Carbonsäuren - univet.hu¤uren.pdf · Bildung der Säurechloride C Cl O R-COOH R SOCl 2 – HCl,...

transcript

Carbonsäuren

Klassifizierung:

nach der Anzahl der -COOH Gruppen:

nach der Natur der R Gruppe:

MonocarbonsäurenDicarbonsäuren..Polycarbonsäuren

gesättigteungesättigte

Funktionelle Gruppe:

Allgemeine Formel:

, Carboxyl-Gruppe (-COOH)

R-COOH

Carbonsäuren

Nomenklatur

IUPAC-Namen (systematische Namen):

Alkan| Alkan + säure

Trivialnamen

TrivialnamenAmeisensäureEssigsäurePropionsäureButtersäureStearinsäureMalonsäure

systematische NamenMethansäureEthansäurePropansäureButansäureOctadecansäurePropandisäure

FormelH-COOHCH3-COOHCH3CH2-COOHCH3CH2CH2-COOHCH3 (CH2)16-COOHHOOC-CH2-COOH

Carbonsäuren

Molekülstruktur sp2 hybridisiertes C-Atomδ–

~120°

Cplanare Struktur

starke intermolekulare Wechselwirkung durch Wasserstoffbrücken

cyclische Dimere

hohe Siedepunkte; Essigssäure: Sdp. 118 °C

Löslichkeit

- Die ersten drei Glieder der Carbonsäurereihe sind mit Wasserin jedem Verhältnis mischbar.- höhere Vertreter: abnehmende Löslichkeit in Wasser

Physikalische Eigenschaften

R••

•• ••••

•• ••

Acidität

••

H••

••

R•••• ••••

die negative Ladung im Carboxylat-Anion ist delokalisiert(Mesomerie-Stabilisierung)

symmetrische, stabile Struktur

R–1/2

–1/2

Säurestärke

schwache Säuren, Säuredissoziationskonstante KS ≈ 10–5

z.B. CH3COOH KS = 1.8×10–5

Chemische Eigenschaften

Vergleich mit den Alkoholen

CH3 CH2

EssigssäurepKS= 4.72

EthanolpKS= 16

- stark elektronenanziehende >C=O Gruppe!

Reaktion mit Basen

R-COOH + NaOH R-COONa + H2O

Salz der Carbonsäure

KS = 1.4×10–3

Cl2CH-COOH KS= 5.5×10–2

Cl3C-COOH KS = 0.23

elektronenanziehende Substituenten → zunehmende Säurestärke

Reaktion mit Alkoholen

R-COOH + HO-R’ R-COO-R’ + H2O reversible Reaktion,GleichgewichtsgemischCarbonsäureester

Bildung der Säurechloride

RR-COOHSOCl2

– HCl, – SO2

Decarboxylierung (= Abspaltung von CO2)

R-COOHErhitzen

– CO2

Reduktion der Carbonsäuren

R-COOH R-CH2OHH2/CuCr2O4 R: lange C-Kette

(Fettalkohole)

Herstellung der Carbonsäuren

Oxidation der primären Alkohole (oder Aldehyde)

R-COOHR-CH2OH – 2H+ OR-CHO

Hydrolyse der Ester

+ H2O R-COOH + R’-OH

Hydrolyse der Nitrile

R-C≡N H2O

– NH3

R-COOH (in sauren oder alkalischen Lösungen)

CH3 -COOH Essigsäure; wasserfreie Essigsäure: Eisessig,

(Weinessig, Holzessig) Schmp. 16oC

CH3CH2-COOH Propionsäure; Konservierungsmittel (fungizid)

CH3CH2CH2-COOH Buttersäure; als Ester Bestandteil in Butter

C15H31COOH Palmitinsäure

C17H35COOH StearinsäureBestandteile der Fette

(in Esterform)

Einige Vertreter der gesättigten Monocarbonsäuren

H-COOH Ameisensäure; Vorkommen: Ameise, Brennnessel

Herstellung: CO + NaOH100 °C

DruckH-COONa

Baktericide Wirkung (Fruchtsäften, Wein- und Bierfässer)

Isocrotonsäure (Z-2-Butensäure)

H COOHCrotonsäure (E-2-Butensäure)

H3C-(CH2)7

(CH2)7COOH

Ölsäure (Z-form) [C17H33COOH]

Ungesättigte Carbonsäuren

CH2=CH-COOH Acrylsäure

CH2 CH

Polyacrylsäure

Polymerisierung

COOH9 9E F2H

PGE2 PGF2a

Prostaglandine

12 9 115

12 9 1

COOHLinolsäure, C17H31COOHoder 9,12-Octadecadiensäure

(Z, Z)

Linolensäure, C17H29COOH

Arachidonsäure

9COOHCOOH58

Prostansäure

(Precursor der Prostaglandine)C19H31COOH

Im Leinöl, Nußöl, Mohnöl, Hanföl, Fischöl

Ungesättigte Carbonsäuren

Prostaglandin-F2α-Analoga Augenheilkunde zur Glaukomtherapie (Grüner Star)

Bimatoprost - Lumigan®Latanoprost - Xalatan®Travoprost - Travatan®Tafluprost - Taflotan®

in Kombination mit TimololBimatoprost - Ganfort®Latanoprost - Xalacom®Travoprost - DuoTrav®Angiologie (Gefäßmedizin)als vasoaktive Substanzen zur Verbesserung der DurchblutungAlprostadil - Prostavasin®Prostazyklin-AnalogonIloprost - Ilomedin® und Ventavis®

Gastroenterologiedas Prostaglandin-Analogon Misoprostol zur Prävention von Magenschleimhautschäden mit DiclofenacPränatalmedizin Dinoproston - Minoprost E2®, zur Auslösung von WehenBeim instrumentellen Schwangerschaftsabbruch,

Prostaglandine

Oxalsäure COOH

COOHfeststoff, Schmp. 189.5 °C; Salze: OxalateVorkommen: - in versch. Pflanzen (z.B. Sauerklee)

- in Harn von einigen Tierarten (Ca-oxalat)

Calciumoxalatweisser Niederschlag, unlöslich in Wasser

Gesättigte Dicarbonsäuren

toxisch!

Anwendung in der volumetrischen Analyse (Permanganometrie)(Faktorbestimmung der KMnO4-Maßlösung)

5 (COOH)2 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 = K2SO4 + 2 MnSO4 + 10 CO2 + 8 H2O

MalonsäureCH2

Schmp. 136 °C, Salze: Malonate

“Malonester”: Malonsäure-diethylester

COOC2H5

Vorkommen:- in Bernstein- in Pflanzen (Weintrauben, Tomaten)- in lebenden Organismen (Mammalien) Zwischenprodukt im Metabolismus

der Kohlenhydrate

BernsteinsäureCH2

COOH Schmp. 185 °C, Salze: Succinate

Rekonstruiertes Bernsteinzimmerim Katharinenpalast in Zarskoje Selo bei Sankt Petersburg

GlutarsäureCH2)3

AdipinsäureCH2)4

Verwendung: in Herstellung von Polyamidfasern(z.B. Nylon)

im Rübensaft

Ungesättigte Dicarbonsäuren

Maleinsäure(cis-Butendisäure)

H COOH

H COOH CO

– H2O cyclisches Anhydrid

Fumarsäure(trans-Butendisäure)

Erhitzen (150 °C)oder

UV Bestrahlung

Vorkommen: in Pflanzen(Erdrauch, Fumaria Officinalis)

kein cyclisches Anhydrid

Aromatische Carbonsäuren

Arylcarbonsäuren:die –COOH Gruppe ist direkt mit dem Benzolring verknüpft

Araliphatische Carbonsäuren: die -COOH Gruppe in der Seitenkette

Schmp. 122oC pKs = 4,21 stärker, als EssigsäureVerwendung: Konservierungsmittel

Arylcarbonsäuren

Benzoesäure Vorkommen: in verschiedenen Pflanzenim Harn der pflanzenfressenden

Säugetiere, in gebundener Form:Hippursäure

CNH-CH2COOHO

3-Nitrobenzoesäure 2-Aminobenzoe-säure

(Anthranilsäure)

OHSalicylsäure

Protocatechusäure

o-Toluylsäure m-Toluylsäure p-Toluylsäure Gallussäure

Derivate der Benzoesäure

1-Naphthoesäure 2-Naphthoesäure

Phthalsäure Isophthalsäure Terephthalsäuresäure

COOHCOOH

COO-CH2CH2-N

p-Aminobenzoe-säure

p-Aminobenzoesäure-ß-diethylaminoethylester(Procain, Novocain)Lokalanaesthetikum

BakterienwuchsstoffBaustein in Folsäure

2-Sulfobenzoesäure Saccharinkünstlicher Süßstoff (Na-Salz)(550mal süßer, als Rohrzucker)

O(CH3CO)2O

Salicylsäure(AntiseptikumKonservierung-

mittel)

Acetylsalicylsäure(Aspirin)

Antipyretikum,Antineuralgikum,EntzündungshemmerThrombozytenaggregationshemmer(seit 1977 auf der Liste der unentbehrlichenArzneimittel der WHO steht. )Saft der Weidenrinde

COOHOH

p-Aminosalicylsäure(PAS)

(Antituberkulotikum)

Araliphatische Carbonsäuren

CH2COOH C=C-COOHCHCOOH

HPhenylessigsäure Mandelsäure trans-Zimtsäure

COOH O O

Z-o-Hydroxyzimtsäure CumarinRiechstoff des Waldmeisters

AflatoxineStoffwechselprodukte vonSchimmelpilzgattungen(Mycotoxine)sehr starke Carcinogene

Aflatoxin B1

Lebertoxische Wirkung 10 µg/kg

Die letale Dosis von Aflatoxin B1 beträgt bei Erwachsenen1 bis 10 mg/kg Körpergewicht bei oraler Aufnahme

Grenzwert von 2 µg/kg für Aflatoxine in diversen Lebensmitteln

Giftige Cumarinderivate

L-(-)-Thyroxin

CH2CHCOOH

Bestandteil des Thyreoglobulins der Schilddrüse(stoffwechselregulierendes Hormon)

Substitutionsprodukte aliphatischer Carbonsäuren

Einteilung:

- Halogencarbonsäuren (X-)

- Hydroxycarbonsäuren (HO-)

- Aminosäuren (H2N-)

- Oxocarbonsäuren (O=)

Halogencarbonsäuren

Monochloressigsäure ClCH2COOH

DichloressigsäureCl2CHCOOH

Trichloressigsäure Cl3CCOOH - starke Säure- use in medical diagnostic:detection of proteins

2-Chloropropionsäure CH3 CH COOH

3-Chloropropionsaure CH2 CH2 COOH

Physikalische Eigenschaften: - kristalline Substanzen- α-halogenierte Carbonsäuren → starke Säuren

-I-Effekt:das stärker elektronegative Halogenatom (X) zieht die Bindungselektronen heran, und erleichtert die Ablösungdes Protons, d.h. die Acidität steigt.

Säure pKa

Essigsäure 4.76

Chloressigsäure 2.86

Dichloressigsäure 1.29

Trichloressigsäure 0.65

stärkerer I-Effekt,steigende Acidität

Erhöhte Reaktivität in nucleophilen Substitutionen

R-2-Brompropionsäure

InversionSN2 Reaktion

Walden-Umkehr* *

S-2-Hydroxypropionsäure(S-Milchsäure)

Hydroxysäuren

Hydroxyessigsäure (Glykolsäure) OH CH2 COOH

2-Hydroxypropionsäure (Milchsäure) CH3 CH COOH

3-Hydroxypropionsäure CH2 CH2 COOH

CH2 CH2 COOHCH2

4-Hydroxybuttersäure

4 3 2 1

β-Hydroxycarbonsäuren

Intramolekulare Wasserabspaltung

HO-CH2-CH2-COOH CH2=CH-COOH– H2O

Acrylsäure

γ -(und δ)-Hydroxycarbonsäuren:

Lactone: innere Estermit Ringstruktur

– H2O

γ-Hydroxybuttersäure γ-Butyrolacton

αβγ

Die wichtigsten Hydroxycarbonsäuren

Glykolsäure HO-CH2-COOH

Vorkommen: im Pflanzenreich(in unreifen Weintrauben, im Zuckerrohr)

Milchsäure acidum lacticum; Salze: Lactate

H OH* *CCOOH

R-(-) - Milchsäure S-(+) - Milchsäure

Scheele (1780) in der sauren Milch

Darstellung:

Lactose (±) - MilchsäureLactobacillus

Vorkommen:

- in verschiedenen tierischen Organen- im Muskelsaft (S-(+)-Isomer, Fleischmilchsäure)

Verwendung:Zusatz für alkoholfreie Getränke

Milchsäure

Apfelsäure acidum malicum; Salze: Malate

CH(OH)COOH

*Vorkommen: im Apfel

Weinsäure Salze: Tartrate

Vorkommen: in vielen Früchten

Verwendung: Konservierungsstoff (Lebensmittelindustrie)

CH(OH)COOH

Vorkommen: in vielen Früchten (Zitronen, Orangen)im Blut, im Harn(Zwischenprodukt im Kohlenhydrat Stoffwechsel)

Citronensäure acidum citricum; Salze: Citrate

CCH2 COOH

CH2 COOHCOOHOH

Die wichtigsten Hydroxycarbonsäuren

Oxocarbonsäuren

Aldehydcarbonsäuren

Glyoxylsäure C COOHO

Formylessigsäure C CH2

Ketocarbonsäuren

Brenztraubensäure

C COOHCH3

Acetessigsäure

C CH2COOHCH3

Lävulinsäure

C CH2CH2COOHCH3

2-Oxoglutarsäure

C CH2CH2COOHHOOCO

Oxalessigsäure

C CH2HOOCO

C CHHOOCOH

Keto-EnolTautomerie

Decarboxylierung der β-Oxocarbonsäuren:

C CH2RO

COOH C CH3RO

Oxocarbonsäuren

Carbonsäuren - univet.hu¤uren.pdf · Bildung der Säurechloride C Cl O R-COOH R SOCl 2 – HCl,...

Documents