Karboxylové kyseliny

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Obecný vzorec karboxylové kyseliny
Obecný vzorec karboxylové kyseliny

Karboxylové kyseliny jsou organické kyseliny které obsahují karboxylovou skupinu -COOH. Karboxylové kyseliny, společně se svými solemi tvoří nezbytnou součást všech živých organismů. Jsou to substráty klíčových metabolických dějů a aminokyseliny, tedy kyseliny, které kromě karboxylové skupiny obsahují ještě skupinu aminovou (NH2), jsou základním stavebním kamenem bílkovin.

Obsah

[editovat] Charakteristika

V porovnání s minerálními kyselinami jsou kyselinami výrazně slabšími. Pro srovnání, disociační konstanta pKa nejsilnější karboxylové kyseliny, kyseliny mravenčí, je 3,75 zatímco pKa kyseliny sírové je 1,92. Míra kyselosti ještě klesá s u vyšších homologů karboxylových kyselin. Je to dáno tím, že methylové skupiny působí kladným indukčním efektem, který stabilisuje protonovanou formu. Naopak destabilisuje iontovou formu kyseliny, protože zvětšuje její záporný náboj.

Při disociaci se odštěpuje proton z karbonylové skupiny a vzniká karboxylátový anion:


R-COOH + OH → R-COO + H2O


Hydroxylový aniont OH- vznikl disociací vody, druhým vzniklým iontem je oxoniový kationt H3O+. Po přídavku karboxylové kyseliny do vody se tedy disociací kyseliny a vznikem karboxylátového iontu odstraní část hydroxylových aniontů a vznikne přebytek oxoniových kationtů.

Protože koncentrace (přesněji aktivita) oxoniových iontů určuje pH roztoku, čím větší aktivita H3O+, tím nižší pH, jsou vodné roztoky karboxylových kyselin kyselé. Disociační konstanta vyjadřuje ochotu sloučeniny disociovat; protože karboxylové kyseliny disociují málo, výsledné pH nebude ale nikdy příliš nízké. Disociační konstantu lze poněkud zvýšit přítomností silných elektronegativních skupin na atomu uhlíku přímo sousedícího s karboxylovou skupinou, jako jsou halogenidy. To totiž způsobí posun náboje v molekule a atom vodíku se snadněji odštěpuje. (např. kyselina trichloroctová je silnější než kyselina octová).


Fyzikální vlastnosti karboxylových kyselin jsou závislé na délce řetězce:

délka řetězce
skupenství
zápach
krátký řetězec těkavá kapalina zapáchající
delší řetězec hustá, olejovitá kapalina zapáchající
dlouhý řetězec pevná krystalická látka bez zápachu

Karboxylová skupina je polární a vytváří proto vodíkové můstky. Ty mají přímý vliv na body varu i tání. Body varu rostou s délkou řetězce. Kyseliny se sudým počtem uhlíků mají vyšší bod varu než nejbližší vyšší a nižší karboxylové kyseliny s lichým počtem uhlíků.

Podle podobnosti vyšších karboxylových kyselin s alkany, získaly tyto triviální název mastné kyseliny. Převažuje u nich lipofilní charakter a jsou tedy ve vodě nerozpustné. Dikarboxylové (např. kyselina šťavelová) nebo aromatické kyseliny (např. kyselina benzoová) jsou za laboratorních podmínek tuhé.

[editovat] Názvosloví

Karboxylová skupina je v chemickém názvosloví organických sloučenin nejdůležitější skupinou. Proto se systematický název každé látky, která tuto skupinu obsahuje, skládá ze slova kyselina a přídavného jména s koncovkou -ová, resp. karboxylová. Jen když některá karboxylová skupina není započítána do základního řetězce, používá se předpona karboxy-.

Jejich molekuly můžou obsahovat také jiné funkční skupiny (substituční deriváty), např. již zmíněnou aminovou skupinu (aminokyseliny), hydroxylovou skupinu -OH (hydroxykyseliny), nebo halogen. Kyseliny, které mají více než jednu karboxylovou kyselinu se nazývají polykarboxylové kyseliny.

Mnoho karboxylových kyselin má své triviální, častěji používané názvy. Například kyselina ethanová je častěji známa jako kyselina octová.

[editovat] Vznik

Karboxylové kyseliny vznikají z uhlovodíků postupnou oxidací přes alkohol a aldehyd:


R-CH3 → R-CH2-OH → R-CH=O → R-COOH

[editovat] Reakce typické pro karboxylové kyseliny

[editovat] Neutralizace

Kromě výše popsané disociace mají karboxylové kyseliny ještě jednu schopnost vlastní kyselým látkám: reagují se zásadou v reakci, při které vzniká voda a sůl kyseliny. Jedná se o zvratnou reakci, sůl je totiž rozkládána vzniklou vodou. Soli vyšších karboxylových kyselin se nazývají mýdla.

R-COOH + NaOH → R-COONa + H2O

[editovat] Dekarboxylace

Při dekarboxylaci karboxylová kyselina ztrácí karboxylovou skupinu:

HOOC-CH2-COOH → CH3-COOH + CO2


[editovat] Esterifikace

Podrobnější informace naleznete v článku Esterifikacenaleznete v článcích [[{{{2}}}]] a [[{{{3}}}]]naleznete v článcích [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] a [[{{{6}}}]]naleznete v článcích [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] a [[{{{10}}}]].

S alkoholy karboxylové kyseliny reagují za vzniku esterů. Reakce je zvláštní tím, že vodík OH skupiny alkoholů je kyselejší než karboxylová skupina, karboxylová kyselina se tedy v reakci chová jako zásada:

R-COOH + R'-OH → R-COOR' + H2O

Mezi estery patří velké množství látek používaných jako chuťové esence v potravinách, například rumová esence je chemicky mravenčan ethylnatý. Naprostá většina lipidů jsou estery, nejčastější složka tuků a olejů je triacylglycerol, ester vyšších - mastných kyselin a trojsytného alkoholu glycerolu. Všeobecně známé jsou tyto tři vyšší mastné kyseliny - palmitová, stearová a olejová.

[editovat] Výskyt v přírodě

Karboxylové kyseliny jsou nepostradatelnou složkou živých organismů. Aminokyseliny jsou stavební kostrou proteinů, tedy i enzymů, které umožňují složité metabolické procesy. Estery ve formě triacylglycerolů i dalších - tedy tuky a oleje - mají zásobní i strukturní funkci.

Kyselina mravenčí je obsažena v kopřivách a jako svůj jed ji použivají mravenci, včely a vosy. Kyselina octová vzniká při hnití rostlinných i živočišných produktů. Mnoho těchto kyselin je obsaženo také v ovoci a zelenině, např. kyselina šťavelová, jablečná nebo vinná.

Jedna z metabolických drah, cyklus trikarboxylových kyselin, je ústředním centrem anabolických i katabolických procesů v těle. Aktivovaná kyselina octová, acetyl-CoA, je klíčovým, energii nesoucím substrátem.

[editovat] Využití

[editovat] Potravinářství

Mnoho karboxylových kyselin a jejich esterů má využití v potravinářství: zředěná kyselina octová - ocet - se používá jako okyselující i konzervační přísada. Hrušková a malinová esence jsou estery octové kyseliny. Kyselina mléčná dodává chuť kysanému zelí i kyselým okurkám, kyselina vinná, která se nachází ve zralém ovoci, se používá jako ochucovadlo ovocných nápojů, kterým dodává ovocnou chuť. Podobně se používá kyselina citrónová, která slouží i jako konzervační prostředek.

[editovat] Výroba léčiv

Farmaceutický průmysl využívá kyseliny octové i mléčné, kyselina vinná slouží jako dávivý kámen. Kyselina salicylová a zvláště její ester, kyselina acetylsalicylová, jsou významným lékem proti zánětu a horečce (nesteroidní antiflogistika). Kyselina acetylsalicylová je účinnou látkou aspirinu.

[editovat] Textilní průmysl

Umělé, acetátové hedvábí je esterem kyseliny octové. Z kyseliny tereftalové se vyrábí umělé vlákno terilen.

[editovat] Přehled karboxylových kyselin

[editovat] Nasycené monokarboxylové kyseliny

  • kyselina mravenčí (methanová kyselina, lat. acidum formicum) - HCOOH
  • kyselina octová (ethanová kyselina, lat. acidum aceticum) - CH3COOH
  • kyselina propionová (propanová kyselina, lat. acidum propionicum) - CH3CH2COOH
  • kyselina máselná (butanová kyselina, lat. acidum butyricum) - CH3(CH2)2COOH
  • kyselina valerová (pentanová kyselina, lat. acidum valericum) - CH3(CH2)3COOH
  • kyselina kapronová (hexanová kyselina, lat. acidum capronicum) - CH3(CH2)4COOH
  • kyselina enanthová (heptanová kyselina, lat. acidum enanthicum) - CH3(CH2)5COOH
  • kyselina kaprylová (oktanová kyselina, lat. acidum caprylicum) - CH3(CH2)6COOH
  • kyselina pelargonová (nonanová kyselina, lat. acidum pelargonicum) - CH3(CH2)7COOH
  • kyselina kaprinová (dekanová kyselina, lat. acidum caprinicum) - CH3(CH2)8COOH
  • kyselina undecylová (undekanová kyselina, lat. acidum undecylicum) - CH3(CH2)9COOH
  • kyselina laurová (dodekanová kyselina, lat. acidum lauricum) - CH3(CH2)10COOH
  • kyselina tridekanová - CH3(CH2)11COOH
  • kyselina myristová (tetradekanová kyselina, lat. acidum myristicum) - CH3(CH2)12COOH
  • kyselina pentadekanová - CH3(CH2)13COOH
  • kyselina palmitová (hexadekanová kyselina, lat. acidum palmiticum) - CH3(CH2)14COOH
  • kyselina heptadekanová - CH3(CH2)15COOH
  • kyselina stearová (oktadekanová kyselina, lat. acidum stearicum) - CH3(CH2)16COOH
  • kyselina nonadekanová - CH3(CH2)17COOH
  • kyselina arachová (ikosanová kyselina, lat. acidum arachidicum) - CH3(CH2)18COOH

[editovat] Nasycené dikarboxylové kyseliny

  • kyselina šťavelová (ethandiová kyselina, lat. acidum oxalicum) - (COOH)2
  • kyselina malonová (propandiová kyselina, lat. acidum malonicum) - COOH(CH2)COOH
  • kyselina jantarová (butandiová kyselina, lat. acidum succinicum) - COOH(CH2)2COOH
  • kyselina glutarová (pentandiová kyselina, lat. acidum glutaricum) - COOH(CH2)3COOH
  • kyselina adipová (hexandiová kyselina, lat. acidum adipicum) - COOH(CH2)4COOH
  • kyselina pimelová (heptandiová kyselina, lat. acidum pimelicum) - COOH(CH2)5COOH
  • kyselina suberová (oktandiová kyselina, lat. acidum subericum) - COOH(CH2)6COOH
  • kyselina azelová (nonandiová kyselina) - COOH(CH2)7COOH
  • kyselina sebaková (dekandiová kyselina, lat. acidum sebacicum) - COOH(CH2)8COOH

[editovat] Mononenasycené monokarboxylové kyseliny

  • kyselina akrylová (propenová kyselina, lat. acidum acrylicum) - CH2=CH-COOH
  • kyselina metaakrylová (2-methylpropenová kyselina, lat. acidum metaacrylicum) - CH2=C-CH3COOH
  • kyselina krotonová (trans-2-butenová) - CH3CH2=CH-COOH
  • kyselina palmitoolejová (cis-9-hexadecenová) - CH3(CH2)7CH=CH(CH2)5COOH
  • kyselina olejová (cis-9-oktadecenová kyselina, lat. acidum oleicum) - CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
  • kyselina elaidová (trans-9-oktadecenová kyselina)- CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
  • kyselina eruková (cis-13-dokosenová kyselina) - CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH

[editovat] Polynenasycené monokarboxylové kyseliny

  • kyselina linolová (cis,cis-9,12-oktadekadienová, lat. acidum linoleicum) - CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
  • kyselina gama-linolenová (cis,cis,cis-6,9,12-oktadekatrienová, lat.acidum linolenicum) - CH3(CH2)4CH=CH-CH2CH=CHCH2CH=CH(CH2) 4COOH
  • kyselina alfa-linolenová (cis,cis,cis-9,12,15-oktadekatrienová, lat.acidum linolenicum) - CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
  • kyselina arachidonová (cis,cis,cis,cis-ikosa-5,8,11,14-tetraenová, lat. acidum arachidonicum)

[editovat] Nenasycené polykarboxylové kyseliny

  • kyselina maleinová (cis-butendiová, lat. acidum maleinicum) - COOH-CH=CH-COOH
  • kyselina fumarová (trans-butendiová, lat. acidum fumaricum) - COOH-CH=CH-COOH
  • kyselina akonitová (propentrikarboxylová kyselina)

Pozn. kyselina maleinová a fumarová, podobně jako kyselina olejová a elaidová se liší polohou skupin COOH vůči dvojné vazbě. Jedná se o tzv. cis-trans izomerii.

[editovat] Oxokyseliny

  • kyselina glyoxylová (oxoethanová)
  • kyselina pyrohroznová (2-oxopropanová, lat. acidum pyruvicum)
  • kyselina acetoctová (3-oxobutanová)
  • kyselina oxaloctová (3-oxobutandiová kyselina)
  • kyselina oxaljantarová (3-oxopropantrikarboxylová kyselina)
  • kyselina oxoglutarová

[editovat] Hydroxykyseliny

[editovat] Aminokyseliny

Podrobnější informace naleznete v článku Aminokyselinanaleznete v článcích [[{{{2}}}]] a [[{{{3}}}]]naleznete v článcích [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] a [[{{{6}}}]]naleznete v článcích [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] a [[{{{10}}}]].