ch13 carboxylic-atitle: microsoft powerpoint - ch13_carboxylic-a.pptx author: admin created date:...
Post on 24-Mar-2021
0 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
กรดอนทรย
(Carboxylic acids)
โครงการจดตงภาควชาเคม
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร
มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน
01403221-59
2
กรดอนทรย
(Carboxylic acids)
สารประกอบคารบอนลชนดหนงทมหม carboxyl
-COOH (-CO2H, -C-OH) เปนหมฟงกชนllO
สตรทวไป R-COOH, Ar-COOH
H-C l OHllO
Formic acid
CH3-C-OHllO
Acetic acid
COOH
Benzoic acid
2
3
การเรยกชอ
ชอสามญ
- เรยกตามแหลงทพบ ลงทายดวย -ic acid
- บอกตาแหนงหมทมาเกาะดวยอกษรภาษากรก
CCCCCOOHβγδ α
4
เชนHCOOH Formic acid (Formica, ant)
CH3COOH Acetic acid
CH3(CH2)2COOH Butyric acid (Butyrum, butter)
CH3CH2CH-COOH α – Methylbutyric acidlCH3
CH2CH2-COOH β – Hydroxypropionic acidlOH
CH3-CHCH-COOHlCH3
lCH3
α,b – Dimethylbutyric acid
3
5
ชอ IUPAC- เรยกโซทยาวทสดทม carboxyl group อยตามชอ
alkane ทมจานวนคารบอนเทากน แตตด –e ทง เตม
–oic acid- บอกตาแหนงทมหมอนเกาะดวยตวเลข
- C - C - C - C - COOH 5 4 3 2 1
HCOOH Methanoic acidCH3COOH Ethanoic acid
6
CH3(CH2)2CH2COOH
CH3CH2COOH
CH3(CH2)2CHCOOH
CH3
l
COOH
CH2CH2COOH
ตวอยาง
Propanoic acid
Pentanoic acid
2-Methylpentanoic acid
Benzoic acid
3-Phenylpropanoic acid
4
7
CH3CH=CHCOOH 2-Butenoic acid
aromatic acid เรยกแบบอนพนธของ benzoic acid
N2OCOOH
NO2
2, 4 – Dinitrobenzoic acid
เมอมพนธะคใหอานแบบ alkene ตด -e เตม -oic acid
8
การเรยกชอเกลอของกรดอนทรย
ชอสามญ
เรยกชอแคตไอออนไวขางหนา ตามดวยชอกรด
แบบสามญ แตตด –ic acid ทงเตม -ate
CH3-C-ONallO
Sodium acetate
CH3CH2CH2-C-OKllO
Potassium butyrate
5
9
ชอ IUPAC
เรยกแคตไอออนไวขางหนาตามดวยชอกรดแบบ
IUPAC แตตด -oic acid เตม -oate
CH3-C-OKllO
Potassium ethanoate
CH3(CH2)2COONa
COONH4
CH3CH2CH-CH2-C-OKlCH3
llO
(HCOO)2Ca
CH2-CH-COONH4lBr
lBr
10
จงอานชอสารตอไปนแบบ IUPAC
1. CH3CH2CH2CHCOOHlCH3
2. CH3CH=CHCH2COOH
3. CH2(CH2)2COONalBr
4. CH2(CH2)3COOHlC6H5
6
11
สมบตทางกายภาพ• กรดคารบอกซลกเปนโมเลกลมขว โมเลกลทม C1-C4
ละลายนาได เมอโมเลกลมขนาดใหญขนการละลาย
ลดลง• Carboxylic acid ละลายในตวทาละลายทมขวนอย เชน
อเทอร (C2H5-O-C2H5), chloroform (CHCl3), alcohol ได
• มจดเดอดสงกวา alcohol, aldehyde, ketone, alkane
ทม MW. ใกลกนเพราะเกด H-bond ระหวางโมเลกล
แบบ “cyclic dimer”
12
Cyclic dimer คอ 2 โมเลกลท
เชอมโยงเปน 1 โมเลกลดวย H-bond
