KEMIJA. Iztok Prislan Biotehniška fakulteta Oddelek za živilstvo

Transcript

1 KEMIJA Iztok Prislan Biotehniška fakulteta Oddelek za živilstvo

2 Karboksilne kisline in derivati Karboksilne kisline so organske spojine, ki imajo karboksilno funkcionalno skupino: R C O H O Beseda karboksilna je sestavljenka iz besed karbonilna in hidroksilna. Kot pove ime, je sestavljena iz C = O in OH skupine, vendar pa spojine s to skupino ne reagirajo kot alkoholi in ne kot ketoni/aldehidi. Karboksilna skupina ima dve mesti, ki sta primerni za tvorbo vodikove vezi. Lahko tvori dimere (tvorbe sestavljene iz dveh identičnih delov). vodikovi vezi

3 Fizikalne lastnosti Temperatura vrelišča Zaradi vodikove vezi lahko nastanejo dimeri ali pa se več molekul medsebojno poveže v zaporedje. Vrelišča karboksilnih skupin so zato še višja od vrelišč alkoholov. T v / C karboksilne kisline alkoholi ketoni estri amini alkeni alkini alkani število atomov C

4 Fizikalne lastnosti Topnost Karboksilne kisline lahko tvorijo vodikove vezi z vodo, zato so spojine z do 4 atomi C zelo dobro topne v vodi. Ko se veriga atomov ogljika podaljšuje, se topnost zmanjšuje. ime metanojska etanojska propanojska butanojska pentanojska heksanojska heptanojska formula Število atomov C Topnost (g na 100 g H 2 O) HCOOH 1 CH 3 COOH 2 CH 3 CH 2 COOH 3 CH 3 (CH 2 ) 2 COOH 4 CH 3 (CH 2 ) 3 COOH 5 5 CH 3 (CH 2 ) 4 COOH 6 1 CH 3 (CH 2 ) 5 COOH 7 0,5

5 Nomenklatura Monokarboksilne kisline Monokarboksilna 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 končnico ojska. 3. Oštevilčimo osnovno verigo, pri čemer ima atom C karboksilne skupine številko Lociramo in poimenujemo alkilne in ostale skupine, vezane na osnovno verigo. Tudi pri karboksilnih h ne smemo C atoma v funkcionalni skupini COOH šteti v ciklično verigo. V tem primeru spojine imenu osnovne ciklične verige dodamo končnico karboksilna. V primeru vezave karboksilne skupine na aromatski obroč: benzojska 3 bromo 5 metilbenzojska lj.si/zt/kemija/katedra/slo/studenti/agronomija%20uni/kemija%20agr%20uni/6.predavanje.ppt.

6 Nomenklatura primeri Br OH 2 bromopropanojska O O OH 2 metilbut 2 enojska Br CH 3 Br O OH 2,2 dibromopropanojska 3 oksopentanojska ciklopentan karboksilna

7 Nomenklatura Dikarboksilne kisline Dikarboksilna je karboksilna, ki vsebuje dve karboksilni skupini, vsako na svoji strani ogljikove verige. Pri poimenovanju dodamo končnico diojska (ni potrebno dodati položaja). Primeri: O HO OH heksandiojska O 2 metilbutandiojska lj.si/zt/kemija/katedra/slo/studenti/agronomija%20uni/kemija%20agr%20uni/6.predavanje.ppt.

8 Domača imena karboksilnih kislin Uporaba domačih imen pri poimenovanju karboksilnih kislin je najbolj razširjena. Ker se v naravi pojavljajo v velikih količinah, so jih odkrili že zelo zgodaj in zanje uporabljali imena, še preden se je začelo uporabljati poimenovanje po IUPACu. Domača imenasovečinomalatinskegaaligrškegaizvora,navezujejopasenaizvor kisline. formula št. atomov C domače ime IUPAC ime Vir HCOOH 1 mravljična metanojska tekočina v zadku mravelj CH 3 COOH 2 ocetna etanojska kis CH 3 CH 2 COOH 3 propionska CH 3 (CH 2 ) 2 COOH 4 maslena CH 3 (CH 2 ) 3 COOH 5 CH 3 (CH 2 ) 4 COOH 6 valerianska kapronska propanojska butanojska pentanojska heksanojska kislo mleko, kislo zelje surovo maslo baldrijan surovo maslo, olje

9 Uporaba karboksilnih kislin Karboksilne kisline mnogokrat uporabljamo v prehrambni industriji. Mravljinčna je zelo jedka in jo dodajajo sredstvom za odstranjevanje vodnega kamna. Uporablja se tudi za konzerviranje sadnih sokov in za dezinfekcijo vinskih in pivskih sodov. Najdemo jo v žlezah mravelj, čebeljem želu, koprivah, smrekovih iglah, sadju. Ocetno kislino uporabljamo kot začimbo in za konzerviranje pa tudi pri sintezi polimerov, proizvodnji barvil, zdravil in dišav. Maslena predstavlja poglavitni vir prehrane in s tem energije za celice, ki gradijo povrhnjico debelega črevesja. Maslena deluje tako, da normalizira gostoto blata, uravnava pogostost iztrebljanja, zmanjšuje prebavne bolečine, preprečuje napenjanje in ugodno vpliva na gibljivost črevesja. zdravo zakaj je pomembna maslena.html

10 Domača imena dikarboksilnih kislin formula št. atomov C domače ime IUPAC ime HOOC COOH 1 oksalna etandiojska HOOC CH 2 COOH 2 malonatna HOOC (CH 2 ) 2 COOH HOOC (CH 2 ) 3 COOH HOOC (CH 2 ) 4 COOH HOOC (CH 2 ) 5 COOH 3 sukcinatna 4 glutamatna 5 adipinska 6 pimelinska propandiojska butandiojska pentandiojska heksandiojska heptandiojska (Oh my, suchgood applepie) Oksalno kislino najdemo v rabarbari, špinači, zelju. Ta in njene soli so strupene vvečjih količinah, toda količine v zelenjavi so zelo nizke. Sukcinilna in glutamatna imata pomembno vlogo pri biokemijskih reakcijah v človeškem telesu.

11 Polifunkcionalne karboksilne kisline Polifuncionalne karboksilne kisline poleg karboksilne skupine vsebujejo še eno ali več drugih funkcionalnih skupin. Take kisline se zelo pogosto pojavljajo v različnem sadju, igrajo pomembno vlogo pri delovanju človeškega telesa (metabolizem), uporabljajo pa se tudi v kozmetični industriji in pri proizvodnji zdravil. Najpogosteje se pojavljajo: nenasičene kisline, hidroksi kisline, keto kisline. nenasičena hidroksi keto lj.si/zt/kemija/katedra/slo/studenti/agronomija%20uni/kemija%20agr%20uni/5.predavanje.ppt.

12 Polifunkcionalne karboksilne kisline Hidroksilne kisline Hidroksi kisline so naravno prisotne v različnih živilih. glikolna mlečna jabolčna vinska Prisotna je v sladkornem soku, pridelanem iz sladkornega trsa in sladkorne pese. Najdemo jo v sesirjenem mleku in kisli smetani. se nahaja v jabolkih. Največ vinske kisline najdemo v grozdju. lj.si/zt/kemija/katedra/slo/studenti/agronomija%20uni/kemija%20agr%20uni/5.predavanje.ppt.

13 Polifunkcionalne karboksilne kisline 4 8 % v limoninem soku, 1 % v pomarančnem soku. Trikarboksilna hidroksi. Velika poraba pri proizvodnji pijač in hrane. Dodatek pri proizvodnji marmelad optimalnejši pogoji želiranja (ph). Citronska V sveži solati preprečuje porjavenje. Je metabolna (presnovna). Zavira rast mikroorganizmov v morskih sadežih (zaradi znižane ph vrednosti). lj.si/zt/kemija/katedra/slo/studenti/agronomija%20uni/kemija%20agr%20uni/5.predavanje.ppt.

14 Reaktivnost in nastanek karboksilnih kislin Kislost Že samo ime pove, da so spojine s karboksilno skupino bolj kisle od do sedaj spoznanih organskih spojin. Razlog je v šibkeje vezanem vodikovem atomu v OH funkcionalni skupini Zaradi večje elektronegativnosti atom kisika privlači elektrone 2. Na atomu ogljika se ustvari parcialni pozitivni naboj. 3. Parcialno pozitivni naboj privlači elektrone. 4. Kisik odmik elektronov na eni strani kompenzira s privlakom na drugi lažji odcep protona

15 Reaktivnost in nastanek karboksilnih kislin Resonančna stabilnost karboksilatnega aniona Po odcepu protona nastane karboksilatni anion. Naboj ni lokaliziran na enem atomu kisika, pač pa je porazdeljen med oba. Tako kot v primeru benzena, lahko zapišemo dve resonančni strukturi: Porazdelitev naboja stabilizira karboksilatni ion.

16 Reaktivnost in nastanek karboksilnih kislin Primerjava kislosti spojin Funkcionalna skupina Približna K a Približen pk a R H R O H H O H R S H OH

17 Reaktivnost in nastanek karboksilnih kislin Vpliv halogenov na kislost organskih kislin Elektronegativnost halogenov narašča v naslednjem zaporedju: I < Br < Cl < F. Če na metilno skupino poleg karboksilne skupine vežemo halogen, se kislost poveča. Elektronegativni halogen privlači elektrone, kar še dodatno oslabi vez med kisikom in vodikom v OH funkcionalni skupini. Fluoroocetna je zelo strupena (strup za zajce, oposume, podgane, kojote ). Telo jo zamenja za ocetno kislino, ki sodeluje pri metabolizmu večine bioloških molekul. ses/2.5_factors_that_determine_acid_strength

18 Reaktivnost in nastanek karboksilnih kislin Priprava karboksilnih kislin s pomočjo oksidacije Primarni in sekundarni alkoholi se zlahka oksidirajo z oksidanti (kalijev manganat (KMnO 4 ), kalijev bikromat (K 2 Cr 2 O 7 ), kromova (H 2 CrO 4 )), terciarni pa ne. Pri oksidaciji primarnega alkohola nastajajo aldehidi, ki se ponavadi oksidirajo naprej do karboksilne kisline. Če je na benzenu alkilna skupina, bo z oksidacijo nastala benzojska :

19 Reaktivnost in nastanek karboksilnih kislin Dekarboksilacija beta keto kislin Organskim m s karbonilno skupino pogosto pravimo keto kisline. V biokemiji so najpogostejše alfa keto kisline in beta keto kisline: O C OH R C α β α O Ena najzanimivejših lastnosti beta keto kislin je, da se lahko dekarboksilirajo oz. izgubijo ogljikov dioksid. Odcep CO 2 je ena izmed bolj pomembnih reakcij v biokemiji.

20 Reaktivnost in nastanek karboksilnih kislin Splošen zapis reakcije dekarboksilacije beta keto kislin: - CO 2 Eden izmed virov CO 2 je cikel citronske kisline oz. Krebsov cikel. Na začetku se tvori alfa keto glutarinska : Ne sledi Markovnikovemu - H 2 O + H 2 O pravilu! Razlog: delovanje encima. dehidracija hidracija citronska cis-akonitna [O] oksidacija - CO 2 dekarboksilacija izocitronska beta keto alfa keto glutarinska