Kwasy karboksylowe, estry, tłuszcze.pdf

3. Jednofunkcyjne pochodne w´glowodorów

2. Reakcje

– redukcja ketonów do alkoholi II-rz´dowych:

R—C—R'

[H]

R—C—R'

gdzie R i R' sà podstawnikami alifatycznymi lub aromatycznymi, na

przyk∏ad:

CH 3 CH 2 —C—CH 3

+ H 2

CH 3 CH 2 —C—CH 3

3.6. Kwasy karboksylowe

3.6.1. Otrzymywanie i nazewnictwo kwasów karboksylowych

Kwasy karboksylowe sà zwiàzkami, w których grupà funkcyjnà jest

grupa karboksylowa:

—C

grupa karboksylowa

grupa karbonylowa

Wzór ogólny

kwasów, które

majà nasycony

∏aƒcuch w´glo-

wodorowy,

mo˝na napisaç

wpostaci

C n H 2 n + 1 COOH.

Grupa karboksylowa w porównaniu do grupy karbonylowej jest bo-

gatsza o atom tlenu. Ogólny wzór kwasów karboksylowych zapisuje si´

w nast´pujàcej postaci:

R—C

lub

R—COOH

gdzie R to atom wodoru, podstawnik alifatyczny lub aromatyczny.

Kwasy karboksylowe sà doÊç rozpowszechnionà grupà zwiàzków, dla-

tego wiele z nich okreÊla si´ wcià˝ nazwami zwyczajowymi, pochodzàcy-

mi cz´sto od surowców, z jakich je wyodr´bniono. Kwas octowy, majàcy

du˝e zastosowanie w gospodarstwie domowym, wyodr´bniano przez

stulecia z octu winnego, a kwas mrówkowy, stosowany w medycynie

ludowej jako sk∏adnik Êrodków przeciwreumatycznych, wydzielajà

mrówki. Obecnie stosuje si´ dwa systemy nazewnictwa kwasów karbok-

sylowych – system zalecany przez IUPAC oraz starszy, ale doÊç rozpo-

wszechniony system oparty na nazwach zwyczajowych.

Nazw´ systematycznà kwasu tworzy si´, podajàc po nazwie „kwas”

nazw´ w´glowodoru, od którego dany kwas pochodzi, z koƒcówkà - owy

(tab. 3.4).

128

3.6. Kwasy karboksylowe

Wzór kwasu

Nazwa zwyczajowa

Nazwa systematyczna

HCOOH

kwas mrówkowy

kwas metanowy

CH 3 COOH

kwas octowy

kwas etanowy

CH 3 CH 2 COOH

kwas propionowy

kwas propanowy

CH 3 CH 2 CH 2 COOH

kwas mas∏owy

kwas butanowy

C 15 H 31 COOH

kwas palmitynowy

kwas heksadekanowy

C 17 H 35 COOH

kwas stearynowy

kwas oktadekanowy

C 6 H 5 COOH

kwas benzoesowy

kwas benzenokarboksylowy

Tab. 3.4. Nazwy zwyczajowe i systematyczne kwasów karboksylowych

Je˝eli kwas ma podstawniki zwiàzane z ∏aƒcuchem g∏ównym, to ∏aƒ-

cuch zawierajàcy grup´ karboksylowà numeruje si´, poczàwszy od grupy

karboksylowej:

CH 3 —CH—COOH

CH 3

Dalsze zasady tworzenia nazwy sà takie same jak przy poprzednich

grupach zwiàzków: przed nazwà podaje si´ nazwy podstawników w ko-

lejnoÊci alfabetycznej oraz numery atomów w´gla, przy których te pod-

stawniki wyst´pujà. Powy˝szy kwas nazywa si´ wi´c kwasem 2-metylo-

propanowym. JeÊli wyst´puje nazwa zwyczajowa tego kwasu, to

zamiast numerów przy kolejnych atomach w´gla pojawià si´ oznacze-

nia literowe alfabetu greckiego, przy czym numeracj´ takà rozpoczyna

si´ nie od grupy karboksylowej, lecz od atomu w´gla po∏o˝onego bez-

poÊrednio za nià:

CH 3 —CH—COOH

CH 3

-metylopropio-

nowy. Nale˝y jednak przestrzegaç zasady niemieszania obu systemów

nazywania kwasów.

Grupa karboksylowa jest grupà o wy˝szej randze od grup wczeÊniej

poznanych, dlatego podczas nazywania zwiàzku o bardziej rozbudowa-

nej strukturze numerowanie rozpoczynamy od grupy karboksylowej,

traktujàc pozosta∏e grupy funkcyjne jak podstawniki:

CH 2 —CH 2 —CH 2 —COOH

kwas-4-hydroksybutanowy

(lub kwas c -hydroksymas∏owy)

129

Nazwa zwyczajowa powy˝szego kwasu brzmi – kwas

3. Jednofunkcyjne pochodne w´glowodorów

COOH

NO 2

kwas o -nitrobenzenokarboksylowy (lub kwas o -nitrobenzoesowy)

Utlenianie etylo-

benzenu prowa-

dzi do powsta-

nia kwasu

benzoesowego

itlenku

w´gla(IV)

oraz wody.

Kwasy karboksylowe otrzymuje si´ w wyniku utleniania aldehydów lub

alkoholi I-rz´dowych. W przypadku alkilowych pochodnych zwiàzków

aromatycznych, takich jak toluen czy etylobenzen, utlenieniu ulega ∏aƒ-

cuch w´glowodorowy. Jako utleniaczy u˝ywa si´ manganianu(VII) pota-

su i kwasu azotowego(V). Tlenek srebra i wodorotlenek miedzi(II) stosu-

je si´ tylko do utleniania aldehydów (w próbach Tollensa i Trommera).

Utlenianie toluenu prowadzi wi´c bezpoÊrednio do otrzymania kwasu

benzenokarboksylowego:

CH 3

COOH

utlenianie

Utlenianie etanolu prowadzi natomiast do otrzymania kwasu etano-

wego (octowego):

CH 3 —CH 2 OH

CH 3 —COOH

etanol

kwas etanowy

(octowy)

W wyniku utleniania propanalu powstaje kwas propanowy:

utlenianie

CH 3 —CH 2 —C

CH 3 —CH 2 —COOH

propanal

kwas propanowy

(propionowy)

Mo˝na zauwa˝yç, ˝e aldehyd stanowi poÊrednie stadium podczas

utleniania alkoholi I-rz´dowych:

[O]

CH 3 —CH 2 OH

CH 3 —C

CH 3 —COOH

etanol

etanal

(aldehyd octowy)

kwas etanowy

(kwas octowy)

3.6.2. W∏aÊciwoÊci fizyczne i chemiczne kwasów karboksylowych

ObecnoÊç silnie polarnej grupy karboksylowej wp∏ywa na wi´kszoÊç

w∏aÊciwoÊci kwasów. Du˝y ∏adunek ujemny zgromadzony na atomie tlenu

grupy karboksylowej i silnie dodatni atom wodoru po∏àczony z atomem

tlenu umo˝liwiajà wytwarzanie wiàzaƒ wodorowych zarówno mi´dzy czà-

steczkami kwasu, jak i z czàsteczkami innych zwiàzków, na przyk∏ad wody:

130

utlenianie

3.6. Kwasy karboksylowe

CH 3 —C

O H

—

Kwasy karbok-

sylowe majà

ma∏à lotnoÊç

dzi´ki powstajà-

cym silnym

wiàzaniom

wodorowym.

Symetryczne roz∏o˝enie ∏adunków dodatnich i ujemnych w grupie

karbonylowej pozwala na dimeryzacj´ czàsteczek , czyli ∏àczenie si´

dwóch czàsteczek w jeden wi´kszy uk∏ad (ryc. 3.17). W przypadku kwa-

sów karboksylowych dimeryzacja polega na wytworzeniu mi´dzy dwie-

ma czàsteczkami kwasu dwóch wiàzaƒ

wodorowych.

Ma∏a lotnoÊç kwasów wynika ze

zdolnoÊci do tworzenia wiàzaƒ wodo-

rowych mi´dzy czàsteczkami kwasu.

Porównawszy temperatury wrzenia

metanolu, metanalu i kwasu mrówko-

wego, przekonujemy si´, ˝e najbar-

dziej lotny jest HCHO, niemogàcy

wytworzyç mi´dzy swoimi czàsteczka-

mi wiàzaƒ wodorowych, a najmniej

lotny jest kwas mrówkowy, wytwarza-

jàcy du˝à liczb´ silnych wiàzaƒ wodo-

rowych.

W podobny sposób zmieniajà si´

temperatury wrzenia etanolu, etanalu

i kwasu octowego. Zwiàzki te, jak wy-

nika z tabeli 3.5, sà nieco mniej lotne

od omawianych czàsteczek jednow´-

glowych, gdy˝ majà od nich nieco

wi´kszà mas´. WÊród tych zwiàzków

najbardziej lotny etanal jest w tempe-

raturze pokojowej ∏atwo parujàcà cie-

czà, podczas gdy kwas octowy to ciecz

o temperaturze wrzenia wy˝szej od

wody.

Ryc. 3.17. Model dimeru tworzonego przez czàsteczki

kwasu octowego

Nazwa

zwiàzku

Wzór

zwiàzku

Temperatura

wrzenia [°C]

metanol

CH 3 OH

64,6

metanal

HCHO

–20

kwas mrówkowy

HCOOH

101

etanol

CH 3 CH 2 OH 78,3

etanal

CH 3 CHO

20,7

kwas octowy

CH 3 COOH 118

Tab. 3.5. Temperatury wrzenia alkoholi, aldehydów i kwa-

sów karboksylowych

DoÊwiadczenie

Porównanie lotnoÊci etanolu i kwasu mrówkowego

Na pasek bibu∏y nanieÊ za pomocà bagietki kropl´ etanolu i kropl´

kwasu mrówkowego. Odczekaj chwil´ i porównaj, która z plamek szyb-

ciej wyparowa∏a.

131

3. Jednofunkcyjne pochodne w´glowodorów

DoÊwiadczenie

Porównanie rozpuszczalnoÊci kwasu octowego i kwasu stearynowego

w wodzie

Nalej do dwóch probówek po oko∏o 5 cm 3 wody. Nast´pnie do jednej

dodaj 1 cm 3 kwasu octowego, a do drugiej – odrobin´ kwasu stearynowe-

go. Porównaj rozpuszczalnoÊç obu zwiàzków.

Rozpuszczalne

kwasy karbok-

sylowe powo-

dujà powstawa-

nie kwaÊnego

odczynu wod-

nych roztwo-

rów.

ZdolnoÊç do tworzenia wiàzaƒ wodorowych z wodà wyjaÊnia dobrà roz-

puszczalnoÊç kwasów karboksylowych w wodzie. Jednak w miar´ wzrostu

d∏ugoÊci ∏aƒcucha w´glowodorowego zdolnoÊç ta zanika. Kwasy o tak du-

˝ej czàsteczce, jak kwas stearynowy, sà nierozpuszczalne w wodzie, gdy˝ na

ich w∏aÊciwoÊci silnie wp∏ywa d∏ugi niepolarny ∏aƒcuch w´glowodorowy.

Kwasy karboksylowe, podobnie jak kwasy nieorganiczne, majà zdol-

noÊç do zmieniania odczynu roztworu na kwasowy. Papierek uniwersalny

barwi si´ w roztworach kwasów na czerwono, a oran˝ metylowy wkroplo-

ny do roztworu kwasu zmienia zabarwienie z pomaraƒczowego na czer-

wone. ZdolnoÊç do zmiany odczynu roztworów kwasów wynika z obecno-

Êci silnie spolaryzowanego wiàzania O—H w czàsteczce kwasu. Wiàzanie

to ∏atwo ulega rozerwaniu, w roztworze pojawiajà si´ wtedy jony wodoro-

we, które sà przyczynà zmiany zabarwienia wskaêników.

Kwasy organiczne – w porównaniu z wi´kszoÊcià kwasów nieorganicz-

nych – sà kwasami s∏abymi, ale ich moc jest wystarczajàca do przeprowa-

dzenia reakcji z metalami, tlenkami metali i wodorotlenkami.

DoÊwiadczenie

Badanie kwasowych w∏aÊciwoÊci kwasu octowego

Nalej do trzech probówek po oko∏o 5 cm 3 20% roztworu kwasu octo-

wego. W jednej z probówek zanurz na moment papierek uniwersalny

i zanotuj odczyn roztworu. Nast´pnie do jednej probówki wrzuç odrobi-

n´ wiórków magnezowych, do drugiej dodaj 2 cm 3 5% roztworu zasady

sodowej, zabarwionej fenoloftaleinà na malinowo, a do trzeciej dodaj

szczypt´ tlenku miedzi(II). Probówk´ z tlenkiem miedzi(II) lekko

ogrzej. Zapisz wyniki obserwacji.

Papierek uniwersalny zabarwi∏ si´ w roztworze kwasu octowego na

czerwono. Wiórki magnezowe przereagowa∏y burzliwie z kwasem, zgod-

nie z równaniem:

2 CH 3 COO H + Mg $ (CH 3 COO) 2 Mg + H 2

kwas octowy

sól – octan magnezu

Zabarwienie fenoloftaleiny w roztworze NaOH zanik∏o po dodaniu

roztworu do kwasu, gdy˝ wodorotlenek zosta∏ zoboj´tniony zgodnie

z równaniem:

CH 3 COO H + Na OH $ CH 3 COONa + H 2 O

kwas octowy

sól – octan sodu

132

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: