Kwasy karboksylowe.pdf

Cz. XXV - Kwasy karboksylowe

Def. Kwasy karboksylowe to związki, których cząsteczki zawierają jedną lub więcej grup

karboksylowych - COOH ( - C - OH ) , atom C w grupie funkcyjnej jest na hybrydyzacji

sp 2 , również tlen w grupie karbonylowej (= C = O ) jest również na hybrydyzacji sp2, tlen ten

zwiększa polaryzację wiązana - O - H , co ułatwia rozpad heterolityczny grupy

hydroksylowej z odszczepieniem kationu H + :

O O

// //

- C - O H ↔ - C - O - + H +

1. Klasyfikacja kwasów karboksylowych :

a) Nasycone alifatyczne C n-1 H (2n-1) - COOH

 H - COOH - kwas metanowy (mrówkowy),

 CH 3 - COOH - kwas etanowy (octowy),

 CH 3 - CH 2 - COOH - kwas propanowy (propionowy)

 CH 3 - CH 2 - CH 2 - COOO - kwas butanowy (masłowy),

 CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - COOH - kwas pentanowy (walerianowy).

Uwaga ; węgiel w grupie karboksylowej należy do głównego łańcucha węglowego

i ma przypisany lokant 1 .

b) Nienasycone alifatyczne

 3 CH 2 = 2 CH - 1 COOH - kwas prop- 2 -enowy (akrylowy),

 4 CH 2 = 3 CH - 2 CH 2 - 1 COOH - kwas but- 3 -enowy,

 4 CH ≡ 3 C - 2 CH 2 - 1 COOH - kwas but- 3- ynowy

c) Di karboksylowe

 COOH kwas szczawiowy (etanodiowy)

COOH

 COOH

H 2 C kwas propanodiowy (malonowy)

COOH

d) Aromatyczne

COOH

HOOC 5 1 COOH

4 2

HOOC COOH

Kwas benzoesowy Kwas benzeno- 1,2,4,5 - tetra karboksylowy

(benzenokarboksylowy)

e) Izomeria konstytucyjna - łańcuchowa (szkieletowa) kwasów

 5 CH 3 - 4 CH 2 - 3 CH 2 - 2 CH 2 - 1 COOH - kwas pentanowy (walerianowy).

 4 CH 3 - 3 CH 2 - 2 CH - 1 COOH - kwas 2 - metylo butanowy

CH 3

 4 CH 3 - 3 CH - 2 CH 2 - 1 COOH - kwas 3 - metylo butanowy

CH 3

 3 CH 3 - 2 C - 1 COOH - kwas 2,2 - di metylo propanowy

CH 3

2. Właściwości fizyczne kwasów karboksylowych

- Kwas metanowy, etanowy i propanowy są cieczami o ostrym zapachu, dobrze

rozpuszczalne w wodzie,

- Kwasy od 4 do 9 at. C w cząsteczce są oleistymi cieczami nierozpuszczalnymi

w wodzie, natomiast od 10 at. C są ciałami stałymi, bezwonnymi, również

nierozpuszczalnymi w wodzie:

R - C - OH

Grupa hydrofobowa grupa hydrofilowa

- wraz ze wzrostem liczby at. C w cząsteczce wzrasta temp. topnienia i wrzenia,

temp. są wyższe niż w przypadku odpowiednich węglowodorów, ponieważ kwasy

występują w postaci dimerów;

I O I - - - - -HO

// \

R - C C - R

\ //

OH - - - - - I O I

I - wolne pary elektronowe na atomie O,

- - - - : wiązanie wodorowe

3. Otrzymywanie kwasów karboksylowych

a) z soli kwasów karboksylowych

* 2CH 3 -COONa + H 2 SO 4 → 2CH 3 - COOH + Na 2 SO 4

b) utlenianie alkoholi 1 o , aldehydów, ketonów, alkanów :

* CH 3 - CH 2 - OH + 2[O] → CH 3 - COOH + H 2 O;

* CH 3 - CHO + [O] → CH 3 - COOH;

* CH 3 - CO - CH 3 + 3[O] → H-COOH + CH 3 - COOH (jako utleniaczy stosuje

się KMnO 4 , lub K 2 Cr 2 O 7 w środowisku H 2 SO 4 ),

* 2CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 3 + 5O 2 → 4CH 3 - COOH + 2H 2 O (kat: Mg, Co, temp.)

c) reakcja alkenów z CO i H 2 O (g) , temp., kat .

* CH 3 - CH = CH 2 + CO + H 2 O → CH 3 - CH 2 - CH 2 - COOH

d) hydroliza tłuszczów.

