S UBSTITUČNÍ DERIVÁTY KARBOXYLOVÝCH KYSELIN RNDr. Marta Najbertová

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Název školy Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Adresa školy Sokolovská 1638 IČO Operační program Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Registrační číslo CZ.1.07/1.1.28/ Označení vzdělávacího materiálu K_INOVACE_1.CH.23 Vzdělávací oblast Člověk a příroda Vzdělávací obor Chemie Tematický okruh Deriváty uhlovodíků – substituční deriváty karboxylových kyselin Zhotoveno Ročník Vyšší stupeň osmiletého gymnázia a čtyřleté gymnázium (RVP – G) Anotace Materiál je určen jako studijní materiál v předmětu chemie. Je zaměřen na obecnou charakteristiku, rozdělení, vlastnosti a popis zástupců substitučních derivátů karboxylových kyselin. Předpokládá zvládnutí teorie atomového obalu, chemické vazby a obecné chemie. Materiál je určen pro seminář chemie, lze jej využít i v hodinách chemie.

Obecná charakteristika Záměna atomu nebo atomů v původní karboxylové kyselině může proběhnout v karboxylové skupině – funkční deriváty nebo v uhlovodíkovém zbytku – substituční deriváty. substituční derivát funkční derivát Nový atom nebo skupina výrazně ovlivňují fyzikální a chemické vlastnosti původní kyseliny.

Substituční deriváty Jeden nebo více atomů vodíku, který není součástí karboxylové skupiny, je nahrazen jiným atomem nebo skupinou. Je-li substituent blízko karboxylové skupiny, dochází k vzájemnému ovlivnění a změně vlastností, jsou-li „vzdálené“, projeví se vlastnosti obou skupin nezávisle. Názvosloví – přítomnost substituentu se vyjadřuje v předponě (karboxyl vyjádřen koncovkou), k vyjádření pozice substituentu na atomu C se využívá i označení α,β,γ,….. kyselina 2-hydroxypropanová kyselina α -hydroxypropanová

Rozdělení substitučních derivátů Halogenkyseliny Hydroxykyseliny Oxokyseliny kyselina 2-fluorethanová kyselina 2-hydroxyethanová kyselina 2-oxoethanová Aminokyseliny kyselina 2-aminoethanová

Optická izomerie Jsou-li na atomu uhlíku navázány čtyři různé substituenty a nemá-li sloučenina rovinu a střed souměrnosti, může se vyskytovat ve dvou prostorových strukturách, které nejsou ztotožnitelné, mají stejné vlastnosti, liší se pouze stáčením roviny polarizovaného světla (+ pravotočivý, - levotočivý). Atom uhlíku se označuje jako asymetrický, ve vzorci se označuje hvězdičkou, struktury se označují jako optické antipody (enantiomery). Obě struktury jsou svými zrcadlovými obrazy, označujeme je jako chirální (cheir – ruka).

Optická izomerie Antipody označujeme podle orientace charakteristické skupiny (hydroxy, amino…) na asymetrickém uhlíku. kyselina D –mléčná D-2-hydroxypropanová kyselina L –mléčná L-2-hydroxypropanová D=dexter – pravý, L=laevus – levý Nelze ztotožňovat příslušnost k D a L řadě se znaménkem stáčení roviny polarizovaného světla.

Halogenkyseliny Přítomnost halogenu na α uhlíku výrazně zvyšuje kyselost sloučeniny v důsledku záporného indukčního efektu halogenu. pK A = 4,76 pK A = 2,66 Vliv halogenu na kyselost klesá v řadě F›Cl›Br›I. pK A = 2,66 pK A = 2,86 pK A = 2,90pK A = 3,16

Halogenkyseliny Kyselost stoupá s počtem atomů halogenu. pK A = 0,77pK A = 1,35pK A = 2,86 Odštěpením vodíku z karboxylu vzniká stabilní útvar s kompenzací nábojů.

Halogenkyseliny Nukleofilní substituce probíhá snadno za vzniku α substituovaných kyselin. Podle reakčních podmínek může silná báze vytvořit nenasycené karboxylové kyseliny.

Halogenkyseliny Kyselina fluorethanová – FH 2 C-COOH (2-fluorethanová) – jedovatá – africké a australské rostliny. Kyselina trifluorethanová – F 3 C-COOH (2,2,2-trifluorethanová) – pK A = 0,3 – silná kyselina, organické syntézy. Kyselina chlorethanová – ClH 2 C-COOH (2-chlorethanová) – organické syntézy – vnášení acetylu. Kyselina trichlorethanová – Cl 3 C-COOH (2,2,2-trichlorethanová) – leptavé účinky, sráží bílkoviny.

Hydroxykyseliny Kyselina uhličitá – kyselina hydroxymethanová (hydroxymravenčí) – některé její deriváty jsou významné organické sloučeniny. Fosgen – dichlorid kyseliny uhličité – dříve jako bojová otravná látka (smrt v důsledku otoku plic). Vzniká tepelným nebo fotochemickým rozkladem halogenderivátů (hasicí přístroje). V organických syntézách pro výrobu chlorovaných derivátů.

