Karboksilne kisline in estri

1
Karboksilne kisline in estri

• Tudi karboksilne kisline in estri vsebujejo
  karbonilno skupino (tako kot aldehidi in ketoni).
• Poleg tega pa je prisotna še druga skupina, ki
  vsebuje kisik.
•  
• Struktura karboksilnih kislin
• Karboksilna kislina je organska spojina, katere
  funkcionalna skupina je karboksilna skupina.
• Karboksilna skupina je karbonilna skupina (CO) s
  hidroksilno skupino (-OH), vezano na C atom
  karbonilne skupine.
•  
• Lahko uporabljamo tudi okrajšano oznako -COOH
• Kljub temu, da je karboksilna funkcionalna
  skupina sestavljena tako iz karbonilne kot iz
  hidroksilne skupine, spojine nimajo ne lastnosti
  karbonilnih spojin (aldehidi, ketoni) niti
  lastnosti alkoholov.

2

• Najenostavnejša kislina ima na karboksilno
  skupino vezan le en vodikov atom
• Strukturi naslednjih dveh najenostavnejših
  karboksilnih kislin pa
•  
• Najenostavnejša aromatska karboksilna kislina pa
  je
• Zapišemo jo lahko tudi kot Ar-COOH.
•  
• Ciklicnih karboksilnih kislin ne poznamo. Ce bi
  bil C atom karboksilne skupine del obroca, bi
  moral imeti 5 vezi.

3
Poimenovanje karboksilnih kislin

• Poimenovanje je podobno kot pri aldehidih.
•  Monokarboksilne kisline
• Monokarboksilna kislina je spojina, ki vsebuje
  eno kaboksilno skupino.
• Pravila za poimenovanje so
• 1.      Izberemo najdaljšo osnovno verigo, ki
  vsebuje karboksilno skupino.
• 2.      Poimenujemo osnovno verigo in dodamo
  koncnico ojska kislina.
• 3.      Oštevilcimo osnovno verigo, pri cemer ima
  C atom karboksilne skupine številko 1.
• 4.      Lociramo in poimenujemo alkilne skupine,
  vezane na osnovno verigo.
• Primeri
•  

4
Dikarboksilne kisline

• Dikarboksilna kislina je karboksilna kislina, ki
  vsebuje dve karboksilni skupini, vsako na svoji
  strani ogljikove verige.
• Pri poimenovanju dodamo koncnico diojska kislina
  (ni potrebno dodati položaja).
• Primeri heksandiojska kislina,
  2-metilbutandiojska kislina

5
Aromatske karboksilne kisline

• Najenostavnejša se imenuje benzojska kislina.
• Ostale enostavne aromatske kisline poimenujemo
  kot derivate benzojske kisline.

6
Domaca imena karboksilnih kislin

• Uporaba domacih imen pri poimenovanju
  karboksilnih kislin je najbolj razširjena. Ker se
  v naravi pojavljajo v velikih kolicinah, so jih
  odkrili že zelo zgodaj in zanje uporabljali
  imena, še preden se je zacelo uporabljati
  poimenovanje po IUPACu.
• Domaca imena so vecinoma latinskega ali grškega
  izvora, navezujejo pa se na izvor kisline.

7
Monokarboksilne kisline
8

• Najbolj pogosto uporabljamo ocetno kislino. V
  kemiji jo velikokrat uporabljamo, kadar je
  reakcijsko mešanico potrebno nakisati (reakcija
  potece v kislem mediju).
• Koncentrirana ocetna kislina je brezbarvna
  tekocina ostrega vonja.
• Kis vsebuje med 4 in 8 (v/v) ocetne kisline.
• Cisto ocetno kislino imenujemo tudi ledocetna
  kislina, saj zamrzne pri 17 ?C, pri cemer
  nastajajo kristali podobni kot pri ledu.
• Psi, ki išcejo heroin, v bistvu zaznavajo vonj
  ocetne kisline. Ocetna kislina je stranski
  produkt zadnje stopnje proizvodnje nedovoljenega
  mamila in zelo majhne kolicine ocetne kisline
  ostanejo v heroinu.
•  Kadar uporabljamo domaca imena za poimenovanje
  karboksilnih kislin, uporabljamo za dolocanje
  mest vezave substituentov grške crke namesto
  številk.
• Uporabljamo crke alfa (?), beta (?), gama (?),
  delta (?).
•  

9
Derivati propanojske kisline - analgetiki

• Poleg aspirina (acetilsalicilna kislina) in
  lekadola (paracetamol) sta ibuprofen in naproksen
  najbolj uporabljana analgetika. Lajšata bolecine
  in znižujeta povišano telesno temperaturo,
  zmanjšujejo pa tudi vnetja.
• Ibuprofen je bolj ucinkovit pri zmanjševanju
  zobobolov in pri menstrualnih bolecinah.
• Tako kot aspirin pa lahko povzroca krvavenje v
  želodcu pri nekaterih ljudeh.
• Naproksen se v telesu zadržuje dlje kot ibuprofen
  ali aspirin. Povzroca tudi manj želodcnih težav
  kot ibuprofen in aspirin. Prav tako pa ga ne
  priporocajo uživati otrokom, mlajšim od 12 let.

10
Dikarboksilne kisline
11

• Oksalno kislino najdemo v rabarbari, špinaci,
  zelju. Ta kislina in njene soli so strupene v
  vecjih kolicinah, toda kolicine v zelenjavi so
  zelo nizke.
• Oksalno kislino uporabljamo za odstranjevanje
  rje, kot belilo vlaken in usnja. Odstranjuje tudi
  madeže crnila.
•  
•  
• Sukcinilna in glutamatna kislina imata pomembno
  vlogo pri biokemijskih reakcijah v cloveškem
  telesu.

12
Polifunkcionalne karboksilne kisline

• Polifuncionalne karboksilne kisline poleg
  karboksilne skupine vsebujejo še eno ali vec
  drugih funkcionalnih skupin.
• Take kisline se zelo pogosto pojavljajo v
  razlicnem sadju, igrajo pomembno vlogo pri
  delovanju cloveškega telesa (metabolizem),
  uporabljajo pa se tudi v kozmeticni industriji in
  pri proizvodnji zdravil.
• Najpogosteje se pojavljajo
•         Nenasicene kisline
•         Hidroksi kisline
•         Keto kisline

13
Nenasicene kisline

• Najenostavnejša nenasicena karboksilna kislina je
  propenojska kislina (akrilna kislina), ki se
  uporablja pri proizvodnji polimernih materialov.
• Najenostavnejša nenasicena dikarboksilna kislina
  je butendiojska kislina. Obstaja v dveh izomernih
  oblikah cis (maleinska kislina), trans (fumarna
  kislina).
• Maleinsko kislino dodajamo mastem in oljem, da
  preprecimo žarkost.
• Fumarna kislina je metabolicna kislina. Metabolne
  (presnovne) kisline so intermediati reakcij, ki
  potekajo pri presnovi v cloveškem telesu.

14

• je kislina, ki je najbolj odgovorna za neprijetne
  vonjave našega telesa. Proizvajajo jo kožne
  bakterije, najvec jih je pod pazduhami.

15
Hidroksilne kisline

• Hidroksi kisline so naravno prisotne v razlicnih
  živilih.
• Glikolna kislina je prisotna v sladkornem soku,
  pridelanem iz sladkornega trsa in sladkorne pese.
  
• Mlecno kislino najdemo v sesirjenem mleku in
  kisli smetani.
• Jabolcna kislina se nahaja v jabolkih.
• Najvec vinske kisline pa najdemo v grozdju.
• Mlecna in jabolcna kislina sta tudi metabolni
  (presnovni) kislini.

16

• Citronska kislina je trikarboksilna hidroksi
  kislina.
• Limonin sok vsebuje 4-8 citronske kisline,
  pomarancni sok pa okrog 1 .
• Citronsko kislino na veliko uporabljajo pri
  proizvodnji pijac in hrane.
•  Dodajajo jo pri proizvodnji marmelad, saj s tem
  dosežejo optimalnejše pogoje želiranja (primerno
  pH vrednost).
•   V sveži solati citronska kislina preprecuje
  porjavenje.
•   Dodatek citronske kisline morskim sadežem
  zavira rast mikroorganizmov (zaradi znižane pH
  vrednosti).
• Tudi citronska kislina je metabolna (presnovna)
  kislina.

17
Keto kisline

• Poleg karboksilne skupine vsebujejo tudi
  karbonilno skupino. Najenostavnejši predstavnik
  je piruvicna kislina.
•  
• Piruvicna kislina je tekocina s podobnim vonjem
  kot kis. Je metabolna kislina.
•  

18
Karboksilne kisline in kreme za kožo

• Predvsem so popularne ?-hidroksi kisline
  (karboksilne kisline, ki imajo na ?-C atom vezano
  hidroksilno skupino).
• Take kisline vsebujejo kreme, ki pomagajo pri
  suhi koži, lušcenju kože, srbenju. Zelo mocno pa
  jih reklamirajo kot sredstva proti gubam.
• Najpogosteje za to uporabljajo glikolno in mlecno
  kislino (v koncentracijah do 10 ). Slabost
  uporabe teh kislin pa je vecja obcutljivost za
  ultraviolicne žarke, kar lahko povzroci opekline.
• Polinenasicene karboksilne kisline uporabljajo
  pri zdravljenju mozoljev.
•  

19
Metabolne (presnovne) kisline

• Mnogo polifunkcionalnih kislin sodeluje pri
  presnovnih reakcijah v našem telesu.
• Pojavlja se 8 najpogostejših takih kislin, ki pa
  izvirajo le iz treh enostavnih karboksilnih
  kislin
•         Propionska kislina
•         Sukcinatna kislina
•         Glutamatna kislina
• Z reakcijami se boste spoznali pri biokemiji.

20
Fizikalne lastnosti karboksilnih kislin

• Karboksilne kisline so najbolj polarne od vseh
  organskih spojin, ki smo jih spoznali do sedaj.
  Tako karbonilni del kot hidroksilni del
  karboksilne funkcionalne skupine sta polarna.
• Posledica tega so visoke temperature tališca in
  vrelišca, najvišje od do sedaj obravnavanih
  spojin.
•  

21
Temperature vrelišca

• Nesubstituirane nasicene monokarboksilne kisline,
  ki vsebujejo do 9 C atomov, so tekocine (pri
  sobni T) z mocnim ostrim vonjem.
• Kisline z 10 ali vec C atomi so voskaste trdne
  snovi brez vonja (zaradi nizke hlapnosti).
• Visoke temperature vrelišc so posledica mocnih
  medmolekulskih vezi med molekulami karboksilnih
  kislin.
•  
•  
• Med dvema molekulama kisline se tvorita dve
  vodikovi vezi in nastane tako imenovan dimer ?
  navidezna molska masa je dvakrat vecja ? višje
  Tvrelišca

22
Topnost v vodi

• V vodi se tvorijo H-vazi, zato so nižje
  karboksilne kisline (C1 C4) dobro topne v vodi.
  
• Z vecanjem števila C atomov pa topnost mocno
  pade.
• Aromatske karboksilne kisline vecinoma niso topne
  v vodi.

23
Sinteza karboksilnih kislin

• Oksidacija primarnih alkoholov s šibkim
  oksidantom (CrO3, K2Cr2O7) pripelje do nastanka
  karboksilnih kislin.
•  
•  
• Aromatske kisline lahko sintetiziramo z
  oksidacijo alkilne skupine, vezane na benzenski
  obroc.

24
Kislost karboksilnih kislin

• V vodi reagirajo kislo, pri cemer vodi oddajo
  proton.
• R-COOH H2O ? H3O R-COO-
•  
• Karboksilatni ion nastane, kadar karboksilna
  kislina odda enega ali vec kislih vodikovih
  atomov.
•  
• Karboksilatni ioni monokarboksilnih kislin imajo
  vedno naboj 1, karboksilatni ioni dikarboksilnih
  kislin, pa imajo lahko naboj tudi 2.
• Karboksilatne ione poimenujemo tako, da odpade
  koncnica jska kislina in dodamo koncnico at.
• Ocetna kislina (etanojska kislina) ? acetatni ion
  (etanoatni ion)
• Oksalna kislina (etandiojska kislina) ? oksalatni
  ion (etandioatni ion)
•  
• Karboksilne kisline so šibke kisline, stopnje
  protolize je ponavadi manjša od 5 . Ravnotežje
  je mocno pomaknjeno v levo.

25
(No Transcript)
26
Soli karboksilnih kislin

• Podobno kot anorganske kisline, tudi karboksilne
  kisline reagirajo z bazo tako, da nastane voda in
  sol karboksilne kisline.
•  
• Sol karboksilne kisline je spojina, v kateri je
  negativni ion karboksilni ion.
• Poimenujemo jih podobno kot anorganske soli.
  Najprej povemo ime kationa, potem pa še aniona
  (natrijev acetat).
•  
• Primer Kako nastane natrijev propanat, kalcijev
  oksalat?

27

• Karboksilno kislino iz ustrezne soli dobimo pri
  reakciji s kislino (HCl, H2SO4).

28
Uporaba soli karboksilnih kislin

• Soli karboksilnih kislin so mnogo bolj topne v
  vodi od njihovih kislinskih analogov. Zdravila
  zato vecinoma vsebujejo soli karboksilnih kislin,
  saj na ta nacin lažje vstopajo v telo.
• Mnogo antimikrobnih snovi (konzervansi) je soli
  karboksilnih kislin. Najpomembnejše so soli
  benzojske, sorbicne in propionske kisline.

29

• Benzoatni soli kalija in natrija (do 0,1 )
  preprecujejo rast kvasovk in plesni v sokovih,
  marmeladah, kecapu...
•  
• Natrijev in kalijev sorbat (0,02 0,2 )
  zavirajo rast kvasovk in plesni v mlecnih
  izdelkih, posušenem sadju, kisli smetani, v
  nekaterih mesnih in ribjih proizvodih.
•  
• Kalcijev in natrijev propionat se uporabljata v
  pekarstvu, sirnih proizvodih in v raznih namazih.
  
• Benzoatov in sorbatov ne moremo uporabiti pri
  proizvodnji vzhajanih izdelkih, saj bi preprecili
  rast kvasovk.
• Soli karboksilnih kislin ne ubijejo
  mikroorganizmov, pac pa preprecijo njihovo rast
  in razmnoževanje s povišanimi pH vrednostmi.

30
Struktura estrov

• Estri so derivati karboksilnih kislin, pri kateri
  je OH skupina zamenjana z -OR skupino.
•  
• Estrska funkcionalna skupina je
• ali COOR

31

• Najenostavnejši ester je
• Obstajata dva estra, ki vsebujeta tri C atome
• Najenostavnejši aromatski ester

32
Sinteza estrov

• Estri nastajajo pri esterifikaciji.
  Esterifikacija je reakcija med karboksilno
  kislino in alkoholom (ali fenolom). Reakcija
  ponavadi potece ob prisotnosti mocne kisline
  (H2SO4) kot katalizatorja.
•  
• Pri esterifikaciji se odcepi OH skupina iz
  kisline in H atom iz alkohola. Potece reakcija
  substitucije OR skupine alkohola z OH skupino
  kisline.
•  
• Primer reakcija med ocetno kislino in metanolom

33

• Reakcija esterifikacije je ravnotežna reakcija,
  pri cemer so v ravnotežju prisotni tako reaktanti
  kot produkti.
• Produkcijo estra lahko povecamo s povecanimi
  koncentracijami alkohola ali z odstranjevanjem
  enega izmed produktov iz sistema.
• Estri in karboksilne kisline so strukturni
  izomeri (enaka molekulska in drugacna strukturna
  formula), podobno kot pari alkohol eter in
  aldehid keton.
• Pri hidroksi kislinah lahko potece
  intermolekularna esterifikacija, pri cemer
  nastanejo laktoni (ciklicni estri). Take reakcije
  so pogoste v primerih, ko nastane petclenski ali
  šestclenski obroc.

34
Poimenovanje estrov

• Estri imajo alkoholni in kislinski del. Na ta
  nacin jih tudi poimenujemo
• Najprej poimenujemo alkoholni del in dodamo ime
  kislinskega dela.
• Ime alkoholnega dela je kar ime R skupine, ki je
  vezana (alkil, cikloalkil, aril).
• Ime kislinskega dela je ime kisline, pri cemer
  izpustimo koncnico jska kislina, dodamo pa
  koncnico at.
•  Primeri
• Ocetna kislina metanol ? metil etanoat (metil
  acetat) voda
• Etil propanoat
•  
•  

35
Najpogostejši estri

• Estri so vecinoma odgovorni za znacilne okuse in
  aromo sadja in rož. Naravni okus in vonj je
  posledica prisotnosti mešanice estrov, pri cemer
  eden prevladuje.
• Proizvodnja le-te spojina je osnova izdelave
  arom, ki se uporabljajo pri proizvodnji
  sladoledov in pijac. Strukture nekaterih so si
  zelo podobne, okus in vonj pa se mocno
  razlikujeta.
•  

36
Feromoni

• Mnogo feromonov vsebuje estrsko funkcionalno
  skupino.
• Izoamil acetat je alarmni feromon za cebele.
•  
• p-hidroksibenzoat je spolni feromon pri psih.
  Izlocajo ga psicke, s cimer privabljajo samce.
•  

37
Zdravila

• Mnogo estrov se uporablja kot zdravila, med
  drugimi benzokain (lokalni anestetik) in aspirin.
•  
• Aspirin je ester salicilne kisline (aromatska
  hidroksi kislina).
• Ker ta kislina vsebuje tako alkoholno kot
  kislinsko skupino, lahko tvori dve vrsti estrov
• Pri reakciji med njeno hidroksilno skupino in
  karboksilno kislino
• Pri reakciji med njeno karboksilno skupino in
  alkoholom
•  

38

• Pri reakciji med alkoholno skupino in ocetno
  kislino nastaja acetilsalicilna kislina
  (aspirin).

39

• Aspirin je ester salicilne kisline.
• Blaži bolecine (analgetik)
• Znižuje telesno temperaturo (antipiretik)
• Zmanjšuje vnetja (protivnetno sredstvo )
•  
• Ko aspirin zaužijemo, potece hidroliza, pri cemer
  nastaneta kot produkta salicilna kislina in
  ocetna kislina. Salicilna kislina je aktivna snov
  aspirina.
• Salicilna kislina pa lahko povzroca draženje
  želodca in lažje krvavitve, kar lahko preprecimo
  z raztapljanjem tabletke pred zaužitjem, saj na
  ta nacin zmanjšamo lokalno koncentracijo
  salicilne kisline.
• Salicilna kislina zavira nastajanje hormonov
  (prostaglandinov), molekul, ki povzrocajo obcutek
  bolecine, povišano telesno temperaturo in
  zatekanje, kadar so v krvi prisotni v povišanih
  koncentracijah.
• Novejše raziskave kažejo, da aspirin lahko
  povzroca pocasnejše strjevanje krvi, zato ga
  priporocajo ljudem, ki so nagnjeni k srcnim kapem
  (posebej moški), saj zmanjšuje pojavljanje krvnih
  strdkov.

40
Fizikalne lastnosti estrov

• Temperature vrelišca
• Estri ne morejo tvoriti vodikovih vezi, saj
  nimajo H atoma vezanega na O atom ? temperature
  vrelišc estrov so precej nižje od temperatur
  vrelišc alkoholov in karboksilnih kislin s
  podobnimi molskimi masami.
• Fizikalne lastnosti estrov so podobne fizikalnim
  lastnostim etrov.

41
Topnost v vodi

• Molekule vode z molekulami estrov lahko tvorijo
  vodikove vezi ? nižji estri so topni v vodi
• Topnost hitro pada z daljšanjem CH verige (3-5 C
  atomov)
•  
•  
• Vecina estrov z nizkimi in srednjimi molskimi
  masami so brezbarvne tekocine. Vecinoma imajo
  prijeten vonj.
•  

42
Kemijske lastnosti estrov

• Najpomembnejša je reakcija, pri kateri pride do
  prekinitve estrske vezi, pri cemer se locita
  alkoholni del molekule in kislinski del.
• Tako reakcijo imenujemo
• hidroliza ali
• saponifikacija, odvisno od pogojev reakcije.
•  

43
Hidroliza estrov

• Hidroliza estrov je reakcija estra z vodo, pri
  cemer se molekula cepi, nastajata pa produkta
  karboksilna kislina in alkohol, iz katerih je
  ester nastal.
•  
•  
• Hidroliza estrov potece ob prisotnosti mocne
  kisline ali encimov.
• Hidroliza estrov je obratna reakcija
  esterifikaciji (nastanek estrov iz kisline in
  alkohola).
•  
•  

44
Saponifikacija

• Saponifikacija je hidroliza organske molekule ob
  prisotnosti baze, pri cemer kot eden izmed
  produktov nastaja sol karboksilne kisline.
• Saponifikacija potece z estri, amidi, mašcobami
  in olji.
•  
• Pri saponifikaciji estrov lahko uporabimo tako
  NaOH kot KOH, produkta pa sta alkohol in sol
  karboksilne kisline.
• Naloga
• Napišite reakcijo hidrolize etil acetata (propil
  propanoata)!
• Napišite reakcijo saponifikacije metil formiata
  (etil propanoata)!
•  
•  

45
(No Transcript)
46
Žveplovi analogi estrov

• Tako kot alkoholi reagirajo s karboksilnimi
  kislinami, pri cemer nastajajo estri, tako tioli
  reagirajo s karboksilnimi kislinami, pri cemer
  nastajajo tioestri.
• Tioestri so žveplovi analogi estrov, pri cemer je
  OR skupina zamenjana z SR skupino.
•  

47

• Tioester metil tiobutanoat je umetna aroma z
  okusom in vonjem jagode.
•  
•  
• Najpomembnejši naravni tioester je acetil koencim
  A, ki ga okrajšano zapišemo kot
•  
• Acetil koencim A ima pomembno vlogo pri
  metabolizmu (presnovi) v telesu, pri cemer telo
  proizvaja energijo za svoj obstoj.

48
Poliestri

• Kondenzacijski polimer je polimer, ki nastaja iz
  monomerov, pri cemer poleg polimera nastaja še
  ena majhna mlekula (ponavadi voda). Adicijska
  polimerizacija nima stranskih produktov.
• Poliestri so kondenzacijski polimeri, ki nasajajo
  tako, da se monomeri povežejo preko estrske vezi.
• Najbolj znan poliester je poli(etilen terftalat),
  ki ga poznamo pod oznako PET.
• PET nastane iz terftalne kisline (dikarboksilna
  kislina) in etilen glikola (dialkohol).
•  

49

• Na levi in desni strani molekule sta prosti
  karboksilni in hidroksi skupini, kar omogoca
  nadaljnjo polimerizacijo.
• Karboksilni del reagira z alkoholnim delom,
  alkoholni pa s karboksilnim ? nastaja dolga
  polimerna molekula, poliester.
•  
•  
•  

50

• Približno 80 PET se uporablja v tekstilni
  industriji, 20 pa za proizvodnjo plastenk.
• Uporablja pa se tudi v medicini, saj je interten,
  zato ga uporabljajo pri zamenjavi poškodovanih
  delov arterij, pa tudi pri srcnih zaklopkah.
•  

51

• Poliester je tudi polimer, ki se uporablja za
  razgradljive šive (Laktomer) pri razlicnih
  operacijah. Sintetiziramo ga iz glikolne kisline
  in mlecne kisline, ki sta v telesu naravno
  prisotna. Polimer se v nekaj tednih razgradi na
  osnovni komponenti.

52
Estri anorganskih kislin

• Anorganske kisline (žveplova, fosforna, dušikova)
  reagirajo z alkoholi podobno kot karboksilne
  kisline.

53

• Najpomembnejši estri, ki se pojavljajo v
  biokemiji, so estri fosforne kisline (fosfatni
  estri).
• Fosfatni estri so organske spojine, ki nastajajo
  pri reakciji med alkoholom in fosforno kislino.
• Fosforna kislina ima 3 OH skupine ? lahko
  reagira s tremi alkoholi (mono-, di-, tri- estri)

54

• Molekule fosforne kisline se lahko tudi
  povezujejo med seboj, pri cemer nastaja
  difosforna ali trifosforna kislina.
•  
• Ti dve molekuli reagirata z alkoholi, pri cemer
  nastajajo naslednji produkti
•  
• Take spojine nastajajo v cloveškem telesu pri
  nastajanju in prenosu energije, potrebne za
  biokemijske reakcije. Najpomembnejša primera sta
• adenozin difosfat (ADP)
• adenozin trifosfat (ATP)

55

• Zanimiv je tudi ester, ki nastane pri reakciji
  med dušikovo kislino in glicerolom
•  
• Poleg tega, da je nitroglicerin sestavni del
  dinamita, ima pomembni vlogo tudi v medicini za
  zdravljenje angine pektoris (ostre bolecine v
  prsih pacientov, pri katerih je motena oskrba
  srca s kisikom).