Karbonsavszármazékok

Karbonsavszármazékok

Karbonsavak X H X Helyettesítés a H csoportban! Halogén, pl. l Savhalogenid Karbonsavszármazékok l Alkoxi, - Észter ' Amino, -N Amid N " ' Karboxilát, - Anhidrid 2

Karbonsavhalogenidek X H l H 3 l X = halogén formil-klorid nem stabilis, nem ismert acetil-klorid Tulajdonságok: - színtelen, szúrós szagú folyadékok vagy szilárd anyagok - forráspont: alacsonyabb, mint a megfelelő karbonsavé H 3 H ecetsav fp. 118 o Sl 2 - S 2, - Hl H 3 l acetil-klorid fp. 52 o Alkalmazás: - nagyon reakcióképes vegyületek, acilező szerek (acilezés = az acil-csoport bevitele) = acil-csoport 3

A savkloridok (pl. acetil-klorid) jellemző reakciói H 2 -Hl H 3 -H ecetsav (karbonsav) H 3 l acetil-klorid -H -Hl - -Hl H 3 H 3 NH alkil-acetát (észter) N-alkil-acetamid (savamid) 4

Karbonsavanhidridek H 3 H H 3 H ecetsav - Tulajdonságok: - H2 H 3 H 3 ecetsavanhidrid (acetanhidrid) fp. 140 o - színtelen, szúrós szagú folyadékok - Felhasználás: acilezés pl. H 3 + H 2 N H 3 - H 3 H H 3 NH N-alkil-acetamid 5

Karbonsavészterek - Elnevezés: alkil-karboxilát ' Példák: H 3 2 H 5 karboxilát alkilcsoport etil-acetát H 3 H 2 H 3 metil-propionát 6

- Előállítás H + ' H + H 2 karbonsav alkohol észter víz - egyensúlyi reakció - savak (H 2 S 4, Hl) katalizálják a folyamatot ' teljes átalakítás észterré: - alkohol-felesleg alkalmazása - a keletkező víz eltávolítása - a keletkező észter eltávolítása (desztillálás) 7

A savkatalizált észterképződés mechanizmusa primer alkohollal karbonsav alkohol '-H '-H H + H H H + + -H + H H + H H ' H H + H + + H2 H ' + H H H 2 + H ' -H + ' észter 8

A savkatalizált észterképződés mechanizmusa tercier alkohollal tercier alkohol H H + + H H -H 2 + ' H karbonsav + + ' + H 3 3 ' + H -H + ' 3 észter 9

- Észterek hidrolízise -' + H 2 H + -H + '-H észter víz karbonsav alkohol - Észterek hidrolízise lúgos közegben (elszappanosítás) + NaH ' észter - + Na karbonsav Na-só + '-H alkohol 10

Az elszappanosítás mechanizmusa (reakció NaH-dal) + H - ' (NaH) _ H ' - + '- H nukleofil támadás - karbonsav Na-só + '-H - addíciós-eliminációs-mechanizmus - nem megfordítható (irreverzibilis) reakció 11

- Az észterek fizikai tulajdonságai - alacsonyabb homológok: színtelen, kellemes gyümölcsillatú folyadékok ( gyümölcsészterek ) - forráspont: viszonylag alacsony, a hidrogén-kötések hiánya miatt - vízben gyengén oldódnak H 3 H H 3 2 H 5 fp. 118 fp. 77 - Észterek felhasználása: - oldószerek - aromaanyagok (gyümölcsészterek) 12

Szintézisek acetecetészterrel és malonészterrel - Acetecetészter-szintézis + 2 H 5 H H 3 H 3 H 2 H H 2 2 H 5 acetecetsav acetecetészter Alkalmazás pl. ketonok szintézisében H 3 H 2 H 5.. H acetecetészter + Na H 3 H.. 2 H 5 Na -alkilezés Br (- NaBr) H 3 H 2-2 H 3 H H hidrolízis H 3 H 2 H 5 keton 13

- Malonészter-szintézis Alkalmazás pl. karbonsavak előállításában: 2 H 5 H 2 2 H 5 + 2 H 5 Na Na + - 2 H 5 2 H 5 X H H -NaX 2 H 5 2 H 5 dietil-malonát nátrium-malonészter alkil-malonészter 2 H 5 + 2KH - 2 2 H 5 H 2 H 5 K K + 2Hl - 2Kl H H hev. - 2 H H dialkil-malonészter dialkil-malonsav karbonsav 14

Zsírok és olajok Lipidek: szövetekből apoláris oldószerekkel kivonható természetes szerves anyagok Lipidek fajtái: - zsírok, olajok - a sejtmembrán anyagai (foszfatidok) - egyes vitaminok és hormonok (szteroidok, prosztaglandinok) Az állati zsíradékok és növényi olajok kémiailag trigliceridek: zsírsavak glicerinnel alkotott észterei Zsírsav: H 2 H H 2 zsír/olaj triglicerid ' " - elágazás nélküli szénlánc - páros számú -atomok ( 12-20 ) 15

Zsírsavak előfordulása (%) állati zsírokban és növényi olajokban 14 16 18 18 (olaj) 18 (linol) Állati zsiradék disznózsír 1 25 15 50 6 vaj 10 25 10 25 5 emberi zsír 3 25 8 46 10 Növényi olajok gabona 1 10 4 35 45 oliva-olaj 1 5 5 80 7 mogyoró - 7 5 60 20 14 16 18 18 (olaj) 18 (linol) mirisztinsav palmitinsav sztearinsav olajsav linolsav Növényi olajok: - telítetlen karbonsavak nagyobb arányban fordulnak elő - alacsonyabb olvadáspont (szobahőmérsékleten folyadékok) 16

Telítetlen zsírsavak legfontosabb képviselői H H 3 (H 2 ) 7 H (H 2 ) 7 H olajsav H H H H H 3 (H 2 ) 4 H 2 (H 2 ) 7 H linolsav H H H H H H 3 H 2 H 2 H 2 H (H 2 ) 7 H linolénsav 17

- Margarin előállítása: katalitikus hidrogénezés növ. olaj (>=<) H 2 /katalizátor (Ni, 180 ) margarin (>H-H<) - Elszappanosítás: lúgos hidrolízis H 35 17 H 2 H 17 H 35 3 NaH H 2 H H H + 3 17 H 35 Na H 2 gliceril trisztearát 17 H 35 H 2 H glicerin nátrium sztearát (= szappan) 18

Foszfogliceridek a foszfatidsav észteresített származékai glicerint észteresítő savak: két zsírsav + foszforsav ' H 2 H H 2 P H H foszfatidsav foszfatidsav 19

apoláris szénhidrogén-láncok HH 2 H 2 H 2 H ionos rész H 2 H H 2 P H HH 2 H 2 N(H 3 ) 3 H 2 H 2 H P H 2 H 2 NH 3 kefalin H H 2 P H 2 H 2 N(H 3 ) 3 H H 2 H lecitin HH 2 H H H H 2 P H 2 HNH 3 kefalin = foszfatidil-etanolamin (kolamin) H H 2 H 2 szerin-kefalin lecitin = foszfatidil-kolin szerin-kefalin = foszfatidil-szerin H H 2 H 2 N(H 3 ) 3 H H H 2 H 20

A foszfatidok előfordulása: - a sejtmembrán alkotórészei - agy, szív, máj, gerincvelő - szója hidrofil felület hidrofób belső tér kettős membrán 21

Viaszok állati vagy növényi eredetű észter típusú természetes anyagok (nagy szénatomszámú alkohol + zsírsav) méhviasz: miricil palmitát 30 H 61 15 H 31 cetvelő: cetil palmitát 16 H 33 15 H 31 brazil (karnauba) viasz: miricil cerotinát 30 H 61 25 H 51 Miricil-alkohol: 30 H 61 H etil-alkohol: 16 H 33 H erotinsav: 25 H 51 H 22

Szappanok és szintetikus detergensek - szappan: hosszú szénláncú zsírsavak nátrium vagy kálium sói - hidrofil rész hidrofób rész Micellák kialakulása: apoláris, zsírszerű szennyeződések hátrány: kemény vízben csak korlátozottan használhatók (oldhatatlan a- és Mg- sók képződése) - - - - - zsír - - - - - hidrofil rész (anion) 23

- szintetikus detergensek: - alkánszulfonátok S 2 Na - alkil-szulfátok H 2 H 2 S 4 zsírsav zsíralkohol alkil-szulfát (zsíralkohol kénsavas félészter) NaH H H 2 H H 2 S 2 H H 2 S 2 Na alkil-szulfát Na-só - alkilbenzolszulfonátok S 2 Na előny: a- and Mg-sók jól oldódnak vízben 24

Invert szappanok (= kationaktív detergensek) - + N szappan a hidrofób rész egy anionos centrumhoz kötődik invert szappan a hidrofób rész egy kationos centrumhoz kötődik N cetil-piridinium-bromid ( Sterogenol ) H 2 16 H 33 Br H 3 N H 3 l (H 2 )n H 3 - tisztító mechanizmus ua. mint a szappanoknál, - fertőtlenítő hatás benzalkonium-klorid n = 7-17 25

Karbonsavamidok H karbonsav karbonsavamid H formamid fp. 193 0 H 3 acetamid op. 82 0 H N H 3 H 3 N,N-dimetil-formamid (DMF) fp. 153 0 dipoláris oldószer, vízzel elegyedik 26

- Fizikai tulajdonságok - poláris molekulák, magas fp. - főleg szilárd anyagok - viszonylag jól oldódnak vízben - Kémiai tulajdonságok Semleges anyagok... NH.. 2.... határszekezeti formák; a nitrogén nemkötő elektronpárja delokalizálódik - planáris szerkezet 27

- hidrolízis H 2 H + NH 3 amid karbonsav ammónia (erősen savas vagy lúgos körülmények között) - redukció amid LiAlH 4 H 2 primer amin 28

- Amidok képződése (előállítása) - karbonsavakból ' ' H + NH " " - karbonsav-kloridokból ammónium só hevítés - H 2 ' N " amid l + HN ' " - Hl ' N " amid - karbonsav-észterekből + NH 3 - 'H ' észter ammónia amid 29

- primer, szekunder és tercier amidok NH 3 primer amid X ' N H ' szekunder amid (N-szubszt. amid) '"NH N ' ' tercier amid (N,N-diszubszt. amid) 30

Diacil aminok imidek N H - savas karakter (ún. N-H savak), - sóképzés (pl. ftálimid-kálium) Természetben előforduló amidok (példák): - antibakteriális vegyületek (antibiotikumok): pl. penicillinek, cefalosporinok, tetraciklinek penicillin oxitetraciklin - peptidek, fehérjék 31

Nitrilek - funkciós csoport: N: δ+ δ N: poláris kötés - néhány egyszerű szerkezetű nitril H 3 N H 3 H 2 N acetonitril propionitril fp. 80 0 H 2 HN akrilonitril - Nitrilek előállítása/képződése - alkil-halogenidekből S N 2 reakció H 2 Br + NaN H 2 N - NaBr - savamidokból: amidok dehidratálása N - H 2 32

- Nitrilek reakciói - hidrolízis - redukció H 2 N: + - H vagy H H 2 /kat. H karbonsav + NH 3 N: H 2 primer amin 33

Szervetlen savak származékai 34

Szénsavszármazékok H H szénsav (= hidroxi-hangyasav?) - A szénsav halogenidjei H l klór-hangyasav instabil, nem létezik l l foszgén - felfedezés: Davy, 1812 - nagyon erős méreg - előállítás: + l 2 fény l l 35

- A szénsav észterei l l + H 3 H - Hl H 3 l metil-klórformiát; fp. 71.5 0 l l + 2 H 3 H - 2 Hl H 3 H 3 dimetil-karbonát; fp. 91 0 36

- A szénsav amidjai H H H 2 N H H 2 N H 2 N szénsav karbamidsav instabil, nem ismert karbamid Uretánok (karbamátok): a karbamidsav észterei H 2 H 3 etil-karbamát; narkotikum, o.p. 50 0 37

Karbamid - a szénsav diamidja (ouelle, 1773) - Fizikai tulajdonságok: - kristályos, m.p. 133 0 - vízben és alkoholban oldható - Kémiai tulajdonságok - nagyon gyenge bázis; izolálás: gyengén oldódó nitrát sója - hidrolízis: H 2 N H 2 2 + 2 NH 3 karbamid + H H 2 N 2 N hevítés -NH 3 H 2 N N H karbamid biuret NH2 - Felhasználás: műtrágya (magas nitrogén tartalom!) 38

- Ureidek - ureidek = acilezett karbamid származékok l - Hl NH karbamid monoureid H + 2 H 5 2 H 5 H 2-2 2 H 5 H H N barbitursav gyűrűs ureidek (diureidek) 1 N 5 H 2 (5)-szubsztituált barbitursav-származékok (barbiturátok): hipnotikus, altató szerek, trankvillánsok 39

- Guanidin HN + Hl H 2 N l guanidin nagyon erős bázis Guanidin-származékok HN H N HN guanidin hidroklorid H 2 H H 2 N kreatin - H 2 H H N kreatinin HN H N H 2 H kreatin kreatin-kináz ATP - ADP HN NH N H P H H 2 H H kreatin-foszfát - energia tárolás, stabilisabb formában, mint az ATP-ben 40

A kénsav észterei 2 H 5 H + H-S 2 -H 2 H 5 S 2 H -H 2 etil-hidrogén-szulfát 2 H 3 H + H-S 2 -H H 3 S 2 H 3-2 H 2 dimetil-szulfát fp. 188 0 - nagyon mérgező - metilező szer 41

A foszforsav, a tio(n)foszforsav és a foszfonsav észterei H H P H foszforsav 3 H P a foszforsav semleges észtere =H 3, trimetil-foszfát, H 2 H 5 H P S 2 N P S H 2 H 5 tionfoszforsav dietil-4-nitro-feniltionfoszfát Parathion (inszekticid) 42

Foszfonsav észterei H H P H H 3 H H 3 H H 3 (H 3 ) 3 H 3 P H 3 P F F izopropil-metil-fluor-foszfonát SAIN idegméreg SMAN idegméreg - rendkívül erős mérgek (halálos dózis 0.1-0.2 mg/kg) - vegyi fegyverek 43

Sarin attack on the Tokyo subway Date Kasumigaseki Station, one of the many stations affected during the attack Location Target Attack type Weapon(s) Death(s) Injured Tokyo, Japan March 20, 1995 7:00-8:10 a.m. (UT+ 9) Tokyo Metro hemical warfare Sarin 13 6,252(50 severe; 984 temporary vision problems) 44

A salétromossav és a salétromsav észterei H-N= + 5 H 11 -H 5 H 11 -N= -H 2 salétromossav izopentilalkohol izopentil-nitrit rvosi alkalmazás: görcsös állapotok oldása 3 H-N 2 + salétromsav H 2 H HH -3H 2 H 2 -N 2 H-N 2 H 2 H H 2 -N 2 glicerin glicerin-trinitrát 45