carbons%C3%A4uren.pdf

Carbonsäuren

Carbonsäuren 

Funktionelle Gruppe: 

Allgemeine Formel: 

Klassifizierung: 

� nach der Anzahl der -COOH Gruppen: 

� nach der Natur der R Gruppe: 

C 

O 

OH 

R-COOH 

, Carboxyl-Gruppe (-COOH) 

Monocarbonsäuren 

Dicarbonsäuren 

. 

. 

Polycarbonsäuren 

gesättigte 

ungesättigte 

2

Carbonsäuren 

Nomenklatur 

� IUPAC-Namen (systematische Namen): 

� Trivialnamen 

Formel 

H-COOH 

CH 3 -COOH 

CH 3 CH 2 -COOH 

CH 3 CH 2 CH 2 -COOH 

CH 3 (CH 2 ) 16 -COOH 

HOOC-CH 2 -COOH 

Alkan| Alkan + säure 

systematische Namen 

Methansäure 

Ethansäure 

Propansäure 

Butansäure 

Octadecansäure 

Propandisäure 

Trivialnamen 

Ameisensäure 

Essigsäure 

Propionsäure 

Buttersäure 

Stearinsäure 

Malonsäure 

3

� Molekülstruktur sp 2 hybridisiertes C-Atom 

δ– 

O 

~120° 

R C ~120° δ+ 

O H 

δ– 

planare Struktur 

� starke intermolekulare Wechselwirkung durch Wasserstoffbrücken 

R 

C 

O 

O 

H 

H 

O 

O 

C 

R 

cyclische Dimere 

hohe Siedepunkte; Essigssäure: Sdp. 118 °C 

� Löslichkeit 

Physikalische Eigenschaften 

- Die ersten drei Glieder der Carbonsäurereihe sind mit Wasser 

in jedem Verhältnis mischbar. 

- höhere Vertreter: abnehmende Löslichkeit in Wasser 

C 

C 

O 

O 

4

� Acidität 

Chemische Eigenschaften 

O 

R C 

R C 

•• � 

O 

O 

•• 

•• 

R 

Säurestärke 

•• 

C 

•• 

O 

•• 

O 

•• 

H 

•• 

O••� 

•• 

R C + 

••� 

O 

•• 

H + 

O 

•• 

�die negative Ladung im Carboxylat-Anion ist delokalisiert 

(Mesomerie-Stabilisierung) 

� symmetrische, stabile Struktur 

R 

C 

O –1/2 

O–1/2 

� schwache Säuren, Säuredissoziationskonstante K S ≈ 10 –5 

z.B. CH 3 COOH K S = 1.8×10 –5 

5

� Vergleich mit den Alkoholen 

C 

H 3 


� elektronenanziehende Substituenten → zunehmende Säurestärke 

C 

O 

OH 

Essigssäure 

pK S = 4.72 

� Reaktion mit Basen 

C 

H 3 

Cl 

CH 2 

H 

C 

H 

OH 

Ethanol 

pK S = 16 

C 

O 

O 

H 

K S = 1.4×10 –3 

Cl 2 CH-COOH K S = 5.5×10 –2 

Cl 3 C-COOH K S = 0.23 

- stark elektronenanziehende >C=O Gruppe! 

R-COOH + NaOH R-COONa + H 2 O 

Salz der Carbonsäure 

6


� Reaktion mit Alkoholen 

R-COOH + HO-R’ � R-COO-R’ + H 2 O reversible Reaktion, 

Gleichgewichtsgemisch 

Carbonsäureester 

� Bildung der Säurechloride 

R-COOH 

SOCl 2 

R 

– HCl, – SO2 � Decarboxylierung (= Abspaltung von CO 2 ) 

R-COOH Erhitzen 

� Reduktion der Carbonsäuren 

–CO 2 

C 

R-H 

O 

Cl 

H2 /CuCr2O4 R: lange C-Kette 

R-COOH R-CH2OH (Fettalkohole) 

7

Herstellung der Carbonsäuren 

� Oxidation der primären Alkohole (oder Aldehyde) 

� Hydrolyse der Ester 

R 

R-CH 2 OH –2H 

C 

O 

O 

� Hydrolyse der Nitrile 

R-C≡N 

H 2 O 

–NH 3 

R' 

R-CHO 

+ O 

R-COOH 

+ H 2 O R-COOH + R’-OH 

R-COOH (in sauren oder alkalischen Lösungen) 

8

Einige Vertreter der gesättigten Monocarbonsäuren 

H-COOH Ameisensäure; Vorkommen: Ameise, Brennnessel 

Herstellung: CO + NaOH 

100 °C 

Druck 

CH 3 -COOH Essigsäure; wasserfreie Essigsäure: Eisessig, 

(Weinessig, Holzessig) Schmp. 16 o C 

CH 3 CH 2 -COOH Propionsäure; Konservierungsmittel (fungizid) 

