3.4.2019
1
Ústav chemických léčiv, Farmaceutická fakulta VFU,
Palackého tř. 1946/1, 642 12 Brno
Ing. Pavel Bobáľ, CSc.
Organická chemie
29. Deriváty
kyseliny uhličité
2
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
Deriváty "anorganické" kyseliny uhličité
- atom uhlíku funkční skupiny v oxidačním stupni IV
- nesou na atomu uhlíku více jak jednu hydroxylovou skupinu
- neexistují v čistém stavu
- hydratací oxidu uhličitého
2
Úvod
O C O H2O C O
O
OH
H
HO C
OH
OH
OH C O
HO
HO
O C O H2O
- H2O
kyselina orthouhličitá kyselina uhličitá
3
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
- disociací do prvního stupně - hydrogenuhličitanový (bikarbonátový) anion
- disociací do druhého stupně - anion uhličitanový
3
Úvod
C O
O
O
H
C O
O
OH
H
H+ pKa 3,8
C O
O
O
H+C O
O
O
H
pKa 10,2
4
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
- halogenidy orthouhličité kyseliny
4
Deriváty kyseliny orthouhličité
Cl
C
Cl
Cl
Cl
Cl C
Cl
Cl
O H
H2O
- HCl - HCl
H2O
- HCl
C O
Cl
Cl
C O
Cl
HO
O C O HCl
Br
C
Br
Br
Br
H3CO
C
H3CO
OCH3
OCH3
4 CH3ONa 4 NaBr
methyl-orthokarbonát
H3CO
C
H3CO
OCH3
OCH3
methyl-orthokarbonát
O
H+ H3CO
C
H3CO
dimethyl-karbonát
OCH3H3CO
O
acetofenon-dimethylketal
- použití - chránění karbonylových sloučenin
3.4.2019
2
5
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
- kyselina uhličitá - považována za nejjednodušší dikarboxylovou kyselinu
- náhradou jedné hydroxylové skupiny jinými heteroatomy nebo skupinou atomů –
monofunkční deriváty kyseliny uhličité
5
Deriváty kyseliny uhličité
C O
Cl
HO
HClCO2
chlormravenčí kyselina
C O
H3CH2CO
HO
CH3CH2OHCO2
ethyl-hydrogen-karbonát
C O
H2N
HO
NH3CO2
karbamová kyselina
6
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
- pouze náhradou obou hydroxylových skupin v molekule kyseliny uhličité
se získávají stálé funkční deriváty
Přehled:
6
Deriváty kyseliny uhličité
C O
HO
HO
C O
Cl
HO
C O
H2N
HO
uhličitá kyselina chlormravenčí kyselina karbamová kyselina
C O
Cl
Cl
C O
Cl
H3CH2CO
C O
H2N
H2N
C S
H2N
H2N
fosgen ethyl-chlorformiát
chlormravenčan ethylnatý
thiomočovinamočovina
7
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
Přehled:
7
Deriváty kyseliny uhličité
C O
Cl
H2N
C O
H2N
H3CH2CO
C O
NH
H2N
C NH
H2N
H2N
H2N
karbamoylchlorid ethyl-karbamát
urethan
hydrazid kyseliny karbamové
semikarbazid
diamid-imid kyseliny uhličité
guanidin
C NH2N
nitril kyseliny karbamové
kyanamid
chlorkyan
C NCl
kyselina kyanatá
C NHO C OHN
kyselina isokyanatá
diimid kyseliny uhličité
karbodiimid
kyselina thiokyanatá
C NHSC NHHN
kyselina isothiokyanatá
C SHN
C S
NH
H2N
H2N
hydrazid kyseliny thiokarbamové
thiosemikarbazid
8
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
Přehled:
8
Deriváty kyseliny uhličité
kyselina
orthouhličitá
O C
Cl
Cl
fosgen kyselina uhličitá semikarbazid
chlorkyan karbodiimid
tetrabrommethan
O C
OH
Cl
kyselina
chlormravenčí
kyselina
karbamová
S C
Cl
Cl
thiofosgen
kyanamid
dialkyl-
karbodiimid
Cl
C
Cl
ClCl
tetrachlormethan
alkyl-
chlorformiát
O C
NH2
OR
alkyl-karbamát
(urethan)
thiomočovina
kyselina
kyanatá
kyselina
isokyanatá
alkylisokyanát
alkyl-
orthokarbonát
O C
NH2
Cl
karbamoyl-
chlorid
močovina thiosemikarbazid
kyselina
thiokyanatá
kyselina
isothiokyanatá
alkyl-
isothiokyanát
3.4.2019
3
9
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
- nejdostupnějším derivátem kyseliny uhličité je fosgen
- toxicita
9
Deriváty kyseliny uhličité - fosgen
C O C OCl2
Cl
Clh nebo
aktivní uhlí
C O
Cl
Cl
H2O C O
Cl
HO
- HCl
HClCO2
10
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
- nukleofilní acylová substituce
10
Deriváty kyseliny uhličité - fosgen
C O
Cl
Cl
CH3CH2OH C O
Cl
H3CH2CO
HCl
C O
Cl
H3CH2CO
CH3CH2OH C O
H3CH2CO
H3CH2CO
HCl
C O
Cl
H3CH2CO
C O
O
H3CH2CO
NaClONa
C O
Cl
H3CH2CO
2 NH3 C O
H2N
H3CH2CO
NH4Cl
11
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
- nukleofilní acylová substituce
11
Deriváty kyseliny uhličité - fosgen
C O
Cl
H3CH2CO
NH3
C O
H2N
H2N
3 NH34 NH3
2 NH3
C O
Cl
Cl
C O
H3CH2CO
H3CH2CO
C O
H3CH2CO
H2N
močovina
ethyl-karbamát
urethan
dimethyl-karbonát
ethyl-chlorformiát
chlormravenčan ethylnatý
fosgen
12
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
- reakce s primárním aminem
12
Deriváty kyseliny uhličité - fosgen
- močovina - diamid kyseliny uhličité - bazičtější než amidy karboxylových
kyselin, ale méně bazická než aminy,
- podléhá alkylaci alkylhalogenidy na kyslíku a vytváří alkylisomočoviny,
- alkylaci na dusíku - s alkylamonium hydrochoridy,
- podléhá Hofmannovu odbourávání za vzniku hydrazinu,
- možnost acylace - vznik ureidů,
- diacylace močoviny - deriváty kyseliny barbiturové.
3.4.2019
4
13
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
Heterokumuleny
13
Deriváty kyseliny uhličité - heterokumuleny
O C O O C S S C S
oxid uhličitý karbonylsulfid sirouhlík
C ON
kyselina isokyanatá
H
alkylisokyanáty
C ONR
arylisokyanáty
C ONAr
kyselina isothiokyanatá
C SNH C SNR
alkylisothiokyanáty
C SNAr
arylisothiokyanáty
C NN RR
dialkylkarbodiimidy
C NN ArAr
diarylkarbodiimidy
14
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
Heterokumuleny
- Alkyl- a arylisokyanáty - reakce aminů s fosgenem,
- taky při odbourávání amidů (Hofmannovo), acylazidů (Curtiovo) nebo
hydroxamových kyselin (Lossenovo),
- s vodou reagují za vzniku nestabilních derivátů kyseliny karbamové, které se
dále rozkládají na amin a oxid uhličitý,
- vzniklý amin může reagovat se zbytkem isokyanátu a produktem bude
disubstituovaná močovina,
- adice alkoholů - tvorba karbamátů (urethanů),
- obdobné reakce poskytují i sirné analogy isokynátů,
- fenylisothiokyanát se využívá při stanovení primární struktury peptidů
(Edmanovo odbourávání),
- reakce isokyanátu s nukleofilem
14
Deriváty kyseliny uhličité - heterokumuleny
15
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
Heterokumuleny
- karbodiimidy
- kondensační reakce – DCC - mechanismus
15
Deriváty kyseliny uhličité - heterokumuleny
C NN R
OH
O
C N
H
N
O O
R Nu H
C N
H
N
O O
R Nu H
C
H
N
H
N R
Nu
O
O
dicyklohexylkarbodiimid
DCC
dicyklohexylmočovina
16
29. Deriváty kyseliny uhličité
Organická chemie
Heterokumuleny
- kondensační reakce - DCC
16
Deriváty kyseliny uhličité - heterokumuleny
R
OH
O
CH3CH2OH
DCC
R
OCH2CH3
O
C
H
N
H
N
O
kyselina alkohol ester
R
OH
O
CH3NH2
DCC
R
NHCH3
O
C
H
N
H
N
O
kyselina amin amid