Organické sloučeniny obsahující kyslík Jana Novotná

Elektronová konfigurace atomu kyslíku 1s 2 2s 2 2p 4 Z elektronové konfigurace kyslíku vyplývá, že v molekule organické sloučeniny může být kovalentně vázán jako dvojvazný. O O dvě  vazby jedna vazba  a jedna 

R - O - R  Ethery – sloučeniny s alkoxylovou skupinou (-OR)  Alkoholy a fenoly (hydroxyderiváty) – mají hydroxylovou skupinu (-OH)  Aldehydy a ketony – sloučeniny s karbonylovou skupinou C = O R H R R - -  Karboxylové kyseliny – sloučeniny s karbonylovou + hydroxylovou skupinou C = O R O H R - O - H

Alkoholy Organické analogy vody, jeden vodík je nahrazen alkylovou skupinou Klasifikace  alkohol 1 o (primární) - pouze jeden atom uhlíku váže na uhlík s -OH skupinou (primární uhlík).  alkohol 2 o (sekundární) – dva další atomy uhlíku se váží na uhlík s -OH skupinou (sekundární uhlík).  alkohol 3 o (terciární) - tři atomy uhlíku se váží na uhlík s -OH skupinou (terciární uhlík).

Podle počtu –OH skupin rozlišujeme:  Monohydroxyderiváty, jednosytné alkoholy Polyhydroxyderiváty  Dioly, dvojsytné (dihydroxyderiváty)  Trioly, trojsytné (trihydroxyderiváty)  Polyoly,vícesytné, patří do skupiny sacharidů  Fenoly - skupina -OH se přímo váže na aromatické jádro Alkoholy

 Alkoholy s nižší molekulovou váhou - kromě běžných názvů se slovo alkohol přidává za jméno alkylové skupiny, na kterou se váže hydroxylová skupina: methanol – methylalkoholCH 3 -OH ethanol – ethylalkohol CH 3 -CH 2 -OH 1-propanol – propylalkoholCH 3 -CH 2 -CH 2 -OH 2-propanol – isopropylalkohol CH 3 -CH-CH 3 OH 1-butanol – n-butylalkoholCH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH Klasifikace alkoholů

 Nižší alkoholy – bezbarvé tekutiny, charakteristický zápach (od C4 nepříjemný), narkotický účinek, toxické.  Polyhydroxyalkoholy - sladká chuť.  Vyšší alkoholy (od C12) – pevné látky.  Prodlužováním uhlovodíkového řetězce se snižuje rozpustnost alkoholů ve vodě.  H-můstky → rozpustnost ve vodě, vyšší bod varu než alkany. Vlastnosti alkoholů

 Polarita vazby mezi kyslíkem a vodíkem v OH skupině vyvolává slabě kyselý charakter.  Chovají se jako kyselina i jako zásada, stejně jako voda.  Schopnost tvořit soli – alkoholáty. Vlastnosti alkoholů

 Hoření 2CH 3 OH + 3O 2 2CO 2 + 4H 2 O + teplo  Dehydratace za přítomnosti katalyzátoru H OH | | H +, teplo H—C—C—H H—C=C—H + H 2 O | | | | H H H H alkohol alken Reakce alkoholů

H + CH 3 —OH + HO—CH 3 CH 3 —O—CH 3 + H 2 O dva methanoly Dimethyl ether  Dehydratace za nízké teploty – vznik etherů

 Při oxidaci primárních alkoholů [O] dochází ke ztrátě H z –OH skupiny a druhého H, který je vázán na primární C. [O] Primární alkohol Aldehyd OH O | [O] || CH 3 —C—H CH 3 —C—H + H 2 O | H Ethanol Ethanal (ethyl alkohol) (acetaldehyd) Oxidace primárních alkoholů

O || CH 3 —C—H O || CH 3 —C—OH Aldehyd Karboxylová kyselina [½ O 2 ] Ethanal (acetaldehyd) Kyselina octová  Aldehydy se snadno oxidují na karboxylové kyseliny Oxidace primárních alkoholů

 Při oxidaci sekundárních alkoholů dochází ke ztrátě jednoho H z –OH skupiny a druhého H, který je vázán na sekundární uhlík. [O] Sekundární alkohol Keton OH O | [O] || CH 3 —C—CH 3 CH 3 —C—CH 3 + H 2 O | H 2-propanol propanon (isopropyl alkohol) (dimethylketon; aceton) Oxidace sekundárních alkoholů

 Terciární alkoholy se neoxidují. [O] Terciární alkoholnení reakce OH | [O] CH 3 —C—CH 3 žádný produkt | CH 3 není žádný další H na C-OH pro oxidaci 2-methyl-2-propanol Oxidace terciárních alkoholů

