Karbonylové sloučeniny, karboxylové kyseliny

KARBONYLOVÉ SLOUČENINY

 

• sloučeniny, které obsahují karbonylovou skupinu C=O
• karbonylová skupina je polární: π-elektrony se přesunují směrem k více elektronegativnímu kyslíku; na atomu uhlíku vzniká částečný kladný náboj a na atomu kyslíku částečný záporný
• dělí se na aldehydy a ketonyKetony: vznikají nahrazením dvou atomů vodíků uhlovodíkovými zbytky
• Aldehydy: vznikají náhradou jednoho atomu vodíku uhlovodíkovým zbytkem na okraji řetězce

1. ALDEHYDY

Názvosloví:

• systematické:
  • uhlovodík + koncovka –al (př. methanal, ethanal)

• název cyklického uhlovodíku + karbaldehyd (př. benzenkarbaldehyd)
• počet aldehydických skupin: předpona di- (př. butandial)

• triviální:
  • odvozujeme od latinského názvu příslušné karboxylové kyseliny + skupinový název ALDEHYD (např. formaldehyd = methanal,

acetaldehyd = ethanal, propionaldehyd = propanal)

Vlastnosti:

• skupenství záleží na počtu uhlíků:

• C₁ – C₆   = nižší aldehydy à kapaliny, charakteristického nepříjemného zápachu
• C₇ <   = vyšší aldehydy à pevné látky, bez nepříjemného zápachu (mohou vonět – např. po vanilce, skořici)

• reaktivní látky – reaktivita klesá s rostoucím počtem uhlíků
• většina je zdraví škodlivá – jedovaté
• Reakce:
• většina reakcí probíhá uhlíku s kladným parciálním nábojem
• karbonylová skupina ovlivňuje i vodíkové atomy navázané na vedlejším uhlíku, zvyšuje jejich kyselost a umožňuje jejich snadnější odštěpeníAdice nukleofilní: nukleofilní činidlo váže na uhlík a na kyslík se připojuje protonSubstituce: II. krok adice
• Oxidace: velmi snadná
• Oxidací aldehydů vznikají kyseliny
• Využívají se k důkazům aldehydické skupiny např. v sacharidech (analytická chemie)Reakce s Fehlingovým činidlem:Redukce (hydrogenace):Příprava a výroba:Přehled:
• Formaldehyd = methanal
• Oxidace primárního alkoholu (dehydrogenace):
• Reakce s Tollensovým činidlem:

• jediná plynný aldehyd, ředidlový zápach, jedovatý, hořlavý
• dobře rozpustný ve vodě – jeho 40% vodný roztok = formalín – časem polymeruje a vylučuje se bílá látka = paraformaldehyd
• formalín: používá se k nakládání tkání a orgánů pro biologické účely, výroba plastů – bakelit (fenolformaldehydová pryskyřice – kondenzace mnoha látek) => součástí klik, elektrotechnikyAcetaldehyd = ethanal

• kapalina s nízkou teplotou varu = těkavá, charakteristický pronikavý a nepříjemný zápach, hořlavá
• používá se jako rozpouštědlo, ředidlo, dá se použít k výrobě mravenčí kyseliny a k výrobě pevného lihu (pepo – pevné palivo)
• polymeruje: např. trimer
• Benzaldehyd = benzenkarbaldehyd
• pevná látka, charakteristického zápachu
• zastoupen v přírodě: peckovice (broskve..) – je obsažen v amygdalínu – hořká chuť
• využívá se k výrobě léků a barev

• výroba:
• příprava:Skořicový aldehyd

• součást skořicové silice, pevná látka, příjemné vůně

1. KETONY

Názvosloví:

• systematické:

• uhlovodík + koncovka –on (př. propanon)
• u vícesytných ketonů charakterizujeme polohu keto-skupiny čísly
• ketony odvozené od arenů: prvně se pojmenuje zbytek kyseliny a přidá se koncovka –ofenon (př. acetofenon)
• diketony od arenů = chinony – charakterizovat polohu C = O + název arenu + chinon (př. p-benzochinon)

• triviální:
  • pouze u propanonu = aceton

Vlastnosti:

• nižší ketony (do C₆): kapaliny ředidlového zápachu, jedovaté, hořlavé, částečně se mísí s vodou, slouží jako rozpouštědla
• vyšší ketony: pevné bílé látky, nemusí mít charakteristický zápach, nemísitelné s vodouReakce:
•  
• méně reaktivní než aldehydyOxidace: mnohem hůře se oxidují, vůbec nereagují s Fehlingovýma Tollensovým činidlem Oxidace sekundárního alkoholu (dehydrogenace): příprava  Přehled:
• Aceton(propanon):
• Tepelný rozklad vápenatých solí karboxylvých kyselin:
• Oxidace kumenu: výroba (týká se jen acetonu)
• Substituce (hydrolýza halogenderivátů): příprava
• Příprava a výroba:
• Adice nukleofilní: vznikají acetaly
• bezbarvá kapalina, těkavá (nízká teplota varu)
• nepříjemně zapáchající, toxický, hořlavý
• používá se jako ředidlo barev, laků, výroba plastůCyklohexanon:
• kapalina příjemné vůně (mentol)
• používá se na výrobu plastů – plexiskelAcetofenon(fynylmethylketon)
• kapalina příjemné vůně
• k výrobě plastůChinony:
• pevné látky, které se používají k výrobě barev (světle hnědé), součást některých přírodních barviv    
•  

KARBOXYLOVÉ KYSELINY

–          jde o organické sloučeniny, které ve své molekule obsahují karboxylovou skupinu COOH (kombinace hydroxylu a karbonylu)

• vodík se snadno odštěpuje – zvyšuje kyselost (polární vazba)
• přírodní látky
• dochází k posunu elektronů na kyslík na OH vazbě (vodík má kyselý charakter), odštěpení H ® charakteristické pro kyseliny.
• síla karboxylových kyselin se vyjadřuje pomocí disociační konstanty (silnější kyseliny mají vyšší K_A (př: ))
• na sílu karboxylových kyselin má vliv povaha uhlovodíkového zbytku (rostoucí +I efekt) vázaného na karboxyl; síla karboxylové kyseliny klesá v pořadí:
• HCOOH > CH₃COOH > CH₃CH₂COOH >
• Karboxylový aniont je stálejší než aniont alkoholátový (možnost delokalizace náboje), proto jsou karboxylové kyseliny kyselejší než alkoholy.Klasifikace karboxylových kyselin:

• podle počtu karboxylů:

1. a) monokarboxylové (kys.mravenčí)
2. b) dikarboxylové     (kys.šťavelová)
3. c) polykarboxylové (2,3,5-hexankarboxylová kyselina)
4. a) nasycené     (kys.mravenčí)
5. b) nenasycené (kys.maleinová)

• podle charakteru uhlovodíkového zbytku vázaného na karboxyl:

Názvosloví:

• Jednosytné nasycené kyseliny (1 COOH, jednoduchá vazba)
  • Uhlík karboxylové skupiny je součástí základního uhlíkatého řetězce => název uhlovodíku + –ová kyselinaKyselina ethanová = octová = acetátová CH₃COOHK. butanová = máselná CH₃CH₂ CH₂COOHKyselina hexadekanová = palmitová CH₃ (CH₂)₁₄ COOH
  • K. octadekanová = stearová CH₃ (CH₂)₁₆ COOH
  •             Vyšší mastné kyseliny: v tucích
  • K. propanová = propionová CH₃CH₂COOH
  • Kyselina methanová = mravenčí = formiová HCOOH
• Jednosytné nenasycené (1 COOH, dvojná vazba)

• Kromě toho se používá i zakončení –karboxylová* (-dikarboxylová) kyselina a to, když se karboxyl považuje za substituent připojený k hlavnímu řetězci (karboxylový uhlík pak není započítán do řetězce základní sloučeniny)Kyselina cis – oktadek – 9 – enová = olejová:Kyselina benzenkarboxylová* = benzoová:
• Kyselina propenová = akrylová C³H₂ = C²H – C¹OOH

• Vícesytné nasycenéPropandiová kyselina:Kyselina hexandiová =adipová: HOOC – (CH₂)₄ –COOHKyselina o – benzendikarboxylová* = ftalová: 1. Systematické – zaměníme zakončení -ová za –oyl (př. methanoyl, ethanoyl) 
• Fyzikální vlastnosti:
• 2. Triviální – kmen latinského názvu kyseliny + -oyl (u dikarboxylových kys. do C₅ zakončení –yl (př: formy, acetyl))
• Názvosloví acylových zbytků = ACYLY: – vznik odtržením hydroxylu (OH) z karboxylu kyseliny.
• Kyselina tereftalová – izomerní ke ftalové:
•             Odvozené od benzenu:
• Kyselina butandiová = jantarová = sukcinová: HOOC – CH₂ – CH₂ – COOH
• Kyselina ethandiová = oxalátová = šťavelová:

• Nižší jednosytné: kapaliny, nepříjemný zápach (nejvíc – máselná), velmi dobře mísitelné s vodou
• Vyšší jednosytné – mastné: pevné a mazlavé látky, bez zápachu, špatně mísitelné s vodou
• Vícesytné: látky pevné, krystalické, omezeně rozpustné ve voděChemické vlastnosti:

• Jsou to slabé kyseliny v porovnání s anorganickými
• Sílu kyseliny udává disociační konstanta K_A (viz. Dříve): čím je větší, tím je kyselina silnější – protože převažují disociované molekuly
• U jednosytných platí: čím má kyselina menší počet uhlíků, tím je silnější (nejsilnější je mravenčí)
• Čím více karboxylových skupin, tím víc jsou kyseliny silnější (nejsilnější je šťavelová)
• Přítomnost některých substituentů výrazně zvyšuje sílu kyselin: např. halogenidyReakce:Esterifikace:Příprava a výroba:
•  
• Neutralizační reakce:
•  
• Některé kyseliny se dají izolovat z přírodních zdrojůOxidace primárních alkoholů:Oxidace arenů:Ke kyselině Mailenové existuje isomer: kys. fumarová (E/trans – but – 2 – indiová)Kyselina mravenčí, methanová kyselina
• Přehled:
•  
• Oxidac alkenů:
• Oxidace alkanů:
• Kapalina, charakteristického zápachu, dobře mísitelná s vodou
• Vyskytuje se ve slinných žlázách mravenců (způsobní zarudnutí), vos, komárů, obsažena také v kopřivách

• Výroba: oxidace metanolu nebo z anorganických chemikálií
• CO + NaOH à HCOONa           HCOONa + HCl à HCOOH + NaCl

• Používá se na výrobu léčiv, barev, čistidel, součást dezinfekčních přípravků, esterů
• Nesmí přijít do styku s kys. sírovou: vzniká CO (a voda)Kyselina octová , ethanová kyselina
• Bezbarvá, mísitelná s vodou – 8% roztok = ocet (obarven karamelem)
• Vyrábí se kvašením lihu: CH₃CH₂OH à CH₃COOH
• Nebo se vyrábí oxidací acetaldehydu
• „ledová“ – teplota tání (tuhnutí) je -16,6 °C
• Používá se v potravinářství – ocet při konzervaci potravin, výroba textilních vláken, esterů, barev, laků, lékůKyselina máselná, butanová kyselina
• Odporný zápach, součástí tuků (másla) – když žlukne (rozkládá se) – uvolňuje se do ovzduší
• Využívá se k výrobě esterů (ananasová esence), barvyKyselina palmitová CH₃(CH₂)₁₄COOH (pevná látka)Kyselina olejová CH₃(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOH (kapalina)
• Kyselina stearová CH₃(CH₂)₁₆COOH (pevná látka)

• jsou kyseliny nejčastěji se vyskytující ve formě esterů s glycerolem v tucích a rostlinných olejích, tzv. vyšší mastné, mají velký biochemický významKyselina benzoová
• bílá krystalická látka, špatně rozpustná ve vodě
• používá se ke konzervaci potravin (benzoan sodný – Coca Cola)
• podle posledních průzkumů je karcinogenní (kóduje se do éček)Kyselina šťavelová
• bílá krystalická látka, zastoupená v některých rostlinách (šťovík) – ve větším množství jedovatá
• používá se k bělení a čištění skvrn
• specifická výroba:
• Kyselina jantarová
• 2HCOONa à Na₂(COO)₂             Na₂(COO)₂ + 2HCl à (COOH)₂ + 2NaCl
• bezbarvé krystaly, v nezralém ovoci (kyselost)
• výroba esterů, barev, změkčovadlo látekKyselina adipová
• výroba některých textilních vláken – nylonKyselina ftalová
• bílá, pevná látka
• používá se pro změkčování plastů (ftaláty – jedovaté) – hračky

Kyselina tereftalová

výroba textilních vláken – polyesterová vlákn