DERIVÁTY UHLOVODÍKŮ

Deriváty uhlovodíků organické sloučeniny odvozené nahraze- ním atomů vodíku jiným atomem nebo skupinou atomů

Charakteristické skupiny - skupiny atomů a atomy, které určují deriváty uhlovodíků

Podle počtu charakteristických skupin v molekule dělíme deriváty uhlovodíků na: a) monofunkční (jednosytné) b) difunkční (dvojsytné) c) polyfunkční (vícesytné)

Podle prvků v charakteristické skupině: a) Halogenové (halogenderiváty) b) Dusíkaté (nitrosloučeniny,aminosloučeniny) c) Kyslíkaté (hydroxysloučeniny, karbonylové sloučeniny, karboxylové kyseliny)

a) halogenderiváty (F, Cl, Br, I ) b) nitroderiváty (nitroskupiny - NO2 ) aminy (aminoskupiny - NH2, - NH-, - N - ) d) hydroxyderiváty (skupina – OH) e) karbonylové slouč. (skupina -C=O ) f) karboxylové kys. (- COOH )

HALOGENDERIVÁTY vznikají nahrazením 1 nebo několika atomů vodíku atomy halogenů

Názvosloví název uhlovodíku + halogén

Vzorce Názvy Triviální názvy CH3Cl chlórmetan metylchlorid CH2Cl2 dichlórmetan C3H7Cl chlórpropan propylchlorid CHCl3 trichlórmetan chloroform CH2=CHCl chlóreten vinylchlorid

Vlastnosti - jsou to kapaliny, poměrně dobrá rozpouštědla, v přírodě se nevyskytují, vyrábí se synteticky, - působí jako kumulativní jedy, nerozpouštějí se ve vodě, ale v tucích, hromadí se v těle živočichů, - jsou významné v průmyslu: jako rozpouštědla, insekticidy, plastické hmoty a v chladírenství, - sloučeniny jsou velmi reaktivní

Výroba halogenderivátů a) substitucí alkanů a cykloalkanů b) adicí alkenů a cykloalkenů c) substitucí arenů d) adicí alkinů

PŘEHLED HALOGENDERIVÁTŮ

CHLÓRMETAN (metylchlorid) - CH3Cl - bezbarvý, snadno zkapalnitelný plyn - používá se do chladniček jako chladicí látka - používá se v lékařství k místnímu znecitlivění

DICHLÓRMETAN - CH2Cl2 - za normální teploty těkavá nehořlavá kapalina - odmašťovací prostředek - náplň do chladících zařízení - rychlé inhalační anestetikum

TRICHLÓRMETAN (chloroform) CHCl3 - bezbarvá kapalina nasládlé omamné vůně - dříve se používal k narkóze - patří však mezi KARCINOGENY - na světle a vzduchu se roz- kládá za vzniku jedovatého fosgenu COCl2 - dnešní využití – rozpouštědlo organických látek, surovi- na pro výrobu freonů

Chloroform už se jako anestetikum delší dobu nepoužívá z několika důvodů, z nichž jedním je relativně vysoké nebezpečí srdečního selhání. Hlavním problémem ale zůstává nepatrný rozdíl v dávkování, kdy téměř stejným množstvím chloroformu lze navodit anestezii třetího stupně (kdy se pacient nedokáže hýbat ani cítit bolest) a současně anestezii pátého stupně (kdy dochází k paralýze prsních svalů, jež má často za následek smrt). Navíc navodit anestezii třetího stupně trvá i zkušenému anesteziologovi až pět minut. V první polovině dvacátého století se chloroform začal postupně nahrazovat bezpečnějším (i když vysoce hořlavým) éterem, který se v některých rozvojových zemích používá jako anestetikum ještě dnes z důvodů nízké ceny.

