Spis treści:

Charakterystyka grupy karboksylowej

Podział kwasów karboksylowych

Nazewnictwo

kwasy monokarboksylowe alifatyczne nasycone

kwasy monokarboksylowe alifatyczne nienasycone

kwasy dikarboksylowe

aromatyczne kwasy karboksylowe

Otrzymywanie kwasów karboksylowych

Właściwości chemiczne:

A. Reakcje polegające na rozerwaniu wiązania O-H

B. Reakcje polegające na rozerwaniu wiązania C-O

C. Dekarboksylacja

D. Reakcje przebiegające na atomie C w położeniu α

Właściwości fizyczne kwasów karboksylowych

Kwasy karboksylowe to jednofunkcyjne pochodne węglowodorów o grupie funkcyjnej -COOH zwanej grupą karboksylową.

W skład grupy funkcyjnej  -COOH wchodzą: grupa karbonylowa C=O i hydroksylowa -OH.

Własności kwasów karboksylowych wynikają w znacznym stopniu z polarnego charakteru grupy karbonylowej, co ułatwia dysocjację układu O-H. Wskutek bliskiego sąsiedztwa i wzajemnego oddziaływania żadna z tych grup nie zachowuje jednak swych niezależnych cech.

Duża różnica elektroujemności atomów tlenu z jednej strony, a węgla i wodoru z drugiej, powoduje powstanie polaryzacji wiązania O–H, dzięki której nabiera ono w znacznym stopniu charakteru wiązania jonowego.

Nazewnictwo

Tworzenie nazw polega na dodaniu do nazwy węglowodoru końcówki –owyi słowa kwas. Szeroko stosowane są też tradycyjne nazwy zwyczajowe tych związków.

W nazewnictwie zwyczajowym kolejne atomy węgla sąsiadujące z węglem grupy karboksylowej oznacza się kolejnymi literami greckimi (α, β, γ itd.). Atom węgla α w nazwie zwyczajowej odpowiada atomowi C-2 w nazwie systematycznej.

CC

CC

CC

O

OH

C

6 5 4 3 2 1

Jeśli zachodzi konieczność numeracji łańcucha, to grupa karboksylowa otrzymuje zawsze lokant l, np.:

CH3CH(CH3)COOH                     - kwas 2-metylopropanowy (izomasłowy)CH3CH=CHCOOH                        - kwas but-2-enowy

KWASY MONOKARBOKSYLOWE ALIFATYCZNE NASYCONE

Są to kwasy w cząsteczkach których występuje jedna grupa funkcyjna –COOH, a rodnik alkilowy jest nasycony.

Wzór ogólny

Przedstawiciele

Kwas metanowy - mrówkowy wzór sumaryczny: HCOOH wzór strukturalny:

Zasługuje na szczególną uwagę, gdyż posiada zarówno grupę karboksylową, jak i aldehydową.

Dzięki takiej budowie jest on jedynym kwasem szeregu homologicznego wykazującym właściwości redukujące.

( Daje pozytywny wynik próby Tollensa, z tym, że srebro wytrąca się w postaci czarnego osadu ,a kwas utlenia się do kwasu węglowego(IV).

Cząsteczkę kwasu mrówkowego łatwo utlenić:

Silne środki odwadniające powodują rozpad na CO i H2O:

OHCOHCOOH 22

[O]

OHCOCOOH 2

.)(stężSOH 42

Występowanie: w organizmach mrówek, w niektórych roślinach – pokrzywa.

Otrzymywanie na skalę przemysłową:

Na sproszkowany wodorotlenek sodu działa się tlenkiem węgla (II) / pod ciśnieniem i temp. 120 – 150oC/: NaOH + CO → HCOONa ( mrówczan sodu)Następnie na mrówczan działa się kwasem siarkowym(VI).

Kwas etanowy – octowy

wzór sumaryczny: CH3COOH wzór strukturalny:

Otrzymywanie:

Duże ilości otrzymuje się w wyniku suchej destylacji drewna.

Główna metoda: synteza kwasu z wody i acetylenu ( metoda Kuczerowa).

Do celów spożywczych: w procesie fermentacji octowej

KWASY MONOKARBOKSYLOWE ALIFATYCZNE NIENASYCONE

Wzór ogólny dla kwasów jednonienasyconych:

Kwas akrylowy (kwas prop-2-enowy)

Ze względu na to, że łatwo polimeryzuje jest stosowany w przemyśle do otrzymywania tworzyw sztucznych - poliakrylanów i kwasu poliakrylowego oraz do produkcji żywic akrylowych.

