Struktura

Hydroxykyseliny

Hydroxykyseliny

Hydroxykyseliny jsou karboxylové kyseliny, které mají v řetězci jeden nebo více atomů vodíku nahrazeny hydroxylovou skupinou.

Názvosloví

Systematický název

Je tvořen názvem výchozí karboxylové kyseliny s příslušným lokantem a předponou hydroxy, případně 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.

U významnějších hydroxykyselin se používají téměř výhradně triviální názvy.

Vlastnosti

Sirupovité nebo krystalické látky, dobře rozpustné ve vodě a v některých organických rozpouštědlech. Většinou se jedná o kyselejší látky než základní kyseliny a zároveň méně reaktivní a méně kyselé než halogenkyseliny.

Zachovávají si i vlastnosti alkoholů, případně fenolů; dají se oxidovat na oxokyseliny.

Mezi hydroxykyselinami je řada opticky aktivních látek. Této vlastnosti se využívá v analytické chemii v tzv. polarimetrii.

 

Obr. 1: Tetraedrické modely a Fischerova projekce enantiomerů kyseliny mléčné

Příklady reakcí

Oxidace nebo dehydrogenace

Z primárních a sekundárních hydroxykyselin vznikají oxokyseliny:

HO-CH2-COOH → O=CH-COOH

Zahřívání hydroxykyselin

  Dochází k dehydrataci, produkty závisí na umístění OH skupiny:

  • z α- hydroxykyseliny vzniká cyklický diester laktid:

  • zahřívání β-hydroxykyselin dochází k eliminaci vody a vznikají nenasycené karboxylové kyseliny:

  • zahříváním  γ- a δ- hydroxykyselin vzniká vnitřní ester lakton (1):

  • hydroxykyseliny s větší vzdáleností hydroxyskupiny tvoří složité polymerní estery.

Příprava hydroxykyselin

  α – hydroxykyseliny se připravují hydrolýzou α – halogenkyselin (velmi zředěný roztok hydroxidu), např. příprava kyseliny hydroxyoctové (glykolové):

   R-CHCl-COOH + 2 NaOHaq R-CH(OH)-COONa + NaCl + H2O (vzniká její sůl)

  β  – hydroxykyseliny  se připravují adicí vody na nenasycené karboxylové kyseliny:

   CH2=CH-COOH + H2O → CH2(OH)-CH2-COOH

Oxidace diolů nebo hydroxyaldehydů je méně běžná:

   HO-CH2-CH2-OH → HO-CH2-CH=O → HO-CH2-COOH

Kyanhydrinová syntéza z aldehydů nebo ketonů, vzniklý nitril se následně hydrolyzuje:

Aromatické hydroxykyseliny lze připravit z příslušného fenolátu za zvýšeného tlaku s oxidem uhličitým, jedná se o tzv. Kolbeho syntézu pro výrobu kyseliny salicylové (2):

 

Biochemickými procesy za přítomnosti bakterií, případně plísní, vzniká kyselina mléčná, vinná a citronová.

Zástupci

Kyselina glykolová - CH2OH-COOH se vyskytuje v některých cukernatých rostlinách, např. v ananasu, melounu nebo nezralých hroznech. Používá se do přípravků péče o pleť, v kožním lékařství, ale i při organické syntéze.

Kyselina mléčná CH3 – CH(OH) – COOH má asymetrický uhlík a existuje ve 2 enantiomerech. Neaktivní mléčná kyselina vzniká mléčným kvašením cukrů. Je obsažena v kyselém mléku, jogurtech, kefíru, kvašených okurkách, kysaném zelí, a siláži. Pravotočivá mléčná kyselina vzniká ve svalstvu rozkladem glykogenu. Racemická mléčná kyselina je sirupovitá kapalina, snadno rozpustná ve vodě i v ethanolu. Používá se v potravinářském průmyslu, koželužství, textilním průmyslu a v kosmetických přípravcích.

Kyselina jablečná  HOOC– CH2 – CH(OH)–COOH chutná trpce, vyskytuje v trpkých a kyselých plodech (zelená jablka), je součástí citrátového cyklu.

Kyselina vinná HOOC– CH(OH) – CH(OH)–COOH je přítomna v hroznech. V přírodě se vyskytuje pouze ve směsi dvou optických izomerů (racemická směs). Hydrogenvínan draselný se sráží na stěnách vinných sudů a tvoří tzv. vinný kámen. Rozpustný vinan draselno-sodný je součástí Fehlingova činidla.  Kyselina se používá do nápojových prášků (šumák).

