9_-_Karboksilne_kisline

Lastnosti karboksilnih kislin - 1. del

Cilji

Spoznali boste razdelitev karboksilnih kislin, njihove strukturne značilnosti in fizikalne lastnosti.

Strukturne značilnosti kislin

Za strukturne formule karboksilnih kislin je značilna karboksilna skupina –COOH, v kateri sta vezani karbonilna –C=O in hidroksilna –OH skupina. Obe skupini skupaj imata drugačne lastnosti kot vsaka zase, zato govorimo o novi skupini, katere ime izpeljemo iz imen posameznih skupin.

Slika 1: Strukturna formula karboksilne kisline (CH₃-COOH)

Karboksilne kisline se med seboj razlikujejo v radikalu in po številu karboksilnih skupin. V tabeli 1 do 6 so podane nekatere pomembne karboksilne kisline.

Tabela 1: Nasičene monokarboksilne kisline

ime (IUPAC)	trivialno ime	formula kisline
metanojska kislina	mravljična kislina	HCOOH
etanojska kislina	ocetna kislina	CH₃COOH
propanojska kislina	metilocetna kislina	CH₃CH₂COOH
butanojska kislina	maslena kislina	CH₃(CH₂)₂COOH
pentanojska kislina	valerenska kislina	CH₃(CH₂)₃COOH
heksanojska kislina	kaprojska kislina	CH₃(CH₂)₄COOH
heptanojska kislina	heptojska kislina	CH₃(CH₂)₅COOH
oktanojska kislina	kaprilna kislina	CH₃(CH₂)₆COOH
nonanojska kislina	pelargonska kislina	CH₃(CH₂)₇COOH
dekanojska kislina	kaprinska kislina	CH₃(CH₂)₈COOH
undekanojska kislina		CH₃(CH₂)₉COOH
dodekanojska kislina	lavrinska kislina	CH₃(CH₂)₁₀COOH
tetradekanojskja kislina	miristinska kislina	CH₃(CH₂)₁₂COOH
heksadekanojska kislina	palmitinska kislina	CH₃(CH₂)₁₄COOH
heptadekanojska kislina	margarinska kislina	CH₃(CH₂)₁₅COOH
oktadekanojska kislina	stearinska kislina	CH₃(CH₂)₁₆COOH
eikozanojska kislina	arahinska kislina	CH₃(CH₂)₁₈COOH
dokozanojska kislina	behenska kislina	CH₃(CH₂)₂₀COOH
tetrakozanojska kislina		CH₃(CH₂)₂₂COOH

Tabela 2: Aromatske karboksilne kisline

ime (IUPAC)	trivialno ime	formula kislina
benzenkarboksilna kislina	benzojska kislina	C₆H₅COOH
2-hidroksibenzen karboksilna kislina	salicilna kislina	C₆H₄(OH)COOH

Tabela 3: Mononenasičene karboksilne kisline

ime (IUPAC)	trivialno ime	formula kisline
Propenojska kislina	akrilna kislina	C₃H₄O₂
(Z)-dodec-9-enojska kislina*	lauroleinska kislina	C₁₂H₂₂O₂
(Z)-tetradec-9-enojska kislina	miristoleinska kislina	C₁₄H₂₆O₂
(Z)-heksadec-9-enojska kislina	palmitoleinska kislina	C₁₆H₃₀O₂
(Z)-oktadec-9-enojska kislina	oleinska kislina	C₁₈H₃₄O₂
(Z)-12-hidroksioktadec-9-enojska kislina	ricinolna kislina	C₁₈H₃₄O₃
(Z)-dokoz-13-enojska kislina	eruka kislina	C₂₂H₄₂O₂

*(Z) je oznaka, ki je ekvivalentna oznaki cis (Z - zusammmen ali skupaj). Naravne nenasičene maščobne kisline vsebujejo cis dvojne vezi.

