělají jedné svíčky.

Kyselina olejová

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Kyselina olejová (18C) je to kapalina, ačkoli má dlouhý řetězec. Je to způsobeno přítomností dvojné vazby, která radikálně zmenšuje počte van der Waahlsových sil v molekule a ty zapříčiní nižší TT a TV. Je častá v olejích a tucích.

Kyselina akrylová

CH2═CH–COOH Kyselina akrylová se používá na výrobu polyakrylátových pryskyřic. Polymethylmetakrylát je znám jako plexisklo, ten se ale odvozen od kyseliny metakrylové.

Kyselina šťavelová

(COOH)2 Kyselina šťavelová je pevná krystalická látka, její soli jsou obsaženy v rostlinách (rebarbora, šťovík, špenát), ve větších množstvích na sebe navazuje Ca2+, tudíž je pro nás ve větším množství toxická, omezuje svalovou kontrakci. Smrtelná dávka je 5g. Mohou se s ní vyčistit skvrny od rzi. Používá se k přípravě mořidel a v analytice jako standart.

Kyselina adipová

HOOC–(CH2)4–COOH Kyselina adipová se společně s hexan-1,5-diaminem používá na výrobu polymerního vlákna nylonu.

Kyselina fumarová

COOH–CH═CH–COOH Kyselina fumarová (trans-butendiová) je součástí krebsova cyklu, používá se do prášku do pečiva.

Kyselina benzoová

Kyselina benzoová (benzenkarboxylová) se v přírodě vyskytuje v pryskyřici stromu benzoe. Při zahřívání kyselina sublimuje. Průmyslově se vyrábí oxidací toluenu. Její sodné a draselné soli se používají jako konzervační látky do hořčic, limonád…

Kyselina ftalová a kyselina terftalová

Kyselina ftalová a kyselina terftalová se používají na PET, polyethylentereftalatů. Kromě toho se kyselina ftalová používá na výrobu barviv a indikátorů, tereftalová se využívá pro výrobu vláken jako jsou trevíra, tesil a terylén.

Deriváty karboxylových kyselin

Funkční deriváty

Jsou takové látky, které nemají kompletně a původně uspořádanou skupinu COOH, ale dochází na ní ke změnám. Typickým příkladem jsou soli karboxylových kyselin, o nichž jsem se již zmiňovali. Dále jsou to:

Estery

Jen pro připomenutí uvádím, že nemají vodíkové můstky, které mají značný vliv na jejich těkavost. Konkrétně řečeno platí, že čím kratší řetězec navázaný na esterovou vazbu, tím je ester těkavější. Estery mají jakou charakteristickou vůni, uvádím jen výběr:

ester vůně ester vůně
ethyl-benzoát máta, karafiát isopentyl-formiát zelené jablko
pentyl-benzoát ambra, jetel ethyl-formiát rum, malina
ethyl-butyrát broskev oktyl-acetát pomeranč
methyl-butyrát ananas ethyl-acetát odlakovač
butyl-acetát banán, hruška methyl-salicylát winterfresh, karamel
butyl-propionát rum pentyl-salicylát orchideje

Estery se dají připravit buď esterifikací, nebo reakcí alkynů s karboxylovými kyselinami:

vznik estery


Popřípadě se ještě používá vnitřní esterifikace, jejíž výsledný produkt nazýváme lakton. V tomto případě je výchozí látkou hydroxykyselina. Aby tato reakce vůbec běžela, musí být původní hydroxykyselina obsahovat 5 nebo 6 uhlíků. Kdyby jich obsahovala méně, tak by docházelo k nestabilitě vznikajícího laktonu, která by byla zapříčiněna příliš malými vazebnými úhly. Podmínky pro tvorbu laktonů i laktamů (obsahuje dusík) jsou specifické pro každou sloučeninu.

laktan


Obdobou laktonu jsou laktamy, což jsou cyklické formy aminů karboxylových kyselin. Obě reakce vyžadují zahřívání. V tomto případě se zahřívají ε aminokyseliny. Asi nejznámější a nejpoužívanější laktam je kaprolaktam, ze kterého se vyrábí syntetické vlákno nylon.

laktam


Halogenderiváty karboxylových kyselin

halogenderiváty karboxylových kyselinpng

Halogenderiváty karboxylových kyselin jsou sloučeniny obsahující ve skupině COOH halogen místo OH skupiny. Jsou to velice reaktivní sloučeniny díky extrémně vysoké polaritě vazby halogenu a uhlíku. Reaguje dobře i s vodou a to většinou SE.