TETRACHÓRMETAN CCl4 - jedovatá nehořlavá kapalina - používá se jako rozpouštědlo k čištění oděvů a jako náplň do hasicích přístrojů - nelze jej však používat k hašení v uzavřených místnostech, protože jeho rozkladem vznikají jedovaté plyny ( oxid uhelnatý, fosgen) - surovina pro výrobu freonů - má narkotické účinky - zneužíván inhalačními toxikomany – inhalační droga

Sumárně nebezpečné látky Bojové chemické látky (zbraně)

chemické zbraně jsou zbraně, které působí na organismy toxicky nebo dráždivě působení: - cílené (pouze na určitou část těla) - systémové (látka je toxická pro celé tělo) - lehká dostupnost = možnost zneužití (teroristické útoky, atd.) Otravné látky jsou ve skupenstvím pevném, kapalném i plynném - kapalné a plynné jsou nejčastější Dělení: a) dusivé b) zpuchýřující c) dráždivé d) nervově paralytické

Dusivé působí dusivě vyřazení plic a jejich otok, následné udušení (fosgen,chlor) zablokování přenosu kyslíku ze vzduchu do krve (CO₂) nebo z krve do tkání (kyanovodík) jsou ve vodě nerozpustné Zástupci: kyanovodík, fosgen, difosgen, trifosgen, oxid uhelnatý, chlor

Fosgen Název: Karbonylchlorid Funkční vzorec: COCl₂ Vlastnosti: - bezbarvý plyn - vysoce toxický - nevznítitelný - prudce jedovatý - při silném zředění je cítit jak shnilé brambory Za první světové války využíván jako bojový plyn. Fosgen poprvé připravil v roce 1812 anglický chemik John Davy.

b) Zpuchýřující po proniknutí do organismu jej poškozují celý Znaky proniknutí do organismu: poškozeni pokožky v místě zasažení vytvoření puchýřů odumření tkáně v zasaženém místě zasažená místa se velice špatně hojí, týdny až měsíce a pozůstalé toxické látky v těle prodlužují a ztěžují rekonvalescenci a vyvolávají další problémy např.: selhání ledvin, jater apod. Zástupci: různé druhy yperitu, lewisit, fosgenoxim

Yperit Vojenský plyn použit Němci v 1. světové válce Vlastnosti: - čirá tekutina bez zápachu - sumární vzorec C₄H₈Cl₂S - systematický název Bis(2-chlorethyl)sulfid Projevy zasažení: - leptání sliznic - cítění vůně česneku (zapřičiňuje sloučenina alicin) - spojení obou řetězců DNA a tím se zastaví buněčné dělení Yperit proniká i ochranným oděvem a jeho působení se urychluje na vlhkých místech (podpaží, genitálie). Poprvé byl vynalezen Frederikem Guthrie v roce 1860.

c) Dráždivé Působí hlavně na sensitinví nervová zakončení sliznic horních cest dýchacích a očí. působí obvykle pouze dráždivě účelem ochromit osobu spadají sem „slzné plyny“ Důsledky: vyvolávají kašel, slzení a ostrou bolest v očích, případně ještě tlak či bodavé bolesti ve hrudi Využití: nejvíce policie a v 1. světové válce (tyto látky byly smíchány s fosgenem) Zástupci: „slzný plyn“, kapsaicin (náplň pepřového spreje)

d) Nervově paralytické látky působí na nervovou soustavu člověka (zablokování nervových vzruchů) často způsobují smrt do těla se dostávají všemi možnými vstupy plíce, sliznice a kůže organické sloučeniny fosforu G-látky - Vysoce těkavé kapaliny, ohrožují hlavně inhalačně - tabun (GA), sarin (GB), soman (GD), cyklosin (GF) V-látky - vojensky významná pouze látka VX, je toxičtější než G-látky - málo těkavá Užití: bojové chemické látky pro zamoření ovzduší, vody i potravin použitou toxickou látkou

