Struktura

Halogenkyseliny

Halogenkyseliny

Halogenkyseliny jsou karboxylové kyseliny, které mají v uhlovodíkovém řetězci nahrazen 1 nebo více vodíků halogenem.

Názvosloví

Systematický název halogenkyseliny je tvořen názvem výchozí karboxylové kyseliny s použitím číslování a předponou příslušného halogenu, popř. násobících předpon di, tri. Číslování arabskými číslovkami se používá ve spojení se systematickými názvy kyseliny, označení řeckými písmeny se používá obvykle kombinací s triviálními názvy.

Vlastnosti

Krystalické, méně často kapalné látky, které jsou dobře rozpustné ve vodě nebo v ethanolu. Mají výrazně žíravé účinky, jsou toxické a velmi reaktivní. Jsou silnějšími kyselinami než příslušné nesubstituované kyseliny, protože halogeny mají záporný indukční efekt (F, Cl). Vliv substituentu a tedy acidita stoupá s elektronegativitou halogenu (F > Cl > Br > I), s počtem navázaných substituentů a klesá se vzdáleností od karboxylové skupiny.

Tab. 1: Srovnání acidity kyselin

Příklady reakcí

Kyseliny poskytují všechny reakce typické pro karboxylovou skupinu i halogenskupinu, zároveň však dochází k jejich vzájemnému ovlivňování.

Disociace halogenkyselin

Vzniká anion příslušné halogenkyseliny a oxoniový kation:

CH2Cl-COOH + H2O ⇆ CH2Cl-COO- + H3O+

Hydrolýza  α - halogenkyselin

Hydrolýzou za tepla v alkalickém prostředí vznikají z α -halogenkyselin příslušné  α - hydroxykyseliny (jejich soli)  a uvolní se halogenovodík:              

  R-CHX - COOH + H2O → R-CH(OH)-COOH + HX

Tyto reakce probíhají mechanismem nukleofilní substituce , podobně reakcí  α, α - dihalogenkyselin s vodou  vznikají α - oxokyseliny. Tyto reakce ale neposkytují fluorkyseliny, protože vazba mezi uhlíkem a atomem fluoru je velmi pevná a působení hydrolytických činidel nepodléhá.

Hydrolýza β - halogenkyselin

Podléhají za obdobných podmínek eliminační reakci za vzniku nenasycených kyselin:

  R-CHX -CH2-COOH  → R-CH = CH-COOH + HX

Hydrolýza γ - a δ - halogenkyselin

Za tepla v alkalickém prostředí vznikají za odštěpení HCl příslušné laktony, hydrolýzou dalším hydroxidem poskytují soli odpovídajících kyselin. Laktony jsou tedy cyklické vnitřní estery halogenkyselin (nebo hydroxykyselin). Vznikají  intramolekulární reakcí  karboxylové skupiny s příslušnou halogenskupinou:                                                    

                                                                      lakton

Amonolýza halogenkyselin

Amonolýzou působením amoniaku v přebytku vznikají z halogenkyselin příslušné aminokyseliny a uvolní se halogenovodík, který dále s amoniakem poskytuje amonnou sůl:

 R - CHX - COOH + 2NH3 → R-CH(NH2) -COOH + NH4X

Příprava halogenkyselin

α-halogenkyseliny se připravují katalytickou halogenací (červený fosfor;  jod) karboxylových kyselin:

 CH3COOH + Cl2 → CH2ClCOOH + HCl

Další chlorací nadbytkem chloru by vznikly kyselina dichloroctová a trichloroctová:

 CH3COOH + 3Cl2 → CCl3COOH + 3HCl

β-halogenkyseliny se připravují adicí halogenvodíku na nenasycené kyseliny (reakce má charakter 1,4–adice na konjugovaný systém), výsledkem je adice „proti“ Markovnikovu pravidlu:

 CH= CH - COOH + HCl → CH2Cl -CH2 - COOH

Aromatické halogenkyseliny se připravují:

a) elektrofilní halogenací (do polohy meta- vůči karboxylové skupině),

b) oxidací bočního řetězce alkylhalogenarenů,

c) z aminokyselin s využitím Sandmayerovy reakce .

Schéma přípravy halogenovaných aromatických kyselin

Zástupci

Kyselina fluoroctová CH2FCOOH

Velmi jedovatá kapalina, blokuje základní metabolické pochody v buňce. Je obsažená v některých tropických rostlinách, například fluoroctan draselný způsobuje jedovatost afrického keře gifblaar (Dichapetalum cymosum) - viz obr.3.

Kyselina chloroctová  CH2ClCOOH

Bezbarvá krystalická látka, velmi rozpustná ve vodě, hygroskopická, má leptavé účinky, používá se v organické syntéze.

Kyselina dichloroctová CHCl2COOH

Krystalická látka, silná kyselina, používá se pro organické syntézy.

Kyselina trichloroctová CCl3COOH  

Velmi silná kyselina, krystalická látka, využití v lékařství a v biochemii ke srážení makromolekul, např. proteinů, DNA a RNA. Sodná sůl má využití i jako herbicid.

 

Zdroje

  1. CHEMICKEPOKUSY.CZ. [online]. [cit. 29.10.2014]. Dostupné z: http://www.chemickepokusy.cz/kyselina_2-chlorbenzoova.php
  2. JANECZKOVÁ, Anna a Pavel KLOUDA. Organická chemie. Ostrava: Nakladatelství Pavel Klouda, 1998, ISBN 80-902155-6-4/9802.

Obrázky

 

Schéma

Content fluoroacetic acid

Obr. 1: 3D model kyseliny fluoroctové

Opakování

Sandmayerova reakce

Patří mezi nukleofilní substituční reakce, používá se k zavádění funkční skupiny na benzenové jádro do místa, které odporuje pravidlům o substituentech nebo se dá přímo zavést jen obtížně. Jako substrát se používá diazoniová sůl, jako katalyzátor se používají měďné soli; zapiš schématicky děj:

schéma reakce

Osobnosti

Content sandmayer

Obr. 2: Traugott Sandmeyer 15.9. 1854 – 9.4.1922

 významný švýcarský chemik, zabýval se reakcemi diazoniových solí. 

Obrázek

Content gifblaar

Obr. 3: Africký keř gifblaar (Dichapetalum cymosum) obsahující fluoroctan draselný

Laboratorní cvičení

  Příprava kyseliny  2-chlorbenzoové (2)

Obr. 4: Příprava kyseliny 2-chlorbenzoové

Obrázek

Content trichloroacetic acid 3d vdw

Obr. 5: Molekula kyseliny trichloroctové

Logolink