Hydroxykyseliny Močovina – diamid kyseliny uhličité – první organická sloučenina připravená syntézou – 1828 W ӧ hler. Konečný produkt metabolismu bílkovin savců – vylučována močí. Hydrolysou štěpena na oxid uhličitý a amoniak (zápach moči). Použití jako hnojivo, k výrobě močovinoformaldehydových plastických hmot (aminoplasty), léčiv. Aminoplasty - pojiva pro dřevěné výrobky, dekorační lamináty (plovoucí podlahy), lepidla (překližky, nábytek), podnosy, misky, zvýšení mechanické odolnosti balicích papírů.

Hydroxykyseliny Guanidin – iminomočovina – nezbytný pro syntézu aminokyseliny argininu a biochemicky významné sloučeniny kreatinu – jeho obsah v moči signalizuje metabolické svalové poruchy. Kyselina barbiturová – psychofarmaka barbituráty – sedativa, hypnotika, narkotika a centrální anestetika.

Hydroxykyseliny Kyselina mléčná – 2-hydroxypropanová ( α-hydroxypropanová) – v přírodě mikrobiálním rozkladem sacharidů, ve formě L a D. Ve svalech při anaerobní glykolýze. V metabolických pochodech vystupuje v iontové podobě pod označením laktát. kyselina mléčná laktát Kyselina mevalonová – 3,5-dihydroxy-3-methylpentanová – meziprodukt biogeneze terpenů a steroidů

Hydroxykyseliny Kyselina hydroxymáselná – kyselina 3-hydroxybutanová – vzniká v organismu při nadbytku acetylkoenzymu A (odbourávání lipidů při hladovění, cukrovka) – přeměnou na kyselinu acetooctovou a následně aceton lze výsledný produkt dokázat v moči. D - formaL - forma

Hydroxykyseliny Kyselina D-glycerová – kyselina 2,3-dihydroxypropanová – ve formě fosfátu a bisfosfátu meziproduktem odbourávání sacharidů a lipidů. Kyselina jablečná – kyselina 2-hydroxy-butan-1,4-diová – v přírodě D a L – v nezralém ovoci, jako E 296 k okyselení potravin. V podobě aniontu malátu je součástí metabolického Krebsova cyklu.

Hydroxykyseliny Kyselina vinná – kyselina 2,3-dihydroxy-butan-1,4-diová – dva asymetrické uhlíky, čtyři optické izomery, z nichž dva identické a vzhledem k rovině souměrnosti opticky inaktivní. (-)vinná (+)vinnámesovinná V přírodě nejrozšířenější (+) vinná. V potravinářství k výrobě šumivých nápojů a prášků do pečiva. Její sodnodraselná sůl – vinan sodnodraselný (Seignettova sůl) složkou Fehlingova roztoku k důkazu aldehydické skupiny.

Hydroxykyseliny Kyselina citronová - 2-hydroxypropan-1,2,3-trikarboxylová – v přírodě v ovoci, v potravinářství jako E 330 k okyselení a konzervování produktů (nápoje). Vyrábí se biotechnologicky. Její soli s kovy (citráty) jsou složkou doplňkové minerální výživy při nedostatku minerálů. Je základní látkou metabolického Krebsova cyklu (cyklus trikarboxylových kyselin, citrátový cyklus).

Hydroxykyseliny Kyselina salicylová – kyselina 2-hydroxybenzoová – v kožním lékařství k léčbě akné, lupénky, bradavic – zvyšuje granulaci tkáně a odlupování horních vrstev. K výrobě kyselin: 4-aminosalicylové – lék na tuberkulózu acetylsalicylové (Acylpyrin, Aspirin)

Oxokyseliny Kyselina acetooctová – kyselina 3-oxobutanová – v organismu vznik při hladovění a cukrovce (produkt metabolismu tuků). Spontánní dekarboxylací vzniká aceton. Kyselina pyrohroznová – kyselina 2-oxopropanová – významné postavení v metabolismu sacharidů. Vzájemnou přeměnou s kyselinou mléčnou udržují koncentraci H + (viz glykolýza).

Oxokyseliny Kyselina oxaloctová – kyselina 2-oxo- butan-1,4-diová – významné postavení v Krebsově cyklu, substrátem nebo produktem transaminačních reakcí aminokyselin. Kyselina 2-oxoglutarová – kyselina 2-oxo-pentan-1,5-diová – významné postavení v Krebsově cyklu, substrátem nebo produktem transaminačních reakcí aminokyselin.

Aminokyseliny Vzhledem k jejich významu jsou předmětem samostatných prezentací.

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Materiál je určen pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízeních. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu. Zdroje a použitá literatura 1. ČERVINKA, Otakar a kol. Mechanismy organických reakcí: učebnice pro vys. školy chemickotechnologické. 1. vyd. Praha: SNTL, , [1] s. Řada chemické literatury. 2. HALBYCH, Josef a KLÍMOVÁ, Helena. Didaktika organické chemie: příklady vyučovacích postupů. 1. vyd. Praha: Univerzita Karlova, s. 3. MCMURRY, John. Organická chemie. Vyd. 1. V Brně: VUTIUM, xxv, 1176, 61, 31 s. Překlady vysokoškolských učebnic; sv. 2. ISBN PACÁK, Josef. Stručné základy organické chemie. 1. vydání. Praha: SNTL Nakladatelství technické literatury, Řada chem. literatury. 5. Fotografie a vzorce z vlastní databáze autora. Vytvořeny programy ACD FREE 12, Snagit