Kwasy karboksylowe, estry, tłuszcze.pdf
(
678 KB
)
Pobierz
PCP2-03
3. Jednofunkcyjne pochodne w´glowodorów
2. Reakcje
– redukcja ketonów do alkoholi II-rz´dowych:
H
R—C—R'
$
[H]
R—C—R'
O
OH
gdzie R i R' sà podstawnikami alifatycznymi lub aromatycznymi, na
przyk∏ad:
H
CH
3
CH
2
—C—CH
3
+ H
2
$
Ni
CH
3
CH
2
—C—CH
3
O
OH
3.6. Kwasy karboksylowe
3.6.1. Otrzymywanie i nazewnictwo kwasów karboksylowych
Kwasy karboksylowe sà zwiàzkami, w których grupà funkcyjnà jest
grupa karboksylowa:
O
O
—C
—C
OH
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:
O
R—C
lub
R—COOH
OH
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:
3
2
1
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
α
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:
α
4
3
2
1
CH
2
—CH
2
—CH
2
—COOH
OH
kwas-4-hydroksybutanowy
(lub kwas
c
-hydroksymas∏owy)
129
β
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:
O
utlenianie
CH
3
—CH
2
—C
$
CH
3
—CH
2
—COOH
propanal
H
kwas propanowy
(propionowy)
Mo˝na zauwa˝yç, ˝e aldehyd stanowi poÊrednie stadium podczas
utleniania alkoholi I-rz´dowych:
O
[O]
[O]
CH
3
—CH
2
OH
$
CH
3
—C
$
CH
3
—COOH
H
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
H
O
H
O
CH
3
—C
H
O
H
—
O
Kwasy karbok-
sylowe majà
ma∏à lotnoÊç
dzi´ki powstajà-
cym silnym
wiàzaniom
wodorowym.
H
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:
chomik-unikat
Inne pliki z tego folderu:
cayskrypt1.doc
(478 KB)
chemiasem1.pdf
(418 KB)
Chemia. Wykład 1.ppt
(34 KB)
Chemia. Wykład 2(1).ppt
(34 KB)
Chemia. Wykład 2.ppt
(34 KB)
Inne foldery tego chomika:
CHEMIA
CHEMIA - Stefan Sękowski
Chemia analityczna
chemia fizyczna
Chemia nowej ery 2 NPP ksiązka nauczyciela wszystko !!!
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin