1

Karboksilne kiseline i njihovi derivati – I dio

OSNOVE ORGANSKE HEMIJE

KARBOKSILNE KISELINE

karboksilna grupa = karbonilna + hidroksilna grupa

alifatska karboksilna kiselina, RCO2H

aromatska karboksilna kiselina, ArCO2H

heterociklične karboksilne kiseline

nezasićene karboksilne kiseline

C O H

O: ..

..

:

COOH CO2H

KARBOKSILNE KISELINE

2

KARBOKSILNE KISELINE

Prema broju karboksilnih grupa razlikujemo :

Monokarboksilne kiseline (monokiseline)

Dikarboksilne kiseline (dikiseline)

Polikarboksilne kiseline (polikiseline)

Mnoge jednostavne kiseline su nađene u prirodi i kao prvi proučavani organski spojevi nose trivijalna imena, prema prirodnim sirovinama u kojima su nađeni.

Acetatna kiselina, CH3COOH, glavni sastojak vinskog sirćeta, octa, poznata je kao sirćetna ili octena kiselina;

Butanska kiselina, CH3CH2CH2COOH je odgovorna za miris užeglog maslaca, odakle joj ime maslačna ili buterna kiselina;

KARBOKSILNE KISELINE

Heksanska kiselina, kapronska kiselina, CH3(CH2)4COOH, je dijelom uzrok karakterističnog mirisa koza (lat. caper = koza).

U živim organizmima nalaze se mnoge karboksilne kiseline komplikovane strukture kao npr. holna kiselina, glavna komponenta humane žuči, a dugolančaste alifatske kiseline kao što su oleinska i linoleinska kiselina, kao i palmitinska i stearinska kiselina biološki su prekursori masti i drugih lipida.

KARBOKSILNE KISELINE

3

Linoleinska kiselina

Oleinska kiselina

(CH2)7

H H

C C

COOH

C C

H H

CH3(CH2)4 CH2

CH3(CH2)7 (CH2)7COOH

H H

C C

Holna kiselina

H

H

H

CH3

H3C

HHH

H

H

COOH

HO

OH

OH

Palmitinska kiselina Stearinska kiselina

CH3(CH2)16COOHCH3(CH2)14COOH

Feksofenadin (antihistaminski lijek u tretmanu simptoma alergije)

Giberelinska kiselina (biljni hormon) Lizerginska kiselina

(iz ergot alkaloida u raženoj gljivici)

4

Opadajući prioriteti nekih funkcionalnih

grupa

Opadajući prioriteti nekih funkcionalnih

grupa

NOMENKLATURA KARBOKSILNIH KISELINA

IUPAC ime karboksilne kiseline izvodi se iz imena najdužeg ugljikovog lanca koji sadrži karboksilnu grupu dodatkom sufiksa –ska i riječi kiselina.

Lanac se numeriše počevši od ugljikovog atoma karboksilne grupe koji nosi broj 1.

5

IUPAC sistem dozvoljava i trivijalna imena za mravlju i acetatnu kiselinu:

HCOOH CH3COOH CH3CHCH2COOH

CH

Metanska kiselina Etanska kiselina 3-Metilbutanska kiselina

(Mravlja kiselina) (Acetatna kiselina)

CH3CHCH2COOH

CH3

3-Metilbutan ska kiselina

NOMENKLATURA KARBOKSILNIH KISELINA

Ako karboksilna kiselina sadrži ugljik-ugljik dvostruku vezu ili trostruku vezu, ispred sufiksa se stavlja nastavak -en- ili -in, da se naznači prisustvo višestruke veze i njen položaj se označava brojem:

H2C CHCOOH

Propenska kiselina 3-Fenilpropenska kiselina (E)-2-Butenska kiselina

(Akrilna kiselina) (Cimetna kiselina) (trans-Krotonska kiselina)

C CHC CHCOOH

H COOH

H3C H

H2C CHCOOH

Propenska kiselina 3-Fenilpropenska kiselina (E)-2-Butenska kiselina

(Akrilna kiselina) (Cimetna kiselina) (trans-Krotonska kiselina)

C CHC CHCOOH

H COOH

H3C H

H2C CHCOOH

Propenska kiselina 3-Fenilpropenska kiselina (E)-2-Butenska kiselina

(Akrilna kiselina) (Cimetna kiselina) (trans-Krotonska kiselina)

C CHC CHCOOH

H COOH

H3C H

Prema IUPAC sistemu, karboksilna grupa ima prednost nad većinom ostalih funkcionalnih grupa, uključujući hidroksilnu i amino grupu, kao i karbonilnu grupu aldehida i ketona, koje dobivaju prefiks hidroksi (–OH), amino (–NH2), odnosno okso (C=O):

CH3CHCH2CH2CH2COOH

OH6 5 4 3 2 1

5-Hidroksiheksanska kiselina

(-Hidroksikapronska kiselina)

6

Redoslijed prednosti funkcionalnih grupa

Povećanje prednosti u imenovanju

Povećanje prednosti u imenovanju

Dikarboksilne kiseline se imenuju dodatkom sufiksa dikiselina ili dikarboksilna kiselina osnovnom imenu alkana koji sadrži obje karboksilne grupe.

Brojevi karboksilnih ugljika se ne navode jer mogu biti samo na krajevima alkanskog lanca. IUPAC sistem je zadržao neka trivijalna imena dikarboksilnih kiselina.

NOMENKLATURA KARBOKSILNIH KISELINA

7

« Oh, my sweet, good apple pie, sweet as sugar »

« Oh, my sweet, good apple pie, sweet as sugar »

Naziv oksalna kiselina izveden je iz svog izvora u biološkom svijetu, tj. prema biljkama roda Oxalis, kojima pripada i rabarbara čije lišće sadrži

otrovnu oksalnu kiselinu.

Malonska kiselina je prvi put dobivena iz jabučne kiseline (2-hidroksibutan-dikiseline, Malic

acid; lat. malum= jabuka).

Jantarna ili ćilibarna (sukcinska) kiselina dobivena je kao produkt destilacije fosilne smole ambre (lat. succinum = ambra, jantar, ćilibar). Soli su joj sukcinati.

Glutarna kiselina dobila ime prema glutaminskoj kiselini iz koje je prvi put dobivena.

« Oh, my sweet, good apple pie, sweet as sugar »

8

« Oh, my sweet, good apple pie, sweet as sugar »

Adipinska kiselina je komercijalno najvažnija jer je jedan od dva monomera koji su potrebni u sintezi polimera nylona 66. Dobivena je oksidacijom nezasićenih

masnih kiselina (lat. adeps= mast).

Pimelinska kiselina (grč. = mast) je takođe produkt oksidacije nezasićenih masti.

Suberinska kiselina (lat. suber = hrast plutnjak) nastaje oksidacijom pluta.

« Oh, my sweet, good apple pie, sweet as sugar »

Azaleinska kiselina je glavni produkt oksidacije nezasićenih masti pomoću nitratne (azotne) kiseline (franc. azote i grč. elaion = maslinovo ulje).

Sebacinska kiselina (lat. sebum = loj), slična je vosku. Nastaje u obliku njene natrijeve soli pri destruktivnoj destilaciji Na-sapuna iz ricinusova ulja.

Najvažnije nezasićene dikarbonske kiseline su maleinska i fumarna kiselina kao klasični primjeri geometrijske izomerije tzv. cis- i trans- izomerija:

H

C

C C

C

COOH COOH

COOHH

H

HHOOC

cis-Maleinska kiselina trans-Fumarna kiselina

9

Spojevi koji imaju -COOH grupu vezanu na prsten imenuju se pomoću sufiksa -karboksilna kiselina.

12

3

3-Bromcikloheksankarboksilna kiselina 1-Ciklopentenkarboksilna kiselina

COOH

Br

COOH1

2

34

5

65

4

2-Cikloheksenkarboksilna kiselina trans-1,3-Ciklopentandikarboksilna kiselina

COOHCOOH HOOC12

3

Najjednostavnija aromatska kiselina je benzenkarboksilna kiselina poznatija kao benzojeva kiselina. Derivati benzojeve kiseline se imenuju pomoću brojeva i prefiksa koji

pokazuju prisustvo i položaj supstituenata u odnosu na karboksilnu grupu.

(Benzojeva kiselina) (2-Hidroksibenzojeva kiselina; Salicilna kiselina)

Benzenkarboksilna kiselina 2- Hidroksibenzenkarboksilna kiselina

OH

COOHCOOH

Salicilna kiselina je prvi put izolovana iz kore vrbe, drveta iz roda Salix.

(Benzojeva kiselina) (2-Hidroksibenzojeva kiselina; Salicilna kiselina)

Benzenkarboksilna kiselina 2- Hidroksibenzenkarboksilna kiselina

OH

COOHCOOH

2-Hidroksibenzenkarboksilna kiselina; 2-Hidroksibenzojeva kiselina;

Salicilna kiselina

10

PABA je faktor rasta potreban mikroorganizmima za sintezu folne kiseline. Funkcija sulfa droga je da djeluju kao antibiotici inhibirajući enzimski sistem u bakteriji koji katalizira ugradnju PABA u folnu kiselinu.

(KHP)

COO-K+

COOH

(Ftalna kiselina )

1,2-Benzendikarboksilna kiselina Kalijum hidrogen ftalat

COOH

COOH

(p-Amino benzojeva kiselina; PABA ) ( Tereftalna kiselina )4-Amino benzenkarboksilna kiselina 1,4-Benzendikarboksilna kiselina

HOOC COOHH2N COOH

4-Aminobenzenkarboksilna kiselina; p- Aminobenzojeva kiselina; PABA

• Losioni za sunčanje koji se naose na tijelo da zaštite kožu sadrži PABA.

Tereftalna kiselina je jedna od dvije organske komponente potrebne za sintezu tekstilnih vlakana poznatih pod nazivom Dacron.

(KHP)

COO-K+

COOH

(Ftalna kiselina )

1,2-Benzendikarboksilna kiselina Kalijum hidrogen ftalat

COOH

COOH

(p-Amino benzojeva kiselina; PABA ) ( Tereftalna kiselina )4-Amino benzenkarboksilna kiselina 1,4-Benzendikarboksilna kiselina

HOOC COOHH2N COOH

(KHP)

COO-K+

COOH

(Ftalna kiselina )

1,2-Benzendikarboksilna kiselina Kalijum hidrogen ftalat

COOH

COOH

(p-Amino benzojeva kiselina; PABA ) ( Tereftalna kiselina )4-Amino benzenkarboksilna kiselina 1,4-Benzendikarboksilna kiselina

HOOC COOHH2N COOH

1,2-Benzendikarboksilna kiselina (Ftalna kiselina)

1,4-Benzendikarboksilna kiselina (Tereftalna kiselina)

So ftalne kiseline, KHP se široko primjenjuje kao primarni standard u pripremanju otopina za kiselinsko-bazne titracije.

(KHP)

COO-K+

COOH

(Ftalna kiselina )

1,2-Benzendikarboksilna kiselina Kalijum hidrogen ftalat

COOH

COOH

(p-Amino benzojeva kiselina; PABA ) ( Tereftalna kiselina )4-Amino benzenkarboksilna kiselina 1,4-Benzendikarboksilna kiselina

HOOC COOHH2N COOH

11

Imenovanje karboksilnih kiselina sa tri i više karboksilnih grupa vrši se pomoću sufiksa –trikarboksilna kiselina, -tetrakarboksilna kiselina itd. Primjer je:

2-hidroksi-1,2,3-propantrikarboksilna kiselina, poznatija kao limunska kiselina (Citric acid) jer se može ekstrahirati iz plodova roda Citrus.

HOOC C OH

CH2COOH

CH2COOH

2-Hidroksi-1,2,3-propantrikarboksilna kiselina (Limunska kiselina)

U soku limuna je ima 5 do 8%.

U duhanu je vezana sa nikotinom.

Soli joj se nazivaju citrati.

Limunska kiselina je važna u metaboličkom procesu koji je poznat pod nazivom ciklus trikarboksilnih kiselina (TCA) ili Krebsov ciklus.

NOMENKLATURA KARBOKSILNIH KISELINA

Limunska kiselina spada u grupu HETEROFUNKCIONALNIH KISELINA od kojih su važne HIDROKSI, OKSO (KETO) i AMINOKISELINE.

Vinska kiselina je uz limunsku kiselinu druga važna hidroksi kiselina, a dolazi kao nusprodukt fermentacije D-glukoze u grožđanom soku pri proizvodnji vina, gdje se

skuplja kao so, kalijum hidrogen tartarat

O O

HOCCHCHCOH 2,3-Dihidroksibutan-dikiselina

HO OH

O O

HOCCHCHCOH 2,3-Dihidroksibutan-dikiselina

HO OH

12

Jabučna kiselina se nalazi u sokovima različitog nezrelog voća. Soli su joj malati.

Mliječna kiselina je takođe hidroksi kiselina, a ime je dobila prema kiselom mlijeku u kojem nastaje pod djelovanjem mikroorganizama Lactobacillusa na šećer laktozu. Soli su joj laktati.

2-Hidroksibutanska kiselina (Jabučna kiselina)

OH

CH3CH2CHCOOH

2-Hidroksipropanska kiselina (Mliječna kiselina)

OH

CH3 CH COOH

Pirogrožđana kiselina je važan međuprodukt u organizmu, a nastaje pri razlaganju glukoze kao izvora energije. Spada u tzv. -ketokiseline ili 2-oksokiseline. Soli su joj piruvati.

CH3 C COOH

2-Oksopropanska kiselina (Pirogrožđana kiselina)

O

Aminokiseline čine posebnu grupu supstituiranih karboksilnih kiselina koje predstavljaju gradivne jedinice važnih biomolekula, proteina.

-Amino kiselina

R CH COOH

NH2

2-Aminopropanska kiselina

(-Aminopropionska kiselina; Alanin)

NH2

CH3 CH COOH

13

5-vinilnonanska kiselina

Primjeri karboksilnih kiselina

Dobivanje karboksilnih kiselina

Jedna vrsta škorpiona izbacuje odbrambenu tekućinu koja se sastoji od acetatne kiseline (84%), oktanske kiseline (5%) i vode (11%)

14

Najvažniji postuak dobivanja karboskilnih kiselina jeste oksidacija, pogotovo u industriji.

DOBIVANJE KARBOKSILNIH KISELINA

PRIREĐIVANJE KARBOKSILNIH KISELINA

1. OKSIDACIJA PRIMARNIH ALKOHOLA

Ciklopentilmetanol Ciklopentankarboksilna kiselina

O

COHH2O, aceton

K2Cr2O7, H2SO4CH2OH

15

2. OKSIDACIJA METILKETONA U HALOFORM REAKCIJI

3. OKSIDACIJA ALDEHIDA

(CH3)2C CHCOH + CHCl3

O1.Cl2, KOH u H2O/dioksan

O

(CH3)2C CHCCH32. HCl, H2O

ogledaloSrebreno

D-Gliceraldehid D-Glicerat anion

H OH + Ag + 2NH3

CH2OH

COO-

NH3, H2O

CHO

CH2OH

H OH + Ag(NH3)2+

4. OKSIDACIJA ALKILBENZENA

5. REAKCIJA SA ORGANOMETALNIM REAGENSIMA

(p-Bromkumen)

1-Brom-4-izopropilbenzen 4-Brombenzojeva kiselina

2. HCl, H2O

1. KMnO4, KOH/H2OBr COOHBr CH(CH3)2

Bromciklo- Ciklopentil Litijum ciklopentan- Ciklopentan- pentan litijum karboksilat karboksilna kiselina

HCl, H2O

+LiCO-

OCO

2LiLi

O

COHBr

Bromciklo- Ciklopentil Litijum ciklopentan- Ciklopentan- pentan litijum karboksilat karboksilna kiselina

HCl, H2O

+LiCO-

OCO

2LiLi

O

COHBr

5. REAKCIJA SA ORGANOMETALNIM REAGENSIMA

4-Metoksibenzojeva kiselina

CH3O

CH3O2. 1. Mg, eter

COH

OCO

2

O

CO- [MgBr]+HCl, H

2O

Br

4-Bromanisol

CH3O

16

6. HIDROLIZA CIJANIDA (NITRILA)

CH3CH2CH2BrNaCN

CH3CH2CH2CNH2O

H+ CH3CH2CH2COOH

(Propilbromid) (Butirnitril) (Buterna kiselina)

1-Brompropan Butannitril Butanska kiselina

6. HIDROLIZA CIJANIDA (NITRILA)

7. KOLBEOVA KARBOKSILACIJA: SINTEZA SALICILNE KISELINE

Fenol Salicilna kiselina

H3O+

O

OH C

OH

CO2

NaOHOH

17

8. INDUSTRIJSKA SINTEZA ACETATNE KISELINE

CaO + 3C CaC2 HC CH 2500oC

-CO

2H2O

Kalcijum Kalcijum Acetilen oksid karbid

O

Acetilen Enol acetaldehida Acetaldehid Acetatna kiselina

O2

Co3+HgSO

4

H2

SO4HC CH + H2O [CH2 CHOH] CH3CH CH3COH

O

Energična oksidacija niza C-atoma se raskida na mjestu gdje se nalazi nezasićena veza

9. OKSIDACIJA NEZASIĆENIH UGLJIKOVODIKA

Energična oksidacija – dolazi do raskidanja veze sa obje strane karbonilne grupe pri čemu nastaje smjesa proizvoda

10. OKSIDACIJA KETONA