 Methanol  Vzniká při rozkladné destilaci dřeva.  Průmyslově se vyrábí redukcí CO vodíkem za vysokého tlaku a teploty, bez přítomnosti vzduchu CO + 2H 2 CH 3 -OH  Toxická látka, poškozuje zrakový nerv.  Dočasná slepota (15 ml), trvalá slepota nebo smrt (30 ml). Produkce některých alkoholů

 Ethanol (spiritus, líh)  Kvasné procesy cukerných šťáv rostlin za přítomnosti kvasinek při teplotě nižší než 37°C.  Výroba ve velkém hydrolýzou škrobu na jednoduché cukry C 6 H 12 O 6 (hexosa)2 CH 3 CH 2 OH + 2 CO 2  Nejprve excitační účinky, posléze narkotické účinky, působí jako sedativum.  Letální dávka je 6-8 g/kg (  1 l vodky). Produkce některých alkoholů

 Jaterní enzymy oxidují ethanol na acetaldehyd.  Acetadehyd – porucha koordinace. Ethanol acetaldehydkyselina octová  Methanol se v játrech oxiduje na formaldehyd CH 3 OHH 2 C=O Oxidace alkoholu v těle

 Formaldehyd reaguje velice rychle s proteiny.  Enzymy ztrácejí svou funkci.  Ethanol soutěží s methanolem o oxidační enzymy a to zabraňuje oxidaci formaldehydu. Ethanol – protijed proti otravě methanolem

Vícesytné alkoholy Ethylenglykol - ethan-1,2-diol HO–CH 2 –CH 2 –OH  Používá se do nemrznoucích směsí (radiátory, automobily)  Toxický: 50 ml, letální: 100 ml Glycerol - propan-1,2,3-triol (glycerin) CH 2 - OH CH - OH CH 2 - OH  Uhlíková kostra glycerolu je součástí biologicky významných látek v organismu

Vícesytné alkoholy  Dioly a trioly se oxidují na aldehydy až karboxylové kyseliny (nebo ketony u sekundárního hydroxylu).  oxidací –CH 2 OH glycerolu vzniká glyceraldehyd, pak glycerolová kyselina.  Reakcí s kyselinami vznikají estery – s kyselinou dusičnou vzniká glyceroltrinitrát – tzv. nitroglycerin.

 Fenoly jsou hydroxyderiváty s -HO skupinou vázanou na uhlík aromatického jádra. Podle počtu hydroxylových skupin je rozdělujeme na mono-, di-, tri-, polyhydroxyderiváty arenů. Fenoly

 Fenoly s jednou -OH skupinou – monohydroxy- deriváty arenů  Fenoly s více -OH skupinami – polyhydroxy- deriváty arenů benzendioly Součásti biomolekul Fenoly

Využití fenolů  Fenoly se získávají z kamenouhelného dehtu.  Používají se jako dezinfekční prostředky (lyzol).  Přidávají se do zubních past, vyrábějí se z nich plasty (polymerací fenolu a formaldehydu vzniká bakelit).  Redukční vlastnosti se využívají při přípravě fotografických vývojek (pyrokatechol).

 Polární sloučeniny, mohou tvořit vodíkové můstky.  Ve vodě špatně rozpustné.  Acidita je ve srovnání s alkoholy vyšší.  Soli – fenoláty, vznik s roztoky alkalických hydroxydů Vlastnosti fenolů Methylderiváty - kresoly se používají jako rozpouštědla, jako insekticidy proti škůdcům, k desinfekci.

Chinony  Produkty oxidace dihydroxyfenolů – chinony.  Poloha –OH skupiny musí být v o- nebo p- poloze.  Oxidací fenolů na chinony mizí aromatický charakter.

 Alkoholy a fenoly reagují s karboxylovými kyselinami na estery.  Reakce mezi alkoholem a kyselinou probíhá za přítomnosti malého množství kyseliny sírové.  H 2 SO 4 působí jako donor protonu a dehydratační činidlo. Tato reakce se nazývá esterifikace.  Vazba acetylové skupiny (CH 3 CO - ) na molekulu alkoholu nebo fenol se nazývá acetylace.

Ethery  Deriváty vody.  Atom kyslíku váže dvě alkylové nebo arylové skupiny.  Méně polární charakter než alkoholy.  Zápalné a výbušné, tvorba peroxidů. DiethyletherCH 3 -CH 2 -O-CH 2 -CH 3 Rozpouštědlo a anestetikum

Aldehydy a ketony (oxosloučeniny)  Aldehydy a ketony jsou kyslíkaté analogy alkenů.  Společná je pro ně karbonylová skupina (C=O)  Aldehydy - karbonylový uhlík váže nejméně jeden atom vodíku  Ketony - karbonylový uhlík váže dva další uhlíkové atomy

Vlastnosti aldehydů a ketonů  Skupenství je kapalné nebo tuhé, formaldehyd je plyn.  Díky nerovnoměrnému rozložení elektronové hustoty na C=O skupině a sousedních atomech jsou aldehydy a ketony velmi reaktivní.  Rozpustnost ve vodě závisí na počtu atomů C. S rostoucím počtem těchto atomů rozpustnost značně klesá.

Názvosloví  Alifatické aldehydy a ketony – systematický název je odvozen od příslušného alkanu s koncovkou –al, -on.  Běžný název aldehydu je odvozen od triviálního názvu příslušné karboxylové kyseliny + aldehyd.  Běžný název ketonu vzniká spojením názvu alkylové nebo arylové skupiny připojené ke karbonylové skupině + keton.

Formaldehyd Methanal Acetaldehyd Ethanal Propionaldehyd Propanal Akrylaldehyd Propenal Aceton propanon Ethylmethylketon Butanone Cyclohexanon Glyoxal Ethandial Benzaldehyd Cinnamaldehyd 3-phenylpropenal Acetophenon Methylphenylketon Benzophenon Diphenylketon

Tvorba poloacetalů a acetalů  Reakce alkoholu s aldehydem nebo s ketonem - vznik poloacetalu (hemiacetalu) nebo poloketalu (hemiketalu).  –OH skupina a OR 1 se váže na tentýž atom uhlíku. polocetalový hydroxyl  Poloacetaly jsou nestabilní.  Sacharidy mají jak–OH skupinu, tak C=O skupinu a vytvářejí poloacetaly.

 Cyklické poloacetaly vznikají z hydroxyaldehydů, které mají pět nebo šest atomů uhlíku spontánně. alcohol and carbonyl functions are contained in the same molecule

 Cyklické poloacetaly jsou stabilnější, než necyklické poloacetaly.  Vznik poloacetalu je zejména významný u sacharidů a je příčinou vzniku jejich cyklické struktury, která má zásadní biologický význam.

Reakce aldehydů a ketonů s aminy Aldehydy a ketony reagují s primárními aminy za vzniku iminů, nebo Schiffovy base (cukr s proteinem, neenzymatické glykace při diabetu).

Benedictův test u diabetu  Benedictův roztok obsahuje Cu 2+ iont.  Aldehydy se oxidují na kyselinu a Cu 2+ se redukuje na Cu +, vznikne sraženina Cu 2 O (červená sraženina)  Glukosa obsahuje aldehydickou skupinu.

Karboxylové kyseliny Funkční skupina karboxylových kyselin

 Organické kyseliny, společně se svými solemi tvoří nezbytnou součást všech živých organismů.  Substráty klíčových metabolických dějů a aminokyseliny,které kromě karboxylové skupiny obsahují ještě skupinu aminovou (NH 2 ), jsou základním stavebním kamenem proteinů. Karboxylové kyseliny

 Karboxylové kyseliny alifatické (mastné), alicyklické a aromatické.  Podle počtu –COOH skupin rozlišujeme: mono-, di-, tri- až polykarboxylové kyseliny.  Karboxylové kyseliny nasycené a nenasycené. Karboxylové kyseliny

 Kyseliny s nižší molekulovou hmotností jsou kapalné, mají štiplavý a nepříjemný zápach ( kyselina máselná vzniká žluknutím másla ).  Kyseliny střední jsou olejovité kapaliny.  Kyseliny s vyšší molekulovou hmotností (myristová, palmytová, stearová) jsou známé jako mastné kyseliny.  Vyšší mastné kyseliny jsou pevné látky. Vlastnosti

 Karboxylová skupina je polární a vytváří proto pevné vodíkové můstky CH 3 COOHCH 3 CO H +  Kyselá povaha, snadné uvolňování protonu Vlastnosti

Soli karboxylových kyselin  Karboxylové kyseliny reagují s hydroxydy nebo uhličitany.  Význam mají sodné a draselné soli vyšších mastných kyselin (stearová, palmitová) – používají se jako mýdla

Estery karboxylových kyselin Reakce s alkoholem na ester  Estery nižších masných kyselin a nižších alkoholů mají příjemnou charakteristickou vůni.  Vůně květin, ovoce a parfémů vznikají směsí různých.

Estery používané jako aroma jablko meruňka banán