خواص شیمیایی کربوکسیلیک اسیدها و روش های تهیه آمادگی برای آزمون دولتی واحد شیمی

تعریف

مواد آلی که مولکول های آنها حاوی یک یا چند گروه کربوکسیل متصل به یک رادیکال هیدروکربنی هستند نامیده می شوند. اسیدهای کربوکسیلیک.

سه عضو اول سری همولوگ اسیدهای کربوکسیلیک، از جمله اسید پروپیونیک، مایعاتی هستند که بوی تند دارند و در آب بسیار محلول هستند. همولوگ های زیر که با اسید بوتیریک شروع می شوند نیز مایعاتی هستند که دارای بوی نامطبوع قوی هستند، اما در آب کمی حل می شوند. اسیدهای بالاتر با تعداد اتم های کربن 10 یا بیشتر، جامد، بی بو و نامحلول در آب هستند. به طور کلی در یک سری همولوگ با افزایش وزن مولکولی، حلالیت در آب کاهش می یابد، چگالی کاهش می یابد و نقطه جوش افزایش می یابد (جدول 1).

جدول 1. سری همولوگ اسیدهای کربوکسیلیک.

تهیه اسیدهای کربوکسیلیک

کربوکسیلیک اسیدها از اکسیداسیون هیدروکربن های اشباع، الکل ها و آلدئیدها به دست می آیند. به عنوان مثال، اسید استیک - با اکسید کردن اتانول با محلول پرمنگنات پتاسیم در یک محیط اسیدی هنگام گرم شدن:

خواص شیمیایی اسیدهای کربوکسیلیک

خواص شیمیایی اسیدهای کربوکسیلیک در درجه اول با ویژگی های ساختار آنها تعیین می شود. بنابراین، اسیدهای محلول در آب می توانند به یون ها تجزیه شوند:

R-COOH↔R-COO - + H + .

به دلیل وجود یون H + در آب، طعم ترش دارند، قادر به تغییر رنگ نشانگرها و هدایت جریان الکتریکی هستند. در محلول آبی، این اسیدها الکترولیت های ضعیفی هستند.

اسیدهای کربوکسیلیک دارای خواص شیمیایی محلول اسیدهای معدنی هستند، به عنوان مثال. تعامل با فلزات (1)، اکسیدهای آنها (2)، هیدروکسیدها (3) و نمک های ضعیف (4):

2CH 3 -COOh + Zn → (CH 3 COO) 2 Zn + H 2 (1);

2CH 3 -COOH + CuO→ (CH 3 COO) 2 Cu + H 2 O (2);

R-COOH + KOH → R-COOK + H 2 O (3);

2CH 3 -COOH + NaHCO 3 → CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 (4).

یک ویژگی خاص کربوکسیلیک اسیدهای اشباع و غیر اشباع که توسط گروه عاملی آشکار می شود، برهمکنش با الکل ها است.

اسیدهای کربوکسیلیک هنگام گرم شدن و در حضور اسید سولفوریک غلیظ با الکل ها واکنش می دهند. به عنوان مثال، اگر اتیل الکل و کمی اسید سولفوریک به اسید استیک اضافه شود، پس از حرارت دادن، بوی اتیل استیک اسید (اتیل استات) ظاهر می شود:

CH 3 -COOH + C 2 H 5 OH ↔CH 3 -C(O)-O-C 2 H 5 + H 2 O.

یک ویژگی خاص اسیدهای کربوکسیلیک اشباع شده که توسط رادیکال آشکار می شود، واکنش هالوژناسیون (کلرزنی) است.

کاربرد اسیدهای کربوکسیلیک

اسیدهای کربوکسیلیک به عنوان ماده اولیه برای تولید کتون ها، اسید هالیدها، وینیل استرها و سایر کلاس های مهم ترکیبات آلی عمل می کنند.

اسید فرمیک به طور گسترده برای به دست آوردن استرهای مورد استفاده در عطرسازی، در صنعت چرم (دباغی چرم)، در صنعت نساجی (به عنوان ماده رنگرزی)، به عنوان حلال و نگهدارنده استفاده می شود.

محلول آبی (70 تا 80 درصد) اسید استیک را اسانس سرکه و محلول آبی 9-3 درصد را سرکه می‌گویند. اسانس اغلب برای به دست آوردن سرکه در خانه با رقیق کردن استفاده می شود.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

مثال 2

اسیدهای کربوکسیلیک- مواد آلی که مولکول های آنها حاوی یک یا چند گروه کربوکسیل است.

گروه کربوکسیل (به اختصار COOH) یک گروه عاملی از اسیدهای کربوکسیلیک است و از یک گروه کربونیل و یک گروه هیدروکسیل مرتبط تشکیل شده است.

کربوکسیلیک اسیدها بر اساس تعداد گروه های کربوکسیل به دو بازیک، دوبازیک و غیره تقسیم می شوند.

فرمول کلی اسیدهای کربوکسیلیک مونوبازیک R—COOH است. نمونه ای از اسید دی بازیک اسید اگزالیک HOOC—COOH است.

بر اساس نوع رادیکال، اسیدهای کربوکسیلیک به اشباع (به عنوان مثال، اسید استیک CH 3 COOH)، غیر اشباع [به عنوان مثال، اسید اکریلیک CH 2 = CH—COOH، اسید اولئیک CH 3 — (CH 2) 7 — CH تقسیم می شوند. =CH—(CH 2) 7 -COOH] و معطر (به عنوان مثال بنزوئیک C 6 H 5 -COOH).

ایزومرها و همولوگها

اسیدهای کربوکسیلیک اشباع مونوبازیک R-COOH ایزومرهای استرها (به اختصار R"-COOR") با تعداد اتم های کربن یکسان هستند. فرمول کلی برای هر دو C است. n H 2 n O2.

الگوریتم ترکیب نام اسیدهای کربوکسیلیک

1. ستون فقرات کربن را پیدا کنید - این طولانی ترین زنجیره اتم های کربن، از جمله اتم کربن گروه کربوکسیل است.
2. اتم های کربن را در زنجیره اصلی شماره گذاری کنید و از اتم کربن کربوکسیل شروع کنید.
3. ترکیب را با استفاده از الگوریتم هیدروکربن ها نام ببرید.
4. در پایان نام، پسوند «-ov»، پایان «آیا» و کلمه «اسید» را اضافه کنید.

