Chemie/Karboxylové sloučeniny/Deriváty karboxylových sloučenin.md

Deriváty karboxylových sloučenin

Files

Funkční

odvozeny změnou karboxylové skupiny původní kyseliny odštěpením $-H$ nebo $-OH$
způsoby pojmenovávání
- systematické názvosloví
- triviální názvosloví
- opisem přes název kyseliny

Soli

vznikají náhradou odštěpitelného atomu vodíku karboxylové skupiny atomem kovu
příprava
- neutralizací karboxylové kyseliny hydroxidem daného kovu
  - $CH_{3}COOH + KOH \to CH_{3}COOK + H_{2}O$
  - $2HCOOH + Na_{2}CO_{3} \to 2HCOONa + CO_{2} + H_{2}O$
- reakce kyseliny s neušlechtilým kovem
  - $2 CH_{3}COOH + Zn \to (CH_{3}COO){2}Zn + H{2}$
vlastnosti
- anionty solí karboxylových kyseliny
  - ve vodě hydrolyzují zásaditě, reakce jo rovnovážná
    - $CH_{3}COO^- + H_{2}O \leftrightarrow CH_{3}COOH + OH^-$
  - soli slabých kyseliny
    - lze z nich vytěsnit původní karboxylové kyseliny reakcí se silnější anorganickou kyselinou
      - $(COO){2}K{2} + 2HCl \to (COOH)2 + KCl$
významné reakce
- dekarboxylace
  - $RCOONa + NaOH \to R-H + Na_{2}CO_{3}$
významné soli
- octan hlinitý
  - lékařství
- octan železitý a chromitý
  - barviva
- octan sodný a draselný
  - organická syntéza
- benzoan sodný
  - konzervační látka
- draselné a sodné soli kyselin palmitové a stearové
  - základ mýdel

Estery

významná skupina přírodních látek
- přírodní esence, tuky a oleje
příprava esterifikací
- reakce karboxylové kyseliny a alkoholu
- pouze v kyselém prostředí
- nejsnadněji s primárními alkoholy
vlastnosti
- většinou kapalné
- nerozpustné ve vodě
- nižší teplota varu než původní kyseliny
- mnohé příjemně voní
reakce
- hydrolýza esterů
  - v kyselém prostředí
    - vzniká alkohol a karboxylová kyselina
  - v zásaditém prostředí
    - vzniká alkohol a sůl karboxylové kyseliny
    - významná reakce pro výrobu Na a K solí kyselin palmitové a stearové
    - základ mýdel
- reesterifikace
  - mechanismus podobný hydrolýze esterů katalyzované kysele, druhý reaktant tvoří alkohol
  - $CH_3COOCH_3 + CH_3CH_2CH_2OH \to CH_3COOCH_2CH_2CH_3 + CH_3OH$ (katalyzátor $H^+$)
Využití:
- Potravinářství - chuťové přísady, výroba voňavek
  - Butylethanoát - hrušková esence
  - Methylbutanoát - jablková esence
- Výroba mýdel
  - Alkalická hydrolýza estrů vyšších mastných kyselin a glycerolu
- Ethylacetát - rozpouštědlo, odlakovač
- Methylakrylát - výroba plexiskla
- Bionafta - základ tvoří methylestery nenasycených karboxylových kyselin rostlinného původu

Halogenidy

hydroxylová skupina v karboxylové skupině je nahrazena halogenem
vlastnosti
- velmi reaktivní
- ostře páchnou
- kapalné a pevné
reakcí s alkoholy vznikají estery a halogenvodíky
- $CH_{3}COCl + CH_{3}CH_{2}OH \to CH_{3}COOCH_{2}CH_{3} + HCl$
využití
- acylační činidla v organických syntézách

Amidy

hydroxylová skupina v karboxylové skupině je nahrazena aminoskupinou $-NH_{2}$
schopnost tvořit vodíkové můstky
- vysoké teploty tání a varu
kapalné a pevné
vznikají a připravují se termickým rozkladem amonných solí
- $RCOONH_{4} \to RCONH_{2} + H_{2}O$
využití
- organické syntézy
- formamid $HCONH_{2}$
  - laboratorní rozpouštědlo

Nitrily

obsahují funkční skupinu $-C\equiv N$
obvykle jedovaté kapaliny a pevné látky
vznikají dehydratací amidů
- $RCONH_{2} \to R-C\equiv N$

Deriváty kyseliny uhličité

Z hlediska struktury se vlastně jedná o látku s karbonylovou skupinou, na níž jsou navázány dvě $OH-$ skupiny
Dva významné deriváty
- Močovina $CO(NH_{2})_{2}$ (diamid kyseliny uhličité)
  - První organická látka, která byla uměle
  - Vyrábí se reakcí $CO_{2}$ s amoniakem $NH_{3}$
  - Krmné směsi pro dobytek, aminoplasty
- Fosgen $COCl_{2}$ (dichlorid kyseliny uhličité)
  - Bezbarvý jedovatý plyn (bojová chemická látka v 1. sv. válce
  - Reakcí $CO$ s $Cl_{2}$
  - Jeho reakcí s amoniakem vzniká močovina

Anhydridy

vznikají kondenzací dvou karboxylových kyselin za odštěpení vody
vlastnosti
- anhydridy nižších kyselin
  - ostře páchnou
- anhydridy vyšších kyselin
  - pevné látky
využití
- acylační činidla

Substituční

odvozeny náhradou jednoho nebo více atomů vodíků v uhlíkovém řetězci karboxylové kyseliny jiným atomem nebo skupinou atomů
podobné vlastnosti jako původní kyseliny
- nemění se funkční skupina (schopnost odštěpit vodík)
nejvýznaměnější
- halogenkyseliny
- hydroxykyseliny
- aminokyseliny
- ketokyseliny (oxokyseliny)
názvosloví
- platí věskerá pravidla, které jsme se zatím naučili
- uhlíky jsou označovány arabskými čísly nebo malými řeckými písmeny (již se nedoporučuje)
  - arabská čísla se číslují od uhlíku v karboxylové skupině včetně
  - řecká písmena se číslují od uhlíku v karboxylové skupině mimo něj
  - pokud je více karboxylových kyselin, čísluje se tak, aby substituent měl co nejmenší číslo
- př. kyselina 2-brommáselná/α-butanová kyselina

chemické vlastnosti
- charakteristické skupiny a karboxylová skupina se navzájem ovlivňují
  - substituce halogenovým atomem zvyšuje kyselost
  - přítomná aminoskupina způsobuje amfoternost molekuly
- esterifikace, neutralizace

Halogenkyseliny

náhradou jednoho nebo více vodíků v uhlíkatém řetězci atomem halogenu
krystalické, mnohé jedovaté, leptají pokožku
halogen vykazuje záporný indukční efekt → silnější než nesubstituované kyseliny
- vzdálenost halogenu od karboxylové skupiny snižuje sílu I-efektu (čím dál, tím slabší)
- s rostoucím protonovým číslem halogenu taktéž klesá síla
- s rostoucím počtem atomů halogenu roste síla
příprava
- α a β-dihalogen kyseliny
  - adice halogenu na nenasycené kyseliny
- β-halogen kyseliny
  - adice halogenvodíku na nenasycené kyseliny
  - $CH_{2}=CH-COOH + HCl \to CH_{2}(Cl)-CH_{2}-COOH$
- α-kyseliny
  - katalytická halogenace karboxylových kyselin (červený fosfor)
- Markovnikovovo pravidlo
  - při adici na nesouměrný alken se elektronegativnější část činidla váže na uhlík s vyšším počtem vodíků
reakce
- zahříváním α-halogenkyselin s vodnými roztoky hydroxidů vznikají soli α-hydroxykyselin (jejich hydrolýzou pak samotné α-hydroxykyseliny)
zástupci
- kyselina chloroctová
  - $CH_{2}ClCOOH$
  - leptavá
  - organické syntézy
- kyselina trichlorová
  - $CCl_{3}COOH$
  - jedna z nejsilnějších kyselin vůbec
  - hubení plevele

Hydroxykyseliny

za normálních podmínek krystalické
rozpustné ve vodě
hydroxylová skupina vykazuje záporný indukční efekt (slabší než halogeny, avšak silnější než nesubstituované karboxylové sloučeniny)
- vzdálenost hydroxylové skupiny od karboxylové skupiny snižuje sílu I-efektu (čím dál, tím slabší)
- s rostoucím počtem hydroxylových skupin roste síla
příprava
- α-hydroxykyseliny
  - hydrolýza sodných solí α-halogen kyselin
- aromatické hydroxykyseliny
  - reakce fenolátu s $CO_2$
optická izomerie
- chirální uhlík
  - uhlík, který má na každé vazbě jiný atom či skupinu atomů
- optické antipody
  - stejné vlastnosti kromě točivosti roviny polarizovaného světla
- racemická směs
  - 1:1 směs obou antipod
zástupci
- kyselina mléčná
  - 2-hydroxypropanová kyselina
  - vzniká mléčným kvašením cukru
  - existuje ve dvou enantiomerech
    - levotočivá
      - D-mléčná kyselina/D-2-hydroxypropanová kyselina
    - pravotočivá
      - L-mléčná kyselina/L-2-hydroxypropanová kyselina
      - vzniká jako produkt metabolismu sacharidů ve svalech
        
        laktát
  - využití
    - pekařství (E270)
    - koželužství
    - pivovarnictví
    - barvení a zušlechťování textilií
- kyselina jablečná
  - hydroxyjantarová/2-hydroxybutandiová
  - nezralé ovoce, trpké nebo kyselé pokrmy
  - aniont = malát
  - potravinářství (E296)
- kyselina vinná
  - 2,3-dihydroxyjantarová/2,3-dihydroxibutandiová
  - výskyt v ovoci
    - hlavně racemát
  - potravinářství
    - úprava kyselosti vín
    - zábrana žluknutí tuků
- kyselina citronová
  - 2-hydroxypropan-1,2,3trikarboxylová kyselina
    - v (hlavně) citrusových plodech
    - součást citrátového (krebsova cyklu)
      - meziprodukt metabolismu živin
    - konzervant
- kyselina salycilová
  - 2-hydroxybenzoová kyselina
  - lékařství
    - hlavně její deriváty
      - kyselina o-acetylsalyciová
        
        acylpyrin, aspirin (antipyretikum, analgetikum)
- kyselina uhličitá
  - hydroxymravenčí kyselina
  - nejjednodušší hydroxykyselina
  - močovina
    - diamid kyseliny uhličité = urea
    - první synteticky vyrobená organická látka
    - příprava reakcí amoniaku s oxidem uhličitým
      - $CO_{2} + 2NH_{3} \to NH_{2}CO_{2}NH_{4}\to CO(NH_{2})_{2}$
    - výroba plastů a léků, dusíkaté hnojivo
  - fosgen
    - dichlorid kyseliny uhličité
    - bezbarvý
    - toxický (WWI - bojový plyn, vzniká plicní edém)
    - důležitá průmyslová surovina (příprava chlorovaných derivátů)

kyselina máselná

kyselina jablečná

kyselina citronová

kyselina salyciová

acetylsalicová kyselina

kyselina uhličitá

močovina

fosgen

Oxokyseliny

obsahují karboxylovou i karbonylovou skupinu
ketokyseliny
- kyselina pyrohroznová
  - 2-oxopropanová kyselina
  - její aniont je produkt glykolýzy (metabolismus sacharidů)
- kyselina acetoctová
  - 3-oxobutanová kyselina
  - produkt metabolismu tuků
- kyselina oxaloctová
  - součást Krebsova cyklu

kyselina pyrohroznová

kyselina acetoctová

kyselina oxaloctová

Aminokyseliny

mají na nuhlíkatém řetězci navázanou aminoskupinu $-NH_{2}$
v přírodě se obvykle vyskytují α-aminokyseliny
tvoří základní stavební jednotky bílkovin
názvosloví
- Názvosloví aminokyselin
fyzikální vlastnosti
- krystalické látky
- vysoké body tání
- rozpustné obvykle pouze ve vodě
příprava
- α-aminokyseliny
  - reakcí α-halogenkyselin s vodným roztokem amoniaku
- β-aminokyseliny
  - adice amoniaku na α,β-nenasycené kyseliny
- aromatické aminokyseliny
  - redukcí příslušných aromatických nitrosloučenin
chemické vlastnosti
- amfoterní látky
  - přítomna bazická ($-NH_{2}$) i kyselá ($-COOH$) skupina
  - reakce kyseliny aminooctové s kyselinou chlorovodíkovou
    - vzniká hydrogenchlorid kyseliny aminooctové
  - reakce kyseliny aminooctové s hydroxydem sodným
    - vzniká aminooctan sodný a voda
- počet aminoskupin a karboxylových skupin v molekule
  - stejný → přibližně neutrální reakce
  - víc amino → zásadité reakce
  - víc karboxylo → kyselé reakce
- vnitřní sůl
  - = amfion
  - iontová forma molekuly aminokyseliny
  - v molekule je zároveň $-COO^-$ a $NH_{3}^+$
- izoelektrický bod
  - hodnota pH, při které jsou ionizovány obě charakteristické skupiny v aminokyselině
  - charakteristický pro každou aminokyselinu
  - aminokyselina v něm má nejnižší rozpustnost
- peptidická vazba
  - vzniká spojení aminoskupiny jedné molekuly a karboxylu druhé molekuly
  - odštěpuje se voda
  - spojením dvou aminokyselin vzniká dipeptid, tří tripeptid
    - velký počet molekul (více než 100) = polypeptid

reakce kyseliny aminooctové s kyselinou chlorovodíkovou

reakce kyseliny aminooctové s hydroxydem sodným

peptidická vazba (glycin + alanin)