Sifat kimia asam karboksilat dan metode pembuatannya. Mempersiapkan Ujian Negara Terpadu Kimia

DEFINISI

Zat organik yang molekulnya mengandung satu atau lebih gugus karboksil yang terikat pada radikal hidrokarbon disebut asam karboksilat.

Tiga anggota pertama dari rangkaian asam karboksilat homolog, termasuk asam propionat, adalah cairan yang memiliki bau menyengat dan sangat larut dalam air. Homolog berikut, dimulai dengan asam butirat, juga merupakan cairan yang memiliki bau tidak sedap yang kuat, namun sulit larut dalam air. Asam yang lebih tinggi, dengan jumlah atom karbon 10 atau lebih, berbentuk padat, tidak berbau, tidak larut dalam air. Secara umum, dalam rangkaian homolog, dengan bertambahnya berat molekul, kelarutan dalam air menurun, densitas menurun, dan titik didih meningkat (Tabel 1).

Tabel 1. Deret asam karboksilat homolog.

Persiapan asam karboksilat

Asam karboksilat diperoleh dengan oksidasi hidrokarbon jenuh, alkohol, dan aldehida. Misalnya, asam asetat - dengan mengoksidasi etanol dengan larutan kalium permanganat dalam suasana asam ketika dipanaskan:

Sifat kimia asam karboksilat

Sifat kimia asam karboksilat terutama ditentukan oleh kekhasan strukturnya. Jadi, asam yang larut dalam air dapat berdisosiasi menjadi ion:

R-COOH↔R-COO - + H + .

Karena adanya ion H+ dalam air, mempunyai rasa asam, mampu mengubah warna indikator dan menghantarkan arus listrik. Dalam larutan air, asam-asam ini merupakan elektrolit lemah.

Asam karboksilat mempunyai sifat kimia yang khas dari larutan asam anorganik, yaitu. berinteraksi dengan logam (1), oksidanya (2), hidroksida (3) dan garam lemah (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).

Sifat spesifik asam karboksilat jenuh dan tak jenuh, yang dimanifestasikan oleh gugus fungsi, adalah interaksi dengan alkohol.

Asam karboksilat bereaksi dengan alkohol jika dipanaskan dan dengan adanya asam sulfat pekat. Misalnya etil alkohol dan sedikit asam sulfat ditambahkan ke dalam asam asetat, maka bila dipanaskan akan timbul bau etil asam asetat (etil asetat):

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

Sifat spesifik asam karboksilat jenuh, yang dimanifestasikan oleh radikal, adalah reaksi halogenasi (klorinasi).

Penerapan asam karboksilat

Asam karboksilat berfungsi sebagai bahan baku untuk produksi keton, asam halida, vinil ester, dan golongan senyawa organik penting lainnya.

Asam format banyak digunakan untuk memperoleh ester yang digunakan dalam wewangian, dalam industri kulit (penyamakan kulit), dalam industri tekstil (sebagai mordan pencelupan), sebagai pelarut dan pengawet.

Larutan encer (70-80%) asam asetat disebut sari cuka, dan larutan encer 3-9% disebut cuka meja. Esensinya sering digunakan untuk mendapatkan cuka di rumah dengan cara pengenceran.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

CONTOH 2

Asam karboksilat- zat organik yang molekulnya mengandung satu atau lebih gugus karboksil.

Gugus karboksil (disingkat COOH) adalah gugus fungsi asam karboksilat dan terdiri dari gugus karbonil dan gugus hidroksil terkait.

Berdasarkan jumlah gugus karboksilnya, asam karboksilat dibedakan menjadi monobasa, dibasa, dan seterusnya.

Rumus umum asam karboksilat monobasa adalah R—COOH. Contoh asam dibasa adalah asam oksalat HOOC—COOH.

Berdasarkan jenis radikalnya, asam karboksilat dibedakan menjadi jenuh (misalnya asam asetat CH 3 COOH), tidak jenuh [misalnya asam akrilat CH 2 =CH—COOH, asam oleat CH 3 —(CH 2) 7 —CH =CH—(CH 2) 7 -COOH] dan aromatik (misalnya benzoat C 6 H 5 -COOH).

Isomer dan homolog

Asam karboksilat jenuh monobasa R-COOH adalah isomer ester (disingkat R"-COOR") dengan jumlah atom karbon yang sama. Rumus umum keduanya adalah C N jam 2 N O2.

Algoritma penyusunan nama asam karboksilat

1. Temukan tulang punggung karbon - ini adalah rantai atom karbon terpanjang yang mencakup atom karbon dari gugus karboksil.
2. Beri nomor atom karbon pada rantai utama, dimulai dengan atom karbon karboksil.
3. Beri nama senyawa menggunakan algoritma hidrokarbon.
4. Di akhir nama, tambahkan akhiran “-ov”, akhiran “-aya” dan kata “asam”.

Dalam molekul asam karboksilat P-elektron atom oksigen gugus hidroksil berinteraksi dengan elektron ikatan - gugus karbonil, akibatnya polaritas ikatan O-H meningkat, ikatan - pada gugus karbonil menguat, muatan parsial (+) pada atom karbon berkurang dan muatan parsial (+) pada atom hidrogen meningkat.

Yang terakhir mendorong pembentukan ikatan hidrogen yang kuat antara molekul asam karboksilat.

Sifat fisik asam karboksilat monobasa jenuh sebagian besar disebabkan oleh adanya ikatan hidrogen yang kuat antar molekul (lebih kuat dibandingkan antar molekul alkohol). Oleh karena itu, titik didih dan kelarutan asam dalam air lebih tinggi dibandingkan dengan alkohol yang bersangkutan.

Sifat kimia asam

Penguatan ikatan - pada gugus karbonil menyebabkan reaksi adisi tidak seperti biasanya pada asam karboksilat.

1. Pembakaran:
   

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

2. Sifat asam.
   Karena polaritas ikatan O-H yang tinggi, asam karboksilat dalam larutan berair terlihat terdisosiasi (lebih tepatnya, bereaksi secara reversibel dengannya):

   HCOOH HCOO - + H + (lebih tepatnya HCOOH + H 2 O HCOO - + H 3 O +)

   
   Semua asam karboksilat adalah elektrolit lemah. Dengan bertambahnya jumlah atom karbon, kekuatan asam menurun (karena penurunan polaritas ikatan O-H); sebaliknya, masuknya atom halogen ke dalam radikal hidrokarbon menyebabkan peningkatan kekuatan asam. Ya, berturut-turut

   HCOOH CH 3 COOH C 2 H 5 COOH

   
   kekuatan asam berkurang, dan secara seri

   Meningkat.

   Asam karboksilat menunjukkan semua sifat yang melekat pada asam lemah:

   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 MASAK + H 2 O + CO 2

3. Esterifikasi (reaksi asam karboksilat dengan alkohol mengarah pada pembentukan ester):
   
   Alkohol polihidrat, seperti gliserol, juga dapat masuk ke dalam reaksi esterifikasi. Ester yang dibentuk oleh gliserol dan asam karboksilat tinggi (asam lemak) adalah lemak.

   Lemak merupakan campuran trigliserida. Asam lemak jenuh (palmitat C 15 H 31 COOH, stearat C 17 H 35 COOH) membentuk lemak padat yang berasal dari hewan, dan asam lemak tak jenuh (oleat C 17 H 33 COOH, linoleat C 17 H 31 COOH, dll.) membentuk lemak cair (minyak) yang berasal dari tumbuhan.

4. Substitusi radikal hidrokarbon:
   
   Pergantian terjadi pada posisi -.

   Keunikan asam format HCOOH adalah bahwa zat ini merupakan senyawa bifungsional, yaitu asam karboksilat dan aldehida:
   
   Oleh karena itu, asam format antara lain bereaksi dengan larutan amonia perak oksida (reaksi cermin perak; reaksi kualitatif):
   

   HCOOH + Ag 2 O (larutan amonia) CO 2 + H 2 O + 2Ag

Persiapan asam karboksilat

.
HAI

//
Gugus atom -C disebut gugus karboksil atau karboksil.
\

OH
Asam organik yang mengandung satu gugus karboksil dalam molekulnya bersifat monobasa. Rumus umum asam-asam ini adalah RCOOH.

Asam karboksilat yang mengandung dua gugus karboksil disebut dibasa. Ini termasuk, misalnya, asam oksalat dan suksinat.

Ada juga asam karboksilat polibasa yang mengandung lebih dari dua gugus karboksil. Ini termasuk, misalnya, asam sitrat tribasic. Tergantung pada sifat radikal hidrokarbon, asam karboksilat dibagi menjadi jenuh, tak jenuh, dan aromatik.

Asam karboksilat jenuh, atau jenuh, misalnya, asam propanoat (propionat) atau asam suksinat yang sudah dikenal.

Jelasnya, asam karboksilat jenuh tidak mengandung P-ikatan dalam radikal hidrokarbon.

Pada molekul asam karboksilat tak jenuh, gugus karboksil terikat pada radikal hidrokarbon tak jenuh dan tak jenuh, misalnya pada molekul akrilik (propenoat) CH2=CH-COOH atau oleat CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2) 7-COOH dan asam lainnya.

Terlihat dari rumus asam benzoat bersifat aromatik karena mengandung cincin aromatik (benzena) dalam molekulnya.

Tata nama dan isomerisme

Kita telah membahas prinsip umum pembentukan nama asam karboksilat, serta senyawa organik lainnya. Mari kita membahas lebih detail tentang tata nama asam karboksilat mono dan dibasa. Nama asam karboksilat terbentuk dari nama alkana yang bersesuaian (alkana dengan jumlah atom karbon yang sama dalam molekulnya) dengan penambahan akhiran -ov, akhiran -aya dan kata asam. Penomoran atom karbon dimulai dari gugus karboksil. Misalnya:

Banyak asam juga memiliki nama yang sudah mapan atau sepele (Tabel 6).

Setelah pengenalan pertama kita dengan dunia asam organik yang beragam dan menarik, kita akan membahas lebih detail asam karboksilat monobasa jenuh.