7
13
สภาพความเปนกรด
RCOOH + H2O RCOO- + H3O+
Ka = [RCOO-][H3O+]
[RCOOH]
ถากรดคารบอกซลกมความเปนกรดสง (Ka สง)
สารนนจะแตกตวใหโปรตอน และ carboxylate ion มาก
carboxylate ion
14
Carboxylate ion สามารถเกด resonance stabilization
จงทาให carboxylic acid เปนกรดมากกวา alcohol
R-OH + H2O R-O + H3O+
สภาพกรดของ carboxyl group อธบายไดจาก
เรโซแนนซ ของ carboxylate ion
OR-C
//O
OR-C
O
หรอ R-C/
O
O-
resonance stabilization
8
15
Effects of substitutions on acidity
G = ē-withdrawing group
- stabilizes anion
- strengthens acid
G = ē-releasing group
- destabilizes anion
- weakens acid
C/O
O-G C
/
O
O
-G
16
ตวอยาง
ClCH2COOH Ka = 136 x 10-5
CH3COOH Ka = 1.8 x 10-5
chloroacetate anion acetate anion
- จะไดวา chloroacetate anion เสถยรกวา (เปนกรดแรงกวา)
ClCH2Cl /
O
O- HCH2C
l /O
O-
9
acid Ka(x10-5)
CH3COOH 1.8
Cl – CH2COOH 136
Cl – CHCOOH
Cl
5530
Cl
Cl – C – COOH
Cl
23,200
17
ตารางเปรยบเทยบคาความแรงของ acetic acid
และ chlorinated acids
l
ll
acid Ka(x10-5)
CH3CH2CH2COOH 1.5
CH3CH2CHCOOH
Cl
139
CH3CHCH2COOH
Cl
8.9
CH2CH2CH2COOH
Cl
3.0
18
ตารางเปรยบเทยบคาความแรงของ monochlorobutyric acids
l
l
l
Cl – CH2 CH2 CH2 CO
O
- Inductive effect
10
19
การเตรยมกรดอนทรย
1. Oxidation of primary alcohols and aldehydes
2. Oxidation of alkylbenzenes
3. Carbonation of Grignard reagents
4. Hydrolysis of nitriles
5. Oxidation of alkenes
20
1. Oxidation of primary alcohols and aldehydes
R – CH2OH R – C - OHllO
KMnO4
1o alcohol
การเกดปฏกรยา
R – CH2OH + KMnO4 R – COO- K+ + MnO2OH- , H2O
∆H+
RCOOH
11
21
เชน
CH3CH2CH2OH + KMnO4 CH3CH2COO- K+ + MnO2OH- , H2O
∆HCl
CH3CH2COOH
CH3CH2CHCH2OH CH3CH2CHCOOHlCH3
lCH3KMnO4
1. OH , H2O , ∆2. H+
2-methyl-1-butanol 2-methybutanoic acid
CH3CHCH2OHlCH3 KMnO4
1. OH , H2O , ∆2. H+
CH3CHCOOHlCH3
22
ถาเตรยมผาน aldehyde ตองใช oxidizing agent ทออน
CH3CH2OH CH3- C - HllO
PCCCH2Cl2
dil. KMnO4
CH3 - C - OH llO
http://www.masterorganicchemistry.com
12
23
2. Oxidation of alkylbenzenes
Ar – R Ar - COOHKMnO4
หรอ K2Cr2O7
alkyl benzene benzoic acid
CH3
1. KMnO4 , OH-
2. H+
COOH
toluene benzoic acid
CH2CH2CH3
1. KMnO4 , OH- , ∆2. H+
COOH
n-propylbenzene benzoic acid
24
แบบฝกหด
CH3
NO2
1. K2Cr2O7
2. H+
CH3CH3
1. KMnO4 , OH-
2. H+
13
25
3. Carbonation of Grignard reagents
Grignard reagent ทาปฏกรยากบ CO2 ได magnesium
carboxylate และเกด hydrolysis ตอ ได carboxylic acid
RMgX + CO2 RCO2MgX RCO2HH3O
+
ArMgX + CO2 ArCO2MgX ArCO2HH3O
+
26
การเกดปฏกรยา
RMgX + OCO RCOMgX llO
H3O+
R - C - OH + Mg2+ + X-llO
* ผลตภณฑทเกดขนม carbon เพม 1 อะตอม
14
27
ตวอยาง
CH3MgCl + CO2 CH3COMgCl
H3O+
CH3C-OH + Mg2+ + Cl-
llO
llO
MgBr+ CO2
H3O+
C - OHllO
benzoic acid
28
แบบฝกหด
1. จงเตรยมกรดอนทรยตอไปน โดยผาน Grignard reagent
ก. 3-Butenoic acid
ข. 4-Nitrobenzoic acid
15
29
4. Hydrolysis of nitriles
เชน
CH3CH2CH2CH2CN + H2OH+ or OH-
CN + H2OH+ or OH-
benzonitrile
RCN + H2O RCOOH + NH3acid or base
ArCN + H2O ArCOOH + NH3acid or base
30
5. Oxidation of alkenes
alkene ถก oxidized เปนกรดอนทรยดวย KMnO4 ในเบส
การเกดปฏกรยา
R-CH=CH-R 2 RC 2 R-C-OHllO//
O
OKMnO4, OH- H+
RCHCHR RCOH + HO-C-R1. KMnO4, OH-, ∆2. H2O
llllOO
16
31
เชน
CH3CH=CHCH3 2CH3-C-O 2CH3-C-OHH+llO
llOKMnO4 , OH-
∆
CH3CH2CH=CHCH2CH2CH3KMnO4 , OH-
∆H+
ยกเวน
CH3CH2CH=CH2KMnO4, OH-
∆H+
CH3CH2-C-OH + CO2
llO
32
ปฏกรยาของกรดคารบอกซลก
1. Salt formation
carboxylic acid เปนกรดออนเมอละลายนา ให H+
R-COOH + H2O H3O+ + RCOO-
ทาปฏกรยากบโลหะ เชน Zn ใหเกลอ carboxylate และ H2
2R-COOH + Zn (R-COO-)2Zn2+ + H2
เชน
2CH3COOH + Zn (CH3COO)2Zn + H2acetic acid zinc acetate
17
33
กรดทาปฏกรยากบเบส เชน NaOH, NaHCO3 เกดเกลอ
R-C-OH + NaOH R-C-ONa + H2OllO
llO
R-C-OH + NaHCO3 R-C-ONa + H2O + CO2
ll llO O
เชน
CH3CH2-C-OH + NaOH CH3CH2-C-ONa + H2Ollll
O O
34
ปฏกรยากบ NaHCO3 ใชบอกความแตกตางระหวางสารประกอบฟนอลกบกรดอนทรย
+ NaHCO3
OH
C-OHllO
+ NaHCO3
C-ONallO
+ H2O + CO2
18
35
2. Reduction to alcohols
carboxylic acid ถกรดวซดวย reducing agent เชน
lithium aluminium hydride (LiAlH4) ได 1o alcohol
R-C-OH + LiAlH4 R-CH2OHether
H2O
llO
CH3CH2-C-OH CH3CH2CH2OH1. LiAlH4
2. H2O
llO
เชน
36
การเกดปฏกรยา (ใหขอสงเกต สารโดยปกตมประจเปนกลาง)
R-C-OH + LiAlH4 R-C-OHllO
ether ll
O
H
-H2O
R-C-HllO
LiAlH4
H
R-C-Hll
OH2OR-CH2
lOH
1o alcohol
19
37
CH3CHCH2-C-OH1. LiAlH4
2. H2OlCH3
llO
1. LiAlH4
2. H2O
COOH
38
3. Reaction with diazomethane
carboxylic acid ทาปฏกรยากบ diazomethane, CH2N2
ได methyl ester
R-C-OH + CH2N2 R-C-OCH3 + N2
llO
llO
เชน
CH3CH2-C-OH + CH2N2 CH3CH2-C-OCH3 + N2
ll llOO
20
39
4. Alpha – halogenation of aliphatic acids
aliphatic acid ทาปฏกรยากบ Cl2, Br2 ได α-halo acid
โดย halogen เขาแทนท H-atom ตรง α-hydrogen
R-CH2-C-OH + X2 R-CHC-OH + HXllO
llO
lX
P
H2O
เชน
CH3CH2CH2-C-OH CH3CH2CH-C-OH + HBrBr2
P, H2O
llO
llO
lBrbutanoic acid 2-bromobutanoic acid
40
ถาม Br2, Cl2 มากเกนพอปฏกรยาจะได α,α-dihalo acid
หรอ α,α,α-trihalo acid
CH3CH2-C-OH + Br2 (excess) CH3CHC-OHllO
llO
lBr
P
Br2 , P
CH3CCOHllO
lBr
lBr
HCOOH + Cl2 เพราะ ?P
21
41
α-halo acid สามารถทาปฏกรยาตอโดย
1. เปลยนเปน α-hydroxy acid (ทาไมตอง 2 steps)
R-CH-C-OH R-CH-C-OH + X-llO
llO
lX l
OH
1. OH-
2. H+
α-hydroxy acidเชน
CH3CH2CH-C-OH CH3CH2CH-C-OH1. OH-
2. H+lOH
llO
llO
lBr
42
2. เปลยนเปน α-amino acid
R-CHC-OH + NH3(excess) R-CHC-OH +HXllO
llO
lX
lNH2
เชน
CH2-C-OH + NH3(excess) CH2-C-OH + HBrlNH2
llO
llO
lBrbromoacetic acid aminoacetic acid
22
43
5. Decarboxylation
(Hunsdiecker reaction)
เกลอโลหะหนกของกรดอนทรย ทาปฏกรยากบ
Br2, Cl2 ใน CCl4 จะให CO2 และ alkyl halide ทม
carbon นอยลง 1 อะตอม
โลหะหนกอาจเปน Ag+, Hg2+ หรอ Pb (IV)
R-C-OAg + Br2 R-Br + AgBr + CO2
llO
CH3(CH2)2C-OAg CH3(CH2)2Br + AgBr + CO2
Br2llO
44
6. Conversion into acid derivatives
R-C-OH R-C-ZllO
llO
Z = -X , -OR' , -O-C-R' , -NH2
llO
ปฏกรยาทเกดขนคอ Nucleophilic substitution
6.1 Acid halides, Acid chlorides
R-C-OH + R-C-Clll llO OSOCl2
PCl3PCl5
23
45
R-C-OH + PBr3 R-C-BrllO
llO
6.2 Acid anhydrides
R-C-OH + R' –C-Cl R-C-O-C-R'llO
llO ll
OllO
6.3 Esters
R-C-OH + R'-OH R-C-OR' + HOHllO
llO
6.4 Amides
R-C-OH + NH3 R-C-NH2
llO
llO
∆
เชน
46
Dicarboxylic acids
คอ carboxylic acid 1 โมเลกลทม –COOH (carboxyl group) 2 หม
การเรยกชอแบบสามญ
- เปนชอเฉพาะใชกบโมเลกลเลกๆ
HO-C-C-OH oxalic acidllO
llO
HO-C-CH2-C-OH maloic acidllO
llO
HO-C-CH2CH2C-OH succinic acidllO
llO
24
47
แบบ IUPAC
- เรยกแบบ alkane ลงทาย “dioic acid” และระบ
ตาแหนงดวยตวเลขนอยทสด
HO-C-CH2C-OH propanedioic acidllO
llO
HO-CCH2CH2CH2C-OHllO
llO
HO-C-CHCH2C-OHllO
llO
lCH3
48
การเตรยม Dicarboxylic acid
เตรยมจากวธทดดแปลงมาจากวธเตรยม monocarboxylic acid
1. Hydrolysis of dinitriles
NCCH2CH2CN + H2O HO-CCH2CH2C-OHacid orbase
llO
llO
NCCH2CHCH2CN + H2OlCH3
HCl
25
49
2. Oxidation of dimethylbenzene
dimethylbenzene ทาปฏกรยากบ KMnO4
-CH3 จะถก oxidized เปน -COOH
1,2-dimethyl benzene phthalic acid
CH3
CH3 1. KMnO4 , OH-
2. H2O COOH
COOH
50
ปฏกรยาของ Dicarboxylic acid
Dicarboxylic acid หรอ Diacid เกดปฏกรยาเหมอน
monocarboxylic acid โดยเกดเฉพาะ carbonyl group
excess SOCl2
COOH
COOH
C-ClllO
C-ClllO
top related