K W A S Y K A R B O K S Y L O W E(1).pdf
(
192 KB
)
Pobierz
K W A S Y K A R B O K S Y L O W E
K W A S Y K A R B O K S Y L O W E
Aleksander Kołodziejczyk 2006.10.
Charakterystyczną grupą funkcyjną
kwasów karboksylowych
jest grupa karboksylowa:
-
COOH
, dzięki której związki te wykazują właściwości kwasowe.
Budowa grupy karboksylowej
Atom węgla grupy karboksylowej ma hybrydyzację
sp
2
. Tworzy on wiązanie podwójne z
atomem tlenu (tak jak w grupie karbonylowej), i dwa pojedyncze wiązania, jedno z funkcją -
OH
i drugie z resztą alkilową (
kwasy alifatyczne
) lub arylową (
kwasy aromatyczne
). Grupa
karbonylowa i hydroksylowa razem z atomem węgla, do którego są przyłączone tworzą
funkcję (grupę) karboksylową.
O
grupa karboksylowa
R
C
OH
R:
alkil
,
aryl
lu
b
H
W najprostszym
kwasie karboksylowym
– w
kwasie mrówkowym
(
metanowym
) grupa
karboksylowa połączona jest z atomem wodoru.
Parametry grupy karboksylowej
O
o
O
1,23
A
125
o
106
o
o
0,97
A
124
o
o
C
H
1,10
A
C
H
H
H
O
O
o
wartości
k
ą
tów wi
ą
za
ń
długo
ś
ci wi
ą
za
ń
W
kwasie mrówkowym
kąty wiązań wychodzących od karboksylowego atomu węgla
przyjmują wartości zbliŜone do 120
o
, chociaŜ widoczne są wyraźne odchylenia. Ta
deformacja wynika z obecności małego atomu wodoru związanego z grupą karboksylową; w
kwasie octowym
takich róŜnic juŜ nie ma.
¯
111
o
1,32
A
O
o
O
1,25
A
122
o
106
o
o
119
o
0,97
o
C
H
C
H
1,52
A
H
3
C
H
3
C
O
O
o
1,31
A
119
o
Grupa karboksylowa
, podobnie jak karbonylowa jest
płaska i silnie spolaryzowana
.
Obecność atomu wodoru związanego z atomem tlenu
sprzyja powstawaniu wi
ą
za
ń
wodorowych i tworzeniu dimerów
. Występowanie
kwasów karboksylowych
w postaci
dimerów podwyŜsza temperatury wrzenia tych związków. Ich cząsteczki nawet w stanie pary
są dimerami.
O
H
O
dimer
H
3
C
C
C
CH
3
kwasu
octowego
O
H
O
2,67
o
1
Wyst
ę
powanie
Kwasy karboksylowe
są bardzo rozpowszechnione w naturze. Występują w stanie wolnym
(np.
kwas mrówkowy
czy
octowy
), ale w największej ilości w postaci
estrów
(
tłuszcze
,
woski
,
substancje zapachowe) oraz innych pochodnych, np.
amidów
.
Amidami
są
peptydy
i
białka
.
Kwasy tłuszczowe
będące składnikami
tłuszczów
i innych
lipidów
zawierają parzystą liczbę
atomów węgla, a ich łańcuch alifatyczny, zwykle nierozgałęziony, bywa nasycony lub
zawiera 1 albo więcej podwójnych wiązań. Najmniejszym kwasem zaliczanym do kwasów
tłuszczowych jest
kwas masłowy
(
C
3
H
7
COOH
), następnie zaś
kapronowy
(
C
5
H
11
COOH
).
4 3
6
5
3
1
COOH
COOH
H
3
C
H
3
C
2
1
4
2
kwas masłowy kwas kapronowy
Najpopularniejszym naturalnym kwasem tłuszczowym jest
kwas oleinowy
(
C
17
H
33
COOH
), a
pośród nasyconych –
palmitynowy
(
C
15
H
31
COOH
).
18
17
15
13
11
8
6
4
2
1
H
3
C
16
14
12
10
9
7
5
3
COOH
kw. oleinowy
16
COOH
H
3
C
1
kw. palmitynowy
Do popularnych zaliczają się teŜ
kwasy stearynowy
(
C
17
H
35
COOH
) i
linolowy
(
C
17
H
31
COOH
).
18
COOH
H
3
C
1
kw. stearynowy
H
3
C
COOH
12
10
9
18
13
1
kw. linolowy
Nienasycone
kwasy tłuszczowe
w
tłuszczach jadalnych
powinny mieć wiązania podwójne
niesprzęŜone, typu
cis
-, tak jak w
kwasie oleinowym
,
linolowym
czy
linolenowym
(
C
17
H
29
COOH
). Znane są takŜe naturalne
kwasy karboksylowe
zawierające sprzęŜone
podwójne wiązania typu
trans
-, np.
kwas oleostearynowy
, stereoizomer
kwasu linolenowego
,
występujący w
oleju tungowym
(chińskim). Jest on szkodliwy dla zdrowia, ale znalazł
praktyczne zastosowanie – słuŜy do produkcji artystycznych farb olejnych.
Podczas modyfikacji
tłuszczów naturalnych
, np. w trakcie ich uwodorniania (w procesie
produkcji margaryn twardych), a takŜe w czasie długotrwałego smaŜenia i utleniania
dochodzi do izomeryzacji wiązań podwójnych:
cis
-
®
trans
-, a więc pogarsza się ich wartość
odŜywcza.
H
3
C
COOH
18
13
12
10
9
7 6
1
kw. linolenowy
18
13
11
9
COOH
H
3
C
14
12
10
kw. oleostearynowy
Pytanie:
dlaczego izomery
cis
- łatwiej przechodzą w
trans
-, a nie odwrotnie?
Kwasy
wchodzące w skład
wosków
są zwykle nasycone i mają ponad 20 atomów węgla.
2
1
Od nienasyconego dwudziestowęglowego
kwasu arachidonowego
wywodzą się waŜne dla
prawidłowego funkcjonowania organizmu
prostaglandyny
.
11
9
8
6
5
1
O
H
1
COOH
COOH
9
8
5
20
CH
3
CH
3
12
12
14
15
20
H
H
15
kwas arachidonowy prostaglandyna A
3
W skład Ŝ
ółci
wchodzą naleŜące do
steroidów kwasy
Ŝ
ółciowe
. Najpopularniejszym jest
kwas
cholowy
. Znane są teŜ aromatyczne kwasy karboksylowe.
Kwas benzoesowy
pełni rolę
środka konserwującego; znajduje się w niektórych owocach, np. w Ŝurawinach.
Kwas
salicylowy
występuje w stanie wolnym w postaci
estrów
, a takŜe
glikozydów
. Ma działanie
przeciwgorączkowe.
H
O
H
COOH
COOH
OH
H
COOH
H
H
H
H
OH
kw. benzoesowy
kwas salicylowy
kwas cholowy
Znany jest
kwas migdałowy
i
cynamonowy
, a ich nazwy wskazują pochodzenie.
OH
COOH
COOH
kwas migdałowy
kwas cynamonowy
Nomenklatura
1.
Zwyczajowa
Dla wiele
kwasów karboksylowych
powszechnie uŜywane są nazwy zwyczajowe. NaleŜą one
do najwcześniej odkrytych związków organicznych, kiedy to jeszcze nie było ustalonych
reguł nomenklaturowych. Nazwano je wówczas często od nazwy źródła, z którego zostały
wyizolowane po raz pierwszy. Z tego powodu do dzisiaj popularne są takie nazwy jak kwas:
mrówkowy
,
octowy
,
masłowy
,
walerianowy
,
laurowy
,
oleinowy
,
arachidowy
,
migdałowy
czy
cynamonowy
. Stosowane są one równieŜ w literaturze naukowej.
2.
Systematyczna
Według zasad
IUPAC
nazwy alifatycznych, acyklicznych
kwasów karboksylowych
tworzy
się dodając słowo
kwas
do przymiotnikowej nazwy węglowodoru macierzystego
(zawierającego taki sam szkielet węglowy).
Przykłady
(w nawiasach nazwy zwyczajowe):
HCOOH
–
kwas metanowy
(
mrówkowy
)
CH
3
COOH
–
kwas etanowy
(
octowy
)
CH
3
CH
2
COOH
–
kwas propanowy
(
propionowy
)
CH
3
CH
2
CH
2
COOH
–
kwas butanowy
(
masłowy
)
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
COOH
–
kwas pentanowy
(
walerianowy
)
3
CH
3
(
CH
2
)
4
COOH
–
kwas heksanowy
(
kapronowy
)
CH
3
(
CH
2
)
6
COOH
–
kwas oktanowy
(
kaprylowy
)
CH
3
(
CH
2
)
4
COOH
–
kwas dekanowyy
(
kaprynowy
)
CH
3
(
CH
2
)
4
COOH
–
kwas heksadekanowy
(
palmitynowy
)
CH
3
(
CH
2
)
16
COOH
–
kwas oktadekanowy
(
stearynowy
)
Kwasy nienasycowne
CH
2
=CHCOOH
–
kwas prop-2-enowy
(
akrylowy
)
CH
3
CH=CHCOOH
–
kwas but-2-enowy
(
krotonowy
–
trans
-)
CH
3
(
CH
2
)
7
C=C
(
CH
2
)
7
COOH
–
kwas oktadeka-9-enowy
(
oleinowy
–
cis
-)
Cl
COOH
COOH
COOH
kwas 2-metylo- kwas 3-fenylo- kwas 3-(
p
-chlorofenylo)-
butanowy propanowy butanowy
W tym sposobie nazewnictwa dla atomu węgla grupy karboksylowej przyjmuje się lokant
1
.
Kwasy dikarboksylowe
otrzymują końcówkę
-diowy
, która jest połączona ze rdzeniem
łącznikiem „
o
”.
HOOCCOOH
–
kwas etanodiowy
(
szczawiowy
)
HOOCCH
2
COOH
–
kwas propanodiowy
(
malonowy
)
HOOC
(
CH
2
)
2
COOH
–
kwas butanodiowy
(
bursztynowy
)
HOOC
(
CH
2
)
3
COOH
–
kwas pentanodiowy
(
glutarowy
)
HOOC
(
CH
2
)
4
COOH
–
kwas heksanodiowy
(
adypinowy
)
HOOC
(
CH
2
)
5
COOH
–
kwas heptanodiowy
(
pimelinowy
)
3.
Drugi systematyczny
sposób nazywania
kwasów karboksylowych
, takŜe zatwierdzony
przez
IUPAC
, polega na tym, Ŝe do zestawu słów
kwas .......karboksylowy
dodaje się nazwę
węglowodoru, do którego została dołączona
grupa karboksylowa
. Według tej zasady
kwas
octowy
nazywa się
kwasem metanokarboksylowym
, a
kwas bursztynowy
–
etanodikarboksylowym
.
CH
3
-
COOH
–
kwas metanokarboksylowy
(
octowy
)
HOOC
-
(
CH
2
)
2
-
COOH
–
kwas etanodikarboksylowy
(
bursztynowy
)
Sposób wykorzystujący zestaw słów „
kwas alkanokarboksylowy
” pozwala na łatwe
tworzenie nazw kwasów
cykloalkanokarboksylowych, aromatycznych
i
kwasów
acyklicznych
o bardziej rozbudowanych łańcuchach.
CH
3
COOH
CH
2
CH
3
HOOCCHCH
2
CHCH
2
CH
2
CH
3
COOH
4
kwas 2-metylocykloheksano- kwas oktano-3,5-dikarboksylowy
karboksylowy
4.
Nazewnictwo podstawnikowe
Grupę karboksylową moŜna traktować jako podstawnik i tworzyć nazwy dodając do rdzenia
przedrostek
karboksy
-
wraz z odpowiednim lokantem. W przypadku skomplikowanych
związków moŜna łączyć dwa systemy.
COOH
CH
2
COOH
CH
3
CH
2
CHCH
2
CHO HOOCCH
2
CH
2
CH
2
CHCH
2
COOH
3-karboksypentanal kwas 3-(karboksymetylo)heptanodiowy
Wła
ś
ciwo
ś
ci fizyczne i fizjologiczne
NiŜsze alifatyczne
kwasy
monokarboksylowe
(do
nonanowego
) są cieczami. Ich temperatury
wrzenia są wysokie, wyŜsze nawet niŜ temperatury wrzenia
alkoholi
, znacznie wyŜsze niŜ
aldehydów
,
eterów
i
w
ę
glowodorów
o podobnej masie cząsteczkowej. Przyczyną tego jest
tendencja cz
ą
steczek kwasów do tworzenia dimerów
stabilizowanych stosunkowo silnymi
wiązaniami wodorowymi. Kwas mrówkowy wrze w temp. 100,5
o
C, a
octowy
,
propionowy
i
masłowy
odpowiednio: 118, 141 i 163.
Kwas dekanowy
topnieje w temperaturze 31
o
C. Rozgałęzienia łańcuchów i wiązania
nienasycone znacząco obniŜają tt. kwasów.
Kwas oleinowy
topnieje w temp. w 16
o
C.,
kwas
linolowy
, w -12
o
C, a dla porównania
stearynowy
– w 70
o
C. Pierwsze cztery kwasy z szeregu
homologicznego, do
masłowego
włącznie mieszają się z wodą w kaŜdym stosunku. Od
kwasu
walerianowego
rozpuszczalność w wodzie szybko spada. Począwszy od
kwasu
dodekanowego
są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie. Kwasy tłuszczowe są dobrze
rozpuszczalne w roztworach alkalicznych (tworzą sole) i w rozpuszczalnikach organicznych.
Sole
wy
Ŝ
szych kwasów tłuszczowych
nazywane są
mydłami
; mają właściwości detergentów
dlaczego?
Zadanie
: dlaczego mydła są związkami powierzchniowo czynnymi?
Stałe kwasy tłuszczowe noszą nazwę
stearyny
. Jest ona uŜywana do wyrobu świec
(
stearynowych
, są jeszcze
parafinowe
i
woskowe
). Kropla roztopionej
stearyny
(lub
stopionego stałego kwasu) wlana na powierzchnię wody, tak Ŝeby utworzyła się cienka
warstwa zastyga w płatek z powierzchniami o róŜnych właściwościach. Ta część, która
stykała się z wodą jest hydrofilowa (zwilŜa się wodą), a ta druga jest hydrofobowa – kropelki
wody spływają po niej. Zjawisko to polega na tym, Ŝe w cienkiej warstwie ciekłego jeszcze
kwasu dochodzi do orientacji jego cząsteczek. Grupy karboksylowe (hydrofilowe) kierują się
do wody, a łańcuchy węglowodorowe (hydrofobowe) przyjmują pozycję nad wodą.
Zapach kwasów
mrówkowego
,
octowego
i
propionowego
jest ostry, duszący, kwaśny.
Kwas
masłowy
i jego średniocząsteczkowe homologi mają bardzo nieprzyjemny, odraŜający zapach
(odór). Zjełczałe masło ma zapach kwasu masłowego, im bardziej rozłoŜone tłuszcz do
wolnych kwasów, tym jest bardziej cuchnący. WyŜsze
kwasy tłuszczowe
(od
kwasu
dodekanowego
) i
kwasy aromatyczne
są bezzapachowe.
Otrzymywanie
A
.
Ź
ródła naturalne
Wiele
kwasów tłuszczowych
jest pochodzenia naturalnego. Pozyskuje się je głównie z
tłuszczów
, które są ich
estrami
z
glicerolem
– zwanymi
triacyloglicerolami
. MoŜna je
uwalniać z
tłuszczów
za pomocą
hydrolizy
kwaśnej lub zasadowej. Częściej stosowana jest
5
Plik z chomika:
xyzgeo
Inne pliki z tego folderu:
CZĘŚĆ_2(3).rar
(7921 KB)
METODY WYODRĘBNIANIA I OCZYSZCZANIA SUBSTANCJI ORGANICZNEJ(4).rar
(6048 KB)
CZĘŚĆ_3(2)(3).rar
(4467 KB)
Polimery(3).doc
(153 KB)
lab.org.zagadnieniadokolosow(3).rar
(955 KB)
Inne foldery tego chomika:
0
absorbancja (JENOT15)
analiza
bionieorganiczna (JENOT15)
chemia analityczna
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin