Shanghai Liangren Chemical Co., LTD

Vysoce kvalitní produkty, profesionální služby, jádro dodavatelů chemického průmyslu!

Domů > Novinky > Obsah
Karboxylové kyseliny
- Jun 18, 2017 -

Karboxylová funkční skupina, která charakterizuje karboxylové kyseliny, je neobvyklá tím, že se skládá ze dvou funkčních skupin popsaných výše v tomto textu. Jak je patrné ze vzorce vpravo, karboxylová skupina je tvořena hydroxylovou skupinou vázanou na karbonylovou skupinu. Často se píše ve zkondenzované formě jako -CO2H nebo -COOH. Jiné kombinace funkčních skupin byly popsány dříve a byly popsány významné změny v chemickém chování jako výsledek skupinových interakcí (např. Fenol a anilin). V tomto případě je změna chemických a fyzikálních vlastností vyplývající z interakce hydroxylové a karbonylové skupiny tak hluboká, že kombinace je obvykle upravena jako odlišná a odlišná funkční skupina.

1. Nomenklatura karboxylových kyselin

Stejně jako u aldehydů, karboxylová skupina musí být umístěna na konci uhlíkového řetězce. V systému nomenklatury IUPAC je karboxylový uhlík označen č. 1 a další substituenty jsou umístěny a jmenovány podle toho. Charakteristická přípona IUPAC pro karboxylovou skupinu je "kyselina oová" a je třeba dbát na to, aby tato systémová nomenklatura nebyla zaměňována s podobným společným systémem. Tyto dvě nomenklatury jsou ilustrovány v následující tabulce společně s jejich bodem tání a varu.


Vzorec

Běžné jméno

Zdroj

Název IUPAC

Bod tání

Bod varu

HCO2H

kyselina mravenčí

Mravenci (L. formica)

Methanové kyseliny

8,4 ° C

101 ° C

CH3C02H

octová kyselina

Ocet (L. acetum)

Ethanové kyseliny

16,6 ° C

118 ° C

CH3CH2C02H

Propionové kyseliny

Mléko (Gk protus prion)

Propanové kyseliny

-20,8 ° C

141 ° C

CH3 (CH2) 2C02H

Kyselina máselná

Máslo (L. butyrum)

Butanová kyselina

-5,5 ° C

164 ° C

CH3 (CH2) 3C02H

Kyselina valerová

Valerian kořen

Pentanové kyseliny

-34,5 ° C

186 ° C

CH3 (CH2) 4C02H

Kyselina kapronová

Kozy (L. caper)

Hexanové kyseliny

-4,0 ° C

205 ° C

CH3 (CH2) 5C02H

Kyselina enanthová

Vinné révy (Gk. Oenanthe)

Heptanové kyseliny

-7,5 ° C

223 ° C

CH3 (CH2) 6C02H

Kyselina kaprylová

Kozy (L. caper)

Oktanové kyseliny

16,3 ° C

239 ° C

CH3 (CH2) 7C02H

Kyselina pelargonová

Pelargonium (bylina)

Nonanové kyseliny

12,0 ° C

253 ° C

CH3 (CH2) 8C02H

Kyselina kaprinová

Kozy (L. caper)

Dekánová kyselina

31,0 ° C

219 ° C


Substituované karboxylové kyseliny jsou pojmenovány buď systémem IUPAC nebo běžnými názvy. Pokud si nejste jisti ohledně pravidel IUPAC pro nomenklaturu, měli byste je nyní prohlédnout. Některé běžné názvy, například aminokyselinový threonin, nemají systematický původ a musí být jednoduše zapamatovány. V jiných případech běžná jména využívají řeckou písmennou notaci pro atomy uhlíku v blízkosti karboxylové skupiny. Některé příklady obou nomenklatur jsou uvedeny níže.

Jednoduché karboxylové kyseliny obecného vzorce HO2C- (CH2) n-C02H (kde n = 0 až 5) jsou známé běžnými názvy: Oxalová (n = 0), Malonová (n = 1) ), Kyseliny glutarové (n = 3), kyseliny adipové (n = 4) a kyseliny pimelické (n = 5). Běžné názvy, jako jsou tyto, mohou být potíže zapamatovatelné, takže byly vytvořeny mnemotechnické pomůcky, které mají formu chytlavé fráze. Pro tuto skupinu sloučenin jedna taková fráze zní: "OhMůj takový dobrý jablečný koláč".

2. Přírodní produkty karboxylové kyseliny

Karboxylové kyseliny jsou v přírodě rozšířené, často v kombinaci s dalšími funkčními skupinami. Jednoduché alkylkarboxylové kyseliny, složené ze čtyř až deseti uhlíkových atomů, jsou kapaliny nebo pevné látky s nízkou teplotou tání, které mají velmi nepříjemné pachy. Mastné kyseliny jsou důležitými složkami biomolekul, známých jako lipidy, zejména tuky a oleje. Jak je uvedeno v následující tabulce, tyto karboxylové kyseliny s dlouhým řetězcem jsou obvykle označovány jejich běžnými názvy, které ve většině případů odrážejí jejich zdroje. Množství mnozství mastných kyselin kapronových, laurických, myristových, palmitových, stearových a arachidických C10 až C20 je: "Curly, Larry & Moe Perform Silly Antics" (všimněte si, že jména tří žonglů jsou v abecedním pořadí).
Je zajímavé, že molekuly nejvíce přirozených mastných kyselin mají sudý počet atomů uhlíku. Analogické sloučeniny složené z lichého počtu atomů uhlíku jsou dokonale stabilní a byly vyrobeny synteticky. Vzhledem k tomu, že příroda dělá tyto kyseliny s dlouhým řetězcem spojením acetátových jednotek, není překvapující, že atomy uhlíku tvořící přírodní produkty jsou násobky dvou. Dvojité vazby v nenasycených sloučeninách uvedených vpravo jsou všechny cis (nebo Z).


MASTNÉ KYSELINY

(CH2) 10CO2Hlaurová kyselina45 ºCCH3 (CH2) 12CO2Hyselina kyslíková55 ºCCH3 (CH2) 14CO2Kyselina palmitová63 ºCCH3 (CH2) 16CO2Kyselina hyssarová69 ºCCH3 (CH2) 18CO2Kyselinaharachidová76 ºC

(CH2) 5CH = CH (CH2) 7CO2Hpalmitolejová kyselina 0 ° CCH3 (CH2) 7CH = CH (CH2) 7CO2Holeinová kyselina13 ° CCH3 (CH2) 4CH = CHCH2CH = CH (CH2) 7CO2Hlinoleová kyselina -5 ° CCH3CH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CH2) 7CO2Hlinolenová kyselina -11 ° CCH3 (CH2) 4 (CH = CHCH2) 4 (CH2) 2CO2Harachidonová kyselina-49 ° C


Následující vzorce jsou příklady jiných přirozeně se vyskytujících karboxylových kyselin. Molekulární struktury se pohybují od jednoduchých po složité, často obsahují řadu dalších funkčních skupin a mnoho z nich je chirální.


carbacd2.gif

3. Související karbonylové deriváty

Jiné kombinace funkčních skupin s karbonylovou skupinou mohou být připraveny z karboxylových kyselin a obvykle se zpracovávají jako příbuzné deriváty. Pět běžných tříd těchto derivátů karboxylových kyselin je uvedeno v následující tabulce. Ačkoliv nitrily nemají karbonylovou skupinu, jsou zde zahrnuty, protože všechny funkční atomy uhlíku mají stejný oxidační stav. Horní řádek (žlutá stínovaná) zobrazuje obecný vzorec pro každou třídu a dolní řádek (světle modrý) udává konkrétní příklad každého. Stejně jako v případě aminů jsou amidy klasifikovány jako 1 °, 2 ° nebo 3 °, v závislosti na počtu alkylových skupin navázaných na dusík.

Funkční skupiny tohoto druhu se nacházejí v mnoha druzích přírodních produktů. Některé příklady jsou uvedeny níže s funkční skupinou červené barvy. Většina funkcí je amidy nebo estery, přičemž kantharidin je vzácný příklad přirozeného anhydridu. Cyklické estery se nazývají laktony a cyklické amidy se označují jako laktamy. Penicilin G má dvě amidové funkce, z nichž jedním je β-laktam. Řecká písmena lokalizuje atom dusíku vzhledem k karbonylové skupině amidu.


carbdrv1.gif


Funkční skupiny tohoto druhu se nacházejí v mnoha druzích přírodních produktů. Některé příklady jsou uvedeny níže s funkční skupinou červené barvy. Většina funkcí je amidy nebo estery, přičemž kantharidin je vzácný příklad přirozeného anhydridu. Cyklické estery se nazývají laktony a cyklické amidy se označují jako laktamy. Penicilin G má dvě amidové funkce, z nichž jedním je β-laktam. Řecká písmena lokalizuje atom dusíku vzhledem k karbonylové skupině amidu.


carbdrv2.gif


Vlastnosti karboxylových kyselin

1. Fyzikální vlastnosti karboxylových kyselin

Tabulka na začátku této stránky poskytla body tavení a varu pro homologickou skupinu karboxylových kyselin s jedním až deseti atomy uhlíku. Hodnoty varu rostly pravidelně, ale body tání nebyly. Nevětvené kyseliny tvořené rovnoměrným počtem atomů uhlíku mají vyšší teploty tání než liché homology, které mají jeden nebo více uhlíků. To odráží rozdíly v intermolekulárních atraktivních silách v krystalickém stavu. V tabulce mastných kyselin vidíme, že přítomnost cis-dvojné vazby významně snižuje teplotu tání sloučeniny. Kyselina palmitoleová se taví o 60 ° nižší než kyselina palmitová a podobná snížení se vyskytuje u sloučenin C18 a C20. Opět jsou zodpovědné změny v balení krystalů a intermolekulárních sil.

Byly diskutovány faktory, které ovlivňují relativní teploty varu a rozpustnost ve vodě u různých typů sloučenin. Obecně platí, že dipolární přitažlivé síly mezi molekulami působí ke zvýšení bodu varu dané sloučeniny, přičemž vodíkové vazby jsou extrémním příkladem. Vodíková vazba je také důležitým faktorem ve vodě rozpustnosti kovalentních sloučenin. Chcete-li obnovit své chápání těchto zásad, klikněte zde. Následující tabulka uvádí několik příkladů těchto vlastností u některých polárních sloučenin podobné velikosti (nepolární uhlovodíkový hexan je k dispozici pro srovnání).


Fyzikální vlastnosti některých organických sloučenin

Vzorec

Název IUPAC

Molekulární váha

Bod varu

Rozpustnost ve vodě

CH3 (CH2) 2C02H Butanová kyselina 88 164 ° C Velmi rozpustné
CH3 (CH2) 4OH 1-pentanolu 88 138 ° C Lehce rozpustný
CH3 (CH2) 3CHO Pentanal 86 103 ° C Lehce rozpustný
CH3C02C2H5 Ethyl ethanoátu 88 77 ° C Mírně rozpustný
CH3CH2CO2CH3 Methylpropanoátu 88 80 ° C Lehce rozpustný
CH3 (CH2) 2CONH2 Butanamid 87 216 ° C rozpustný
CH3CON (CH3) 2 N, N-dimethylethanamidu 87 165 ° C Velmi rozpustné
CH3 (CH2) 4NH2 1-aminobutan 87 103 ° C Velmi rozpustné
CH3 (CH2) 3CN Pentannitrilu 83 140 ° C Lehce rozpustný
CH3 (CH2) 4CH3 Hexan 86 69 ° C nerozpustný


Prvních pět záznamů má všechny funkční skupiny kyslíku a relativně vysoké teploty varu prvních dvou je zjevně způsobeno vodíkovým spojením. Karboxylové kyseliny mají mimořádně vysoké teploty varu, což je z velké části způsobeno dimerickými asociací zahrnující dvě vodíkové vazby. Strukturní vzorec pro dimer kyseliny octové je zde uveden. Když ukazatel myši předá kresbu, objeví se diagram elektrického mraku. Vysoké teploty varu amidů a nitrilů jsou z velké části způsobeny silnými dipólovými atrakcemi, které jsou v některých případech doplněny vodíkovými vazbami.


hbndacd3.gif

2. Kyslost karboxylových kyselin

Hodnoty pKa některých typických karboxylových kyselin jsou uvedeny v následující tabulce. Když porovnáme tyto hodnoty se srovnatelnými hodnotami srovnatelných alkoholů, jako je ethanol (pKa = 16) a 2-methyl-2-propanol (pKa = 19), je zřejmé, že karboxylové kyseliny jsou silnějšími kyselinami o více než deset mocností deset! Navíc elektro-negativní substituenty v blízkosti karboxylové skupiny působí ke zvýšení kyselosti.

Sloučenina

PKa


Sloučenina

PKa

HCO2H

3,75


CH3CH2CH2C02H

4,82

CH3C02H

4.74


ClCH2CH2CH2CO2H

4.53

FCH2C02H

2,65


CH3CHClCH2C02H

4,05

ClCH2C02H

2,85


CH3CH2CHClCO2H

2,89

BrCH2C02H

2.90


C6H5C02H

4.20

ICH2CO2H

3.10


P-02C6H4C02H

3,45

Cl3CCO2H

0,77


P-CH3OC6H4CO2H

4.45

Proč by měla přítomnost karbonylové skupiny přiléhající k hydroxylové skupině mít tak hluboký účinek na kyselost hydroxylového protonu? Abychom odpověděli na tuto otázku, musíme se vrátit k povaze acidobazické rovnováhy a definici pKa, ilustrované obecnými rovnicemi uvedenými níže. Tyto vztahy byly popsány v předchozí části tohoto textu.

acbspKa.gif


Víme, že rovnováha upřednostňuje termodynamicky stabilnější stranu a že velikost rovnovážné konstanty odráží energetický rozdíl mezi složkami každé strany. V rovnováze kyselé báze rovnováha vždy upřednostňuje slabší kyselinu a bázi (jde o stabilnější složky). Voda je standardní základna pro měření pKa; V důsledku toho vše, co stabilizuje konjugovanou bázi (A: (-)) kyseliny, nutně zvýší tuto kyselinu (H-A) a posune rovnováhu doprava. Jak karboxylová skupina, tak karboxylátový anion jsou stabilizovány rezonancí, ale stabilizace anionu je mnohem větší než stabilita neutrální funkce, jak je znázorněno na následujícím schématu. V karboxylátovém aniontu mají obě přispívající struktury v hybridu stejnou hmotnost a vazby C-O mají stejnou délku (mezi dvojitou a jednoduchou vazbou). Tato stabilizace vede k znatelně zvýšené kyselosti, jak je znázorněno v diagramu energie zobrazeném kliknutím na tlačítko "Toggle Display".


carbres1.gif


Zde popsaný rezonanční efekt je nepochybně hlavním přispěvatelem k výjimečné kyselosti karboxylových kyselin. Ovšem indukční účinky také hrají roli. Například alkoholy mají pKa 16 nebo vyšší, ale jejich kyselost se zvyšuje pomocí substituentů, které odstraňují elektrony na alkylové skupině. Následující diagram ilustruje tento faktor pro několik jednoduchých anorganických a organických sloučenin (řádek č. 1) a ukazuje, jak induktivní odběr elektronů může také zvýšit kyselost karboxylových kyselin (řádky č. 2 a 3). Kyselý vodík má ve všech příkladech červenou barvu.


inductiv.gif


Voda je méně kyselá než peroxid vodíku, protože vodík je méně elektrogativní než kyslík a kovalentní vazba spojující tyto atomy je polarizována způsobem, který je znázorněn. Alkoholy jsou o něco méně kyselé než voda, kvůli špatné elektromagnetice uhlíku, ale chloralhydrát, Cl3CCH (OH) 2 a 2,2,2-trifluorethanol jsou výrazně kyselější než voda, kvůli indukovanému elektronovému odběru elektrinou Halogeny (a druhý kyslík v chloralhydrátu). V případě karboxylových kyselin, pokud se sníží elektrofilní charakter karbonylového uhlíku, klesne také kyselost karboxylové kyseliny. Podobně zvýšení jeho elektrofilnosti zvýší kyselost kyseliny. Kyselina octová je desetkrát slabší než kyselina mravenčí (první dvě položky v druhém řádku), což potvrzuje charakter charakterizující elektronovou skupinu alkylové skupiny ve vztahu k vodíku, jak bylo poznamenáno dříve v diskusi o karbokostní stabilitě . Elektronegativní substituenty zvyšují kyselost vyvoláním indukčního elektronu. Jak je očekáváno, čím je elektrogenita substituentu vyšší, tím vyšší je zvýšení acidity (F> Cl> Br> I), tím čím je substituent na karboxylovou skupinu, tím větší je jeho účinek (izomery ve 3. řadě). Substituenty také ovlivňují kyselost derivátů kyseliny benzoové, ale rezonanční účinky konkurují indukčním účinkům . Methoxyskupina je dárcem elektronů a nitroskupina je odtažena elektrony (poslední tři záznamy v tabulce hodnot pKa).


Shanghai LiangRen chemické co., LTD. Nachází se v okrese jiading v Šanghaji, je jedním z předních domácích galvanických chemických surovinových výrobců a distributorů, profesionální výroba: chromátová sůl , měď , nikl , kobaltová sůl a další soli . Výrobky společnosti byly vyvezeny do Austrálie, Německa, Koreje, Japonska, Thajska, Spojeného království, Tchaj-wanu, Indonésie, Malajsie a dalších zemí a regionů, se zákazníky k vytvoření dlouhodobých a stabilních vztahů spolupráce.

V roce 2013 společnost prošla systém kvality ISO9001, 2008, standard kvality kontroly výrobků. Zatímco posílit konstrukci hardwaru, software systematické řízení, aby vývoj společnosti na novou úroveň.

Nové příležitosti, nové výzvy, jsme ochotni růst s vámi!

Více informací o přípravku Inorganic Salt : http://www.inorganic-salts.com/