CH 3 CH 2 CH 2 -COOH Buttersäure; als Ester Bestandteil in Butter 

C 15 H 31 COOH Palmitinsäure 

C 17 H 35 COOH Stearinsäure 

H-COONa 

Baktericide Wirkung (Fruchtsäften, Wein- und Bierfässer) 

Bestandteile der Fette 

(in Esterform) 

9

C 

H 3 

C 

H 3 

Ungesättigte Carbonsäuren 

CH 2 =CH-COOH Acrylsäure 

Polymerisierung 

C C 

C C 

H 

H COOH 

H H 

H 3 C-(CH 2 ) 7 

COOH 

C C 

H H 

n 

Crotonsäure (E-2-Butensäure) 

Isocrotonsäure (Z-2-Butensäure) 

(CH 2 ) 7 COOH 

C 

H 2 

CH 

COOH 

CH 2 

Ölsäure (Z-form) [C 17 H 33 COOH] 

CH 

COOH 

n 

Polyacrylsäure 

10

8 

15 

11 14 

Ungesättigte Carbonsäuren 

O 

12 9 

12 9 

Im Leinöl, Nußöl, Mohnöl, Hanföl, Fischöl 

5 

Arachidonsäure 

(Precursor der Prostaglandine) 

Prostaglandine 

COOH 

OH 

9 9 

E 2H 

F 

OH OH 

OH 

PGE 2 

COOH 

C 19 H 31 COOH 

1 

COOH 

1 

COOH 

9 

Linolsäure, C 17 H 31 COOH 

oder 9,12-Octadecadiensäure 

(Z, Z) 

Linolensäure, C 17 H 29 COOH 

Prostansäure 

OH 

PGF 2a 

COOH 

COOH 

11

Prostaglandine 

Prostaglandin-F2α-Analoga 

Augenheilkunde zur Glaukomtherapie (Grüner Star) 

Bimatoprost - Lumigan® 

Latanoprost - Xalatan® 

Travoprost - Travatan® 

Tafluprost - Taflotan® 

in Kombination mit Timolol 

Bimatoprost - Ganfort® 

Latanoprost - Xalacom® 

Travoprost - DuoTrav® 

Angiologie (Gefäßmedizin) 

als vasoaktive Substanzen zur Verbesserung der Durchblutung 

Alprostadil - Prostavasin® 

Prostazyklin-Analogon 

Iloprost - Ilomedin® und Ventavis® 

Gastroenterologie 

das Prostaglandin-Analogon Misoprostol zur Prävention von 

Magenschleimhautschäden mit Diclofenac 

Pränatalmedizin Dinoproston - Minoprost E2®, 

zur Auslösung von Wehen 

Beim instrumentellen Schwangerschaftsabbruch, 

12

Gesättigte Dicarbonsäuren 

Oxalsäure COOH 

O 

O 

COOH 

C 

C 

OH 

OH 

feststoff, Schmp. 189.5 °C; Salze: Oxalate 

Vorkommen: - in versch. Pflanzen (z.B. Sauerklee) 

- in Harn von einigen Tierarten (Ca-oxalat) 

Ca 2+ 

O 

O 

C 

C 

O 

O 

Ca 

toxisch! 

Calciumoxalat 

weisser Niederschlag, unlöslich in Wasser 

Anwendung in der volumetrischen Analyse (Permanganometrie) 

(Faktorbestimmung der KMnO 4 -Maßlösung) 

5 (COOH) 2 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 + 10 CO 2 + 8 H 2 O 

13


Malonsäure 

COOH 

CH 2 

COOH 

“Malonester”: Malonsäurediethylester 

Bernsteinsäure 

Schmp. 136 °C, Salze: Malonate 

COOC 2 H 5 

CH 2 

COOC 2 H 5 

COOH Schmp. 185 °C, Salze: Succinate 

CH 2 

CH 2 

COOH 

Vorkommen: 

- in Bernstein 

- in Pflanzen (Weintrauben, Tomaten) 

- in lebenden Organismen (Mammalien) Zwischenprodukt im Metabolismus 

der Kohlenhydrate 

14

Rekonstruiertes Bernsteinzimmer 

im Katharinenpalast in Zarskoje Selo bei Sankt Petersburg 

15

Rekonstruiertes Bernsteinzimmer 

im Katharinenpalast in Zarskoje Selo bei Sankt Petersburg 

16


Glutarsäure 

im Rübensaft 

COOH 

( CH2 ) 3 

COOH 

Adipinsäure 

COOH 

( CH2 ) 4 

COOH 

Verwendung: in Herstellung von Polyamidfasern 

(z.B. Nylon) 

17

Ungesättigte Dicarbonsäuren 

Maleinsäure 

(cis-Butendisäure) 

Fumarsäure 

(trans-Butendisäure) 

H COOH 

H COOH 

H 

HOOC 

–H 2 O 

Erhitzen (150 °C) 

oder 

UV Bestrahlung 

COOH 

H 

C 

C 

O 

O 

O 

cyclisches Anhydrid 

Vorkommen: in Pflanzen 

(Erdrauch, Fumaria Officinalis) 

kein cyclisches Anhydrid 

18

Aromatische Carbonsäuren 

Arylcarbonsäuren: 

die –COOH Gruppe ist direkt mit dem Benzolring verknüpft 

Araliphatische Carbonsäuren: 

die -COOH Gruppe in der Seitenkette 

Arylcarbonsäuren 

Benzoesäure Vorkommen: in verschiedenen Pflanzen 

im Harn der pflanzenfressenden 

COOH 

Säugetiere, in gebundener Form: 

Hippursäure 

Schmp. 122 o C 

pK s = 4,21 stärker, als Essigsäure 

Verwendung: Konservierungsmittel 

O 

C NH-CH2COOH 

19

COOH 

NO 2 

COOH 

NH 2 

3-Nitrobenzoesäure 2-Aminobenzoesäure 

(Anthranilsäure) 

COOH 

Derivate der Benzoesäure 

CH 3 

COOH 

CH 3 

COOH 

OH 

Salicylsäure 

COOH 

CH3 

COOH 

OH 

OH 

Protocatechusäure 

COOH 

o-Toluylsäure m-Toluylsäure p-Toluylsäure Gallussäure 

HO 

OH 

OH 

20


1-Naphthoesäure 2-Naphthoesäure 

COOH 

COOH 

COOH 

COOH 

COOH 

COOH 

COOH 

COOH 

Phthalsäure Isophthalsäure Terephthalsäuresäure 

21


COOH 

NH2 

p-Aminobenzoesäure 

Bakterienwuchsstoff 

Baustein in Folsäure 

COO-CH2CH2-N 

NH2 

p-Aminobenzoesäureß-diethylaminoethylester 

(Procain, Novocain) 

Lokalanaesthetikum 

C 2H 5 

C2H5 

22


COOH 

SO2OH 

2-Sulfobenzoesäure 

COOH 

OH 

Salicylsäure 

(Antiseptikum 

Konservierungmittel) 

NH 3 

(CH 3 CO) 2 O 

O 

C 

SO2 

NH 

Saccharin 

künstlicher Süßstoff (Na-Salz) 

(550mal süßer, als Rohrzucker) 

COOH 

O 

O C CH3 

COOH 

NH 2 

OH 

Acetylsalicylsäure 

(Aspirin) 

p-Aminosalicylsäure 

Antipyretikum, 

(PAS) 

Antineuralgikum, 

(Antituberkulotikum) 

Entzündungshemmer 

Thrombozytenaggregationshemmer 

(seit 1977 auf der Liste der unentbehrlichen 

Arzneimittel der WHO steht. ) 

23 

Saft der Weidenrinde

Araliphatische Carbonsäuren 

CH2COOH CHCOOH 

C=C-COOH 

OH 

H 

Phenylessigsäure Mandelsäure trans-Zimtsäure 

H 

C 

OH 

C 

H 

COOH 

Z-o-Hydroxyzimtsäure Cumarin 

Riechstoff des Waldmeisters 

O 

O 

H 

24

Giftige Cumarinderivate 

Aflatoxine 

Stoffwechselprodukte von 

Schimmelpilzgattungen 

(Mycotoxine) 

sehr starke Carcinogene 

Lebertoxische Wirkung 10 µg/kg 

O 

O 

O 

O 

O 

OCH3 

Die letale Dosis von Aflatoxin B 1 beträgt bei Erwachsenen 

1 bis 10 mg/kg Körpergewicht bei oraler Aufnahme 

Grenzwert von 2 µg/kg für Aflatoxine in diversen Lebensmitteln 

Aflatoxin B 1 

25

L-(-)-Thyroxin 

HO 

I 

I 

O 

I 

I 

CH2CHCOOH 

NH 2 

Bestandteil des Thyreoglobulins der Schilddrüse 

(stoffwechselregulierendes Hormon) 

26

Substitutionsprodukte aliphatischer Carbonsäuren 

Einteilung: 

Halogencarbonsäuren 

- Halogencarbonsäuren (X-) 

- Hydroxycarbonsäuren (HO-) 

- Aminosäuren (H 2 N-) 

- Oxocarbonsäuren (O=) 

Monochloressigsäure ClCH 2 COOH 

DichloressigsäureCl 2 CHCOOH 

Trichloressigsäure Cl 3 CCOOH 

- starke Säure 

- use in medical diagnostic: 

detection of proteins 

27


2-Chloropropionsäure H C CH COOH 

3 

3-Chloropropionsaure 

δ+ 

α 

δ– 

3 

2 

Cl 

H C CH COOH 

2 2 

Cl 

1 

3 2 1 

Physikalische Eigenschaften: - kristalline Substanzen 

- α-halogenierte Carbonsäuren → starke Säuren 

CH C 

X 

O 

O 

H 

-I-Effekt: 

das stärker elektronegative Halogenatom (X) zieht die 

Bindungselektronen heran, und erleichtert die Ablösung 

des Protons, d.h. die Acidität steigt. 

28


Säure pK a 

Essigsäure 4.76 

Chloressigsäure 2.86 

Dichloressigsäure 1.29 

Trichloressigsäure 0.65 

Erhöhte Reaktivität in nucleophilen Substitutionen 

C 

H 3 

H 

HOOC 

C 

Br 

R-2-Brompropionsäure 

OH – 

* * 

Inversion 

S N 2 Reaktion 

HOC CH 3 

H 

COOH 

stärkerer I-Effekt, 

steigende Acidität 

S-2-Hydroxypropionsäure 

(S-Milchsäure) 

Walden-Umkehr 

29


Hydroxysäuren 

Hydroxyessigsäure (Glykolsäure) HOCH COOH 

2 

2-Hydroxypropionsäure (Milchsäure) 

3-Hydroxypropionsäure 

4-Hydroxybuttersäure 

H C CH COOH 

3 

OH 

H C CH COOH 

2 2 

OH 

4 3 2 1 

CH2 OH 

3 

3 

2 

2 

CH 2 CH 2 COOH 

1 

1 

30


β-Hydroxycarbonsäuren 

β 

α 

HO-CH 2 -CH 2 -COOH CH 2 =CH-COOH 

–H 2 O 

γ -(und δ)-Hydroxycarbonsäuren: 

H 2 

γ 

C 

H 2 

β 

C 

CH 2 

OH C 

HO O 

γ-Hydroxybuttersäure 

α 

–H 2 O 

Acrylsäure 

C 

H 2 

H2 C 

O C 

CH 2 

O 

γ-Butyrolacton 

Intramolekulare Wasserabspaltung 

Lactone: innere Ester 

mit Ringstruktur 

31

Die wichtigsten Hydroxycarbonsäuren 

Glykolsäure HO-CH 2 -COOH 

Milchsäure acidum lacticum; Salze: Lactate 

Vorkommen: im Pflanzenreich 

(in unreifen Weintrauben, im Zuckerrohr) 

COOH 

COOH 

H C 

* 

OH 

HO 

* 

C H 

CH3 

CH 3 

R-(-) - Milchsäure S-(+) - Milchsäure 

Scheele (1780) in der sauren Milch 

32

Darstellung: 

Vorkommen: 

Milchsäure 

Verwendung: 

Lactobacillus 

Lactose (±) - Milchsäure 

- in verschiedenen tierischen Organen 

- im Muskelsaft (S-(+)-Isomer, Fleischmilchsäure) 

Zusatz für alkoholfreie Getränke 

33

OH 

Die wichtigsten Hydroxycarbonsäuren 

Apfelsäure acidum malicum; Salze: Malate 

Vorkommen: im Apfel 

Weinsäure Salze: Tartrate 

Vorkommen: in vielen Früchten 

Verwendung: Konservierungsstoff (Lebensmittelindustrie) 

Citronensäure acidum citricum; Salze: Citrate 

* 

* 

* 

COOH 

CH(OH) 

CH2 

COOH 

COOH 

CH(OH) 

CH(OH) 

COOH 

Vorkommen: in vielen Früchten (Zitronen, Orangen) 

CH2 COOH 

im Blut, im Harn 

(Zwischenprodukt im Kohlenhydrat Stoffwechsel) 

C COOH 

CH2 COOH 

34

Aldehydcarbonsäuren 

Glyoxylsäure 

O 

C 

H 

COOH 

O 

Formylessigsäure C CH 2 

H 

Oxocarbonsäuren 

COOH 

Ketocarbonsäuren 

CH3 

Brenztraubensäure 

CH3 

C COOH 

O 

Acetessigsäure 

CH3 

C CH2COOH 

O 

Lävulinsäure 

C CH2CH2COOH 

O 

35

Oxalessigsäure 

HOOC 

HOOC 

Oxocarbonsäuren 

C CH 2 

O 

C CH 

OH 

COOH 

Keto-Enol 

Tautomerie 

COOH 

Decarboxylierung der β-Oxocarbonsäuren: 

R 

C CH 2 

O 

- CO2 

HOOC 

2-Oxoglutarsäure 

C CH2CH2COOH 

COOH R C 

O 

CH3 

O 

36

carbons%C3%A4uren.pdf

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?