Jelas bahwa komposisi asam-asam ini akan tercermin dari rumus umum C n H 2n O2, atau C n H 2n +1 COOH, atau RCOOH.

Sifat fisik asam karboksilat monobasa jenuh

Asam rendah, yaitu asam dengan berat molekul relatif kecil yang mengandung hingga empat atom karbon per molekul, adalah cairan dengan bau khas yang menyengat (ingat bau asam asetat). Asam yang mengandung 4 hingga 9 atom karbon adalah cairan berminyak kental dengan bau yang tidak sedap; mengandung lebih dari 9 atom karbon per molekul - padatan yang tidak larut dalam air. Titik didih asam karboksilat monobasa jenuh meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah atom karbon dalam molekul dan, akibatnya, dengan bertambahnya berat molekul relatif. Misalnya, titik didih asam format adalah 101 °C, asam asetat 118 °C, dan asam propionat 141 °C.

Asam karboksilat paling sederhana, HCOOH format, memiliki berat molekul relatif kecil (46), dalam kondisi normal berbentuk cairan dengan titik didih 100,8 °C. Pada saat yang sama, butana (MR(C4H10) = 58) dalam kondisi yang sama berbentuk gas dan memiliki titik didih -0,5 °C. Perbedaan antara titik didih dan berat molekul relatif dijelaskan oleh pembentukan dimer asam karboksilat, di mana dua molekul asam dihubungkan oleh dua ikatan hidrogen. Terjadinya ikatan hidrogen menjadi jelas ketika mempertimbangkan struktur molekul asam karboksilat.

Molekul asam karboksilat monobasa jenuh mengandung gugus atom polar - karboksil (pikirkan apa yang menyebabkan polaritas gugus fungsi ini) dan radikal hidrokarbon yang praktis non-polar. Gugus karboksil tertarik pada molekul air, membentuk ikatan hidrogen dengannya.

Asam format dan asetat larut dalam air tanpa batas. Jelas terlihat bahwa dengan bertambahnya jumlah atom dalam radikal hidrokarbon, kelarutan asam karboksilat menurun.

Mengetahui komposisi dan struktur molekul asam karboksilat, tidak akan sulit bagi kita untuk memahami dan menjelaskan sifat kimia zat tersebut.

Sifat kimia

Sifat-sifat umum yang menjadi ciri golongan asam (baik organik maupun anorganik) disebabkan oleh adanya molekul gugus hidroksil yang mengandung ikatan sangat polar antara atom hidrogen dan oksigen. Properti ini sudah Anda ketahui. Mari kita pertimbangkan lagi dengan menggunakan contoh asam organik yang larut dalam air.

1. Disosiasi dengan pembentukan kation hidrogen dan anion residu asam. Lebih tepatnya, proses ini digambarkan dengan persamaan yang memperhitungkan partisipasi molekul air di dalamnya.

Kesetimbangan disosiasi asam karboksilat bergeser ke kiri; sebagian besar merupakan elektrolit lemah. Namun demikian, rasa asam, misalnya, asam format dan asam asetat disebabkan oleh disosiasi menjadi kation hidrogen dan anion residu asam.

Jelaslah bahwa keberadaan hidrogen “asam” dalam molekul asam karboksilat, yaitu hidrogen dari gugus karboksil, juga menentukan sifat karakteristik lainnya.

2. Interaksi dengan logam pada rentang tegangan elektrokimia hingga hidrogen. Jadi, besi mereduksi hidrogen dari asam asetat:

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

3. Interaksi dengan oksida basa membentuk garam dan air:

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

4. Reaksi dengan logam hidroksida membentuk garam dan air (reaksi netralisasi):

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

5. Interaksi dengan garam dari asam lemah, dengan pembentukan garam dari asam lemah. Jadi, asam asetat menggantikan asam stearat dari natrium stearat dan asam karbonat dari kalium karbonat.

6. Interaksi asam karboksilat dengan alkohol membentuk ester adalah reaksi esterifikasi yang sudah Anda ketahui (salah satu reaksi terpenting yang merupakan karakteristik asam karboksilat). Interaksi asam karboksilat dengan alkohol dikatalisis oleh kation hidrogen.

Reaksi esterifikasi bersifat reversibel. Kesetimbangan bergeser ke arah pembentukan ester dengan adanya zat dewatering dan penghilangan ester dari campuran reaksi.

Dalam reaksi kebalikan dari esterifikasi, yang disebut hidrolisis ester (mereaksikan ester dengan air), terbentuk asam dan alkohol. Jelaslah bahwa alkohol polihidrat, misalnya gliserol, juga dapat bereaksi dengan asam karboksilat, yaitu mengalami reaksi esterifikasi:

Semua asam karboksilat (kecuali asam format), bersama dengan gugus karboksil, mengandung residu hidrokarbon dalam molekulnya. Tentu saja, hal ini tidak dapat tidak mempengaruhi sifat-sifat asam, yang ditentukan oleh sifat residu hidrokarbon.

7. Reaksi adisi pada ikatan rangkap - asam karboksilat tak jenuh masuk ke dalamnya; misalnya, reaksi penambahan hidrogen adalah hidrogenasi. Ketika asam oleat dihidrogenasi, asam stearat jenuh terbentuk.

Asam karboksilat tak jenuh, seperti senyawa tak jenuh lainnya, menambahkan halogen melalui ikatan rangkap. Misalnya, asam akrilat mengubah warna air brom.

8. Reaksi substitusi (dengan halogen) - asam karboksilat jenuh dapat masuk ke dalamnya; misalnya, dengan mereaksikan asam asetat dengan klorin, berbagai asam terklorinasi dapat diperoleh:

Ketika asam karboksilat terhalogenasi yang mengandung lebih dari satu atom karbon dalam residu hidrokarbon, pembentukan produk dengan posisi halogen berbeda dalam molekul dimungkinkan. Ketika reaksi terjadi melalui mekanisme radikal bebas, setiap atom hidrogen dalam residu hidrokarbon dapat digantikan. Jika reaksi dilakukan dengan adanya sejumlah kecil fosfor merah, maka reaksi berlangsung secara selektif - hidrogen hanya digantikan dalam A-posisi (pada atom karbon yang paling dekat dengan gugus fungsi) dalam molekul asam. Anda akan mempelajari alasan selektivitas ini ketika belajar kimia di lembaga pendidikan tinggi.

Asam karboksilat membentuk berbagai turunan fungsional ketika gugus hidroksilnya diganti. Ketika turunan ini dihidrolisis, asam karboksilat terbentuk kembali.

Asam karboksilat klorida dapat dibuat dengan mereaksikan fosfor(III) klorida atau tionil klorida (SOCl 2) dengan asam. Anhidrida asam karboksilat dibuat dengan mereaksikan anhidrida klorin dengan garam asam karboksilat. Ester dibentuk oleh esterifikasi asam karboksilat dengan alkohol. Esterifikasi dikatalisis oleh asam anorganik.

Reaksi ini diawali oleh protonasi gugus karboksil - interaksi kation hidrogen (proton) dengan pasangan elektron bebas atom oksigen. Protonasi gugus karboksil menyebabkan peningkatan muatan positif pada atom karbon di dalamnya:

Metode memperoleh

Asam karboksilat dapat diperoleh dengan oksidasi alkohol primer dan aldehida.

Asam karboksilat aromatik dibentuk oleh oksidasi homolog benzena.

Hidrolisis berbagai turunan asam karboksilat juga menghasilkan asam. Jadi, hidrolisis ester menghasilkan alkohol dan asam karboksilat. Seperti disebutkan di atas, reaksi esterifikasi dan hidrolisis yang dikatalisis asam bersifat reversibel. Hidrolisis ester di bawah pengaruh larutan alkali berair berlangsung secara ireversibel; dalam hal ini, bukan asam, tetapi garamnya yang terbentuk dari ester. Selama hidrolisis nitril, Amida pertama kali terbentuk, yang kemudian diubah menjadi asam. Asam karboksilat terbentuk sebagai hasil interaksi senyawa magnesium organik dengan karbon monoksida (IV).

Perwakilan individu dari asam karboksilat dan signifikansinya

Asam format (metana) HCOOH adalah cairan dengan bau menyengat dan titik didih 100,8 °C, sangat larut dalam air. Asam format beracun dan menyebabkan luka bakar jika terkena kulit! Cairan menyengat yang dikeluarkan semut mengandung asam ini. Asam format memiliki sifat desinfektan dan oleh karena itu digunakan dalam industri makanan, kulit dan farmasi, serta obat-obatan. Ini juga digunakan dalam mewarnai kain dan kertas.

Asam asetat (etanoat) CH3COOH adalah cairan tidak berwarna dengan bau menyengat yang khas, dapat bercampur dengan air dalam perbandingan berapa pun. Larutan asam asetat dalam air dipasarkan dengan nama cuka (larutan 3-5%) dan sari cuka (larutan 70-80%) dan banyak digunakan dalam industri makanan. Asam asetat merupakan pelarut yang baik untuk banyak zat organik dan oleh karena itu digunakan dalam pewarnaan, penyamakan, dan industri cat dan pernis. Selain itu, asam asetat merupakan bahan mentah untuk produksi banyak senyawa organik yang penting secara teknis: misalnya, zat yang digunakan untuk mengendalikan gulma - herbisida - diperoleh darinya.

Asam asetat adalah komponen utama cuka anggur, yang menimbulkan bau khas. Ini adalah produk oksidasi etanol dan terbentuk darinya ketika anggur disimpan di udara.

Perwakilan terpenting dari asam monobasa jenuh tinggi adalah asam palmitat C15H31COOH dan asam stearat C17H35COOH. Berbeda dengan asam yang lebih rendah, zat ini berbentuk padat dan sulit larut dalam air.

Namun, garamnya - stearat dan palmitat - sangat larut dan memiliki efek deterjen, itulah sebabnya disebut juga sabun. Jelas bahwa zat-zat ini diproduksi dalam skala besar.

Dari asam karboksilat tinggi tak jenuh, asam oleat C17H33COOH, atau (CH2)7COOH, adalah yang paling penting. Ini adalah cairan seperti minyak tanpa rasa dan bau. Garamnya banyak digunakan dalam teknologi.

Perwakilan paling sederhana dari asam karboksilat dibasa adalah asam oksalat (etanadioat) HOOC-COOH, yang garamnya ditemukan di banyak tumbuhan, misalnya coklat kemerah-merahan dan coklat kemerah-merahan. Asam oksalat adalah zat kristal tidak berwarna yang sangat larut dalam air. Ini digunakan untuk memoles logam, dalam industri pengerjaan kayu dan kulit.

1. Asam elaidat tak jenuh C17H33COOH adalah trans-isomer asam oleat. Tuliskan rumus struktur zat ini.

2. Tuliskan persamaan reaksi hidrogenasi asam oleat. Namakan produk reaksi ini.

3. Tuliskan persamaan reaksi pembakaran asam stearat. Berapa volume oksigen dan udara (n.a.) yang diperlukan untuk membakar 568 g asam stearat?

4. Campuran asam lemak padat - palmitat dan stearat - disebut stearin (dari sinilah supositoria stearin dibuat). Berapa volume udara (n.a.) yang diperlukan untuk membakar lilin stearat seberat dua ratus gram jika stearin mengandung asam palmitat dan asam stearat dengan massa yang sama? Berapa volume karbon dioksida (n.o.) dan massa air yang terbentuk pada kasus tersebut?

5. Selesaikan soal sebelumnya dengan syarat lilin tersebut mengandung asam stearat dan asam palmitat dalam jumlah yang sama (jumlah mol yang sama).

6. Untuk menghilangkan noda karat, obati dengan larutan asam asetat. Buatlah persamaan molekul dan ion untuk reaksi yang terjadi pada kasus ini, dengan memperhatikan bahwa karat mengandung besi(III) oksida dan hidroksida - Fe2O3 dan Fe(OH)3. Mengapa noda seperti itu tidak bisa dihilangkan dengan air? Mengapa mereka hilang ketika diobati dengan larutan asam?

7. Soda kue (baking) NaHC03 yang ditambahkan ke dalam adonan bebas ragi terlebih dahulu “dipadamkan” dengan asam asetat. Lakukan reaksi ini di rumah dan tuliskan persamaannya, karena asam karbonat lebih lemah daripada asam asetat. Jelaskan pembentukan busa.

8. Mengetahui bahwa klor lebih elektronegatif daripada karbon, susunlah asam-asam berikut: asam asetat, propionat, kloroasetat, dikloroasetat, dan trikloroasetat berdasarkan kenaikan sifat asamnya. Benarkan hasil Anda.

9. Bagaimana kita dapat menjelaskan bahwa asam format bereaksi dalam reaksi “cermin perak”? Tuliskan persamaan reaksi ini. Gas apa yang dapat dilepaskan pada kasus ini?

10. Ketika 3 g asam karboksilat monobasa jenuh direaksikan dengan magnesium berlebih, 560 ml (n.s.) hidrogen dilepaskan. Tentukan rumus asamnya.

11. Berikan persamaan reaksi yang dapat digunakan untuk menggambarkan sifat kimia asam asetat. Sebutkan produk dari reaksi-reaksi tersebut.

12. Sarankan metode laboratorium sederhana yang dapat digunakan untuk mengenali asam propanoat dan akrilat.

13. Tuliskan persamaan reaksi pembuatan metil format - ester metanol dan asam format. Dalam kondisi apa reaksi ini harus dilakukan?

14. Buatlah rumus struktur zat dengan komposisi C3H602. Zat-zat tersebut dapat diklasifikasikan ke dalam golongan zat apa? Berikan persamaan reaksi yang menjadi ciri masing-masing persamaan tersebut.

15. Zat A - suatu isomer asam asetat - tidak larut dalam air, tetapi dapat mengalami hidrolisis. Apa rumus struktur zat A? Sebutkan produk hidrolisisnya.

16. Buatlah rumus struktur zat-zat berikut:

a) metil asetat;
b) asam oksalat;
c) asam format;
d) asam dikloroasetat;
e) magnesium asetat;
f) etil asetat;
g) etil format;
h) asam akrilat.

17*. Sampel asam organik monobasa jenuh seberat 3,7 g dinetralkan dengan larutan natrium bikarbonat berair. Dengan melewatkan gas yang dibebaskan melalui air kapur, diperoleh 5,0 g sedimen. Asam apa yang diambil dan berapa volume gas yang dikeluarkan?

Asam karboksilat di alam

Asam karboksilat sangat umum di alam. Mereka ditemukan pada buah-buahan dan tanaman. Mereka hadir dalam jarum suntik, keringat, urin dan jus jelatang. Tahukah Anda, ternyata sebagian besar asam membentuk ester yang berbau. Dengan demikian, bau asam laktat yang terkandung dalam keringat manusia menarik perhatian nyamuk, mereka merasakannya dari jarak yang cukup jauh. Oleh karena itu, sekeras apa pun Anda berusaha mengusir nyamuk pengganggu tersebut, ia tetap merasakan korbannya dengan baik. Selain keringat manusia, asam laktat juga terdapat pada acar dan asinan kubis.

Dan monyet betina, untuk menarik perhatian jantan, mengeluarkan asam asetat dan propionat. Hidung sensitif anjing dapat mencium bau asam butirat, yang memiliki konsentrasi 10–18 g/cm3.

Banyak spesies tumbuhan yang mampu menghasilkan asam asetat dan butirat. Dan beberapa gulma memanfaatkan hal ini dan, dengan melepaskan zat, menyingkirkan pesaingnya, menghambat pertumbuhannya, dan terkadang menyebabkan kematiannya.

Orang India juga menggunakan asam. Untuk menghancurkan musuh, mereka merendam anak panah dengan racun mematikan yang ternyata merupakan turunan asam asetat.

Dan di sini muncul pertanyaan wajar: apakah asam berbahaya bagi kesehatan manusia? Bagaimanapun, asam oksalat, yang tersebar luas di alam dan ditemukan pada coklat kemerah-merahan, jeruk, kismis dan raspberry, karena alasan tertentu belum ditemukan penerapannya dalam industri makanan. Ternyata asam oksalat dua ratus kali lebih kuat dari asam asetat, bahkan dapat menimbulkan korosi pada piring, dan garamnya, yang terakumulasi dalam tubuh manusia, membentuk batu.

Asam telah banyak digunakan di semua bidang kehidupan manusia. Mereka digunakan dalam pengobatan, tata rias, industri makanan, pertanian dan kebutuhan rumah tangga.

Untuk keperluan medis, asam organik seperti laktat, tartarat, dan askorbat digunakan. Mungkin Anda masing-masing menggunakan vitamin C untuk memperkuat tubuh - inilah asam askorbat. Tidak hanya membantu memperkuat sistem kekebalan tubuh, tetapi juga memiliki kemampuan untuk menghilangkan karsinogen dan racun dari dalam tubuh. Asam laktat digunakan untuk kauterisasi, karena sangat higroskopis. Tapi asam tartarat bertindak sebagai pencahar ringan, sebagai penangkal keracunan alkali, dan sebagai komponen yang diperlukan untuk menyiapkan plasma untuk transfusi darah.

Namun pecinta prosedur kosmetik harus mengetahui bahwa asam buah yang terkandung dalam buah jeruk memiliki efek menguntungkan bagi kulit, karena jika meresap ke dalam dapat mempercepat proses pembaharuan kulit. Selain itu, aroma buah jeruk memiliki efek tonik pada sistem saraf.

Pernahkah Anda memperhatikan bahwa buah beri seperti cranberry dan lingonberry disimpan dalam waktu lama dan tetap segar. Apa kamu tahu kenapa? Ternyata mengandung asam benzoat yang merupakan pengawet yang sangat baik.

Namun di bidang pertanian, asam suksinat banyak digunakan karena dapat digunakan untuk meningkatkan produktivitas tanaman budidaya. Hal ini juga dapat merangsang pertumbuhan tanaman dan mempercepat perkembangannya.

Di meja 19.10 menunjukkan beberapa senyawa organik yang berhubungan dengan asam karboksilat. Ciri khas asam karboksilat adalah adanya asam karboksilat di dalamnya.

Tabel 19.10. Asam karboksilat

(lihat pemindaian)

kelompok fungsional. Gugus karboksil terdiri dari gugus karbonil yang terikat pada gugus hidroksil. Asam organik dengan satu gugus karboksil disebut asam monokarboksilat. Nama sistematiknya mempunyai akhiran -ov(aya). Asam organik dengan dua gugus karboksil disebut asam dikarboksilat. Nama sistematiknya mempunyai akhiran -diov(aya).

Asam monokarboksilat alifatik jenuh membentuk deret homolog, yang dicirikan oleh rumus umum. Asam dikarboksilat alifatik tak jenuh dapat berbentuk berbagai isomer geometri (lihat Bagian 17.2).

Properti fisik

Anggota terbawah dari rangkaian homolog asam monokarboksilat jenuh dalam kondisi normal adalah cairan dengan bau menyengat yang khas. Misalnya, asam etanoat (asetat) mempunyai bau “cuka” yang khas. Asam asetat anhidrat berbentuk cair pada suhu kamar. Ini membeku menjadi zat es yang disebut asam asetat glasial.

Semua asam dikarboksilat tercantum dalam tabel. 19.10, pada suhu kamar berupa zat kristal putih. Anggota terbawah dari rangkaian asam monokarboksilat dan dikarboksilat larut dalam air. Kelarutan asam karboksilat menurun seiring dengan bertambahnya berat molekul relatifnya.

Dalam keadaan cair dan larutan tidak berair, molekul asam monokarboksilat mengalami dimerisasi sebagai akibat dari pembentukan ikatan hidrogen di antara keduanya:

Ikatan hidrogen pada asam karboksilat lebih kuat dibandingkan pada alkohol. Hal ini dijelaskan oleh tingginya polaritas gugus karboksil, akibat penarikan elektron dari atom hidrogen menuju atom oksigen karbonil:

Akibatnya, asam karboksilat mempunyai titik didih yang relatif tinggi (Tabel 19.11).

Tabel 19.11. Titik didih asam asetat dan alkohol dengan berat molekul relatif serupa

Metode laboratorium untuk memperoleh

Asam monokarboksilat dapat diperoleh dari alkohol primer dan aldehida melalui oksidasi menggunakan larutan asam kalium dikromat yang diambil secara berlebihan:

Asam monokarboksilat dan garamnya dapat diperoleh dengan hidrolisis nitril atau Amida:

Pembuatan asam karboksilat melalui reaksi dengan pereaksi Grignard dan karbon dioksida dijelaskan pada bagian ini. 19.1.

Asam benzoat dapat dibuat dengan oksidasi rantai samping metil metilbenzena (lihat Bagian 18.2).

Selain itu, asam benzoat dapat dibuat dari benzaldehida menggunakan reaksi Cannischaro. Dalam reaksi ini, benzaldehida diolah dengan larutan natrium hidroksida 40-60% pada suhu kamar. Oksidasi dan reduksi secara simultan mengarah pada pembentukan asam benzoat dan, karenanya, fenilmetanol:

Oksidasi

Reaksi Cannizzaro merupakan ciri aldehida yang tidak memiliki atom -hidrogen. Ini adalah nama yang diberikan untuk atom hidrogen yang terikat pada atom karbon yang berdekatan dengan gugus aldehida:

Karena metanal tidak memiliki atom -hidrogen, metanal dapat mengalami reaksi Cannizzaro. Aldehida yang mengandung setidaknya satu atom -hidrogen mengalami kondensasi aldol yang dikatalisis asam dengan adanya larutan natrium hidroksida (lihat di atas).

Sifat kimia

Meskipun gugus karboksil mengandung gugus karbonil, asam karboksilat tidak mengalami beberapa reaksi seperti yang terjadi dengan aldehida dan keton. Misalnya, mereka tidak mengalami reaksi adisi atau kondensasi. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa atom

karbon pada gugus karboksil memiliki muatan positif yang lebih kecil dibandingkan pada gugus aldehida atau keto.

Keasaman. Menarik kerapatan elektron dari atom hidrogen karboksil melemahkan ikatan O-H. Akibatnya gugus karboksil mampu mengabstraksi (kehilangan) proton. Oleh karena itu, asam monokarboksilat berperilaku seperti asam monobasa. Dalam larutan asam-asam ini, kesetimbangan berikut terjadi:

Ion karboksilat dapat dianggap sebagai gabungan dari dua struktur resonansi:

Kalau tidak, itu bisa dianggap sebagai

Delokalisasi elektron antara atom-atom gugus karboksilat menstabilkan ion karboksilat. Oleh karena itu, asam karboksilat jauh lebih asam dibandingkan alkohol. Namun, karena sifat kovalen molekul asam karboksilat, kesetimbangan di atas bergeser kuat ke kiri. Jadi, asam karboksilat merupakan asam lemah. Misalnya, asam etanoat (asetat) dicirikan oleh konstanta keasaman

Substituen yang terdapat dalam molekul asam karboksilat sangat mempengaruhi keasamannya karena efek induktif yang diberikannya. Substituen seperti klor menarik kerapatan elektron ke arah dirinya sendiri dan, oleh karena itu, menyebabkan efek induktif negatif.Menarik kerapatan elektron dari atom hidrogen karboksil menyebabkan peningkatan keasaman asam karboksilat. Sebaliknya, substituen seperti gugus alkil mempunyai sifat menyumbangkan elektron dan menciptakan efek induktif positif yang melemahkan asam karboksilat:

Pengaruh substituen terhadap keasaman asam karboksilat terlihat jelas dalam nilai sejumlah asam yang ditunjukkan pada Tabel. 19.12.

Tabel 19.12. Nilai asam karboksilat

Pembentukan garam. Asam karboksilat memiliki semua sifat asam biasa. Mereka bereaksi dengan logam reaktif, basa, alkali, karbonat dan bikarbonat, membentuk garam yang sesuai (Tabel 19.13). Reaksi yang ditunjukkan dalam tabel ini merupakan karakteristik asam karboksilat yang larut dan tidak larut.

Seperti garam asam lemah lainnya, garam karboksilat (garam asam karboksilat) bereaksi dengan asam mineral yang diambil secara berlebihan, membentuk asam karboksilat induk. Misalnya, ketika larutan natrium hidroksida ditambahkan ke suspensi asam benzoat yang tidak larut dalam air, asam tersebut larut karena pembentukan natrium benzoat. Jika asam sulfat kemudian ditambahkan ke larutan yang dihasilkan, asam benzoat akan mengendap:

Tabel 19.13. Pembentukan garam dari asam karboksilat

Esterifikasi. Ketika campuran asam karboksilat dan alkohol dipanaskan dengan adanya asam mineral pekat, terbentuklah ester. Proses ini, yang disebut esterifikasi, memerlukan pemecahan molekul alkohol. Ada dua kemungkinan.

1. Pemisahan alkoksihidrogen. Dalam hal ini, atom oksigen alkohol (dari gugus hidroksil) memasuki molekul eter yang dihasilkan:

2. Pembelahan alkilhidroksil. Dalam jenis pembelahan ini, atom oksigen alkohol memasuki molekul air:

Kasus mana yang diwujudkan secara spesifik dapat ditentukan secara eksperimental dengan melakukan esterifikasi menggunakan alkohol yang mengandung isotop 180 (lihat Bagian 1.3), yaitu. menggunakan tag isotop. Penentuan berat molekul relatif ester yang dihasilkan menggunakan spektrometri massa menunjukkan apakah terdapat tanda isotop oksigen-18 di dalamnya. Dengan cara ini, ditemukan bahwa esterifikasi dengan partisipasi alkohol primer mengarah pada pembentukan ester berlabel:

Hal ini menunjukkan bahwa molekul metanol mengalami pembelahan metoksi-hidrogen selama reaksi yang dipertimbangkan.

Halogenasi. Asam karboksilat bereaksi dengan fosfor pentaklorida dan sulfur oksida diklorida, membentuk asam klorida dari asam yang bersangkutan. Misalnya

Baik benzoil klorida maupun fosfor triklorida oksida adalah cairan yang perlu dipisahkan satu sama lain. Oleh karena itu, untuk klorinasi asam karboksilat, akan lebih mudah menggunakan sulfur oksida diklorida: hal ini memudahkan untuk menghilangkan gas hidrogen klorida dan sulfur dioksida dari asam karboksilat klorida cair:

Dengan meniupkan klorin melalui asam asetat mendidih dengan adanya katalis seperti fosfor merah atau yodium, dan di bawah pengaruh sinar matahari

asam monokloroetanoat (monokloroasetat) terbentuk:

Klorinasi lebih lanjut mengarah pada pembentukan produk tersubstitusi dan trisubstitusi:

Pemulihan. Ketika bereaksi dengan litium dalam dietil eter kering, asam karboksilat dapat direduksi menjadi alkohol yang sesuai. Pertama, zat antara alkoksida terbentuk, hidrolisisnya mengarah pada pembentukan alkohol:

Asam karboksilat tidak dapat direduksi oleh banyak zat pereduksi umum. Asam-asam ini tidak dapat langsung direduksi menjadi aldehida yang sesuai.

Oksidasi. Kecuali asam metana (format) dan etanoat (asetat), asam karboksilat lainnya sulit dioksidasi. Asam format dan garamnya (format) dioksidasi oleh kalium permanganat. Asam format mampu mereduksi reagen Fehling dan, bila dipanaskan dalam campuran dengan larutan perak nitrat berair-amonia, membentuk “cermin perak”. Oksidasi asam format menghasilkan karbon dioksida dan air:

Asam etanadioat (oksalat) juga dioksidasi oleh kalium permanganat, membentuk karbon dioksida dan air:

Dehidrasi. Distilasi asam karboksilat dengan beberapa jenis zat dehidrasi, misalnya oksida, menyebabkan pemisahan molekul air dari dua molekul asam dan pembentukan anhidrida asam karboksilat:

Asam format dan oksalat merupakan pengecualian dalam kasus ini. Dehidrasi asam format atau garam kalium atau natriumnya dengan asam sulfat pekat menyebabkan pembentukan karbon monoksida dan

Dehidrasi natrium metanoat (format) dengan asam sulfat pekat adalah metode laboratorium umum untuk menghasilkan karbon monoksida. Dehidrasi asam oksalat dengan asam sulfat pekat panas menghasilkan campuran karbon monoksida dan karbon dioksida:

Karboksilat

Garam natrium dan kalium dari asam karboksilat adalah zat kristal putih. Mereka mudah larut dalam air, membentuk elektrolit kuat.

Elektrolisis garam natrium atau kalium karboksilat yang dilarutkan dalam campuran air-metanol menghasilkan pembentukan alkana dan karbon dioksida di anoda dan hidrogen di katoda.

Di anoda:

Di katoda:

Metode pembuatan alkana ini disebut sintesis Kolbe elektrokimia.

Pembentukan alkana juga terjadi ketika campuran natrium atau kalium karboksilat dipanaskan dengan natrium hidroksida atau soda kapur. (Soda kapur adalah campuran natrium hidroksida dan kalsium hidroksida.) Metode ini digunakan, misalnya, untuk menghasilkan metana di laboratorium:

Natrium atau kalium karboksilat aromatik dalam kondisi serupa membentuk arena:

Ketika campuran natrium karboksilat dan asam klorida dipanaskan, anhidrida dari asam karboksilat yang sesuai terbentuk:

Kalsium karboksilat juga merupakan zat kristal putih dan umumnya larut dalam air. Ketika dipanaskan, mereka terbentuk

tion dengan hasil rendah dari keton yang sesuai:

Ketika campuran kalsium karboksilat dan kalsium format dipanaskan, aldehida terbentuk:

Garam amonium dari asam karboksilat juga merupakan zat kristal putih yang larut dalam air. Ketika dipanaskan dengan kuat, mereka membentuk Amida yang sesuai: