vznikají náhradou změnou karboxylové skupiny za jinou skupinu nebo adicí jiné charakteristické skupiny na uhlovodíkový skelet.

Deriváty, které vznikají náhradou karboxylové skupiny, se nazývají funkční deriváty a deriváty, které vznikají adicí další charakteristické skupiny    na uhlovodíkový skelet, se nazývají substituční deriváty.

 

Karboxylová skupina je složená z jednoho atomu uhlíku (C), dvou atomů kyslíku (O) a jednoho atomu vodíku (H). Vyskytuje se ve všech karboxylových kyselinách. Obvykle se zkráceně zapisuje CO₂H nebo COOH. Kyselost způsobuje atom vodíku.

Adice je reakce, při které dochází k zániku π vazeb mezi atomy uhlíku nebo atomem uhlíku a jiným prvkem. Tato vazba je nahrazena jednoduchou. Na násobnou vazbu jedné molekuly se aduje molekula druhá. Opakem adice je eliminace.

Funkční deriváty

Vznikají nahrazením skupiny –OH v karboxylové funkční skupině substituentem Y.

Mezi funkční deriváty patří:

• Soli karboxylových kyselin (R-COOMe (Me – kov))
• Estery (R-COOR)
• Amidy (R-CONH₂)
• Halogenidy karboxylových kyselin neboli acylhalogenidy (R ― COX)
• Nitrily (R-CN)
• Anhydridy (R-CO-O-CO-R‘)
• Imidy (R-CO-NH-CO-R‘)

Estery, amidy a soli se vyskytují v přírodě. Halogenidy a anhydridy byly vyrobeny uměle a jsou velmi reaktivní.

 

Soli karboxylových kyselin

Vznikají náhradou atomu vodíku atomem kovu. Připravují se reakcí karboxylových kyselin s hydroxidem (popř. uhličitanem příslušného kovu). Sodné a draselné soli vyšších mastných kyselin slouží jako mýdla.

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

• Octan hlinitý (CH₃COO)₃Al se používá v lékařství na otoky.
• Octan železitý (CH₃COO)₃Fe a octan chromitý (CH₃COO)₃Cr se používají k barvení tkanin.
• Octan sodný (CH₃COO)Na a octan draselný (CH₃COO)K slouží jako katalyzátory při syntéze organických kyselin z aromatických aldehydů.
  • je organická látka, je to sůl kyseliny octové. Jeho vzorec je CH₃COONa.
  • Vzniká například reakcí kyseliny octové s hydroxidem sodným (neutralizace).
    • NaOH + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O
  • nebo působením kyseliny octové na soli slabších kyselin. Např. reakcí s hydrogenuhličitanem sodným vzniká octan sodný a uvolněná kyselina uhličitá se okamžitě rozkládá na vodu a oxid uhličitý
    • CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂
  • Bezvodý octan sodný je označován také jako E262. Používá se jako katalyzátor
  • V chemii se používá pro přípravu některých pufrů –(Pufr je konjugovaný pár kyseliny a nebo zásady, který je schopný udržovat v jistém rozmezí stabilní pH po přidání silné kyseliny či zásady do systému)
  • Používá se i k výrobě hřejivých polštářků
• Benzoan sodný se používá jako konzervační prostředek.

 

Estery

Odvozují se náhradou skupiny -OH v karboxylové skupině skupinou -OR. Jsou většinou kapalné (výjimečně pevné) látky, nerozpustné ve vodě. Řada z nich má charakteristickou aromatickou vůni. Mnoho esterů je součástí přírodních esencí, estery vyšších mastných kyselin (palmitové, stearové) a glycerolu jsou součástí tuků a olejů. Připravují se esterifikací (reakce alkoholu s kyselinou nebo s jejím derivátem za vzniku esteru a vody), v přítomnosti hydroxidů či kyselin podléhají hydrolýze. Mnohé estery se uplatňují v potravinářství a při výrobě voňavek jako vonné a chuťové přísady.

CH₃COOH + CH₃CH₂OH –H⁺→ CH₃C(O)-OCH₂CH₃+ H₂O

• Ethyl acetát (octan ethylnatý) (CH₃COOCH₂CH₃) a butyl acetát (octan butylnatý) (CH₃COOCH₂(CH₂)₂CH₃) slouží jako rozpouštědla.
• Vinyl acetát (CH₃COOCH = CH₂) se používá k výrobě polyvinyl-acetátu (výroba nátěrových hmot, lepidel).

Amidy

Odvozují se náhradou -OH skupiny obsažené v karboxylové skupině aminoskupinou -NH₂. Jsou to kapalné nebo krystalické látky, které mají vysokou teplotu tání a varu (což je způsobeno přítomností vodíkových vazeb). Připravují se např. termickým rozkladem amonných solí. Jsou meziprodukty organických syntéz.

RCOONH₄ → RCONH₂ + H₂O

• Formamid (amid kyseliny mravenčí) (HCONH₂) je laboratorní rozpouštědlo.

Halogenidy (acylhalogenidy)

Odvozují se náhradou skupiny -OH v karboxylové skupině halogenem. Jsou to kapalné i krystalické látky, ostře páchnou. Jsou velmi reaktivní. Nejvýznamnější jsou chloridy, připravují se zahříváním chloridu fosforitého s organickými kyselinami. Používají se v organických syntézách jako acylační činidla sloužící k vnášení acylů do organických sloučenin. Důležitá je reakce acylhalogenidů s alkoholy za vzniku esteru a halogenvodíku.

CH₃COCl + CH₃CH₂OH → CH₃COOCH₂CH₃ + HCl

Nitrily

Mají ve svých molekulách funkční skupinu -C≡N. Jsou to jedovaté kapaliny nebo krystalické látky. Vznikají např. dehydratací amidů.

RCONH₂ → RC≡N + H₂O

• Akrylonitril (CH₂ = CH ― CN) je průmyslově nejvýznamnější, slouží jako surovina pro výrobu umělých vláken

Anhydridy

Lze je odvodit kondenzací dvou karboxylových kyselin se současným odštěpením vody, v molekule obsahují anhydridovou skupinu -CO-O-CO-. Anhydridy nižších karboxylových kyselin jsou ostře pácnoucí kapaliny, anhydridy vyšších mono- a dikarboxylových kyselin jsou krystalické látky. Jsou méně reaktivní než acylhalogenidy. Používají se jako acylační činidla v organických syntézách.

• Acetanhydrid (anhydrid kyseliny octové) slouží jako acylační činidlo

Substituční deriváty

Substituční deriváty karboxylových kyselin mají substituován R (postranní řetězec):

Substituent v R budeme označovat X. Podle povahy X klasifikujeme substituční deriváty karboxylových kyselin takto:

X = -OH hydroxykarboxylové kyseliny

X = -Hal halogenkarboxylové kyseliny

X = -NH2 aminokarboxylové kyseliny

X = -CHO aldehydkarboxylové kyseliny

X = -CO-R ketokarboxylové kyseliny

 

Názvosloví substituovaných karboxylových kyselin se v zásadě neliší od názvosloví kyselin nesubstituovaných . Jako nový prvek zde přistupuje pouze označování polohy substituentu na základním řetězci. Kromě způsobu již dříve uvedených se poloha dříve označovala také řeckými písmeny:

kyselina 2-aminopropanová

kyselina 2-aminopropionová

kyselina alfa-aminopropanová

kyselina alfa-aminopropionová

kyselina 3-aminobutanová

kyselina beta-aminobutanová

kyselina 3-aminomáselná

kyselina beta-aminomáselná

 

Halogenkarboxylové kyseliny

• jsou karboxylové kyseliny, které mají v řetězci mimo funkční skupiny nahrazen atom vodíku atomem halogenu
• Většinou se jedná o krystalické látky dobře rozpustné ve vodě nebo v lihu. Mají leptavé účinky, jsou toxické a velmi reaktivní.Síla halogenkarboxylových kyselin je vzhledem k zápornému indukčnímu efektu halogenů větší než výchozích kyselin. Vliv substituentu se stoupající vzdáleností od karboxylové skupiny klesá. Síla roste se zvyšujícím se počtem navázaných halogenů.CClH₂-CH₂-CH₂-COOH < CH₃-CHCl-CH₂-COOH < CH₃-CH₂-CHCl-COOH
• CH₃-COOH < CH₂Cl-COOH < CHCl₂-COOH < CCl₃-COOH

Příprava:

• α-halogenkyseliny připravujeme katalytickou halogenací karboxylových kyselin. CH₃-COOH + Cl₂ → CH₂Cl-COOH + HCl
• Adice halogenovodíku na nenasycené karboxylové kyseliny. CH₂=CH-COOH + HCl → CH₃-CHCl-COOH

• Aromatické halogenkarboxylové kyseliny připravíme klasickou eletrofilní halogenací. Můžeme také zoxidovat boční řetězec alkylhalogenarenů

 

Reakce:

• Hydrolýzou aplha;-halogenkyselin získáme příslušnou hydroxykyselinu a uvolní se halogenovodík. R-CHX-COOH + H₂O → R-CH(OH)-COOH + HX
• Hydrolýzou &gama;-halogenkyselin a dalších následným propojením obou OH skupin za odštěpení vody vzniká lakton
• Eliminací halogenovodíku připravíme nenasycené karboxylové kyseliny. R-CHX-CH₂-COOH – HX → R-CH=CH-COOH

Hydroxykyseliny

 

–          jsou karboxylové kyseliny, které mají v řetězci mimo funkční skupinu nahrazen atom vodíku hydroxylovou skupinou. Patří proto mezi substituční deriváty

–          Většinou se jedná o pevné krystalické látky dobře rozpustné ve vodě a některých organických rozpouštědlech. Jsou slabší a méně reaktivní než halogenkarboxylové kyseliny. Objevuje se u nich optická aktivita.

Příprava:

• Biochemickými procesy – kvašením – vzniká např. kyselina mléčná, vinná a citronová.
• Oxidace diolů ( alkoholy s dvěma OH skopinami) nebo hydroxyaldehydů HO-CH₂-CH₂-OH → HO-CH₂-CH=O → HO-CH₂-COOH
• Další možností je adice vody na nenasycené karboxylové kyseliny CH₂=CH-COOH + H₂O → CH₃-CH(OH)-COOH

 

Reakce:

• Oxidací nebo dehydrogenací primárních a sekundárních hydroxykyselin připravíme oxokyseliny HO-CH₂-COOH → O=CH-COOH
• Produkt dehydratace závisí na umístění OH skupiny:
  • β: nenasycené karboxylové kyseliny
  • γ+δ: lakton (vnitřní ester)
  • α: laktid (cyklický diester)
  • ε, …: složité polymerní estery

názvosloví:

Systematický název příslušné hydroxykyseliny sestavíme z názvu výchozí karboxylové kyseliny s použitím číslování a předpony „hydroxy-“ (popř. i násobících předpon di, tri, …). Číslování můžeme použít dvojího druhu:

• klasické číslování – atom C skupiny COOH má číslo 1, následující má číslo 2, … Používá se nejčastěji se sytematickým názvem kyseliny.
• řecká písmena – atom funkční skupiny COOH se neoznačuje, následující má písmeno α, … Používá se nejčastěji s triviálním názvem kyseliny.

HO-C^3/βH₂-C^2/αH(OH)-C¹OOH kyselina 2,3-dihydroxypropanová / α,β-dihydroxypropionová

 

Zástupci:

• kyselina mléčná – CH₃–CHOH–COOH
• kyselina jablečná
• kyselina vinná
• kyselina citronová
• kyselina salicylová (2-hydroxybenzenkarboxylová, lat. acidum salicylicum)

 

Oxokyseliny

• jsou karboxylové kyseliny, které mají v řetězci mimo funkční skupinu nahrazen atom vodíku dvojnou vazbou vázaným atomem kyslíku. Patří proto mezi substituční deriváty.
• Podle výsledné karbonylové skupiny rozlišujeme aldehydokyseliny (aldehydická skupina -CH=O) a ketokyseliny (ketoskupina -CO-).

Zástupci:

• Kyselina glyoxylová (oxoethanová) – nejjednodušší aldehydokyselina, objevuje je v nezralém ovoci, má tajé vlastnosti aldehydů
• Kyselina pyrohroznová (2-oxopropanová, lat. acidum pyruvicum) – kapalina ostrého zápachu, v podobě aniontu pyruátu se objevuje v metabolismu cukrů
• Kyselina acetyloctová (acetoctová, 3-oxobutanová) – součást metabolismu tuků, nestálá – dekarboxyluje
• Kyselina oxaloctová (3-oxobutandiová kyselina)
• Kyselina oxaljantarová (3-oxopropantrikarboxylová kyselina)
• Kyselina oxoglutarová

Názvosloví

Systematický název příslušné oxokyseliny sestavíme z názvu výchozí karboxylové kyseliny s použitím číslování a předpony „oxo-“ (popř. i násobících předpon di, tri, …). Číslování můžeme použít dvojího druhu:

• klasické číslování – atom C skupiny COOH má číslo 1, následující má číslo 2, … Používá se nejčastěji se sytematickým názvem kyseliny.
• řecká písmena – atom funkční skupiny COOH se neoznačuje, následující má písmeno α, … Používá se nejčastěji s triviálním názvem kyseliny.

C^3/βHO-C^2/αO-C¹OOH kyselina 2,3-dioxopropanová / α,β-dioxopropionová

Aminokyseliny:

Aminokyselina je v chemii obecně jakákoliv molekula obsahující karboxylovou (-COOH) a aminovou(-NH₂) funkční skupinu. V biochemii se většinou tímto termínem rozumějí pouze alfa-aminokyseliny, tj. takové, ve kterých jsou obě skupiny navázány na stejném uhlíkovém atomu.

 

V ještě užším smyslu (například v molekulární biologii) se tímto pojmem většinou rozumí biogenní alfa-L-aminokyseliny – 20 základních stavebních složek všech proteinů (bílkovin).

 

Aminokyseliny, se vyskytují v proteinech a peptidech => v živých organismech

alanin

fenylalanin

glycin

tryptofan

DERIVÁTY KYSELINY UHLIČITÉ

–   OH

– OH = C                    => nahrazení vodíku nebo celé hydroxylové skupiny jiným atomem

–   OH

– močovina = diamid kyseliny uhličité

= urea = medicínské označení

– charakteristická skupina : -NH₂

– bílá, krystalická látka, rozpustná ve vodě

– bez zápachu

– vyrábí se syntézou amoniaku NH3 a oxidu uhličitého CO2

– 1. org. sloučenina, která byla uměle syntetizována

– umělé dusíkaté hnojivo

– odpadní látka savců => obsažena v moči => vzniká při metabolismu bílkovin

– ve velkém množství se v těle stává toxickou

– u plazů a ptáků je konečným metabolismem kyselina močová

– její malé množství je obsaženo v potu

– přidává se do mletých krmiv jako zdroj dusíku

– její přirozená náhrada je močůvka

– výroba léčiv => sedativa až hypnotika

– fosgen = derivát chlóru

= dichlorid kyseliny uhličité

– bezbarvý jedovatý plyn

– bojová chem. látka => používal se v 1.svět.válce

– používá se při org. syntézách

– nevzniká v přírodě, vyrábí se uměle