Tabela 4: Polinenasičene karboksilne kislina

ime (IUPAC)	trivialno ime	formula kisline
(Z,Z)-oktadeka-9,12-dienojska kislina	linolna kislina	C₁₈H₃₂O₂
(Z,Z)-oktadeka-6,9-dienojska kislina		C₁₈H₃₂O₂
(Z,Z,Z)-oktadeka-9,12,15-trienojska kislina	alfa-linolenska kislina	C₁₈H₃₀O₂
(Z,Z,Z)-oktadeka-6,9,12-trienojska kislina	gama-linolenska kislina	C₁₈H₃₀O₂
(Z,Z,Z,Z)-eikoza-5,8,11,14-tetraenojska kislina	arahidonska kislina	C₂₀H₃₀O₂
(Z,Z,Z,Z,Z)- dokozo-7,10,13,16,19-pentenojska kislina	omega3 DPA	C₂₂H₃₄O₂

Tabela 5: Dikarboksilne kisline

ime (IUPAC)	trivialno ime	formula kisline
etandiojska kislina	oksalna kislina	C₂H₂O₄
propandiojska kislina	malonska kislina	C₃H₄O₄
butendiojska kislina	fumarna, maleinska kislina	C₄H₄O₄
heksandiojska ksilina	adipinska kislina	C₆H₁₀O₄

Tabela 6: Polifunkcionalne karboksilne kisline

ime (IUPAC)	trivialno ime	formula kisline
2-oksopropanojska kislina	piruvična kislina	C₃H₄O₃
2-hidroksipropanojska kislina	mlečna kislina	C₃H₆O₃
2-hidroksibutandiojska kislina	jabolčna kislina	C₄H₆O₅
2,3-dihidroksibutandiojska kislina	vinska kislina	C₄H₆O₆
2-hidroksi-1,2,3-propantrikarboksilna kislina	citronska kislina	C₆H₈O₇

Naloge

1. Spodnje kisline opredelite kot nasičene, nenasičene, polikarboksilne kisline, in hidroksikarboksilne. Črke za posamezne spojine vpišite v spodnjo tabelo (črke vpisujte po abecednem vrstnem redu).

vrsta kisline	črka
nasičena karboksilna kislina	JXUwMDM5 , JXUwMDNi
nenasičena karboksilna kislina	JXUwMDNh , JXUwMDNm
polikarboksilna kislina	JXUwMDNj , JXUwMDNl
hidroksikarboksilna kislina	JXUwMDNk , JXUwMDMw

2. V srednji stolpec črkam, ki ustrezajo IUPAC-ovim imenom karboksilnih kislin, pripišite črko ustreznega trivialnega imena (pomagajte si s tabelami 1 do 6).

	IUPAC			trivialno
A	butanojska kislina	A- JXUwMDZi	1	jabolčna kislina
B	2-hidroksibenzen karboksilna kislina	B- JXUwMDZj	2	kaprinska kislina
C	2-hidroksibutandiojska kislina	C- JXUwMDY5	3	maslena kislina
D	dekanojska kislina	D- JXUwMDZh	4	salicilna kislina

3. Katera od kislin je nenasičena?

	C₁₁H₂₁COOH
	C₁₇H₂₉COOH
	CH₃(CH₂)₁₂COOH
	C₂₁H₄₁COOH

Karboksilne kisline

Če vas zanima kaj več o nekaterih karboksilnih kislinah

Mravljična ali metanojska kislina (H-COOH)

Je brezbarvna tekočina z značilnim ostrim vonjem, v vodi je neomejeno topna. Soli metanojske kisline imenujemo tudi formiate. Zaradi navzočnosti aldehidne skupine (–CHO) je močan reducent in reducira Tollensov reagent do elementarnega srebra.

Ocetna ali etanojska kislina (CH₃-COOH)

Je brezbarvna tekočina z značilnim ostrim vonjem in pravtako v vodi neomejeno topna. Soli ocetne kisline so acetati.

Mlečna ali 2-hidroksipropanojska kislina (CH₃-CH(OH)-COOH)

Je monohidroksi monokarboksilna kislina. Je viskozna tekočina in se meša z vodo v vseh razmerjih. Njene soli so laktati. Ker vsebuje –OH (hidroksilno) skupino, se v navzočnosti oksidantov oksidira. Mlečna kislina nastaja pri mlečnokislinskem vrenju, ki ga povzročajo bakterije. Nastaja tudi v mišicah pri anaerobnih procesih ob hujših telesnih naporih, kar povzroča bolečine v mišicah. Je ena izmed prvih znanih organskih kislin (1780 Scheele). Je optično aktivna kislina, v naravi sta prisotna oba optična izomera. Vir mlečne kisline je mleko in kislo zelje.

Jabolčna ali 2-hidroksibutandiojska kislina (HOOC-CH(OH)-CH₂-COOH)

Spada med "sadne kisline" in je v nezrelih jabolkah. Spada med monohidroksi dikarboksilne kisline. Kislina kristalizira kot bela snov, ki se v vodi dobro raztaplja. Njene soli imenujemo malate. Jabolčna kislina deluje odvajalno.

Vinska ali 2,3-dihidroksibutandiojska kislina (HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH)

Je dihidroksi dikarboksilna kislina, bela kristalinična snov, v vodi se dobro topi. Njene soli se imenujejo tartrati. Je reducent in reducira Tollensov reagent do elementarnega srebra (srebrno zrcalo). Obstajajo trije optični izomeri, 2 sta optično aktivna, ena oblika je mezo-oblika. Ker se soli obeh enantiomerov razlikujejo v topnosti, jih je možno ločiti.

Citronska ali 2-hidroksi-1,2,3,-propantrikarboksilna kislina (HOOC-CH₂-C(OH)(COOH)-CH₂-COOH)

Je monohidroksi trikarboksilna kislina, brezbarvna kristalinična snov, ki se v vodi dobro topi. Soli citronske kisline so citrati. Tudi citronska kislina je reducent in se zlahka oksidira. Ker je simetrična, ni optično aktivna. Izoliramo jo iz limon. Limonin sok vsebuje 4-8 % citronske kisline, pomarančni sok pa okrog 1 %. Citronsko kislino veliko uporabljajo pri proizvodnji pijač in hrane. Dodajajo jo pri proizvodnji marmelad, saj s tem dosežejo optimalnejše pogoje želiranja (primerno pH vrednost). Citronska kislina je metabolna (presnovna) kislina, zato jo pogosto najdemo v živih organizmih.

Piruvična ali 2-oksopropanojska kislina (CH₃-CO-COOH)

Je keto karboksilna kislina, ker poleg karboksilne skupine vsebuje tudi karbonilno skupino. Piruvična kislina je tekočina s podobnim vonjem kot kis. Je metabolna kislina.

Benzojska ali benzen karboksilna kislina (C₆H₅-COOH)

Spada med aromatske kisline. Je kristalinična bela snov, ki se v hladni vodi težko topi, medtem ko se v vroči vodi, etanolu in etru dobro raztaplja. Njen etilni ester (etil benzoat) ima prijeten vonj in se uporablja za njeno dokazovanje.

Salicilna ali 2-hidroksibenzen karboksilna kislina (C₆H₄(OH)-COOH)

Je aromatska hidroksikarboksilna kislina, brezbarvna kristalinična snov v vodi težko topna, medtem ko so njene alkalijske soli v vodi dobro topne. Ker je v molekuli salicilna kisline poleg karboksilne skupine navzoča tudi fenolna hidroksilna skupina, reagira salicilna kislina tudi z Fe³⁺ioni, kar je značilna reakcija za fenole (vijolično obarvanje). Pri močnem segrevanju salicilna kislina razpade na fenol in ogljikov dioksid(dekarboksilacija).

2-acetilsalicilna kislina je aktivna sestavina različnih protibolečinskih zdravil. Prvič je prišla na trg pod blagovno znamko Aspirin podjetja Bayer.

Akrilna ali propenojska kislina (CH₂=CH-COOH)

Je nenasičena karboksilna kislina (propenojska kislina), ki se uporablja pri proizvodnji polimernih materialov.

Butendiojska kislina (HOOC-CH=CH-COOH)

Je najenostavnejša nenasičena dikarboksilna kislina. Obstaja v dveh izomernih oblikah: cis-butendiojska kislina (maleinska kislina) in trans-butendiojska kislina (fumarna kislina). Maleinsko kislino dodajamo mastem in oljem, da preprečimo žarkost. Fumarna kislina je metabolična kislina. Metabolne (presnovne) kisline so intermediati reakcij, ki potekajo pri presnovi v človeškem telesu.