4. Właściwości chemiczne kwasów karboksylowych

a) dysocjacja elektrolityczna (jonowa)

R - COOH + H 2 O ↔H 3 O + + R-COO -

δ- O O _

// H 2 O

R δ+ C R - C + H +

O H

b) podstawnik w rodniku kwasowym zwiększa stałą dysocjacji (kwasowość),

ponieważ gęstość elektronowa przesuwa się w kierunku podstawnika (Cl, Br), co

powoduje ruchliwość wodoru w grupie - OH:

δ- O

Cl CH 2 δ+ C

O H

- im większa liczba podstawników tym większa stała dysocjacji, im bliżej

podstawnik grupy karboksylowej tym większa stała dysocjacji.

c) reakcja z halogenami (r. substytucji, w obecności uv )

* CH 3 - COOH + Cl 2 → CH 2 Cl - COOH + H Cl

Kwas etanowy kwas chloro etanowy (chlorooctowy)

d) dekarboksylacja kwasów karboksylowych - usunięcie cząsteczki CO 2 (reakcja

Kolbego w trakcie elektrolizy)

* CH 3 - CH 2 - CH 2 - COO H → CH 3 - CH 2 - CH 3 + CO 2

* HOOC - COOH → H- COOH + CO 2 ,

* HCOO - CH 2 - COOH → CH 3 - COOH + CO 2

e) reakcja z metalami, tlenkami metali, wodorotlenkami , reakcje podstawiania -

powstają odpowiednie sole

* 2CH 3 - COOH + Cu O → (CH 3 - COO ) 2 Cu + H 2 O, (temp.)

Etanian (octan) miedzi(II)

* 2H- COOH + 2 Na → 2H- COO Na + H 2 ,

Metanian (mrówczan) sodu

* 2CH 3 - CH 2 - COOH + K 2 O → 2CH 3 - CH 2 - COO K + H 2 O.

Propanian potasu

* COOH COO

| + Ca → | Ca + H 2 (szczawian wapnia)

COOH COO

Octany i mrówczany są dobrze rozpuszczalne w wodzie, jako sole słabych

kwasów i mocnych zasad ulegają hydrolizie anionowej , natomiast szczawiany

wapnia i magnezu nie są rozpuszczalne w wodzie.

f) tworzenie bezwodników kwasowych (w obecności substancji silnie

odwadniających, np. H 2 SO 4 )

O O

// //

CH 3 - C - O - H H 2 SO 4 CH 3 - C

O + H 2 O

CH 3 - C - O - H CH 3 - C

\\ \\

O O

g) reakcje w alkoholami i fenolami w obecności H + - reakcje estryfikacji

O O

// H 2 SO 4 //

CH 3 - C - OH + H - O - CH 3

CH 3 - C - O - CH 3 + H 2 O

5. Właściwości kwasów kwasu metanowego i etanowego :

- kwas metanowy jest kwasem najsilniejszym w szeregu homologicznym

nasyconych kwasów alifatycznych,

- cząsteczka kwasu metanowego zawiera grupę aldehydową i w odróżnieniu od

pozostałych kwasów karboksylowych daje pozytywną próbę Tollenasa

i Trommera .

6. Aromatyczne kwasy karboksylowe

COOH COOH COOH COOH CH 2 - COOH

| | CH 3 | |

CH 3

Kwas fenylo etanowy

Kwasy aromatyczne

Benzoesowy,

o - metylo benzoesowy,

m - metylo benzoesowy,

p - metylo benzoesowy



kwasy są ciałami stałymi, słabo lub nierozpuszczalnymi w wodzie, kwas

benzoesowy dobrze rozpuszcza się w gorącej wodzie,

 kwasy aromatyczne są kwasami silniejszymi od kwasów alifatycznych,

ponieważ w ich cząsteczkach występuje silniejsza polaryzacja wiązania O - H

w grupie hydroksylowej w wyniku oddziaływania pierścienia π

 wchodzą w reakcje z metalami, wodorotlenkami i tlenkami metali tworząc

odpowiednie sole, reagują z alkoholami tworząc estry,

 kwas benzoesowy ma właściwości bakteriobójcze, benzoesan sodu jest

stosowany do konserwacji przetworów mięsno-warzywnych, jako sól słabego

kwasu i silnej zasady ulega hydrolizie anionowej,

 tworzą bezwodniki, tak jak kwasy alifatyczne:

O O

\\ // O O

C C \\ //

\ / H 2 SO 4 C - O - C

O -H H - O

- H 2 O

Kwas benzoesowy

bezwodnik kwasu benzoesowego

 otrzymywanie kwasu benzoesowgo

* katalityczne utlenienie toluenu (metylobenzenu):

C 6 H 5 - CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 -COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O

C 6 H 5 -COOK + HCl → C 6 H 5 - COOH + KCl

7. Kwas szczawiowy

 substancja stała, krystaliczna, rozpuszczalna w wodzie, jest kwasem

silniejszym niż kwasy monokarboksylowe,

 otrzymywanie - katalityczne utlenianie glikolu (etano-1,2-diolu)

CH 2 - OH CHO COOH

| + 2[O]  | + 2[O]  | + 2H 2 O

CH 2 - OH CHO COOH

 kwas szczawiowy ma zastosowanie do bielenia tkanin, usuwania rdzy,

kamienia kotłowego, w przemyśle farbiarskim i skórzanym, przeróbce

drewna.

8. Wyższe kwasy karboksylowe:

a) nasycone:

- C 15 H 31 -COOH - palmitynowy (heksadekanowy),

- C 17 H 35 -COOH - stearynowy (oktadekanowy),

- C 16 H 33 - COOH - heptadekanowy.

b) nienasycone:

- C 17 H 33 -COOH - oleinowy (cis-oktadec-9-enowy),

- C 17 H 31 -COOH - linolowy (cis,cis- oktadeka-9,12-dienowy)

- C 17 H 29 -COOH - linolenowy (cis, cis, cis - 9,12,15-trienowy).

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: