Karboksilne kiseline i esteri

Uvod

Vitamin C snažan je antioksidans i regulator imunološkog sustava te sudjeluje u brojnim tjelesnim funkcijama, npr. u izgradnji i obnovi vezivnog tkiva, proizvodnji kolagena, održavanju zdravlja krvnih žila, zubi, kostiju i hrskavice.

Izvor je vitamina C, osim navedenih agruma, i šipak, paprika, jagode, brokula, rajčica i lisnato zeleno povrće. Preporučljiva dnevna doza vitamina C određena je za odgovarajuću dob, ali se mogu uzimati i veće količine jer se višak vitamina C, zbog njegove topljivosti u vodi, izlučuje mokraćom. Tako odnedavno stručnjaci sugeriraju povećanje dnevnog unosa vitamina C na 100 – 200 mg za odrasle.

Davno je bilo poznato i ljekovito djelovanje vitamina C (askorbinske kiseline) u borbi protiv skorbuta. Pri toj se bolesti javlja krvarenje zubnog mesa, bol u mišićima i kostima, a u nekim je slučajevima moguća i smrt.

Fizikalna svojstva karboksilnih kiselina

Karboksilne kiseline s manjim brojem atoma ugljika u lancu tekućine su oštra i često neugodna mirisa, dok su kiseline s više od deset atoma ugljika čvrste tvari slabijeg mirisa.

Karboksilne kiseline s manjim brojem atoma ugljika u lancu dobro su topljive u vodi jer je djelovanje polarne karboksilne skupine jako izraženo pa se s molekulama vode vežu vodikovim vezama. Kiseline s duljim lancem netopljive su u vodi jer se utjecaj polarne karboksilne skupine smanjuje zbog povećanja nepolarnog ugljikovodičnog lanca.
Problemsko pitanje

Proučite podatke u tablici i zaključite u kakvom su odnosu tališta i vrelišta zadanih spojeva.

Dobivanje karboksilnih kiselina

Monokarboksilne kiseline dobivaju se reakcijama oksidacije odgovarajućih primarnih alkohola i aldehida uz već poznata oksidacijska sredstva: kromov(VI) oksid i kalijev dikromat ili uz, primjerice, kalijev permanganat, KMnO4.

Oksidacijom etanola uz kalijev permanganat u kiseloj sredini dobiva se etanska ili octena kiselina, a prirodnim putom biokemijskom oksidacijom etanola djelovanjem enzima.

Kemijska svojstva karboksilnih kiselina

Atom vodika karboksilne skupine uzrokuje kisela svojstva karboksilnih kiselina. To su slabe kiseline u usporedbi s jakim anorganskim kiselinama jer u vodi slabo disociraju.

Jakost kiseline iskazuje se konstantom ionizacije, Ka, ili pKa vrijednošću. Iako su sve organske kiseline slabe, prva u homolognome nizu, mravlja kiselina, nešto je jača kiselina. Što je vrijednost pKa veća, kiselina je slabija.

Izračunajte pH-vrijednost otopine octene kiseline koncentracije 3,00 × 10−3 mol dm−3. Ka= 1,75 × 10−5 mol dm−3. 

ZADANO JE:

c(CH3COOH)= 3,00 × 10−3 mol dm−3

Ka= 1,75 × 10−5 mol dm−3

TRAŽI SE:

pH= ?

IZRADAK:

Octena kiselina je slaba kiselina pa koncentraciju vodikovih iona možemo izračunati prema izrazu:

[latex]c(H^+)=\sqrt[]{K_a\cdot c(CH_3COOH)}[/latex]

[latex]c(H^+)=\sqrt[]{1,75\times10^{-5}moldm^{-3}\cdot3,00\times10^{-5}moldm^{-3}}[/latex]

[latex]c(H^+)=2,29\times10^{-4}moldm^{-3}[/latex]

[latex]pH=-\log \frac{c(H^+)}{moldm^{-3}}[/latex]

[latex]pH=3,64[/latex]

 

ODGOVOR:

pH-vrijednost otopine octene kiseline zadane koncentracije je 3,64.

Karboksilne kiseline reagiraju s metalima istiskujući vodik iz kiseline tvoreći pritom soli karboksilate. Tu reakciju možemo prikazati sljedećom općom jednadžbom:

[latex]\ce{2RCOOH + 2M -> 2RCOOM + H_2}[/latex]

Reakcijom karboksilnih kiselina s oksidima metala i lužinama nastaju soli i voda:

[latex]\ce{RCOOH + MOH -> RCOOM + H_2O}[/latex]

Esteri

Esteri su najzastupljeniji derivati karboksilnih kiselina u prirodi. Najznačajniji su prirodni esteri masti, kojih ima u svim živim organizmima, i ulja, kojih ima najviše u plodovima, cvjetovima i lišću biljaka. Mirisi voća i cvijeća potječu i od estera. Mirisi prehrambenih proizvoda i kozmetičkih preparata sintetski su esteri.

Fizikalna svojstva estera

Alifatski esteri neutralne su tekućine. Molekule estera, iako polarne, međusobno ne tvore vodikove veze pa im je vrelište niže od vrelišta odgovarajućih karboksilnih kiselina, koje se povezuju vodikovim vezama.

Mirisi prirodnih materijala obično potječu od smjese više spojeva pri čemu miris hlapljivih estera često prevladava. Razlog tomu je što esteri manjih relativnih molekulskih masa imaju niska vrelišta. Esteri se dobro otapaju u organskim otapalima (etanol, eter, kloroform), a slabo u vodi.

Reakcija dobivanja estera od karboksilnih kiselina i alkohola uz izdvajanje vode jest esterifikacija. Reakcija je reverzibilna i teče u prisutnosti katalizatora, najčešće sumporne kiseline. Možemo ju prikazati općom jednadžbom kemijske reakcije:

Esterifikacija je reverzibilna reakcija nastajanja estera. Reakcija koja napreduje u suprotnome smjeru naziva se hidroliza estera, a možemo ju prikazati sljedećom općom jednadžbom kemijske reakcije:

Esteri u svakodnevnome životu

Esteri imaju raznoliku primjenu. Primjerice, sintetski esteri upotrebljavaju se kao prehrambene arome, u kozmetičkoj industriji i u industriji parfema.

Pozorno pogledajte videozapis Esteri i parfemi i odgovorite na pitanja.

Esteri i parfemi
  1. Što su esteri?
  2. Kako se naziva veza između atoma ugljika i kisika u esterima?
  3. Koja su svojstva estera?
  4. Jesu li esteri rasprostranjeni u prirodi i mogu li se pripremiti sintetskim putem?
Riješite zadatak.

Miris ananasa potječe od organskoga spoja prikazanoga rotirajućim trodimenzijskim modelom molekule. Pozorno proučite rotirajući trodimenzijski model molekule i odgovorite na pitanja.

a) Zadani spoj prikažite formulom s veznim crticama te napišite kojoj skupini organskih spojeva pripada i njegovo sustavno ime.

b) Napišite jednadžbu reakcije kojom se zadani spoj može dobiti. Kako se zove ta reakcija? 

c) Protumačite značenje strelica [latex]\rightleftharpoons[/latex] .

d) Kako se može povećati količina dobivenoga produkta?

Istraživački zadatak

Sintetizirajte Aspirin u vašem školskom laboratoriju i usporedite kvalitetu sintetiziranoga Aspirina s komercijalnim Aspirinom.

 

Projektni zadatak

Je li nitroglicerin ester?

Što je Nobelova nagrada?

Koji su Hrvati dobili Nobelovu nagradu i za što?

Masne kiseline

Masti i ulja su po kemijskom sastavu esteri alkohola glicerola i viših masnih kiselina. Monokarboksilne kiseline koje ulaze u sastav masti i ulja nazivaju se masne kiseline. Nerazgranane su, sadrže veći broj ugljikovih atoma, uvijek paran, a najčešće od 12 do 22 ugljikova atoma. Dobivaju se hidrolizom masti i ulja. Mogu biti zasićene i nezasićene. Nezasićene mogu imati jednu ili više dvostrukih kovalentnih veza koje su uvijek cis-konfiguracije. Uobičajeno se nazivaju trivijalnim imenima. U prirodi su najzastupljenije zasićene masne kiseline palmitinska (16 C atoma) i stearinska (18 C atoma). Zasićene masne kiseline su pri sobnoj temperaturi čvrste tvari niskog tališta koje raste porastom duljine ugljikovodičnog lanca. Glavni izvor zasićenih masnih kiselina su masne vrste mesa, svinjska mast, loj, sirevi, maslac, vrhnje, kokosovo i palmino ulje i kakao maslac.

Prirodne nezasićene masne kiseline imaju dvije, tri ili četiri dvostruke kovalentne veze. Tekućine su pri sobnoj temperaturi čija su tališta niža od tališta zasićenih masnih kiselina iste duljine ugljikovodičnog lanca (tablica). Glavni izvor nezasićenih masnih kiselina su biljna ulja (suncokretovo, maslinovo, kukuruzno, sojino, laneno…), riba, avokado, bademi…
Problemsko pitanje

Istražite svojstva, primjenu i izvore omega-3 i omega-6 masnih kiselina. Istražite zašto su štetne trans masne kiseline.