Kwasy karboksylowe

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.
Nazewnictwo
Tworzenie nazw polega na dodaniu do nazwy węglowodoru końcówki –owy
i 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.
6
4
2
5
3
1
O
C
C
C
C
C
C
C
  


OH
Jeśli zachodzi konieczność numeracji łańcucha, to grupa karboksylowa otrzymuje
zawsze lokant l, np.:
CH3CH(CH3)COOH
CH3CH=CHCOOH
- kwas 2-metylopropanowy (izomasłowy)
- 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
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:
[O]
HCOOH CO2  H2O
Silne środki odwadniające powodują rozpad na CO i H2O:
COOH
H2SO4 (stęż.)

CO H2O
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)
C2H3COOH
CH2=CH–COOH
Ze względu na to, że łatwo polimeryzuje jest stosowany w przemyśle do
otrzymywania tworzyw sztucznych - poliakrylanów i kwasu poliakrylowego
oraz do produkcji żywic akrylowych.
Technologie syntezy
Ważniejsze nienasycone kwasy tłuszczowe (NNKT)
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.
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 benzoesowy (kwas benzenokarboksylowy)
C6H5COOH
Kwas ftalowy ( benzeno -1,2– dikarboksylowy)
C6H4(COOH)2
OTRZYMYWANIE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
Na skalę przemysłową kwasy karboksylowe otrzymuje się w wyniku
katalitycznego utleniania odpowiednich węglowodorów.
A
Utlenianie alkoholi I – rzędowych
silnym utleniaczem
RCH OH
2 

alkohol
[ utlenianie]
 
RCOOH


kwas
B
W wyniku łagodnego utleniania
odpowiednich aldehydów
C
Utlenianie alkenów
D
Utlenianie węglowodorów
aromatycznych z łańcuchem
bocznym
E
Hydroliza estrów
R1COOR2  H 2O  R1COOH  R2OH
F
Hydroliza amidów
RCONH 2  H 2O  RCOOH  NH3
G
Hydroliza bezwodników
kwasowych
( RCO )2 O  H 2O  2RCOOH
R1CH  CHR2 2O2  R1COOH  R2COOH
B
O
O
C H
etanal
/aldehyd/
H3 C
+
2 Cu(OH)2
C H
etanal
/aldehyd/
H3 C C OH +
kwas octowy
/kwas karboksylowy/
granatowy osad
O
H3 C
T.
+
Ag2O
NH3
O
H3 C
C
OH + 2 Ag
kwas octowy
/kwas karboksylowy/
Cu2O
+
2 H2O
ceglasty osad
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.
1. Dysocjacja elektrolityczna
RCOOH  RCOO   H 
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
Kwasowość kwasów alifatycznych
maleje w miarę wydłużania
łańcucha węglowego.
2. Tworzenie soli
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)).
2CH3COOH  Zn  (CH3COO)2 Zn  H 2
CH3COOH  NaOH  CH3COONa  H 2O
CH3COOH  NH4OH  CH3COONH4  H 2O
2CH3COOH  CuO  (CH3COO)2 Cu  H 2O
2CH3COOH  CaCO3  (CH3COO)2 Ca  H2O  CO2
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)
O
CH3
CH2
CH2
C
O
OH
+
HO
CH3
H+
CH3
CH2
CH2
C
O
CH3 + H O
2
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 :
RCOOH  NH3(aq)  RCOONH4
2. Ogrzewanie soli amonowych wobec środków odwadniających prowadzi do
dehydratacji i powstania amidów kwasowych:
T
RCOONH4  RCONH2  H 2O