Kyselina citronová HOOCCH2C(OH)(COOH)CH2COOH  je krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě, v přírodě se vyskytuje v ovoci - citrusové plody, rybíz, brusinky, borůvky. Je součástí Krebsova cyklu. Používá se jako konzervant při zavařování, ochucování v potravinářském průmyslu a jako pomocná látka při výrobě léčiv.  Průmyslově se vyrábí biochemicky působením plísně rodu Aspergillius na melasu (vedlejší produkt z výroby sacharózy).

Kyselina gallová , 3,4,5-trihydroxykarboxylová kyselina                                                                                                             

je bezbarvá krystalická látka, ve vodě se rozpouští špatně. Má silné redukční účinky. Patří mezi nejdéle známé kyseliny, protože je obsažena v dubové kůře, listech čajovníku a je i hlavní složkaou taninu. Používá se při výrobě barviv i je součást farmaceutických výrobků (dermatol – zásaditá bismutitá sůl v kožním lékřství, léčba popálenin i střevních chorob).

 Kyselina salicylová je bezbarvá krystalická látka, špatně rozpustná ve vodě. Nachází se v kůře vrby. Má velký význam v lékařství.

Kyselina acetylsalicylová je bezbarvá krystalická látka, používá se jako analgetikum, antipyretikum a  antiflogistikum.

Kyselina p-aminosalicylová PAS je významný lék proti tuberkulóze.

         

 

Zdroje

  1. DAVÍDEK, Jiří. WIKISKRIPTA.EU. Vznik laktonu: Vonné látky [online]. [cit. 29.10. 2013]. Dostupné z: http://www.wikiskripta.eu/index.php/Soubor:Vznik-laktonu.jpg 
  2. VÍTEK, Antonín. Wikipedia.cz [online]. [cit. 14.7.2014]. Dostupný z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kolbe-Schmittova_priprava_kys-salicylova.PNG

Obrázky

Doplňující učivo

Polarimetrie

Princip: využívá se schopnosti opticky aktivních látek stáčet rovinu polarizovaného světla doprava nebo doleva, na základě úhlu  otočení se zjišťuje koncentrace látky.

Opticky aktivní látka: často organická látka s asymetrickým uhlíkem - např. k.mléčná      CH3-HC*(OH)-COOH. Jejich molekuly nelze ztotožnit s jejich zrcadlovým obrazem, dále např. krystaly kalcitu, křemene 

Více v Kapitole Polarimetrie

 

Víte, že ...

kyselina glykolová                     

           

výborně proniká kůží a je tak nepostradatelnou součástí nejen nejrůznějších kosmetických  přípravků pečujících o pleť, ale jejich vlastností   se využívá i v dermatologii, plastické chirurgii a v estetice? Může omezovat vrásky, jizvy po akné, hyperpigmentaci a mnoho dalších kožních nemocí.

Odkaz

Přečti si  více o  "Aspirinu"

http://www.quido.cz/objevy/aspirin.htm

http://chemgeneration.com/cz/milestones/aspirin.html

Obr. 2: První vyrobený Aspirin

Obr. 3. Původní balení Aspirinu

 Obr. 4: Současná léčiva založená na kyselině acetylsalicylové

Úkol

Znázorni rovnicemi:

  • zahřívání kyseliny γ- chlormáselné kyseliny
  • zahřívání kyseliny mléčné

  • přípravu kyseliny β - hydroxykapronové

 

Řešení 

 

Praktické cvičení

Content hoffmann

Obr. 6: Felix Hoffmann 21.1. 1868 – 8.2.1946 německý chemik, je považován za "otce"Aspirinu

Příprava kyseliny acetylsalicylové

Video-odkazy:

Příprava kyseliny acetylsalicylové

Obr. 5: Ukázka z videa

Odkaz

Video:

Důkaz hydroxykyselin (Uffelmannova reakce)

celkový výsledek reakce: zleva: kontrola – Uffelmannovo činidlo (fenol + železité kationty), roztok po přidání k. citronové, roztok po přidání k. vinné, roztok po přidání k. jablečné, roztok po  přidání k. mravenčí, roztok po přidání k. octové

Obr. 7: Ukázka z videa

Doplňující učivo

Pracovní list

Seznam se více s kyselinou acetylsalicylovou:

http://chemiebiologie.gjo.cz/wp-content/uploads/2014/04/PracList48s.pdf

Logolink