Otravná látka Charakteristický zápach Min. konc Otravná látka                               Charakteristický zápach       Min.konc. zjistitelná čichem(mg/l) fosgen                                       po hnijícím ovoci, ztuchlém seně                     0,0044 difosgen                                    jako fosgen                                                  0,0088 chlorpikrin                                po štěnicích, slzný ůčinek                              0,0073 kyanovodík                               po hořkých mandlích                                     0,0010 halogenkyany                           dusivý, dráždivý ůčinek                              0,1 - 0,01 yperit                                         po česneku, hořčici, spálené gumě                0,0013 N-yperit                                     po rybách                                                        ------------ lewisit                                        podráždění nosní dutiny (po muškátu)          0,0100 etyldichlorarzin                        ostrý, dráždivý účinek                                   0,0010 metyldichlorarzin                     ostrý, dráždivý účinek                                   0,0008 difenylchlorarzin (Clark 1)       zpočátku po ovoci, pak dráždivý účinek         0,0003 difenylkyanarzin (Clark 2)        jako Clark                                                       0,0003 adamsit                                      dráždivý účinek                                               0,0003 chloracetofenol                         po ovoci, slzný účinek                                      0,0002 brombenzylkyanid                     slzný účinek                                                      0,0001 sarin                                            bez zápachu                                                   ------------ soman                                         kafrový účinek                                                 ------------ tabun                                           po rybách, hořkých mandlích                        ------------ U otravných látek, které mají proškrtnutou tabulku „Minimální koncentrace zjistitelná čichem“ se jedná o látky, které kůli vysoké toxicitě nejdou zjišťovat čichem.

CHLÓRETYLÉN (vinylchlorid) CH2=CHCl - základní surovina k výrobě polyvinylchloridu (PVC) - podlahová krytina nebo obalový materiál (nesmí se používat na obaly potravin) měkčený – „novoplast“ neměkčený – „novodur“ - toxický a karcinogenní

TRICHLÓRETHYLEN CCl2=CHCl - užívá se k chemickému čištění

HEXACHLÓRCYKLOHEXAN C6H6Cl6 - toxický i pro teplokrevní živočichy a rostliny (v 60. letech v Turecku ze zamořeného obilí epidemie) - připravuje se chlorací benzenu

BROMOFORM (tribrommethan) CHBr3 - bezbarvá kapalina nasládlé vůně - anestetické vlastnosti, dráždí sliznice - užívá se jako lék proti kašli ve formě sirupu

DICHLÓRDIFENYLTRICHLÓRETHAN - zkráceně DDT - pesticid, kumulovaný jed - látka ničící plevele a nemoci přenášené hmyzem, jako např. tyfus, malárie - vedlejší účinky (hromadí se v živých organismech, způsobuje genetické změny)

DDT

FREONY další halogén - za běžných podmínek nehořlavé, nejedovaté, - fluórderiváty alkanů obsahují v molekule ještě další halogén - za běžných podmínek nehořlavé, nejedovaté, nereaktivní - jsou to silně těkavé kapaliny Použití: - náplně do chladících zařízení, vyháněcí směsi v aerosolových výrobcích, jako čistící a hasicí prostředky

- mají velký dopad na životní prostředí, neboť reagují s ozónem v atmosféře Jejich nebezpečí spočívá v jejich stá- losti. Jeden radikál chloru může rozštěpit až 100 000 molekul O3.

TETRAFLUÓRETYLÉN (teflon) CF2 = CF2 - bílá tvrdá voskovitá látka - odolný vůči působení kyselin a hydroxidů, organických rozpouštědel - odolný vůči teplotě -70˚ C až 250˚ C - použití: v medicíně k výrobě některých nástrojů, teflonové pánve

CHLÓRFLUÓRETYLÉN CClF=CF2 - výchozí látky při výrobě plastů (teflon, teflex)

HYDROXYDERIVÁTY

FENOLY - skupina OH vázána na atom uhlíku benzenového jádra Hydroxyderiváty - jsou to organické sloučeniny, jejichž molekuly obsahují atom kyslíku ALKOHOLY - skupina OH vázána na uhlík, který není součástí benzenového jádra FENOLY - skupina OH vázána na atom uhlíku benzenového jádra ETERY – atom kyslíku je vázán na uhlovodíkové zbytky

1. ALKOHOLY

ALKOHOLY – podle umístění skupiny OH rozdělíme na: a) primární R-CH2OH (uhlík kromě –OH váže 2 vodíky) b) sekundární R–CH–R (uhlík váže 1 vodík) | OH c) terciální R R - C - R (uhlík s OH již | neváže vodíky)

NÁZVOSLOVÍ a) radikál + alkohol b) uhlovodík + koncovka OL c) triviální (př. dřevný líh, vinný líh)

NÁZVOSLOVÍ DVOJSYTNÝCH a TROJSYTNÝCH ALKOHOLŮ a) uhlovodík + koncovka DIOL př. etandiol b) uhlovodík + koncovka TRIOL př. propantriol

NÁZVOSLOVÍ VÍCESYTNÝCH ALKOHOLŮ - uhlovodík + koncovka IT př. pentit, hexit (mají sladkou chuť, jsou základem pro stavbu cukru)

VZNIK ALKOHOLŮ vznikají při kvasných procesech cukerných šťáv rostlin průmyslově se vyrábí např. hydratací alkenů (z plynů získaných při zpracování ropy) kyselina sírová CH2=CH2 + H2O → CH3-CH2-OH

3) oxidací alkenů zředěným roztokem KMnO4 R–CH=CH–R + H2O → R-CH - CH-R | | OH OH 4) příprava sekundárních a terciárních alkoholů kyselina sírová CH3-CH=CH2 + H2O → CH3-CH-CH3 | OH Platí Markovníkovo pravidlo: - skupina OH je navázána na uhlík s menším počtem atomů vodíku

Další reakce alkoholů 1) primární alkohol  oxidace  aldehyd  oxidace  karboxylová kyselina 2) sekundární alkohol  keton

Vlastnosti - teplota varu se zvětšuje s počtem skupin OH - počet skupin OH má vliv i na rozpustnost alko- holů (nižší jsou s vodou neomezeně mísitelné, vyšší již jen omezeně nebo vůbec)

REAKCE ALKOHOLŮ účinkem alkalických kovů tvoří alkoholy soli zvané alkoholáty nebo alkoxidy, 2 R-OH + 2 Na → 2 R – O - Na+ + H2 alkohol alkoholát sodný nadbytkem vody se alkoholáty zpět hydrolyzují na alkoholy: R-OH-Na+ + H2O → R-OH + NaOH

2) Oxidace – vznikají aldehydy nebo keton 3) Eliminace – dochází k odštěpení vody, vzniká alkén 4) Reakcí s karboxylovými kyselinami – vznikají estery karboxylových kyselin a voda esterifikace R-OH + HO-NO2 → R-O-NO2 + H2O R-OH + HOOC-R´  R – OOC - R´ + H2O

Přehled alkoholů

METANOL (metylalkohol, dřevný líh) VZOREC: CH3OH - hořlavá, bezbarvá, prudce jedovatá kapalina - poškozuje zrak (dávka větší než 50 ml způsobuje oslepnutí, větší dávka smrt) - smrtelná dávka je závislá na řadě faktorů (tělesná hmotnost, odolnost organismu atd. přibližně 10- 100 ml) - vzniká při karbonizaci dřeva

- vzhledem k chuti a vůni může dojít k záměně s ethanolem - používá se jako rozpouštědlo, při výrobě barviv, léčiv - výroba syntetického metanolu: CO + H2  CH3OH

ETANOL (etylalkohol, vinný líh) VZOREC: C2H5OH - často se používá název „líh“ - bezbarvá jedovatá kapalina charakteristické vůně - hoří modrým plamenem - dobře se mísí s vodou - teplota varu 77˚ C - je to návykový jed, vzniká drogová závislost – alkoholismus

- při destilaci lze získat 95,3% alkohol a 4,7% vody – azeotropická směs - příprava absolutního (100%) alkoholu – zvláštní postupy, pouze pro laboratoře

Použití a) jako rozpouštědlo b) při výrobě léčiv c) v kosmetice d) příměs do pohonných látek e) k výrobě alkoholických nápojů v lékařství denaturovaný alkohol – bakterioidní účinek k uchování sterilních nástrojů tinktury = alkoholové roztoky příslušných látek některá léčiva podávána formou roztoků v alkoholu

Výroba kvašením zředěných cukerných roztoků získaných z brambor, obilí, ovoce či melasy (C6H10O5)n + H2O  n. C6H12O6 C6H12O6  2 C2H5OH + 2 CO2 Tzv. ALKOHOLOVÁ FERMENTACE (glukóza obsažená v ovoci se působením kvasinek, které obsahují enzym ZYMASU, mění na etanol ) Kvašení probíhá jen do koncentrace 14 – 16 % etanolu, při vyšších koncentracích jsou kvasinky ničeny vlastním produktem.

b) z etylénu reakcí s vodou

Alkoholické nápoje Pivo 10° 3-4% Pivo 12° 4-5% Stolní vína 8-12% - přímým kvašením Desertní vína 15-18% - víno+cukr+koření+alkohol Likéry 20-25% Destiláty 38 (40)-60% - destilací zákvasů tradičních surovin / zředění ethylenalkoholu a přidání chuťových a aromatických ingrediencí

- chuť závisí na: cukrech, terpenoidních látkách, esterech - nejznámější ethylformiát (rum), dibutylftalát (vodka) - při kvašení vznik dalších složek: methylalkohol, vyšší alkoholy, ethylenglykol – jedovaté; oxidují se pomaleji než ethylalkohol => kocovina - při domácí výrobě více příměsí → specifické intoxikace

Vstřebávání ethylalkoholu 20% v žaludku, 80% v tenkém střevě rychlost vstřebávání ovlivněna žaludečním obsahem větší množství potravy zpomaluje vstřebávání (obzvláště tuky, proteiny) CO2 podporuje vstřebávání-šumivé nápoje opojnější u zdravých osob vstřebání 90% množství alkoholu během 30-60 minut, max.hladina alkoholu dosažena ke konci první hodiny po konzumaci

velmi tučná potrava → 4-6 hodin velmi dobře rozpustný ve vodě ihned po vstřebání se rovnoměrně rozdělí ve všech kapalinách organismu Stupeň opojení - úzce souvisí s hladinou alkoholu v krvi

0,3 euforie, upovídanost, snížení zábran, nižší Obsah v krvi ‰ Fyziologické změny 0,3 euforie, upovídanost, snížení zábran, nižší pozornost a pohotovost, špatný odhad vzdálenosti 0,5 vzrušení, emoční nestabilita, ztráta sebekritiky poruchy koordinace pohybových reakcí 0,8 mírný stupěň opilosti, prodloužení reakční doby, „tunelové vidění“ 1-2,5 pokročilý stupeň opilosti, zmatení mysli, poruchy rovnováhy, ztráta orientace, zvracení, 2,5-5 velmi těžký stupeň, inkontinence, smrt v důsledku zástavy dýchání

1) smrt způsobena kombinací vysokého stupně opilosti a udušením vdechnutými zvratky, podchlazením, otravou CO,… 2) notorici projeví příznaky opilosti při vyšších hladinách, ale i u nich koncentrace 7,5‰ absolutně smrtelná

Orientační výpočet hladiny ethylalkoholu v krvi předpoklad: vypito v krátkém časovém intervalu, plně vstřebáno, rovnoměrně rozdělen ve vodném prostředí (60% hmotnosti……..0,6) g požitého alkoholu/tělesná váha x 0,6 = hladina v krvi ‰ - za 1 hod se hladina alkoholu sníží o 0,15‰ - u chronických konzumentů rychlost odbourání - zvýšena v těle lidského plodu odstraňován pomaleji

Účinky na lidský organismus snižuje aktivitu centrální nervové soustavy depresivní účinek na centrální nervovou soustavu dříve se mění myšlení, nálada, apod. – změny vidění až později mozečkem koordinované pohyby až při pozdějších fázích silnějšího opojení dráždí trávicí soustavu - zvracení, průjmy při oxidaci vznik acetaldehydu acetaldehyd + někt.neurotransmitéry → kondenzační sloučeniny blízké halucinogenům rostl.původu

ETYLENGLYKOL (1,2 etandiol) CH2OH - CH2OH - kapalina nasládlé chuti - používá se k výrobě výbušnin a k přípravě nízko-mrznoucích směsí do automobilových chladičů - slouží rovněž k výrobě plastů - je jedovatý

GLYCEROL (1,2,3 propantriol) CH2 - CH - CH2    OH OH OH - sirupovitá bezbarvá kapalina, často uváděn pod názvem glycerín - je součástí tuků a olejů - použití: v lékařství v kosmetice k výrobě glyceroltrinitrátu

Výroba glyceroltrinitrátu vyrábí se z glycerolu působením kyseliny dusičné a kyseliny sírové (nitrační směs) nesprávný název: nitroglycerín nebezpečná kapalina – exploduje již při slabém nárazu, při výbuchu se uvolňuje značné množství plynů (příčinou velké razance této výbušniny) objevitel – A. Nobel (později zmenšil její citlivost na náraz, zachoval však její vlastnosti = DYNAMIT) dnešní použití: k léčení srdečního onemocnění ANGINA PECTORIS

2. FENOLY

Fenoly - jsou to kyslíkaté sloučeniny, které váží jeden nebo více skupin OH na aromatický uhlovodík Rozdělení fenolů: a) jednosytné b) dvojsytné c) trojsytné d) vícesytné

NÁZVOSLOVÍ A) triviální názvy (podle sytnosti) - koncovky - OL - DIOL - TRIOL B) substituční názvy substituent + uhlovodík

VLASTNOSTI FENOLŮ bezbarvé krystalické látky, karbolový zápach málo rozpustné ve vodě, více sytné lépe na vzduchu se oxidují a zbarvují se do růžova slouží k výrobě některých plastů a jako dezinfekční prostředky připravují se z černouhelného dehtu nebo synteticky

VÝROBA FENOLU b) kys.benzesulfonová + 2NaOH fenolát sodný a) benzen + kys. sírová  kys.benzensulfonová + H2 b) kys.benzesulfonová + 2NaOH fenolát sodný (C6H6ONa) + Na2SO3 + H2O c) fenolát sodný + H2O + CO2  fenol + NaHCO3

PŘEHLED FENOLŮ

FENOL (kyselina karbolová) C6H5OH bezbarvá krystalická látka, na vzduchu se zbar- vuje dorůžova fenol je jedovatý a leptá pokožku jeho 2 % roztok je KARBOLOVÁ VODA , která je používána k dezinfekci slouží k výrobě plastů (př. BAKELIT), barviv, léků nitrací vzniká tzv. kyselina pikrová HOC6H2(NO2)3 – silně explozivní sloučenina

3. ETHERY

Obecný vzorec: R1 - O - R2 - výchozími látkami jsou často alkoholy a fenoly - funkční skupinou etherů je dvoj-vazný kyslíkový atom  O  - ethery můžeme považovat za deriváty vody, v níž oba atomy vodíku jsou nahrazeny uhlovodíkovými zbytky.

ROZDĚLENÍ a) jednoduché – př. H3C – O - CH3 b) složené - H3C – O - C3H7

VLASTNOSTI - nižší bod varu než alkoholy - látky velice těkavé - ve vodě nerozpustné - mají narkotické účinky - směsi těkavých etherů se vzduchem po zapá- lení vybuchují

PŘÍPRAVA ETHERŮ a) z nižších alkenů, které vznikají při zpracování ropy b) z vícesytných alkoholů se připravují cyklické ethery c) smíšené ethery vznikají např.reakcí alkoholá- tu s halogenderivátem

Ethylenoxid (CH2)2O - je jedovatý plyn - patří mezi rakovinotvorné látky - účinkem vody se v přítomnosti katalyzátorů štěpí jeho tříčlenný cyklus na ethylenglykol

Diethylether (C2H5)2O často nazývaný jen ether je hořlavá kapalina o teplotě varu 35C ve vodě je částečně rozpustný vyrábí se dehydratací ethanolu má narkotické účinky.