در مولکول های کربوکسیلیک اسید پ-الکترون های اتم های اکسیژن گروه هیدروکسیل با الکترون های پیوند گروه کربونیل برهم کنش می کنند، در نتیجه قطبیت پیوند O-H افزایش می یابد، پیوند - در گروه کربونیل تقویت می شود، بار جزئی (+) در اتم کربن کاهش می یابد و بار جزئی (+) اتم هیدروژن افزایش می یابد.

دومی باعث ایجاد پیوندهای هیدروژنی قوی بین مولکول های کربوکسیلیک اسید می شود.

خواص فیزیکی اسیدهای کربوکسیلیک تک بازی اشباع تا حد زیادی به دلیل وجود پیوندهای هیدروژنی قوی بین مولکول ها (قوی تر از بین مولکول های الکل) است. بنابراین، نقطه جوش و حلالیت اسیدها در آب بیشتر از الکل های مربوطه است.

خواص شیمیایی اسیدها

تقویت پیوند در گروه کربونیل منجر به این واقعیت می شود که واکنش های افزودن برای اسیدهای کربوکسیلیک نامشخص است.

1. احتراق:
   

   CH 3 COOH + 2O 2 2CO 2 + 2H 2 O

2. خواص اسیدی
   به دلیل قطبیت بالای پیوند O-H، اسیدهای کربوکسیلیک در یک محلول آبی به طور قابل توجهی تجزیه می شوند (به طور دقیق تر، واکنش برگشت پذیر با آن):

   HCOOH HCOO - + H + (به طور دقیق تر HCOOH + H 2 O HCOO - + H 3 O +)

   
   تمام اسیدهای کربوکسیلیک الکترولیت های ضعیفی هستند. با افزایش تعداد اتم های کربن، قدرت اسیدها کاهش می یابد (به دلیل کاهش قطبیت پیوند O-H). در مقابل، ورود اتم های هالوژن به رادیکال هیدروکربنی منجر به افزایش قدرت اسید می شود. بله پشت سر هم

   HCOOH CH 3 COOH C 2 H 5 COOH

   
   قدرت اسیدها کاهش می یابد و در سری

   در حال افزایش است.

   اسیدهای کربوکسیلیک تمام خواص ذاتی اسیدهای ضعیف را نشان می دهند:

   Mg + 2CH 3 COOH (CH 3 COO) 2 Mg + H 2
   CaO + 2CH 3 COOH (CH 3 COO) 2 Ca + H 2 O
   NaOH + CH 3 COOH CH 3 COONa + H 2 O
   K 2 CO 3 + 2CH 3 COOH 2CH 3 COOK + H 2 O + CO 2

3. استریفیکاسیون (واکنش اسیدهای کربوکسیلیک با الکل ها که منجر به تشکیل استر می شود):
   
   الکل های پلی هیدریک مانند گلیسرول نیز می توانند وارد واکنش استری شوند. استرهای تشکیل شده توسط گلیسرول و اسیدهای کربوکسیلیک بالاتر (اسیدهای چرب) چربی هستند.

   چربی ها مخلوطی از تری گلیسیرید هستند. اسیدهای چرب اشباع شده (پالمتیک C 15 H 31 COOH، استئاریک C 17 H 35 COOH) چربی های جامد با منشاء حیوانی را تشکیل می دهند و اسیدهای چرب غیر اشباع (اولئیک C 17 H 33 COOH، لینولئیک C 17 H 31 COOH و غیره) چربی های مایع را تشکیل می دهند. (روغن) با منشاء گیاهی.

4. جایگزینی در یک رادیکال هیدروکربنی:
   
   جایگزینی در موقعیت - رخ می دهد.

   ویژگی اسید فرمیک HCOOH این است که این ماده یک ترکیب دو عملکردی است، هم یک اسید کربوکسیلیک و هم یک آلدهید است:
   
   بنابراین، اسید فرمیک، در میان چیزهای دیگر، با محلول آمونیاک اکسید نقره واکنش می دهد (واکنش آینه نقره، واکنش کیفی):
   

   HCOOH + Ag 2 O ( محلول آمونیاک ) CO 2 + H 2 O + 2 Ag

تهیه اسیدهای کربوکسیلیک

.
O

//
گروه اتم های -C را یک گروه کربوکسیل یا کربوکسیل می نامند.
\

اوه
اسیدهای آلی حاوی یک گروه کربوکسیل در مولکول تک باز هستند. فرمول کلی این اسیدها RCOOH است.

اسیدهای کربوکسیلیک حاوی دو گروه کربوکسیل دی بازیک نامیده می شوند. اینها برای مثال اسیدهای اگزالیک و سوکسینیک هستند.

همچنین کربوکسیلیک اسیدهای پلی بازیک حاوی بیش از دو گروه کربوکسیل وجود دارد. برای مثال، اسید سیتریک تری بازیک از جمله این موارد است. بسته به ماهیت رادیکال هیدروکربنی، کربوکسیلیک اسیدها به اشباع، غیراشباع و معطر تقسیم می شوند.

اسیدهای کربوکسیلیک اشباع یا اشباع شده، به عنوان مثال، اسید پروپانیک (پروپیونیک) یا اسید سوکسینیک از قبل آشنا هستند.

بدیهی است که کربوکسیلیک اسیدهای اشباع حاوی آن نیستند پ- پیوندها در یک رادیکال هیدروکربنی

در مولکول‌های کربوکسیلیک اسیدهای غیراشباع، گروه کربوکسیل با یک رادیکال هیدروکربنی غیراشباع و غیراشباع همراه است، برای مثال در مولکول‌های اکریلیک (پروپنوئیک) CH2=CH-COOH یا اولئیک CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2) 7-COOH و سایر اسیدها.

همانطور که از فرمول اسید بنزوئیک مشاهده می شود، معطر است، زیرا حاوی یک حلقه معطر (بنزن) در مولکول است.