C2H3COOH CH2=CH–COOH

Ważniejsze nienasycone kwasy tłuszczowe (NNKT)

Technologie syntezy

KWASY DIKARBOKSYLOWE

Są to kwasy karboksylowe zawierające dwie grupy karboksylowe (-COOH).

Nazwy systematyczne najprostszych kwasów tworzy się przez dodanie końcówki -odiowy do nazwy alkanu zawierającego tyle atomów węgla, co dany kwas. Gdy grupy -COOH są połączone z pierścieniem - przyrostek - dikarboksylowy.

Kwas szczawiowy ( kwas etanodiowy) najprostszy kwas dikarboksylowy.Wzór : C2H2O4 ; HCOO-COOH

Kwas bursztynowy (kwas 1,4-butanodiowy )

Wzór: (CH2COOH)2

AROMATYCZNE KWASY KARBOKSYLOWE

Są to kwasy w których grupa karboksylowa związana jest z pierścieniem aromatycznym.

Kwas benzoesowy (kwas benzenokarboksylowy)

C6H5COOH

Bezpośrednie przyłączenie grupy karboksylowej do pierścienia aromatycznego modyfikuje własności grupy karboksylowej, a także modyfikuje własności ugrupowania aromatycznego, co się przejawia różną reaktywnością alifatycznych i aromatycznych kwasów organicznych.

Kwas ftalowy ( benzeno -1,2– dikarboksylowy)

C6H4(COOH)2

OTRZYMYWANIE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH

A Utlenianie alkoholi I – rzędowych

silnym utleniaczem

B W wyniku łagodnego utleniania odpowiednich aldehydów

C Utlenianie alkenów

D Utlenianie węglowodorów aromatycznych z łańcuchem bocznym

E Hydroliza estrów

F Hydroliza amidów

G Hydroliza bezwodników kwasowych

kwas

utlenianie

alkohol

RCOOHOHRCH][

2

COOHRCOOHR2OCHRCHR 21221

Na skalę przemysłową kwasy karboksylowe otrzymuje się w wyniku katalitycznego utleniania odpowiednich węglowodorów.

OHRCOOHROHCOORR 21221

322 NHRCOOHOHRCONH

RCOOHOHORCO 222 )(

O7HSOK)(SOCr3RCOOHSO4HOCrKOH3RCH 242342427222

+ 2 Cu(OH)2+ Cu2O + 2 H2O

granatowy osad ceglasty osad

kwas octowy/kwas karboksylowy/

etanal/aldehyd/

CH3 C

O

H CH3 C

O

OHT.

A

B

+ Ag2O

kwas octowy/kwas karboksylowy/

etanal/aldehyd/

+ 2 AgCH3 C

O

HNH3

CH3 C

O

OH

O

R

O

O R

H

H

O

R O

O

OH R

H

..

O

R OH

O

OH R:..

C C O: C -:

..+ + C+ C C+

bezwodnik kwas

G

WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE

A Reakcje polegające na rozerwaniu wiązania O-H

Przesunięcie elektronów wiązań H-O oraz O-C ułatwia oddzielenie protonu i tym samym nadaje związkowi charakter kwasowy.

Na ogół kwasy karboksylowe są słabymi kwasami, ich stopień dysocjacji jest niewielki i wraz ze wzrostem rodnika alkilowego zmniejsza się.Najmocniejszym kwasem jest kwas mrówkowy > kwas benzoesowy > kwas octowy

1. Dysocjacja elektrolityczna HRCOORCOOH

Kwasowość kwasów alifatycznych maleje w miarę wydłużania łańcucha węglowego.

2233 H ZnCOO)(CH Zn COOH 2CH

OHCOONaCHNaOH COOH CH 233

O H COONHCHOHNH COOH CH 24343

OHCuCOO)(CHCuOCOOH2CH 2233

222333 CO O HCa COO)(CHCaCOCOOH 2CH

Kwasy karboksylowe dają sole w reakcjach z:aktywnymi metalami, tlenkami metali, wodorotlenkami, węglanami i wodorowęglanami (kwas mrówkowy i octowy są mocniejsze od kwasu węglowego(IV)).

2. Tworzenie soli

B Reakcje polegające na rozerwaniu wiązania C-O

Grupa hydroksylowa karboksylu daje się dość łatwo zastąpić chlorem, grupą aminową bądź resztą alkoholową dając chlorki kwasowe, amidy i estry.

Reakcja polega na przyłączeniu czynnika nukleofilowego do atomu węgla grupy karboksylowej, w dalszym zaś etapie na rozerwaniu wiązania C-O.

1. Tworzenie estrów

Kwasy reagują z alkoholami dając estry, w których grupa hydroksylowa kwasu zastąpiona jest rodnikiem alkoksylowym (-OR1)

OHCH3

CH3 OHCH2

C

O

CH2

OCH3

CH3 CH2

C

O

CH2

H++ + H2O

R C

OH

O

R C

OH

O H+

R C

O

O R'

HR C

O

O R'

R C

OH

OH

O R'

H

+R C

O

OH2

O R'

H

+

+

H-O-R'+ H+ - H2O

- H+

..

:..

.. :

2. Tworzenie amidów

Amidy można zdefiniować jako pochodne kwasów, w których grupa hydroksylowa została zastąpiona grupą –NH2

1.W wyniku działania amoniaku na kwas otrzymujemy sól amonową R-COONH4 :

43(aq) RCOONHNHRCOOH

2. Ogrzewanie soli amonowych wobec środków odwadniających prowadzi do dehydratacji i powstania amidów kwasowych:

OHRCONHRCOONH 22

T

4

2. Tworzenie chlorków kwasowych

CH2

CH2 C

OH

OCH3 CH2

CH2 C

Cl

OCH3PCl5, PCl3 lub SOCl2

Działając na kwasy karboksylowe PCl5, PCl3 lub chlorkiem tionylu SOCl2

dochodzi do wymiany grupy –OH na fluorowiec i powstania chlorków kwasowych

HClSORCOClSOClRCOOH

POH3RCOClPCl3RCOOH

HClPOClRCOClPClRCOOH

22

333

35

Łagodna dehydratacja kwasów karboksylowych prowadzi do otrzymania bezwodników.

Szczególnie łatwo ulegają tej reakcji kwasy dikarboksylowe.

C. Dekarboksylacja

Cząsteczka kwasu rozkłada się z wydzieleniem dwutlenku węgla.

Dekarboksylacja kwasów zachodzi dość trudno.HRCORCOOH 2

ΔT

Dekarboksylacja kwasów przebiega łatwo, gdy przy węglu w położeniu α znajduje się podstawnik elektroujemny.

W przypadku kwasów bardziej odpornych na temperaturę dekarboksylację przeprowadza się prażąc sole sodowe kwasu z alkaliami.

D. Reakcje przebiegające na atomie C w położeniu α

Gdy na kwas karboksylowy podziałamy chlorem lub bromem, w obecności niewielkiej ilości fosforu czerwonego, przy węglu α następuje wymiana wodoru na fluorowiec.

HBrCHBrCOOHCHBrCOOHCHCHP

3223

Wprowadzony fluorowiec łatwo daje się zastąpić takimi nukleofilowymi podstawnikami jak:

-OH, -CN, -J, -NH2

Redukcja kwasów karboksylowych do aldehydów i następnie do alkoholi

Redukcja kwasów do alkoholi ma znaczenie praktyczne ze względu na dostępność niektórych kwasów w wyniku hydrolizy tłuszczów.Doskonałym reduktorem jest LiAlH4 (tetrahydroglinian litu ) RCOOH R CH2OH

Redukcja kwasów karboksylowych

Redukcja kwasów karboksylowych przebiega opornie.

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH

Silna polaryzacja wiązań w obrębie grupy karboksylowej powoduje, że kwasy organiczne w nawet silnie rozcieńczonych roztworach występują w postaci dimerów, powiązanych wiązaniami wodorowymi. Te silne oddziaływania międzycząsteczkowe są powodem, że większość kwasów organicznych jest krystalicznymi ciałami stałymi, mimo że formalna masa molowa wskazywałaby raczej na stan ciekły oraz wykazują wysoką temperaturę wrzenia.

Kwasy o niskich masach molowych są dobrze rozpuszczalne w wodzie, natomiast wyższe kwasy są praktycznie w wodzie nierozpuszczalne

-asocjacja pomiędzy cząsteczkami kwasów karboksylowych

-asocjacja pomiędzy wodą i kwasem

Bibliografia

„ Repetytorium z chemii” M. Klimaszewska

„ Chemia organiczna” S. Korzeń

www.chemorganiczna.com

http://wikipedia.pl/