3-metil-heks-2-enojska kislina (CH₃-CH₂-CH₂-C(CH₃)=CH-COOH

Ta kislina povzroča neprijetne vonjave našega telesa. Proizvajajo jo kožne bakterije, največ jih je pod pazduhami.

3-hidroksibutanojska kislina (HO-CH(CH₃)CH₂-COOH)

Nastaja v bakterijah, ki jih v novejših raziskavah gojijo za proizvodnjo te kisline. Kislina je izhodni monomer za sintezo biopolimera 3-(R)-PHB.

Fizikalne lastnosti kislin

Vrelišče

Karboksilna skupina je močno polarna, kar vpliva na fizikalne lastnosti karboksilnih kislin. Zaradi prisotnosti atoma vodika, ki je vezan na kisikov atom (podobno kot v alkoholih), se molekule karboksilnih kislin povezujejo z vodikovimi vezmi. Posledica so visoka vrelišča karboksilnih kislin v primerjavi z alkani in alkoholi s podobnimi molskimi masami.

Tabela 7: Primerjava vrelič butana, propanola in ocetne kisline

spojina	molska masa g/mol	Tv °C
butan	58	-0,6
propanol	60	97
ocetna kislina	60	118

Molekule karboksilnih kislin se med seboj povežejo z dvema vodikovima vezema v dimer, tako je molska masa navidezno dvakrat večja, posledično je višje tudi vrelišče.

Slika 2: Vodikove vezi med dvema molekulama kislin (dimer)

Tako so nasičene monokarboksilne kisline, ki vsebujejo do 9 C atomov, pri sobnih pogojih tekočine z močnim ostrim vonjem. Kisline z 10 ali več C atomi so voskaste trdne snovi in brez vonja.

Slika 3: Vrelišča karboksilnih kislin, alkoholov, aldehidov in alkanov v odvisnosti od dolžine verige

Naloge

4. Razvrsti dane kisline po vreliščih od najnižjega (1) do najvišjega (4).

	JXUwMDZj
	JXUwMDZh
	JXUwMDZi
	JXUwMDY5

5. Na podlagi grafa na sliki 3 ugotovi vrstni red vrelišč naslednjih spojin (od najnižjega do najvišjega).

	pentan < oktan-1-ol < butanal < metanojska kislina
	metanojska kislina < butanal < pentan < oktan-1-ol
	pentan < butanal < metanojska kislina < oktan-1-ol
	butanal < pentan < metanojska kislina < oktan-1-ol

Topnost

Molekule karboksilnih kislin se lahko povezujejo med seboj z vodikovimi vezmi, vodikove vezi pa tvorijo tudi z molekulami vode. Zato so nižje karboksilne kisline (C1 - C4) dobro topne v vodi.

Slika 4: Animacija nastanka vodikovih vezi med molekulami vode in molekulami karboksilne kisline.

Z večanjem števila C-atomov v molekuli pa topnost močno pade. Nasprotno pa prisotnost karboksilnih skupin v molekulah pri di-, tri- in poli-karboksilnih kislinah ali hidroksilnih skupin pri hidroksikarboksilnih kislinah poveča topnost karboksilne kisline v vodi. Aromatske karboksilne kisline večinoma niso topne v vodi.

Slika 5: Topnost karboksilnih kislin v vodi z dolžino verige pada.

Naloge

8. Katera kislina bo najmanj topna v vodi?

Črka:

9. Katera od kislin ni optično aktivna, torej nima možnih optičnih izomerov?

	jabolčna kislina
	vinska kislina
	mlečna kislina
	piruvična kislina

10. Katera trditev je pravilna za karboksilne kisline?

	Salicilna kislina spada med aromatske kisline.
	Topnost monokarboksilnih kislin je večja od dikarboksilnih kislin z enakim tevilom C-atomov..
	Karboksilne kisline nastanejo z redukcijo aldehidov.
	Karboksilne kisline imajo nižje vrelišče od alkoholov z enako molsko maso.