Karboksüülhapped. Estrid ja amiidid. (1)

KEEMIA KT

• Karboksüülhappe (KH) struktuur
  

KH funktsionaalrühm on karboksüülrühm. Karboksüülrühmas on kaks hapniku aatomit. Mõlemal on nukleofiilne (δ-) tsenter , kuid nende omavaheline vastastikmõju nihutab elektronid suuresti karbonüülsele hapnikule ning seetõttu on see tsenter nukleofiilsem ja aluselisem.
Vt. elektrofiilide ja nukleofiilide paiknemist õpik lk 19

• KH keemilised omadused
  

Kõige tähtsam keemiline omadus on happelisus. Kuigi nad on nõrgemad happed kui tuntumad mineraalhapped, nagu soolhape , lämmastikhape, väävelhape, ent nad on siiski tugevamad süsihappest ning palju tugevamad happed kui alkoholid . Nende tugevuse põhjuseks on karboksülaatiooni stabiliseerimine laengu delokalisatsiooni teel. Karboksülaatioon on nõrk nukleofiil . KHte üldisteks omadusteks: reageerimine metallide, aluste, aluseliste oksiidide ja nõrgemate hapete sooladega.
Vt. happe tugevuse kasv õpik lk 21

• KH füüsikalised omadused
  

Füüsikalised omadused on määratud nende molekulide võimega moodustada tugevaid vesiniksidemeid. Sel põhjusel on KHd võrdlemisi kõrge keemistemperatuuriga vedelad või tahked ained. Väikese süsiniku aatomite arvuga happed on veest tihedamad. Süsinikahela pikenedes tihedus kahaneb ning happed on veest „kergemad“. Samas suunas väheneb ka lahustuvus vees. KHte toksilisus on eelkõige seotud nende happelisusega.

• Asendamata KHd
  

Metaanhape ehk sipelghape on terava lõhna, ärritava toimega mürgine vedelik, mida kasutatakse keemiatööstuses. Mesinikud tarvitavad seda kahjuritõrjeks. Nõgesekõrvetus ja sipelgahammustus. Metaanhappe eripäraks on see, et ta ilmutab ka aldehüüdide omadusi (nt on hea redutseerija ).
Etaanhape ehk äädikhape (anioon: atsetaat ) pole üldse mürgine. Veiniäädikas (veini käärimisel õhu käes oksüdeerub etanool etaanhappeks), lahusti tööstuses, keemiasaaduste valmistamine, sisaldub ka toiduäädikas. Veevaba äädikhape külmub +16C juures ning moodustab jäätaolisi läbipaistvaid kristalle, sellepärast nimetatakse kontsentreeritud äädikhapet (üle 99,5%) ka jää-äädikhappeks.
Rasvhapped on looduslike rasvade koostises olevad monohapped, milles on üle kümne paarisarv süsiniku aatomi. Tavaliselt on nende süsivesinikahel hargnemata. Neid toodetakse peamiselt taimeõlidest ja loomse rasva jääkidest. Kosmeetikatööstus, seebid, kangaste pehmendaja, plastide lisand.
Dihapetest lihtsaim on etaandihape ehk oblikhape . Mürgine aine, mida leidub spinatis, hapuoblikas , rabarbris. Oblikhapperikaste toitude tarvitamine vähendab organismi kaltsiumivarusid ning soodustab neerukivide tekkimist (sest kaltsiumetaandiaat ehk kaltsiumoksalaat on vees lahustumatu ).
Benseenkarboksüülhape ehk bensoehape (anioon: bensoaat) on lihtsaim aromaatne hape . Molekulis sisaldub aromaatne benseenitsükkel. Valge kristalne aine, mida kasutatakse keemiatööstuses, toiduainetööstuses säilitusainena.

• Asendatud KHd
  

Vesiniku asendamisel halogeeniga viiakse happe molekulisse tugevalt elektronegatiivne rühm ( aatom ). Kui asendusrühm on karboksüülrühma lähedal, suurendab see märgatavalt happe happelisust. Kõik halogenohapped on mürgised.
Piimhapet ehk 2-hüdroksüpropaanhapet tekib lihastes suure koormusega töötamisel (lihaste valulikkus), piimhappelisel käärimisel (kapsaste hapendamine, piima hapnemine). Mõlemal juhul on tegemist glükoosi mittetäieliku ainevahetuse saadusega.
Õunhapet esineb puuviljades ja marjades.
Viinhape settib kaaliumvesiniksoolana veini laagerdamisel, kannab siis viinakivi nime.
Sidrunhape (anioon: tsitraat) esineb enamikus puuviljades ja marjades. Kasutatakse toitude ja jookide hapustamiseks.

• Aminohapped
  

Asendatud KHtest on tähtsaimad aminohapped, mis on kõige enam levinud orgaanilised lämmastikühendid. Esineb kõigis elusorganismides, vältimatud koostisained inimese toidus ja loomasöödas.
Keemilised omadused on määratud happe koostisesse kuuluvate funktsionaalsete rühmadega. Aminorühm põhjustab aminohappe aluselisi omadusi, karboksüülrühm aga happelisi. Seepärast on aminohappel amfoteersed omadused, aminohapped moodustavad soolasid nii aluste kui ka hapetega.
Puhtad aminohapped on tahked kristalsed ained ega lendu. Aminohapped lahustuvad hästi vees, kuid halvasti orgaanilistes lahustites . Neil on suhteliselt kõrge sulamistemperatuur ja sulamisel tavaliselt lagunevad.
Vt. nimetamist õpik lk 25

• KHte funktsionaalderivaadid
  

KH funktsionaalrühmas, karboksüülrühmas, asub karbonüülrühma kõrval hüdroksüülrühm. Kui hüdroksüülrühm (elektronegatiivne) asendada alküülrühmaga, oleks tegemist ketooniga. Kui seal asuks vesinik , oleks see aine aldehüüd. Asendades hüdroksüülrühma teiste elektronegatiivsete rühmadega, saab konstrueeridas uusi molekule, nagu nt KH kloriid (halogeniid), ester , amiid. -> Ühendeid, milles karbonüülrühm on seotud mingi polaarse rühmaga, mis pole hüdroksüülrühm, nimetatakse KH funktsionaalderivaatideks. Lisaks funktsionaalderivaatidele on veel KH asendusderivaate ehk asendatud KHeid, nagu nt halogenohapped, hüdroksühapped, aminohapped jne. Funktsionaalderivaatidest on tähtsaimad estrid ja amiidid.
Estrid on vedelad või tahked ained, paljudel neist on meeldiv lõhn. Osal neist on narkootiline toime.
Vt. nimetamist õpik lk 30

• Estrite ja amiidide keemilisi omadusi
  

Karbonüülrühma süsinikul on elektrofiilsustsenter (δ+), mida võivad rünnata nukleofiiilid.
Estri leelise vesilahuse (hüdrolüüsi) toimel moodustuvad estrist happe sool ning alkohol . Seda nimetatakse ka estri seebistamiseks.
Estri happeline (hapekatalüütiline) hüdrolüüs kulgeb happe ja alkoholi moodustumisega.
Estri moodustumine ja estri hüdrolüüs on teineteise suhtes hapekatalüütilised pöördreaktsioonid.
Sarnaselt estritega kulgevad ka amiidi hüdrolüüsireaktsioonid. Amiidi happeline hüdrolüüs ei ole pöörduv reaktsioon , sest happelises keskkonnas moodustub ammooniumkatioon, mis ei ole nukleofiil.

• Estrite esindajaid
  

Etüülatsetaati (etüületanat) ja butüülatsetaati (butüületanaat) kasutatakse polümeersete ainete lahustitena , värvide ja lakkide valmistamisel, tööstuslikes protsessides ainete väljalahustamiseks segudest. Paljud neist kuuluvad puuviljade ja veini lõhnabuketti. Selliseid estreid nimetatakse ka puuviljaessentsideks. Sünteetiliste estrite segudega maitsestatakse odavaid karastusjooke ja kondiitritooteid.
Hästi pika süsivesinikahelaga hapete ja alkoholide estrid ei lendu, on lõhnatud. Selliseid nimetatakse vahadeks.

• Mineraalhapete estrid
  

Estreid ei moodusta üksnes KHd. Ka anorgaanilistel, nn mineraalhapetel, nagu väävelhape, fosforhape , lämmastikhape, on funktsionaalderivaate, neist tähtsaimad on estrid. Mineraalhapete estreid nimetatakse nii nagu nende soolasid.
Nitraadid moodustuvad alkoholist ning lämmastikhappest väävelhappe manulusel. Kõik orgaanilised nitraadid on ebapüsivad.
Nitroglütseriin (glütserooli trinitraat) on õline vedelik, võimas ning ohtlik lõhkeaine. Temaga immutatakse mineraalipuru, puusütt või muid poorseid materjale. Sellist materjali nimetatakse dünamiidiks. Dünamiidi leiutamine - Alfred Nobel .
Nitrotselluloos saadakse tselluloosi töötlemisel lämmastikhappe ja väävelhappe seguga. Lahustub orgaanilistes lahustites. Maksimaalselt nitreeritud saadust nimetatakse püroksüliiniks ja sellest tehakse püssirohtu ning lõhkeaineid.

• Rasvad
  

Loomsed rasvad ja taimeõlid on materjalid, mis koosnevad suurest hulgast komponentidest, kusjuures põhilisteks koostisosadeks on rasvad. Keemilises mõttes tähistab sõna rasv glütserooli (propaan-1,2,3-triooli) triestrit KHtega (tegelikult rasvhapetega, kuid termin ei ole väga täpselt piiritletud ).
Looduslike rasvade KH jäägid on hargnemata ahelaga ning paarisarvulise süsiniku aatomite arvuga. Võivad olla küllastunud või küllastumata.

• Rasvade füüsikalised omadused
  

Rasvad ei märgu veega ega lahustu vees. -> on hüdrofoobsed. Lahustuvad orgaanilistes lahustites: eetris, bensiinis, veidi ka alkoholis.
Puhas inidividuaalne rasv kristalliseerub, tal on kindel sulamistemperatuur, ent tavaliselt on meil tegemist segumaterjalidega. Seepärast saab rasvade puhul kõneleda vaid pehmenemistemperatuurist. Rasvade agregaatolek sõltub nende koostisse kuuluvatest rasvhappe alküülrühmadest. Küllastunud rasvhapetest moodustatud rasvad on toatemperatuuril tahked, küllastumatused struktuuris muudavad rasva pehmemaks või lausa vedelaks.
Maismaaloomade rasvad on tavatingimustel tahked, mereloomade rasvad aga vedelad. Ka enamik taimerasvadest on vedelad. Looduslik rasv on segu väga erinevatest individuaalsetest rasvadest .

• Rasvade keemilised omadused
  

Tulenevad estrirühmast ja karboksüülhappe jäägi ehitusest. Rasva leeliselisel hüdrolüüsil moodustuvad rasvhapete soolad , mida nimetatakse seepideks. Kõige paremini kulgeb rasvade lagunemine mikroobide toimel. Rääsunud rasvad või neid sisaldavad toiduained ei kõlba süüa.

• Rasvad meie elus
  

Seedimisel hüdrolüüsitakse toidurasvad ensüümide toimel rasvhapeteks ja glütserooliks, mis imenduvad seedetraktist ning edasi oksüdeeritakse neist suurem osa süsinikdioksiidiks ja veeks. See protsess annab palju energiat. Rasv on väga tähtis energeetiline toitaine. Kahe või enama kaksiksidemega rasvhappeid nimetatakse asendamatuteks rasvhapeteks ja need tuleb tagada õige toiduvalikuga. Oomegahapped - asendamatute rasvhapete sisaldus tootes.
Rasvad on olulised toiduained, sest neil on suur toiteväärtus. Ülemäärane rasvade piiramine toidus võib põhjustada tervet rida tervisehäireid, nagu südame- veresoonkonna haigused, nahahaigused, sapikivid jpt. Rasvu kasutatakse seebi tootmisel, lakkide, ravimite, kosmeetiliste vahendite jpt toodete valmistamisel. Rasvu saadakse loomsest ja taimsest toorainest . Loomsed rasvad sulatatakse või pressitakse välja kuumalt . Taimerasvad sisalduvad peamiselt seemnetes. Neist eraldatakse õli kas kuumpressimisel või ekstraheerimisel (väljalahustamisel) orgaaniliste lahustitega .
Toiduks kasutatakse võid. Peale rasvade sisaldab või valke, sahhariide, vitamiine, orgaanilisi happeid ja soolasid.
Vedelaid rasvõlisid tahkestatakse küllastumatuse vähendamise teel. Selleks on kaks põhilist moodust: hüdrogeenimine ja ümberesterdamine. Tahkestatud rasvadest saadakse muu hulgas ka või asendajat - margariini. Margariinitoodete valmistamisel rasv emulgeeritakse (pihustatakse) vees ning lisatakse stabilisaatoreid, vitamiine, värv- ja maitseaineid. Kui margariini tootmisel on kasutatud hüdrogeenitud rasva, kerkib uus probleem. Nimelt ei küllastata hüdrogeenimisel kõiki kaksiksidemeid ja küllastamata jäänud sidemed võivad protsessi käigus muuta oma geomeetriat trans-vormiks. Kui trans-rasvhape läheb molekuli koostises rakumembraani ehitusse, lõhub ta selle struktuuri. On ka andmeid, et trans-rasvhapped tõstavad kolesterooli taset veres.