20.01.08 wykład

anitka · Wysłany: Wto 13:15, 22 Sty 2008 Temat postu: 20.01.08 wykład

Związki organiczne
Węglowodory są to związki węgla z wodorem. Ze względu na budowę wyróżnia się węglowodory o łańcuchu :
• prostym
• rozgałęzionym
• cyklicznym
• aromatycznym
Ze względu na rodzaj wiązań:

Stan skupienia węglowodorów, ich lotność i palność zależą od wielkości cząstek:
1 - 4 atomy węgla w cząsteczce - gazy
5 - 15 atomów węgla w cząsteczce - ciecze
>15 atomów węgla w cząsteczce - ciała stałe
Wzrost masy cząsteczkowej zmniejsza ich lotność i palność.
ALKANY
Alkany tworzą szereg homologiczny.
Szereg homologiczny jest to grupa związków o tej samej budowie i właściwościach, różniących się między sobą grupą (-CH2)
Wzór Nazwa alkanu
CH4 etan
C2H6 etan
C3H8 propan
C4H10 butan
C5H12 pentan
C6H14 heksan
C7H16 heptan
C8H18 oktan
C9H20 nonan
C10H22 dekan
Właściwości chemiczne alkanów:
- ulegają procesowi spalania
a) całkowite CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O
b) półspalanie CH4 + 3/2 O2 -> CO + 2 H2O
c) niecałkowite CH4 + O2 -> C + 2 H2O
- ulegają reakcjom chlorowcowania.
Reagują z cząsteczkami chlorowców. Reakcja ta nazywana jest reakcją substytucji lub podstawienia. Polega na podstawieniu atomu chlorowca w miejsce atomu wodoru w cząsteczce alkanu. W ten sposób powstają chlorowcopochodne.
Alkany ulegają zjawisku izomerii
Izomeria - to zjawisko występowania związków o tym samym wzorze sumarycznym, lecz różnych wzorach strukturalnych. W przypadku alkanów występuje izomeria łańcuchowa (związki o tym samym wzorze sumarycznym występują w postaci łańcuchów prostych i rozgałęzionych). Izomery mają podobne właściwości fizyko-chemiczne.
Izomeria związana jest z powstawaniem grup alkilowych - powstają przez oderwanie wodoru od cząsteczki węglowodoru.
CH4 - metan - CH3 gr. metylowa (metyl)
C2H6 - etan - C2H5 gr. etylowa (etyl)
C3H8 - propan - C3H7 gr. propylowa (propyl)

Izomeria

n-butan i 2-metylopropan
C4H10
ALKENY
Mają jedno wiązanie podwójne między atomami węgla.
Wzór Nazwa alkenu
C2H4 eten
C3H6 propen
C4H8 buten
C5H10 penten
C6H12 heksen
C7H14 hepten
C8H16 okten
C9H18 nonen
C10H20 deken
Reakcje alkanów:
- reagują z chlorowcami (Cl2, Br2)
eten 2-chloroetan
- reagują z wodorem
etan
- reagują z wodą
etanol
- ulegają polimeryzacji

ALKINY
Mają wiązanie potrójne miedzy atomami węgla.
Wzór Nazwa alkinu
C2H2 etin
C3H4 propin
C4H6 butin
C5H8 pentin
C6H10 heksin
C7H12 heptin
C8H14 oktin
C9H18 nonin
C10H18 dekin
- reagują z bromem

- ulegają uwodornieniu

butin

- otrzymywanie PCV

najprostszy alkin

WĘGLOWODORY AROMATYCZNE (ARENY)
Węglowodory o budowie pierścieniowej, w których cząsteczkach między atomami węgla występuje układ zdelokalizowanych elektronów.

C5H6
Właściwości fizyczne benzenu:
- bezbarwna, lotna ciecz o charakterystycznym zapachu,
- nie rozpuszczalna w wodzie, jest dobrym rozpuszczalnikiem niektórych związków organicznych.
Właściwości chemiczne benzenu:
A) benzen spala się kopcącym płomieniem, pary benzenu tworzą z powietrzem mieszaninę wybuchową.
B) benzen nie reaguje z wodą bromową i roztworem nadmanganianu potasu w zwykłych warunkach (wykazując podobieństwo do alkanów)
C) ulega reakcji podstawienia w pierścieniu aromatycznym. (podobieństwo do alkanów) - reakcja z bromem lub chlorem w obecności katalizatora.
D) Reakcja nitrowania. Reakcja z tzw. mieszaniną nitrującą (mieszaniną stężonych kwasów: azotowego i siarkowego). Jest to reakcja podstawienia atomu wodoru grupą nitrową (reakcja charakterystyczna dla związków aromatycznych.)

Inne związki aromatyczne:

Związki te ulegają reakcjom chemicznym analogicznie do benzenu

W kosmetyce i przemyśle kosmetycznym największe znaczenie mają węglowodory nasycone łańcuchowe, tzw. parafiny i węglowodory nasycone cykliczne, tzw. cykloparafiny (węglowodory naftenowe - cykloalkany).
Związki te otrzymuje się z ropy naftowej na drodze destylacji frakcjonowanej, przy wykorzystaniu rożnej temperatury wrzenia składników.
Węglowodory nasycone są odporne na działanie związków chemicznych, nie reagują z kwasami i zasadami, związkami o właściwościach utleniających, ani z tlenem zawartym powietrzu.
Nie zmydlają się i nie jełczeją. Dobrze rozpuszczają się w tłuszczach, woskach i w olejach. Można je przeprowadzić w stan emulsji z wodą, przy pomocy emulgatorów (mydeł).
WĘGLOWODORY STOSOWANE W KOSMETYCE:
Eter naftowy - bezbarwna, łatwopalna ciecz, bardzo dobry rozpuszczalnik tłuszczów, olejów i innych substancji organicznych.
Benzyna apteczna - właściwości podobne do eteru, stosowana jako zmywacz.
Nafta - bezbarwna lub żółtawa ciecz, o właściwościach zbliżonych do eteru i benzyny aptecznej. Stosowana w kosmetyce do wyrobu płynów do włosów (działa korzystnie na porost włosów).
Olej wazelinowy - bezbarwna, oleista ciecz, mieszanina węglowodorów aromatycznych. Nie rozpuszcza się w wodzie. Stosowany do wyrobu kremów i olejków do opalania, brylantyn do włosów oraz do zabiegów kosmetycznych i odtłuszczania skóry.
Olej parafinowy - bezbarwna, oleista ciecz. Stosowany do wyrobu kremów, olejków do opalania, mleczek, płynów do włosów, brylantyn, natłuszczania skóry, okładów, maseczek i masażu.
Wazelina - mazista, bezwonna, półprzejrzysta substancja barwy od białej do żółtej, w wodzie nie rozpuszczalna. Tworzy emulsje z tłuszczami przy użyciu emulgatorów. Używa się do wyrobu kremów, szminek, maści, brylantyny, pomad do włosów, do natłuszczania i masażu skóry. Wazelina kosmetyczna zawiera wonne olejki.
Parafina - substancja stała, drobnokrystaliczna, półprzeźroczysta, w dotyku tłusta. Po stopieniu miesza się z tłuszczami, olejami, woskami, benzyną, naftą, olejem wazelinowym i parafinowym, tworząc mieszaniny o konsystencji od płynnej do stałej. Jest stosowana do wyrobu kredek, szminek, kremów, emulsji, okładów i masek parafinowych.
Olej wazelinowy i parafinowy (oleje mineralne), parafina i wazelina oraz inne surowce węglowodorowe (parafiny) działają w kosmetykach głównie zewnętrznie, przez okluzję (tworzą na powierzchni skóry hydrofobowy film, utrudniający przenikanie wody przez naskórek). Chroni to skórę przed utratą wilgoci, ale jednocześnie nie pozwala na przenikanie substancji hydrofilowych (wody) do skóry i utrudnia jej oddychanie.
W celu złagodzenia negatywnych skutków okluzji do preparatów kosmetycznych zawierających parafiny dodaje się środki (tłuszcze, woski, sterole - cholesterol) osłabiające spójne warstwy okluzyjne, tworzące się na powierzchni skóry.
TERAPENY
Terpeny to ogólna nazwa grupy związków obejmujących węglowodory terpenowe i ich pochodnych (alkohole, aldehydy, ketony).
Węglowodory terpenowe to związki pochodne węglowodoru macierzystego - 2-metylo-1,3-butadienu czyli izoprenu (C5H8)
CH2=C(CH3)–CH=CH2
Terpeny powstają przez połączenie 2 lub więcej takich cząsteczek.
Związki terpenowe charakteryzują się przyjemnymi zapachami. Mają zastosowanie w perfumerii.
Związki terpenowe
Cymen
Geraniol olejek różany
Cytral olejek cytrynowy
Jonon substancja o zapachu fiołków
Limonen olejek cytrynowy i pomarańczowy
Mentol olejek miętowy
Pinen olejek terpenowy
Kamfora wyodrębniona z drzewa kamforowego
Farnezol substancja o zapachu konwalii
AZULENY
Azuleny to węglowodory należące do grupy terpenów. Występują w olejkach eterycznych wyodrębnionych z roślin (np. w olejku z kwiatów rumianku).
Cząsteczki azulenów są zbudowane z pierścieni pięcio- i siedmiowęglowych, a atomy węgla są połączone wiązaniami podwójnymi.
azulen (C10H8)

Związki te mają barwę zieloną, niebieską lub fioletową.

Azuleny działają bakteriobójczo i dezynfekcyjnie.
Stosowane są w produkcji środków o działaniu dezynfekcyjnym , past do zębów i płynów do płukania ust.
ALKOHOLE
Alkoholami nazywamy związki zawierające grupę lub grupy hydroksylowe -OH połączone z nasyconymi atomami węgla.
Nazwy alkoholi szeregu nasyconego R-CH2-OH wyprowadza się od nazwy grupy węglowodorowej wchodzącej w skład alkoholu:
alkohol metylowy,
etylowy,
propylowy,
benzylowy itd.
Nazwę alkoholu wyprowadza się z nazwy odpowiedniego węglowodoru przez dodanie końcówki -ol np.
metanol, etanol, propanol.
Reszta R-O- ,która powstaje przez odłączenie wodoru z grupy hydroksylowej alkoholu nosi nazwę grupy alkoksylowej;
grupę CH3O - nazywamy grupę metoksylową,
C2H5O - etoksylową,
ogólnie -OR alkoksylową.
Otrzymywanie alkoholi
Reakcje wspólne dla wszystkich alkoholi
-reakcja wymiany fluorowca we fluorowcoalkanach na grupę hydroksylową -OH za pomocą wodorotlenków, między innymi wodorotlenku srebra
Reakcje specyficzne dla poszczególnych alkoholi
-Alkohol metylowy powstaje z gazu wodnego wzbogaconego w wodór
gaz wodny, powstaje podczas produkcji przetwarzania gazu ziemnego i jego konwersji z parą wodna, w obecności katalizatorów. Jest to mieszanina CO i H2.
-Alkohol etylowy podczas fermentacji alkoholowej cukrów
Przy podziale alkoholi na podgrupy uwzględniamy:
1) rodzaj łańcucha węglowego,
2) rzędowość atomów węgla,
3) liczbę grup wodorotlenowych w cząsteczce
Wyróżniamy:
1) alkohole nasycone lub nienasycone
2) alkohole pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowe
3) alkohole jedno-, dwu i wielowodorotlenowe.
Do alkoholi nasyconych należą: metanol, etanol, propanol, itd. Przykładem alkoholu nienasyconego może być alkohol allilowy CH2=CH-HC2OH.
Wśród izomerycznych alkoholi wyróżniamy trzy ich rodzaje, zależnie od tego czy grupa -OH znajduje się przy węglu pierwszo-, drugo- czy trzeciorzędowym.
Odpowiednie alkohole noszą nazwy: pierwszorzędowego, drugorzędowego i trzeciorzędowego.
Izomery butanolu.
Z butanu wywodzą się dwa alkohole:
Z izobutanu (2-metylopropanu) można
również wyprowadzić dwa alkohole:

Rzędowość alkoholi ilustrują wzory ogólne:
Właściwości fizyczne alkoholi:
Niższe człony (C1 - C10) szeregu homologicznego alkoholi monowodorotlenowych są bezbarwnymi cieczami o charakterystycznym zapachu. Powyżej C10 są ciałami stałymi bez zapachu.
Hydrofilowa grupa -OH w cząsteczce alkoholi decyduje o ich rozpuszczalności w wodzie, hydrofobowa reszta węglowodorowa powoduje rozpuszczalność w rozpuszczalnikach niepolarnych (eter). Alkohole są dobrymi rozpuszczalnikami dla wielu związków organicznych. Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej alkoholi maleje ich rozpuszczalność w wodzie, a wzrasta w rozpuszczalnikach niepolarnych.
Alkohole mają wyższe temperatury wrzenia niż węglowodory o takiej samej liczbie atomów węgla (międzycząsteczkowe wiązania wodorowe).
Właściwości chemiczne alkoholi:
Cząsteczki alkoholi mają dwa polarne wiązania: O-H i C-O, dlatego możliwe są reakcje z udziałem tych dwóch wiązań atomowych. W reakcjach mogą też brać udział pary elektronowe tlenu oraz wiązań C-H.
Alkohole wykazują właściwości amfoteryczne, mają z jednej strony ruchliwy (kwasowy) atom wodoru grupy O-H, a z drugiej strony wolne pary elektronowe atomu tlenu, decydujące o właściwościach zasadowych.
Alkohole można przeprowadzić w sole działając metalami alkalicznymi (sód, wodorotlenek sodu). Sole te noszą nazwę alkoholanów, np. etanolan CH3-CH2-ONa
Utlenianie alkoholi - przy użyciu manganianu(VII)potasu, dichromianu(VI)potasu lub za pomocą odczynnika Ionesa składającego się z tritlenku chromu (CrO3), kwasu siarkowego(VI) w roztworze acetonu:
R R
3 CH-OH + 2CrO3 + 6H+ -------- 3 CH=O + 2Cr3+ + 6H2O
R R
Procesy utleniania alkoholi mają duże znaczenie fizjologiczne i zachodzą w ustrojach żywych z udziałem enzymów odszczepiających wodór (dehydrogenazy).
Alkohole reagują z tlenowymi kwasami nieorganicznymi, jak i z kwasami karboksylowymi. Proces ten nazywa się reakcją estryfikacji, a jej produkty estrami:
R-OH + HONO2 ------- R-ONO2 + H2O
Azotan alkilowy
O O
|| ||
ROH + HO-C-R! -------- R-O-C-R! -----H2O

Alkohol etylowy

W wyższej
temperaturze
eter dietylowy
powstaje przy
udziale Al2O3
jako
katalizatora

ALKOHOLE I ESTERY STOSOWANE W KOSMETYCE
Mentol (C10H19OH) - alkohol terpenowy o budowie pierścieniowej. Substancja stała, krystaliczna, w wodzie słabo rozpuszczalna. Występuje w olejku mięty pieprzowej, ma zapach mięty. Wywołuje na skórze wrażenie chłodu. Stosowany jako substancja zapachowa do past, płynów do ust i kremów (np. po goleniu).
Cholesterol (C27H45OH) - alkohol wielopierścieniowy. Substancja krystaliczna, w wodzie trudno rozpuszczalna, rozpuszcza się w tłuszczach i rozpuszczalnikach organicznych (alkohol, eter). Jest składnikiem lanoliny (tłuszcz owczy). Odkłada się w kamieniach żółciowych. Stosowany w kosmetyce, gdyż jest dobrym emulgatorem. W połączeniu z tłuszczami jest surowcem do produkcji kremów, mleczek i emulsji. Stosowany też jako aktywny składnik środków do pielęgnacji włosów(przeciwdziała wypadaniu, wpływa na porost i elastyczność). Cholesterol jest ważnym składnikiem błon komórkowych. Zmiękcza skórę, wzmaga wchłanianie wody i innych składników zawartych w kosmetykach. Nie jełczeje, stabilizuje tłuszcze. Jest jednym z najważniejszych lipidowych składników warstwy rogowej skóry. Deficyt cholesterolu zaburza równowagę lipidową naskórka.
ALKOHOLE AROMATYCZNE STOSOWANE SĄ W PRZEMYŚLE KOSMETYCZNYM DO PRODUKCJI ZAPACHOWYCH ESTRÓW:
n-heksanol - występuje w jabłkach, poziomkach, geranium, fiołku, lawendzie. Zastosowanie - kompozycje kwiatowe.
2-oktanol - cytrusowy zapach z nutą róży herbacianej. Zastosowanie - kompozycje zapachowe.
Alkohol benzylowy - świeży, jaśminowy zapach, z czasem przybiera zapach migdałowy. Zastosowanie - kompozycje kwiatowe.
Alkohol b-fenynoetylowy - różany zapach. Zastosowanie - kompozycje kwiatowe (kwiat pomarańczy, jaśmin).
Etery alifatyczne są używane w kosmetyce jako rozpuszczalniki. Etery alifatyczno-aromatyczne mają przyjemną woń i są stosowane jako substancje zapachowe.
Eter dietylowy (H5C2-O-C2H5) - łatwo parująca ciecz. Stosowany jest w przemyśle do ekstrakcji tłuszczów, olejków eterycznych, substancji biologicznie czynnych i barwników.
Eter difenylowy (C6H5)2O - ma zapach geranium lub róży. Jest surowcem tanim i stosuje się go do perfumowania mydeł, pudrów i zasypek oraz tańszych perfum.
KWASY KARBOKSYLOWE
Kwasy karboksylowe można podzielić na 2 grupy:
mono i polikarboksylowe, a te z kolei na alifatyczne i aromatyczne.

1) mrówkowy
2) octowy
3) propionowy

Właściwości fizyczne kwasów:
a) rozpuszczalność
C1-C4 dobrze rozpuszczalne w wodzie
C5-C12 rozpuszczają się w alkoholu
>C13 dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych
b) stan skupienia
C1-C8 ciecze
>C9 ciała stałe
c) łatwo krystalizują
d) są mało lotne
Otrzymywanie kwasów karboksylowych
-Utlenianie aldehydów lub alkoholi I-rzędowych

-Hydroliza estrów - (reakcja odwrotna do reakcji estryfikacji

-Hydroliza amidów w środowisku kwasowym

Reakcje kwasów karboksylowych:
Kwas + metal

2

Reakcja estryfikacji

Reakcje z amoniakiem prowadzące do amidów I-rzędowych

Reakcje bromowania

Kwas bromooctowy

Reakcje z nadtlenkiem wodoru

KWASY W KOSMETYCE
Kwas cytrynowy
Ma właściwości odkażające i ściągające. Jest składnikiem płynów
do ust, do włosów, przeciwpotowych,
kremów do wybielania cery i usuwania piegów.

Kwas para-hydroksybenzoesowy jest izomerem kwasu salicylowego i jak on ma właściwości konserwujące i w takim celu jest dodawany do kosmetyków. Kwas para-hydroksybenzoesowy, jego sole i estry: są szczególnie skuteczne wobec pleśni, działają również na wiele szczepów bakterii, jedne z najczęściej stosowanych konserwantów, estry są aktywniejsze od soli, u alergików związki te mogą wywoływać uczulenia, rzadziej jednak niż kwas benzoesowy.
Tanina - związek organiczny zbudowany z wielu cząsteczek kwasu galusowego (3,4,5-trihydroksybenzoesowego) i D-glukozy - występuje w ziołach, herbacie, liściach i korze dębu. Słabe wyciągi taninowe są stosowane w płynach zmniejszających podrażnienia skóry, w płynach przeciwpotowych i dezodorujących.
Preparaty taninowe należy stosować ostrożnie , nadmierne ich używanie powoduje twardnienie i pękanie skóry oraz jej brunatnienie.
Kwas tioglikolowy (HS-CH2-COOH) - ciecz o nieprzyjemnym zapachu, ma właściwości rozpuszczania włosów. W małych stężeniach narusza strukturę włosów i ułatwia ich kędzierzawienie lub ondulowanie, w większych niszczy włosy.
Stosowany w płynach do trwałej ondulacji i preparatach depilujących.
Kwasy owocowe (AHA, a-hydroksykwasy)
Występują w owocach, warzywach, trzcinie cukrowej i kwaśnym mleku.
Mają działanie złuszczające, wygładzające i rozjaśniające.
AHA stymulują proces odnowy skóry, mają działanie nawilżające
i są nośnikami trudno wchłaniających się preparatów kosmetycznych.
Przykładem jest kwas glikolowy. Działanie kwasów owocowych zależy
od ich stężenia w preparatach do peelingu. Stosuje się preparaty o stężeniu
od 15-40% kwasu owocowego, przy pH w zakresie 2,5-5,0.