Názvosloví

halogenderiváty karboxylových kyselin názvosloví


Reakce

halogenderiváty karboxylových kyselin reakce


Amidy

amidy

Amidy jsou z acidobazického hlediska slabšími zásadami než aminy.
Názvosloví amidů se tvoří podle latinské (či české) koncovky a koncovky amid. Vedle amidů se do této skupiny derivátů řadí ještě polyamidy a vnitřní amidy:

názvoslový amidy


Anhydridy

Anhydridy jsou to velmi reaktivní látky, acetanhydrid se používá jako acetylační činidlo. Reakcí s vodou pochopitelně vzniká daná kyselina. Reakcí s alkoholem vzniká kyselina a ester dané kyseliny. S hydroxidy vznikají soli dané karboxylové kyseliny. Jejich názvy jsou odvozené od kyseliny, ze které vznikly (v latině) a koncovky anhydrid. Vznikají dehydratací karboxylových kyselin:

vznik anhydridy


Nitrily

Nitrily jsou deriváty karboxylových kyselin, které vznikají odštěpením jak aldehydové tak hydroxy vazby z COOH skupiny. Na zbylý uhlík se dusík navazuje trojnou vazbou. Jinými slovy, vzniká kyanidová vazba. Akrylonitril se používá na polymeraci, jejíž výsledný produkt je znám jako PAN.

nitrily


Substituční deriváty karboxylových kyselin

Substituční deriváty karboxylových kyselin jsou takové deriváty karboxylových kyselin, které mají zachovanou celou skupinu COOH a heteroatom(y) mají navázané na uhlíkatém řetězci.

Halogenkyseliny

halogen deriváty karboxylových kyselin


Jejich názvosloví je tedy jasné: halogenalkanová kyselina, popřípadě méně přesný název kyselina halogenoctová (nebo jiná triviální kyselina). Jsou u nich zachovalé kyselé vlastnosti karboxylových kyselin, je v jejich molekule zachován silný záporný indukční efekt. V molekule se tedy H+ kation odštěpuje lépe než u karboxylových kyselin, díky působení silně polární vazby X–C. Čím vyšší X má halogen, tím větší kyselost sloučeniny, stejně tak kyselost roste s narůstajícím počtem halogenů v řetězci. Menší vzdálenost halogenu od COOH skupiny také zvyšuje sílu kyseliny. Nejznámější je trichlor octová kyselina, která se používá na vypalování bradavic.

trichlor octová kyselina


Hydroxykyseliny

Názvosloví hydroxykyselin:

hydroxykyseliny názvosloví


Použití hydroxykyselin

kyselina mléčná
Kyselina mléčná

Kyselina mléčná vzniká jako produkt anaerobní glykolýzy, popřípadě jako metabolit mléčných bakterií při mléčném kvašení. Toho se využívá při výrobě zakysaných výrobků. Také se vyskytuje v siláži, potravy pro dobytek a v kožedělném průmyslu se využívá na odvápnění, při reakci vzniká rozpustný mléčnan vápenatý.

Ovocné kyseliny
Kyselina vinná
Kyselina vinná

Kyselina vinná je přítomna v hroznech. V přírodě se vyskytuje pouze v racemické směsi (směs dvou optických izomerů). Hydrogenvinan draselný (který je nerozpustný) se sráží na stěnách vinných sudů a tvoří vinný kámen. Odstraňuje se složitým chemickým postupem: vezme se kladivo a omlátí se :) . Rozpustný vinan sodno-draselný je součástí felingova činidla, jeho přítomnost je odůvodněna schopností tvorby komplexu s Cu2+. Samotná kyselina se používá na výrobu šumáků, za vysokých teplot je schopná dekarboxylace, při níž se uvolňuje CO2, tudíž se může použít i jako prášek do pečiva.

Kyselina citronová
Kyselina citronová
Kyselina citronová je přitomna v krebsově cyklu, jinak je to ale pevná kyselina, která se používá jako konzervant při zavařování. Průmyslová výroba je založena na pěstování plísně rodu aspergillius, která roste na melase (zbytek po výrobě cukru) a právě kyselinu mléčnou produkuje. Poté, co bakterie kyselinu „vyrobí“ se vylučuje na jejich povrchu odkud je snímána a čištěna. Používá se při odběrech krve na odchytávání Ca2+ iontů z krve v rámci zabránení aglutinace.


Kyselina salicilová

Kyselina salicilová byla poprvé izolována z vrby. Má baktericidní účinky.
Výroba kyseliny salicilové:

kyselina salicilová výroba


Ještě účinnější je kyselina acetylsylicilová, která má analgetické, antipyretické a antikoagulační účinky. Také tlumí kloubní záněty, je tedy i antirevmatikum (především methylsalicilát – mast opodeldok). Kyselina acetylsilicilová je zastoupena z 20% v Acylpyrinu, kde funguje jako účinná látka. Kyselina paraamidosalicilová (zkráceně PAS) se používá na léčení tuberkulózy.

acetylsalicilová methylsalicilát paraamidosalicilová


Kyselina gallová

Kyselina gallová je základem tříslovin, což jsou trpké látky, které tvoří součást některých rostlin.

Aminokyseliny

Aminokyseliny jsou sloučeniny o obecném vzorci H2N–R–COOH. Jsou přítomné v přírodních látkách jako α aminokyseliny. Všechny α aminokyseliny jsou opticky aktivní. V rámci řetězce dochází k vytváření vnitřního iontu, tzv. amfion H3N+–R–COO-. Podrobněji v kapitole bílkoviny.