نامگذاری و ایزومریسم

ما قبلاً اصول کلی تشکیل نام اسیدهای کربوکسیلیک و همچنین سایر ترکیبات آلی را در نظر گرفته ایم. اجازه دهید با جزئیات بیشتری در مورد نامگذاری اسیدهای کربوکسیلیک تک و دوبازیک صحبت کنیم. نام یک اسید کربوکسیلیک از نام آلکان مربوطه (آلکانی با تعداد اتم های کربن یکسان در مولکول) با اضافه کردن پسوند -ov، پایان -aya و کلمه اسید تشکیل شده است. شماره گذاری اتم های کربن با گروه کربوکسیل شروع می شود. مثلا:

بسیاری از اسیدها نیز از نظر تاریخی نام‌های تثبیت شده یا بی‌اهمیت دارند (جدول 6).

پس از اولین آشنایی با دنیای متنوع و جالب اسیدهای آلی، اسیدهای کربوکسیلیک مونوبازیک اشباع را با جزئیات بیشتری بررسی خواهیم کرد.

واضح است که ترکیب این اسیدها با فرمول کلی C n H 2n O2 یا C n H 2n + 1 COOH یا RCOOH منعکس خواهد شد.

خواص فیزیکی کربوکسیلیک اسیدهای تک باز اشباع شده

اسیدهای پایین تر، یعنی اسیدهایی با وزن مولکولی نسبتاً کوچک که حاوی حداکثر چهار اتم کربن در هر مولکول هستند، مایعاتی با بوی تند مشخص هستند (بوی اسید استیک را به خاطر بسپارید). اسیدهای حاوی 4 تا 9 اتم کربن مایعات روغنی چسبناک با بوی نامطبوع هستند. حاوی بیش از 9 اتم کربن در هر مولکول - جامداتی که در آب حل نمی شوند. نقطه جوش کربوکسیلیک اسیدهای تک باز اشباع با افزایش تعداد اتم های کربن در مولکول و در نتیجه با افزایش وزن مولکولی نسبی افزایش می یابد. به عنوان مثال، نقطه جوش اسید فرمیک 101 درجه سانتیگراد، اسید استیک 118 درجه سانتیگراد و اسید پروپیونیک 141 درجه سانتیگراد است.

ساده ترین اسید کربوکسیلیک، HCOOH فرمیک، با وزن مولکولی نسبی کوچک (46)، در شرایط عادی، مایعی با نقطه جوش 100.8 درجه سانتیگراد است. در عین حال، بوتان (MR(C4H10) = 58) در شرایط یکسان گازی است و دارای نقطه جوش 0.5- درجه سانتیگراد است. این اختلاف بین نقاط جوش و وزن‌های مولکولی نسبی با تشکیل دیمرهای کربوکسیلیک اسید توضیح داده می‌شود که در آن دو مولکول اسید توسط دو پیوند هیدروژنی به هم متصل می‌شوند. با در نظر گرفتن ساختار مولکول های کربوکسیلیک اسید، وقوع پیوندهای هیدروژنی مشخص می شود.

مولکول های اسیدهای کربوکسیلیک تک بازی اشباع شده حاوی یک گروه قطبی از اتم ها هستند - کربوکسیل (به این فکر کنید که چه چیزی باعث قطبیت این گروه عملکردی می شود) و یک رادیکال هیدروکربنی عملا غیر قطبی. گروه کربوکسیل به مولکول های آب جذب می شود و با آنها پیوند هیدروژنی ایجاد می کند.

اسیدهای فرمیک و استیک به طور نامحدود در آب محلول هستند. واضح است که با افزایش تعداد اتم ها در یک رادیکال هیدروکربنی، حلالیت اسیدهای کربوکسیلیک کاهش می یابد.

با دانستن ترکیب و ساختار مولکول های کربوکسیلیک اسید، درک و توضیح خواص شیمیایی این مواد برای ما دشوار نخواهد بود.

خواص شیمیایی

خصوصیات کلی کلاس اسیدها (اعم از آلی و معدنی) به دلیل وجود در مولکول های یک گروه هیدروکسیل است که دارای پیوند بسیار قطبی بین اتم های هیدروژن و اکسیژن است. این خواص برای شما کاملا شناخته شده است. اجازه دهید آنها را دوباره با استفاده از مثال اسیدهای آلی محلول در آب در نظر بگیریم.

1. تفکیک با تشکیل کاتیون های هیدروژن و آنیون های باقی مانده اسید. به طور دقیق تر، این فرآیند با معادله ای توصیف می شود که مشارکت مولکول های آب در آن را در نظر می گیرد.

تعادل تفکیک اسیدهای کربوکسیلیک به سمت چپ منتقل می شود، اکثریت قریب به اتفاق آنها الکترولیت های ضعیف هستند. با این وجود، طعم ترش، به عنوان مثال، اسیدهای فرمیک و استیک با تفکیک به کاتیون های هیدروژن و آنیون های باقی مانده های اسیدی توضیح داده می شود.

بدیهی است که وجود هیدروژن "اسیدی" در مولکول های اسیدهای کربوکسیلیک، یعنی هیدروژن گروه کربوکسیل، سایر خواص مشخصه را نیز تعیین می کند.

2. برهمکنش با فلزات در محدوده ولتاژ الکتروشیمیایی تا هیدروژن. بنابراین، آهن هیدروژن اسید استیک را کاهش می دهد:

2CH3-COOH + Fe -> (CHgCOO)2Fe + H2

3. برهمکنش با اکسیدهای اساسی برای تشکیل نمک و آب:

2R-COOH + CaO -> (R-COO)2Ca + H20

4. واکنش با هیدروکسیدهای فلزی برای تشکیل نمک و آب (واکنش خنثی سازی):

R-COOH + NaOH -> R-COONa + H20 3R-COOH + Ca(OH)2 -> (R-COO)2Ca + 2H20

5. تعامل با نمک اسیدهای ضعیف تر، با تشکیل اسیدهای دوم. بنابراین، اسید استیک اسید استئاریک را از استئارات سدیم و اسید کربنیک را از کربنات پتاسیم جایگزین می کند.

6. برهمکنش کربوکسیلیک اسیدها با الکلها برای تشکیل استرها، واکنش استریفیکاسیونی است که قبلاً برای شما شناخته شده است (یکی از مهمترین واکنشهای مشخصه کربوکسیلیک اسیدها). برهمکنش کربوکسیلیک اسیدها با الکل ها توسط کاتیون های هیدروژن کاتالیز می شود.

واکنش استری شدن برگشت پذیر است. تعادل به سمت تشکیل استر در حضور عوامل آبگیری و حذف استر از مخلوط واکنش تغییر می کند.

در واکنش معکوس استری که به آن هیدرولیز استر (واکنش یک استر با آب) می گویند، یک اسید و یک الکل تشکیل می شود. بدیهی است که الکل های پلی هیدریک، به عنوان مثال گلیسرول، همچنین می توانند با اسیدهای کربوکسیلیک واکنش دهند، یعنی وارد یک واکنش استریفیکاسیون شوند:

تمام اسیدهای کربوکسیلیک (به جز اسید فرمیک)، همراه با گروه کربوکسیل، حاوی یک باقیمانده هیدروکربنی در مولکول های خود هستند. البته، این نمی تواند بر خواص اسیدها تأثیر بگذارد، که توسط ماهیت باقیمانده هیدروکربن تعیین می شود.

7. واکنش های افزودن در یک پیوند چندگانه - اسیدهای کربوکسیلیک غیر اشباع وارد آنها می شوند. به عنوان مثال، واکنش افزودن هیدروژن، هیدروژناسیون است. هنگامی که اسید اولئیک هیدروژنه می شود، اسید استئاریک اشباع تشکیل می شود.

کربوکسیلیک اسیدهای غیر اشباع، مانند سایر ترکیبات غیراشباع، هالوژن ها را از طریق پیوند دوگانه اضافه می کنند. به عنوان مثال، اسید اکریلیک آب برم را تغییر رنگ می دهد.

8. واکنش های جایگزینی (با هالوژن ها) - اسیدهای کربوکسیلیک اشباع شده می توانند وارد آن شوند. به عنوان مثال، با واکنش اسید استیک با کلر، می توان اسیدهای کلردار مختلف را به دست آورد:

هنگام هالوژن کردن اسیدهای کربوکسیلیک حاوی بیش از یک اتم کربن در باقیمانده هیدروکربن، تشکیل محصولاتی با موقعیت های مختلف هالوژن در مولکول امکان پذیر است. هنگامی که یک واکنش از طریق مکانیسم رادیکال آزاد رخ می دهد، هر اتم هیدروژن موجود در باقیمانده هیدروکربن را می توان جایگزین کرد. اگر واکنش در حضور مقادیر کمی فسفر قرمز انجام شود، به طور انتخابی ادامه می یابد - هیدروژن فقط در آ- موقعیت (در نزدیکترین اتم کربن به گروه عاملی) در مولکول اسید. دلایل این انتخاب را هنگام تحصیل در رشته شیمی در یک موسسه آموزش عالی خواهید آموخت.

اسیدهای کربوکسیلیک هنگام جایگزینی گروه هیدروکسیل مشتقات عملکردی مختلفی را تشکیل می دهند. هنگامی که این مشتقات هیدرولیز می شوند، کربوکسیلیک اسید دوباره تشکیل می شود.

کلرید کربوکسیلیک اسید را می توان با واکنش کلرید فسفر (III) یا کلرید تیونیل (SOCl 2) با اسید تهیه کرد. انیدریدهای کربوکسیلیک اسید از واکنش انیدریدهای کلر با نمکهای کربوکسیلیک اسید تهیه می شوند. استرها از استری شدن کربوکسیلیک اسیدها با الکل ها تشکیل می شوند. استری شدن توسط اسیدهای معدنی کاتالیز می شود.

این واکنش با پروتونه شدن گروه کربوکسیل - برهمکنش یک کاتیون هیدروژن (پروتون) با جفت الکترون تنها اتم اکسیژن آغاز می شود. پروتوناسیون یک گروه کربوکسیل مستلزم افزایش بار مثبت اتم کربن در آن است:

روش های به دست آوردن

اسیدهای کربوکسیلیک را می توان با اکسیداسیون الکل ها و آلدئیدهای اولیه به دست آورد.

اسیدهای کربوکسیلیک معطر از اکسیداسیون همولوگ های بنزن تشکیل می شوند.

هیدرولیز مشتقات مختلف کربوکسیلیک اسید نیز تولید اسید می کند. بنابراین، هیدرولیز یک استر یک الکل و یک اسید کربوکسیلیک تولید می کند. همانطور که در بالا ذکر شد، واکنش های استریفیکاسیون و هیدرولیز کاتالیز شده با اسید قابل برگشت هستند. هیدرولیز استر تحت تأثیر محلول آبی قلیایی به طور غیرقابل برگشت انجام می شود؛ در این مورد، نه یک اسید، بلکه نمک آن از استر تشکیل می شود. در جریان هیدرولیز نیتریل ها ابتدا آمیدها تشکیل می شوند که سپس به اسید تبدیل می شوند. اسیدهای کربوکسیلیک از برهمکنش ترکیبات آلی منیزیم با مونوکسید کربن (IV) تشکیل می شوند.

نمایندگان منفرد اسیدهای کربوکسیلیک و اهمیت آنها

اسید فرمیک (متان) HCOOH مایعی با بوی تند و نقطه جوش 100.8 درجه سانتیگراد است که در آب بسیار محلول است. اسید فرمیک سمی است و در صورت تماس با پوست باعث سوختگی می شود! مایع گزنده ترشح شده از مورچه ها حاوی این اسید است. اسید فرمیک خاصیت ضدعفونی کنندگی دارد و به همین دلیل در صنایع غذایی، چرم و داروسازی و پزشکی کاربرد دارد. همچنین در رنگرزی پارچه و کاغذ استفاده می شود.

اسید استیک (اتانوئیک) CH3COOH مایعی بی رنگ با بوی تند مشخص است که به هر نسبت با آب قابل اختلاط است. محلول های آبی اسید استیک با نام سرکه (محلول 5-3 درصد) و اسانس سرکه (محلول 80-70 درصد) به بازار عرضه می شوند و در صنایع غذایی کاربرد فراوانی دارند. اسید استیک یک حلال خوب برای بسیاری از مواد آلی است و به همین دلیل در رنگرزی، دباغی و صنعت رنگ و لاک استفاده می شود. علاوه بر این، اسید استیک یک ماده خام برای تولید بسیاری از ترکیبات آلی مهم فنی است: به عنوان مثال، مواد مورد استفاده برای کنترل علف های هرز - علف کش ها - از آن به دست می آید.

اسید استیک جزء اصلی سرکه شراب است که بوی خاص آن به دلیل آن است. این محصول از اکسیداسیون اتانول است و زمانی که شراب در هوا ذخیره می شود از آن تشکیل می شود.

مهمترین نمایندگان اسیدهای مونبازیک اشباع بالاتر، اسیدهای پالمیتیک C15H31COOH و استئاریک C17H35COOH هستند. بر خلاف اسیدهای پایین تر، این مواد جامد هستند و در آب کم محلول هستند.

با این حال، نمک های آنها - استئارات ها و پالمیتات ها - بسیار محلول هستند و خاصیت شوینده دارند و به همین دلیل به آنها صابون نیز می گویند. واضح است که این مواد در مقیاس وسیع تولید می شوند.

از میان اسیدهای کربوکسیلیک غیراشباع بالاتر، اسید اولئیک C17H33COOH یا (CH2)7COOH بیشترین اهمیت را دارد. این یک مایع روغن مانند بدون طعم و بو است. نمک های آن به طور گسترده ای در فناوری استفاده می شود.

ساده ترین نماینده اسیدهای کربوکسیلیک دوبازیک اسید اگزالیک (اتاندیوئیک) HOOC-COOH است که نمک های آن در بسیاری از گیاهان مانند خاکشیر و خاکشیر یافت می شود. اسید اگزالیک یک ماده کریستالی بی رنگ است که به شدت در آب حل می شود. برای صیقل دادن فلزات، در صنایع چوب و چرم استفاده می شود.

1. اسید الایدیک غیر اشباع C17H33COOH یک ایزومر ترانس اولئیک اسید است. فرمول ساختاری این ماده را بنویسید.

2- معادله ای برای واکنش هیدروژناسیون اسید اولئیک بنویسید. محصول این واکنش را نام ببرید.

3- معادله ای برای واکنش احتراق اسید استئاریک بنویسید. چه حجمی از اکسیژن و هوا (n.a) برای سوزاندن 568 گرم اسید استئاریک لازم است؟

4. مخلوطی از اسیدهای چرب جامد - پالمیتیک و استئاریک - استئارین نامیده می شود (از آن است که شیاف استئارین ساخته می شود). اگر استئارین دارای جرم مساوی از اسیدهای پالمتیک و استئاریک باشد، برای سوزاندن شمع استئاریک دویست گرمی به چه حجمی از هوا (n.a.) نیاز است؟ در این حالت چه حجمی از دی اکسید کربن (n.o.) و جرم آب تشکیل می شود؟

5. مشکل قبلی را حل کنید به شرطی که شمع حاوی مقادیر مساوی (تعداد مول) اسید استئاریک و پالمیتیک باشد.

6. برای از بین بردن لکه های زنگ، آنها را با محلول اسید استیک درمان کنید. معادلات مولکولی و یونی را برای واکنش هایی که در این مورد رخ می دهد، با در نظر گرفتن اینکه زنگ حاوی اکسید آهن (III) و هیدروکسید - Fe2O3 و Fe(OH)3 است، ایجاد کنید. چرا چنین لکه هایی با آب پاک نمی شوند؟ چرا هنگام درمان با محلول اسید از بین می روند؟

7. جوش شیرین NaHC03 اضافه شده به خمیر بدون مخمر ابتدا با اسید استیک "خاموش" می شود. این واکنش را در خانه انجام دهید و معادله آن را بنویسید و بدانید که اسید کربنیک ضعیف تر از اسید استیک است. تشكيل كف را توضيح دهيد.

8. با دانستن اینکه کلر الکترونگاتیوتر از کربن است، اسیدهای استیک، پروپیونیک، کلرواستیک، دی کلرواستیک و تری کلرواستیک اسیدها را به ترتیب افزایش خواص اسیدی ترتیب دهید. نتیجه خود را توجیه کنید

9. چگونه می توان توضیح داد که اسید فرمیک در یک واکنش "آینه نقره ای" واکنش می دهد؟ معادله ای برای این واکنش بنویسید. در این حالت چه گازی می تواند آزاد شود؟

10. هنگامی که 3 گرم کربوکسیلیک اسید مونوبازیک اشباع با منیزیم اضافی واکنش داد، 560 میلی لیتر (n.s.) هیدروژن آزاد شد. فرمول اسید را تعیین کنید.

11. معادلات واکنشی را ارائه دهید که بتوان از آنها برای توصیف خواص شیمیایی اسید استیک استفاده کرد. محصولات این واکنش ها را نام ببرید.

12. یک روش آزمایشگاهی ساده را پیشنهاد دهید که بوسیله آن بتوانید اسیدهای پروپانیک و اکریلیک را بشناسید.

13- معادله ای برای واکنش تولید متیل فورمات - استر متانول و اسید فرمیک بنویسید. این واکنش در چه شرایطی باید انجام شود؟

14. فرمول های ساختاری مواد را با ترکیب C3H602 بسازید. آنها را می توان به چه دسته هایی از مواد طبقه بندی کرد؟ معادلات واکنش مشخصه هر یک از آنها را بیاورید.

15. ماده A - ایزومر اسید استیک - در آب نامحلول است، اما می تواند تحت هیدرولیز قرار گیرد. فرمول ساختاری ماده A چیست؟ محصولات هیدرولیز آن را نام ببرید.

16. فرمول های ساختاری مواد زیر را بسازید:

الف) متیل استات؛
ب) اسید اگزالیک؛
ج) اسید فرمیک؛
د) دی کلرواستیک اسید.
ه) استات منیزیم؛
و) اتیل استات.
g) اتیل فرمت؛
ح) اکریلیک اسید.

17*. نمونه ای از اسید آلی مونوبازیک اشباع شده با وزن 3.7 گرم با محلول آبی بی کربنات سدیم خنثی شد. با عبور گاز آزاد شده از آب آهک، 0/5 گرم رسوب به دست آمد. چه اسیدی گرفته شد و چه حجمی از گاز آزاد شد؟

اسیدهای کربوکسیلیک در طبیعت

کربوکسیلیک اسیدها در طبیعت بسیار رایج هستند. آنها در میوه ها و گیاهان یافت می شوند. آنها در سوزن، عرق، ادرار و آب گزنه وجود دارند. می دانید، معلوم می شود که بخش عمده ای از اسیدها استرهایی را تشکیل می دهند که دارای بو هستند. بنابراین، بوی اسید لاکتیک که در عرق انسان وجود دارد، پشه‌ها را به خود جذب می‌کند و آن‌ها آن را از فاصله بسیار زیادی حس می‌کنند. بنابراین، هر چقدر هم که سعی کنید پشه مزاحم را از خود دور کنید، باز هم قربانی خود را به خوبی احساس می کند. علاوه بر عرق انسان، اسید لاکتیک در ترشی ها و کلم ترش یافت می شود.

و میمون های ماده برای جذب نر، اسید استیک و پروپیونیک ترشح می کنند. بینی حساس سگ بوی اسید بوتیریک را می دهد که غلظت آن بین 10 تا 18 گرم بر سانتی متر مکعب است.

بسیاری از گونه های گیاهی قادر به تولید اسید استیک و بوتیریک هستند. و برخی از علف های هرز از این امر سوء استفاده می کنند و با رهاسازی مواد، رقبای خود را از بین می برند و رشد آنها را سرکوب می کنند و گاه باعث مرگ آنها می شوند.

هندی ها نیز از اسید استفاده می کردند. برای از بین بردن دشمن، تیرها را با سم مهلکی آغشته کردند که معلوم شد مشتقات اسید استیک است.

و در اینجا یک سوال طبیعی مطرح می شود: آیا اسیدها برای سلامتی انسان خطری دارند؟ از این گذشته، اسید اگزالیک که در طبیعت گسترده است و در ترشک، پرتقال، مویز و تمشک یافت می شود، به دلایلی در صنایع غذایی کاربرد پیدا نکرده است. معلوم می شود که اسید اگزالیک دویست برابر قوی تر از اسید استیک است و حتی می تواند ظروف را خورده کند و نمک های آن با تجمع در بدن انسان باعث ایجاد سنگ می شود.

اسیدها کاربرد گسترده ای در تمام زمینه های زندگی انسان پیدا کرده اند. آنها در پزشکی، آرایشی و بهداشتی، صنایع غذایی، کشاورزی و برای نیازهای خانگی استفاده می شوند.

برای اهداف پزشکی از اسیدهای آلی مانند لاکتیک، تارتاریک و اسکوربیک استفاده می شود. احتمالاً هر یک از شما از ویتامین C برای تقویت بدن استفاده کرده اید - این دقیقاً اسید اسکوربیک است. این نه تنها به تقویت سیستم ایمنی بدن کمک می کند، بلکه توانایی حذف مواد سرطان زا و سموم را از بدن دارد. اسید لاکتیک برای کوتریزاسیون استفاده می شود، زیرا رطوبت بالایی دارد. اما اسید تارتاریک به عنوان یک ملین ملایم، به عنوان یک پادزهر برای مسمومیت با قلیایی، و به عنوان یک جزء ضروری برای آماده سازی پلاسما برای انتقال خون عمل می کند.

اما طرفداران روش های زیبایی باید بدانند که اسیدهای میوه موجود در مرکبات تأثیر مفیدی بر پوست دارند، زیرا با نفوذ به عمق می توانند روند نوسازی پوست را تسریع کنند. علاوه بر این، بوی مرکبات اثر مقوی روی سیستم عصبی دارد.

آیا توجه کرده اید که انواع توت ها مانند کرن بری و لینگونبری برای مدت طولانی نگهداری می شوند و تازه می مانند. میدونی چرا؟ به نظر می رسد که آنها حاوی اسید بنزوئیک هستند که یک نگهدارنده عالی است.

اما در کشاورزی، اسید سوکسینیک استفاده گسترده ای پیدا کرده است، زیرا می توان از آن برای افزایش بهره وری گیاهان زراعی استفاده کرد. همچنین می تواند رشد گیاهان را تحریک کرده و رشد آنها را تسریع کند.

روی میز 19.10 برخی از ترکیبات آلی مربوط به اسیدهای کربوکسیلیک را نشان می دهد. یکی از ویژگی های اسیدهای کربوکسیلیک وجود اسید کربوکسیلیک در آنها است.

جدول 19.10. اسیدهای کربوکسیلیک

(به اسکن مراجعه کنید)

گروه عملکردی یک گروه کربوکسیل شامل یک گروه کربونیل است که به یک گروه هیدروکسیل پیوند دارد. اسیدهای آلی با یک گروه کربوکسیل اسیدهای مونوکربوکسیلیک نامیده می شوند. نام سیستماتیک آنها پسوند -ov(aya) است. اسیدهای آلی با دو گروه کربوکسیل اسید دی کربوکسیلیک نامیده می شوند. نام سیستماتیک آنها پسوند -diov(aya) است.

اسیدهای مونو کربوکسیلیک آلیفاتیک اشباع یک سری همولوگ را تشکیل می دهند که با فرمول کلی مشخص می شود. اسیدهای دی کربوکسیلیک آلیفاتیک غیراشباع می توانند به شکل ایزومرهای هندسی مختلف وجود داشته باشند (به بخش 17.2 مراجعه کنید).

مشخصات فیزیکی

اعضای پایینی سری همولوگ اسیدهای مونو کربوکسیلیک اشباع در شرایط عادی مایعاتی با بوی تند مشخص هستند. به عنوان مثال، اسید اتانوئیک (استیک) دارای بوی خاص "سرکه" است. اسید استیک بی آب یک مایع در دمای اتاق است. منجمد می شود و تبدیل به ماده ای یخی به نام اسید استیک یخ می شود.

تمام اسیدهای دی کربوکسیلیک در جدول ذکر شده است. 19.10، در دمای اتاق آنها مواد کریستالی سفید هستند. اعضای پایینی سری اسیدهای مونوکربوکسیلیک و دی کربوکسیلیک در آب محلول هستند. حلالیت اسیدهای کربوکسیلیک با افزایش وزن مولکولی نسبی آنها کاهش می یابد.

در حالت مایع و در محلول های غیر آبی، مولکول های اسیدهای مونو کربوکسیلیک در نتیجه تشکیل پیوند هیدروژنی بین آنها دیمر می شوند:

پیوند هیدروژنی در اسیدهای کربوکسیلیک قویتر از الکلها است. این با قطبیت بالای گروه کربوکسیل به دلیل خروج الکترون ها از اتم هیدروژن به سمت اتم اکسیژن کربونیل توضیح داده می شود:

در نتیجه، اسیدهای کربوکسیلیک دارای نقطه جوش نسبتاً بالایی هستند (جدول 19.11).

جدول 19.11. نقطه جوش اسید استیک و الکل ها با وزن مولکولی نسبی مشابه

روش های آزمایشگاهی به دست آوردن

اسیدهای مونو کربوکسیلیک را می توان از الکل ها و آلدئیدهای اولیه با اکسیداسیون با استفاده از محلول اسیدی شده دی کرومات پتاسیم به دست آورد:

اسیدهای مونو کربوکسیلیک و نمک های آنها را می توان با هیدرولیز نیتریل ها یا آمیدها به دست آورد:

تهیه اسیدهای کربوکسیلیک از طریق واکنش با معرف های گریگنارد و دی اکسید کربن در بخش توضیح داده شده است. 19.1.

بنزوئیک اسید را می توان با اکسیداسیون زنجیره جانبی متیل متیل بنزن تهیه کرد (به بخش 18.2 مراجعه کنید).

علاوه بر این، اسید بنزوئیک را می توان از بنزآلدئید با استفاده از واکنش Cannischaro تهیه کرد. در این واکنش، بنزآلدئید با محلول هیدروکسید سدیم 40-60 درصد در دمای اتاق درمان می شود. اکسیداسیون و کاهش همزمان منجر به تشکیل اسید بنزوئیک و بر این اساس، فنیل متانول می شود:

اکسیداسیون

واکنش Cannizzaro مشخصه آلدئیدهایی است که اتم هیدروژن ندارند. این نامی است که به اتم های هیدروژن متصل به اتم کربن مجاور گروه آلدهید داده می شود:

از آنجایی که متانال اتم هیدروژن ندارد، می تواند تحت واکنش Cannizzaro قرار گیرد. آلدئیدهای حاوی حداقل یک اتم هیدروژن در حضور محلول هیدروکسید سدیم تحت تراکم آلدول کاتالیز شده با اسید قرار می گیرند (به بالا مراجعه کنید).

خواص شیمیایی

اگرچه گروه کربوکسیل حاوی یک گروه کربونیل است، اسیدهای کربوکسیلیک تحت برخی از واکنش هایی که با آلدهیدها و کتون ها رخ می دهد، نمی شوند. به عنوان مثال، آنها تحت واکنش های افزودن یا تراکم قرار نمی گیرند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که اتم

کربن در گروه کربوکسیل دارای بار مثبت کمتری نسبت به گروه آلدهید یا کتو است.

اسیدیته دور کردن چگالی الکترون از اتم هیدروژن کربوکسیل باعث تضعیف پیوند O-H می شود. در نتیجه، گروه کربوکسیل قادر به انتزاع (از دست دادن) یک پروتون است. بنابراین، اسیدهای مونوکربوکسیلیک مانند اسیدهای مونوبازیک رفتار می کنند. در محلول های آبی این اسیدها تعادل زیر برقرار است:

یون کربوکسیلات را می توان ترکیبی از دو ساختار تشدید در نظر گرفت:

در غیر این صورت می توان آن را به عنوان

جابجایی الکترون بین اتم های گروه کربوکسیلات باعث تثبیت یون کربوکسیلات می شود. بنابراین اسیدهای کربوکسیلیک بسیار اسیدی تر از الکل ها هستند. با این حال، به دلیل ماهیت کووالانسی مولکول های کربوکسیلیک اسید، تعادل فوق به شدت به سمت چپ منتقل می شود. بنابراین کربوکسیلیک اسیدها اسیدهای ضعیفی هستند. به عنوان مثال، اسید اتانوئیک (استیک) با ثابت اسیدیته مشخص می شود

جایگزین های موجود در یک مولکول کربوکسیلیک اسید به دلیل اثر القایی که ایجاد می کنند، اسیدیته آن را بسیار تحت تاثیر قرار می دهند. جانشین‌هایی مانند کلر چگالی الکترون را به سمت خود می‌کشند و در نتیجه یک اثر القایی منفی ایجاد می‌کنند. کشیدن چگالی الکترون از اتم هیدروژن کربوکسیل منجر به افزایش اسیدیته کربوکسیلیک اسید می‌شود. در مقابل، جانشین هایی مانند گروه های آلکیل دارای خواص الکترون دهنده هستند و یک اثر القایی مثبت ایجاد می کنند.آنها اسید کربوکسیلیک را ضعیف می کنند:

اثر جانشین ها بر اسیدیته کربوکسیلیک اسیدها به وضوح در مقادیر تعدادی از اسیدهای نشان داده شده در جدول آشکار می شود. 19.12.

جدول 19.12. مقادیر کربوکسیلیک اسید

تشکیل املاح کربوکسیلیک اسیدها تمام خواص اسیدهای معمولی را دارند. آنها با فلزات فعال، بازها، قلیاها، کربنات ها و بی کربنات ها واکنش می دهند و نمک های مربوطه را تشکیل می دهند (جدول 19.13). واکنش های نشان داده شده در این جدول مشخصه اسیدهای کربوکسیلیک محلول و نامحلول است.

مانند سایر نمک‌های اسیدهای ضعیف، نمک‌های کربوکسیلات (نمک‌های اسیدهای کربوکسیلیک) با اسیدهای معدنی که بیش از حد دریافت می‌شوند واکنش داده و اسیدهای کربوکسیلیک اصلی را تشکیل می‌دهند. به عنوان مثال، هنگامی که یک محلول هیدروکسید سدیم به سوسپانسیون اسید بنزوئیک نامحلول در آب اضافه می شود، اسید به دلیل تشکیل بنزوات سدیم حل می شود. اگر اسید سولفوریک به محلول حاصل اضافه شود، اسید بنزوئیک رسوب می کند:

جدول 19.13. تشکیل نمک از اسیدهای کربوکسیلیک

استری شدن هنگامی که مخلوطی از کربوکسیلیک اسید و الکل در حضور اسید معدنی غلیظ گرم می شود، یک استر تشکیل می شود. این فرآیند که استریفیکاسیون نامیده می شود، نیازمند تجزیه مولکول های الکل است. دو احتمال وجود دارد.

1. تقسیم آلکوکسی هیدروژن. در این حالت، اتم اکسیژن الکل (از گروه هیدروکسیل) وارد مولکول اتر حاصل می شود:

2. برش آلکیل هیدروکسیل. در این نوع شکاف، اتم اکسیژن الکل وارد یک مولکول آب می شود:

اینکه کدام یک از این موارد به طور خاص محقق می شود را می توان به طور تجربی با انجام استریفیکاسیون با استفاده از الکل حاوی ایزوتوپ 180 تعیین کرد (به بخش 1.3 مراجعه کنید). با استفاده از برچسب ایزوتوپی تعیین وزن مولکولی نسبی استر حاصل با استفاده از طیف سنجی جرمی نشان می دهد که آیا برچسب ایزوتوپی اکسیژن-18 در آن وجود دارد یا خیر. به این ترتیب، کشف شد که استری شدن با مشارکت الکل های اولیه منجر به تشکیل استرهای نشاندار می شود:

این نشان می دهد که مولکول متانول در طی واکنش مورد بررسی تحت تجزیه متوکسی هیدروژن قرار می گیرد.

هالوژناسیون اسیدهای کربوکسیلیک با پنتاکلرید فسفر و دی کلرید اکسید گوگرد واکنش داده و کلریدهای اسیدی اسیدهای مربوطه را تشکیل می دهند. مثلا

هم بنزوئیل کلرید و هم اکسید تری کلرید فسفر مایعاتی هستند که باید از یکدیگر جدا شوند. بنابراین، برای کلرزنی اسیدهای کربوکسیلیک، استفاده از دی کلرید اکسید گوگرد راحت تر است: این امر باعث می شود به راحتی کلرید هیدروژن گازی و دی اکسید گوگرد را از کلرید کربوکسیلیک اسید مایع حذف کنید:

با دمیدن کلر از طریق جوشاندن اسید استیک در حضور کاتالیزورهایی مانند فسفر قرمز یا ید و تحت تأثیر نور خورشید.

اسید مونوکلرواتانوئیک (مونوکلرواستیک) تشکیل می شود:

کلرزنی بیشتر منجر به تشکیل محصولات غیر جایگزین و سه جایگزین می شود:

بهبود. هنگام واکنش با لیتیوم در دی اتیل اتر خشک، کربوکسیلیک اسیدها را می توان به الکل های مربوطه کاهش داد. ابتدا یک واسطه آلکوکسید تشکیل می شود که هیدرولیز آن منجر به تشکیل الکل می شود:

اسیدهای کربوکسیلیک توسط بسیاری از عوامل کاهنده رایج کاهش نمی یابند. این اسیدها را نمی توان بلافاصله به آلدئیدهای مربوطه احیا کرد.

اکسیداسیون. به استثنای اسیدهای متان (فرمیک) و اتانوئیک (استیک)، سایر اسیدهای کربوکسیلیک به سختی اکسید می شوند. اسید فرمیک و نمک های آن (فرمات ها) توسط پرمنگنات پتاسیم اکسید می شوند. اسید فرمیک قادر به کاهش معرف Fehling است و هنگامی که در مخلوطی با محلول آبی آمونیاک نیترات نقره گرم می شود، یک "آینه نقره ای" را تشکیل می دهد. اکسیداسیون اسید فرمیک دی اکسید کربن و آب تولید می کند:

اسید اتاندیوئیک (اگزالیک) نیز توسط پرمنگنات پتاسیم اکسید می شود و دی اکسید کربن و آب را تشکیل می دهد:

کم آبی بدن تقطیر یک اسید کربوکسیلیک با نوعی ماده خشک‌کننده، مثلاً یک اکسید، منجر به شکافتن یک مولکول آب از دو مولکول اسید و تشکیل یک انیدرید کربوکسیلیک اسید می‌شود:

اسیدهای فرمیک و اگزالیک در این مورد استثنا هستند. کم آبی اسید فرمیک یا نمک پتاسیم یا سدیم آن با اسید سولفوریک غلیظ منجر به تشکیل مونوکسید کربن و

آبگیری متانوات سدیم (فرمات) با اسید سولفوریک غلیظ یک روش آزمایشگاهی رایج برای تولید مونوکسید کربن است. کم آبی اسید اگزالیک با اسید سولفوریک غلیظ داغ، مخلوطی از مونوکسید کربن و دی اکسید کربن تولید می کند:

کربوکسیلات ها

نمک های سدیم و پتاسیم اسیدهای کربوکسیلیک مواد کریستالی سفید رنگ هستند. آنها به راحتی در آب حل می شوند و الکترولیت های قوی تشکیل می دهند.

الکترولیز نمک های کربوکسیلات سدیم یا پتاسیم حل شده در مخلوط آب و متانول منجر به تشکیل آلکان ها و دی اکسید کربن در آند و هیدروژن در کاتد می شود.

در آند:

در کاتد:

این روش تولید آلکان را سنتز الکتروشیمیایی کلبه می نامند.

تشکیل آلکان ها همچنین هنگام گرم کردن مخلوطی از کربوکسیلات های سدیم یا پتاسیم با هیدروکسید سدیم یا آهک سودا رخ می دهد. (سودا آهک مخلوطی از هیدروکسید سدیم و هیدروکسید کلسیم است.) از این روش به عنوان مثال برای تولید متان در آزمایشگاه استفاده می شود:

کربوکسیلات های معطر سدیم یا پتاسیم در شرایط مشابه آرن ها را تشکیل می دهند:

هنگامی که مخلوطی از کربوکسیلات سدیم و کلریدهای اسید گرم می شود، انیدریدهای کربوکسیلیک اسیدهای مربوطه تشکیل می شوند:

کربوکسیلات های کلسیم نیز مواد کریستالی سفید رنگ هستند و به طور کلی در آب محلول هستند. وقتی گرم می شوند تشکیل می شوند

یون با بازده کم کتون های مربوطه:

هنگامی که مخلوطی از کربوکسیلات کلسیم و فرمات کلسیم گرم می شود، یک آلدهید تشکیل می شود:

نمک های آمونیوم اسیدهای کربوکسیلیک نیز مواد کریستالی سفید رنگ محلول در آب هستند. هنگامی که به شدت گرم می شوند، آمیدهای مربوطه را تشکیل می دهند: