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

Transkrypt

1

2 Spis treści: Charakterystyka grupy karboksylowej Podział kwasów karboksylowych Nazewnictwo kwasy monokarboksylowe alifatyczne nasycone kwasy monokarboksylowe alifatyczne nienasycone kwasy dikarboksylowe aromatyczne kwasy karboksylowe trzymywanie kwasów karboksylowych Właściwości chemiczne: A. Reakcje polegające na rozerwaniu wiązania -H B. Reakcje polegające na rozerwaniu wiązania C- C. Dekarboksylacja D. Reakcje przebiegające na atomie C w położeniu α Właściwości fizyczne kwasów karboksylowych

3 Kwasy karboksylowe to jednofunkcyjne pochodne węglowodorów o grupie funkcyjnej -CH zwanej grupą karboksylową. W skład grupy funkcyjnej -CH wchodzą: grupa karbonylowa C= i hydroksylowa -H. Własności kwasów karboksylowych wynikają w znacznym stopniu z polarnego charakteru grupy karbonylowej, co ułatwia dysocjację układu -H. Wskutek bliskiego sąsiedztwa i wzajemnego oddziaływania żadna z tych grup nie zachowuje jednak swych niezależnych cech.

4

5 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 C C C C C C C Jeśli zachodzi konieczność numeracji łańcucha, to grupa karboksylowa otrzymuje zawsze lokant l, np.: H CH 3 CH(CH 3 )CH CH 3 CH=CHCH - kwas 2-metylopropanowy (izomasłowy) - kwas but-2-enowy

6 KWASY MNKARBKSYLWE ALIFATYCZNE NASYCNE Są to kwasy w cząsteczkach których występuje jedna grupa funkcyjna CH, a rodnik alkilowy jest nasycony. Wzór ogólny Kwas metanowy - mrówkowy wzór sumaryczny: HCH 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).

7 Cząsteczkę kwasu mrówkowego łatwo utlenić: Silne środki odwadniające powodują rozpad na C i H 2 : H2S4 (stęż.) CH C H2 [] HCH C2 H2 Występowanie: w organizmach mrówek, w niektórych roślinach pokrzywa. trzymywanie na skalę przemysłową: Na sproszkowany wodorotlenek sodu działa się tlenkiem węgla (II) / pod ciśnieniem i temp o C/: NaH + C HCNa ( mrówczan sodu) Następnie na mrówczan działa się kwasem siarkowym(vi). Kwas etanowy octowy wzór sumaryczny: CH 3 CH wzór strukturalny: trzymywanie: 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

8

9 KWASY MNKARBKSYLWE ALIFATYCZNE NIENASYCNE Wzór ogólny dla kwasów jednonienasyconych: Kwas akrylowy (kwas prop-2-enowy) C 2 H 3 CH CH 2 =CH CH Ze względu na to, że łatwo polimeryzuje jest stosowany w przemyśle do otrzymywania tworzyw sztucznych - poliakrylanów i kwasu poliakrylowego oraz do produkcji żywic akrylowych.

10 Technologie syntezy Ważniejsze nienasycone kwasy tłuszczowe (NNKT)

11 KWASY DIKARBKSYLWE Są to kwasy karboksylowe zawierające dwie grupy karboksylowe (-CH). Nazwy systematyczne najprostszych kwasów tworzy się przez dodanie końcówki -odiowy do nazwy alkanu zawierającego tyle atomów węgla, co dany kwas. Gdy grupy -CH są połączone z pierścieniem - przyrostek - dikarboksylowy. Kwas szczawiowy ( kwas etanodiowy) najprostszy kwas dikarboksylowy. Wzór : C 2 H 2 4 ; HC-CH Kwas bursztynowy (kwas 1,4-butanodiowy ) Wzór: (CH 2 CH) 2

12 ARMATYCZNE KWASY KARBKSYLWE 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) C 6 H 5 CH Kwas ftalowy ( benzeno -1,2 dikarboksylowy) C 6 H 4 (CH) 2

13 TRZYMYWANIE KWASÓW KARBKSYLWYCH Na skalę przemysłową kwasy karboksylowe otrzymuje się w wyniku katalitycznego utleniania odpowiednich węglowodorów. A B C D E Utlenianie alkoholi I rzędowych silnym utleniaczem W wyniku łagodnego utleniania odpowiednich aldehydów Utlenianie alkenów Utlenianie węglowodorów aromatycznych z łańcuchem bocznym Hydroliza estrów RCH H 2 alkohol [ utlenianie] RCH kwas R1CH CHR2 22 R1CH R2CH R1CR 2 H2 R1CH R2H F G Hydroliza amidów Hydroliza bezwodników kwasowych RCNH 2 H2 RCH NH3 ( RC) H 2RCH 2 2

14 B H 3 C C H etanal /aldehyd/ H 3 C C H etanal /aldehyd/ T. + 2 Cu(H) H + Cu 2 3 C C H H 2 kwas octowy /kwas karboksylowy/ granatowy osad ceglasty osad + Ag 2 NH 3 H 3 C C H + 2 Ag kwas octowy /kwas karboksylowy/

15 WŁAŚCIWŚCI CHEMICZNE

16 A Reakcje polegające na rozerwaniu wiązania -H Przesunięcie elektronów wiązań H- oraz -C ułatwia oddzielenie protonu i tym samym nadaje związkowi charakter kwasowy. RCH 1. Dysocjacja elektrolityczna RC 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.

17 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)). 2CH 3 CH Zn (CH3C) 2Zn H2 CH3CH NaH CH3CNa H2 CH3CH NH4H CH3CNH 4 H2 2CH3CH Cu (CH3C) 2Cu H2 2CH 3CH CaC 3 (CH3C) 2Ca H2 C2

18 B Reakcje polegające na rozerwaniu wiązania C- 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-. 1. Tworzenie estrów Kwasy reagują z alkoholami dając estry, w których grupa hydroksylowa kwasu zastąpiona jest rodnikiem alkoksylowym (-R 1 ) CH 2 C CH 3 CH 2 H + H CH 3 H + CH 2 C CH 3 CH 2 CH 3 + H 2

19 2. Tworzenie amidów Amidy można zdefiniować jako pochodne kwasów, w których grupa hydroksylowa została zastąpiona grupą NH 2 1.W wyniku działania amoniaku na kwas otrzymujemy sól amonową R-CNH 4 : RCH NH 3(aq) RCNH 4 2. grzewanie soli amonowych wobec środków odwadniających prowadzi do dehydratacji i powstania amidów kwasowych: T RCNH4 RCNH2 H2