Názvosloví, vlastnosti, reakce Karboxylové kyseliny Názvosloví, vlastnosti, reakce

Charakteristika: Deriváty uhlovodíků obsahující jednu či více charakteristických skupin Charakteristická skupina: - KARBOXYLOVÁ SKUPINA Obecný vzorec: R-COOH

Charakteristika Podle počtu karboxylových skupin: Jednosytné (monokarboxylové) Vícesytné (di-, trikarboxylové, atd.) Vyšší monokarboxylové kyseliny nazýváme mastné, neb jsou součástí tuků a olejů

Názvosloví – substituční princip Základní uhlovodík + – ová kyselina Př. methanová kyselina ethanová kyselina ethandiová kyselina

Názvosloví – substituční princip Pokud nelze zahrnout atom uhlíku karboxylové skupiny (COOH) do řetězce základního uhlovodíku, je nutné jeho přítomnost vyjádřit rozšířeným zakončením karboxylová kyselina Př. cyklohexankarboxylová kyselina

Procvičení substitučního názvosloví: Zapiš vzorcem kyselina propanová hex-4-enová kyselina 2,4-dimethylpentandiová kyselina Pojmenuj

Názvosloví – triviální názvy Nasycené monokarboxylové kyseliny: methanová kys. = mravenčí kys. ethanová kys. = octová kys. propanová kys.= propionová kys. butanová kys. = máselná kys. pentanová = valerová kys. dodekanová = laurová kys. hexadekanová kys. = palmitová kys. Oktadekanová kys. = stearová kys.

Názvosloví – triviální názvy Nasycené dikarboxylové kyseliny: Ethandiová kys. = šťavelová kys. Propandiová kys.= malonová kys. Butandiová kys.= jantarová kys. Pentandiová kys. = glutarová kys. Hexandiová kys. = adipová kys.

Názvosloví – triviální názvy Nenasycené monokarboxylové kyseliny: propenová = akrylová 2-metylpropenová = metakrylová (Z) - oktadec-9-enová kys. = olejová kys. (E) - butendiová kys. = fumarová kys. (Z) - butendiová kys. = maleinová kys.

Názvosloví – triviální názvy Aromatické karboxylové kyseliny: Benzenkarboxylová kys.= benzoová kys. Benzen-1,2-dikarboxylová kys. = ftalová kys. Benzen-1,2-dikarboxylová kys. = izoftalová Benzen-1,4-dikarboxylová kys. = tereftalová Naftalenkarboxylová = naftoová

Základní fyzikální vlastnosti Kapalné či pevné látky (záleží na délce a typu řetězce) V kapalném stavu tvoří vodíkové vazby Čím delší řetězec – tím nižší rozpustnost ve vodě a vyšší rozpustnost v nepolárních rozpouštědlech (např. v benzenu) Nižší kapaliny, vyšší pevné voskovité látky, dvojsytné a aromatické jsou krystalické látky

Základní fyzikální vlastnosti Úkol: Která z následujících kyselin bude rozpustnější ve vodě? a) kyselina hexadekanová b) kyselina ethanová ethanová

Základní chemické vlastnosti Kyselost klesá s délkou řetězce úkol: Která z následujících kyselin je kyselejší? a) kyselina octová b) kyselina máselná Kyselost klesa s delkou retezce, protože R jevi +I efekt a tudiz není takova potreba, aby kyslik z OH skupiny posouval tolik zaporneho naboje ke karboxylovemu uhliku

Základní chemické vlastnosti KYSELOST: Z alifatických je nejsilnější mravenčí Sílu kyselin zvyšuje přítomnost dvojné vazby a aromatického jádra v blízkosti karboxylové skupiny Srovnání s aromatickými kyselinami kys. mravenčí > kys. benzoová > kys. octová

Základní chemické vlastnosti Nejkyselejší z organických sloučenin Již pomocí vody se z karboxylové skupiny odštěpuje proton vodíku → karboxylátový anion RCOO- 2 rezonanční struktury (delokalizace elektronů)

Chemické reakce: Neutralizace Esterifikace Hydrolýza Dehydratace Dekarboxylace

Chemické reakce: 1) Vznik solí karboxylových kyselin = neutralizace Opakem je hydrolýza Př. Vznik octanu sodného octan sodný

Názvosloví solí karboxylových kyselin: Systematické: Odvozeno z českých či latinských triviálních názvů kyselin CH3COONa - octan sodný nebo natriumacetát (HCOO)2Ca - mravenčan vápenatý nebo calciumformiát Opisný způsob: CH3COONa - Sodná sůl kyseliny octové (ethanové) (HCOO)2Ca - Vápenatá sůl kyseliny mravenčí (methanové)

Chemické reakce: 2) Esterifikace reakce karboxylové kyseliny s alkoholem za kyselé katalýzy za vzniku esteru dané kyseliny a vody Př. vznik ethylesteru kyseliny mravenčí (ethylformiátu) ethylformiát ethylester kys.mravenčí

Názvosloví esterů CH3COOCH3 - octan methylnatý - methylacetát - methylester kys.octové (ethanové) HCOOCH2CH3 - mravenčan ethylnatý - ethylformiát - ethylester kys.mravenčí (methanové)

Chemické reakce: 3) Hydrolýza esterů a) za katalýzy kyselinou - zpětná reakce - vznik alkoholu a karboxylové kyseliny b) za katalýzy zásadou - tzvn. zmýdelnění esterů - vzniká alkohol a sůl karboxylové kys.

Chemické reakce: Dehydratace Vyštěpení vody Vznik anhydridů Anhydrid kys.octové Acetanhydrid Kys.octová

Chemické reakce: Dehydratace + H2O Kys. ftalová Anhydrid kys. Ftalové ftalanhydrid

Chemické reakce: Dekarboxylace U dikarboxylových kyselin Při zahřívání dochází k odštěpení CO2 a k zániku jedné z karboxylových skupin t Př. HOOC-CH2-COOH → CO2 + CH3COOH Zajímavé je chování dikarboxylových kyselin za zvýšené teploty. Záleží velmi na jejich konstituci. Tak nejnižší dikarboxylové kyseliny- šťavelová a malonová- odštěpují CO2 Jiné kyseliny, např.maleinová a ftalová, odštěpují vodu a vytváří anhydridy. A konečně kyseliny jako adipová, odštěpují jak CO2, tak H2O a prřecházejí na cyklické ketony

Chemické reakce: Dekarboxylace + CO2 Hexandiová kyselina cyklopentanon

Příprava a výroba: Výchozí látky: alkoholy, aldehydy Princip: oxidace v kyselém prostředí - oxidační činidla: KMnO4, K2Cr2O7, O2 - kyselé prostředí: nejčastěji H2SO4 Zředěný vodný roztok kyseliny octové se získává biologickou oxidací ethanolu podle celkové rovnice CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O. Při jeho biotechnologické výrobě jsou příslušné mikroorganismy (octové bakterie, především rodu Acetobacter) imobilisovány přirozenou přilnavostí na bukových hoblinách, které jsou skrápěny roztokem ethanolu a odspodu probublávány vzduchem. Vyšších koncentrací lze pak dosáhnout následnou destilací. Podobnou oxidaci lze sice provádět i čistě chemickou cestou, ale k výrobě se jí nepoužívá. Jiný způsob přípravy spočívá v hydrogenaci oxidu uhelnatého za přítomnosti katalyzátorů 2 CO + 2 H2 → CH3COOH. Může být připravena též reakcí oxidu uhelnatého s methanolem CH3OH + CO → CH3COOH. Tato reakce, která je v současnosti nejpoužívanějším průmyslovým procesem pro výrobu kyseliny octové, probíhá třístupňově za přidání jodovodíku a za přítomnosti katalyzátorů na bázi komplexních sloučenin palladia nebo iridia. Důležitým meziproduktem této reakce je jodmethan: CH3OH + HI → CH3I + H2O, CH3I + CO → CH3COI, CH3COI + H2O → CH3COOH + HI. Dříve obvyklejší metodou průmyslové výroby byla hydratace ethynu, kterou vzniká nejprve acetaldehyd CH≡CH + H2O → CH 3CHO, který je pak oxidován na kyselinu octovou 2 CH 3CHO + O2 → 2 CH3COOH.

Příprava a výroba: Specifické výrobní postupy: např. nitrilová syntéza výroba octa Zředěný vodný roztok kyseliny octové se získává biologickou oxidací ethanolu podle celkové rovnice CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O. Při jeho biotechnologické výrobě jsou příslušné mikroorganismy (octové bakterie, především rodu Acetobacter) imobilisovány přirozenou přilnavostí na bukových hoblinách, které jsou skrápěny roztokem ethanolu a odspodu probublávány vzduchem. Vyšších koncentrací lze pak dosáhnout následnou destilací. Podobnou oxidaci lze sice provádět i čistě chemickou cestou, ale k výrobě se jí nepoužívá. Jiný způsob přípravy spočívá v hydrogenaci oxidu uhelnatého za přítomnosti katalyzátorů 2 CO + 2 H2 → CH3COOH. Může být připravena též reakcí oxidu uhelnatého s methanolem CH3OH + CO → CH3COOH. Tato reakce, která je v současnosti nejpoužívanějším průmyslovým procesem pro výrobu kyseliny octové, probíhá třístupňově za přidání jodovodíku a za přítomnosti katalyzátorů na bázi komplexních sloučenin palladia nebo iridia. Důležitým meziproduktem této reakce je jodmethan: CH3OH + HI → CH3I + H2O, CH3I + CO → CH3COI, CH3COI + H2O → CH3COOH + HI. Dříve obvyklejší metodou průmyslové výroby byla hydratace ethynu, kterou vzniká nejprve acetaldehyd CH≡CH + H2O → CH 3CHO, který je pak oxidován na kyselinu octovou 2 CH 3CHO + O2 → 2 CH3COOH.

Př. Laboratorní příprava kyseliny benzoové Toluen reaguje s manganistanem draselným v prostředí kyseliny sírové

Domácí úkol na příští hodinu S využitím literatury a internetu zjisti, co se skrývá pod pojmem nitrilová syntéza Jedná se o hydrolýzu nitrilu na kyselinu. CH3-CN + 2H2O + HCl ----} CH3-COOH + NH4Cl nukleofilní substituce halogenu CN hydrolýzou nitrilů karboxylových kyselin (viz. aromatické kyseliny) R - CN + NaOH + H2O R-COONa + NH3 R-COONa + HCl R-COOH + NaCl

Kyselina methanová Kyselina mravenčí (acidum formicum) - bezbarvá kapalina - na vzduch dýmavá - ve slinných žlázách mravenců (Formica) - trichomy kopřiv - nejsilnější z karboxylových kyselin - rozpustná ve vodě

Kyselina ethanová Kyselina octová - bezbarvá kapalina - 8% roztok = kvasný ocet - středně silná kyselina - koncentrovaná působí toxicky

Kyselina propanová Kyselina propionová „éčko“ E280 - konzervant - zabraňuje růstu bakterií - do chleba - cukrářských výrobků

Kyselina butanová Kyselina máselná - kapalina nepříjemného zápachu - vznik při žluknutí másla - výskyt: ve žluklém másle, v potu

Kyselina benzoová Bílá krystalická látka Slabá kyselina Konzervant Léčivo proti kožním infekcím Přídavek do zubních past Kosmetické výrobky