กรดคาร์บอกซิลิก

สูตรทั่วไปของกรดคาร์บอกซิลิกคือ:

ศัพท์เฉพาะของกรดคาร์บอกซิลิก

ตามระบบการตั้งชื่อของ IUPAC กรดคาร์บอกซิลิกสามารถตั้งชื่อได้สองวิธี ขึ้นอยู่กับขนาดและความซับซ้อนของโมเลกุล กรดที่เป็นอนุพันธ์ของอะลิฟาติกได้รับการตั้งชื่ออย่างเป็นระบบโดยการเปลี่ยนอัลเคนที่ลงท้ายด้วย -ane เป็น -oic และเพิ่มคำว่า "กรด" ขึ้นต้น เช่น กรดโพรพาโนอิก กรดบิวทาโนอิก กรด 3-เอทิล-6-เมทิลออกเทนไดอิก เลขอะตอมของคาร์บอนในสารประกอบเคมีดังกล่าวจะเริ่มต้นด้วยอะตอมในกลุ่มฟังก์ชัน –COOH เสมอ ระบบการตั้งชื่อที่สอง ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับกรดซึ่งหมู่คาร์บอกซิลติดอยู่กับวงแหวน ได้รับอนุญาตให้เพิ่มคำว่า "กรด" นำหน้าและ "คาร์บอกซิลิก" ตามหลังเป็นชื่อที่เป็นระบบของสารประกอบ ในกรณีเช่นนี้ การนับเลขอะตอมของคาร์บอนจะเริ่มต้นด้วยอะตอมที่มีหมู่คาร์บอกซิลเกาะอยู่ ซึ่งตัวมันเองถือเป็นองค์ประกอบแทนที่

เนื่องจากโครงร่างทางประวัติศาสตร์ระบุว่ากรดคาร์บอกซิลิกใดอยู่ในกลุ่มแรกที่แยกได้ ทำให้บริสุทธิ์และแสดงลักษณะเฉพาะ สารประกอบอินทรีย์ ระบบ IUPAC ยังอนุญาตให้ใช้ชื่อสามัญมากมายสำหรับทั้งสารประกอบอินทรีย์และหมู่เอซิล ตารางที่ 1 ตัวอย่างที่เลือกของชื่อสามัญของกรดคาร์บอกซิลิกและหมู่เอซิล

กรดคาร์บอกซิลิก		กลุ่มเอซิล
โครงสร้าง	ชื่อ	โครงสร้าง	ชื่อ
HCOOH	แบบฟอร์ม	HCO-	ฟอร์มิล-
CH 3 COOH	อะซิติก	CH 3 CO-	Acetyl-
CH 3 CH 2 CH 2 COOH	บิวทีริก	CH 3 CH 2 CH 2 CO-	บิวทิริล-
ฮู้คคู้	ออกซาลิก	-OCCO-	ออกซาลิล-
ฮูค(CH 2 ) 2 COOH	ซัคซินิค	-OC(CH 2 ) 2 CO-	ซัคซินิล-

โครงสร้างและคุณสมบัติทางกายภาพของกรดคาร์บอกซิลิก

ความคล้ายคลึงกันของหมู่คาร์บอกซิลกับทั้งคีโตนและแอลกอฮอล์อาจบ่งบอกถึงคุณสมบัติทางกายภาพที่คล้ายคลึงกัน เช่นเดียวกับคีโตน อะตอมของคาร์บอนในกลุ่มฟังก์ชันมีการผสมแบบ sp ² สิ่งนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับโครงสร้างแบนราบและมุมประมาณ 120 ^o ระหว่างพันธะ CCO และ OCO ตัวอย่างเช่น กรดอะซิติก CH ₃ COOH มีมุมพันธะเท่ากับ:

1. 119 ^o สำหรับ CC=O
2. 119 ^o สำหรับ CC-OH
3. 122 ^o สำหรับ O=C-OH

ความยาวพันธะมีดังนี้:

1. 52อัวสำหรับซีซี
2. 25Å สำหรับ C=O,
3. 31Å สำหรับ C-OH

กรดคาร์บอกซิลิกแสดงความคล้ายคลึงกับ แอลกอฮอล์ เนื่องจากความสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้นซึ่งเกิดจากความเป็นไปได้ของการสร้างพันธะไฮโดรเจน ในทางปฏิบัติ สารประกอบเหล่านี้ส่วนใหญ่มีอยู่ในรูปของไซคลิกไดเมอร์ (cyclic dimers) ซึ่งมีโครงสร้างที่รักษาไว้โดยการสร้างพันธะไฮโดรเจน ระบบเฉพาะของพันธะไฮโดรเจนยังส่งผลต่อจุดเดือดของกรดคาร์บอกซิลิก มันทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับแอลกอฮอล์ที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น ค่าคงที่ทางกายภาพ – จุดหลอมเหลวและจุดเดือดเป็นองศาเซลเซียสตามลำดับ:

8. กรดฟอร์มิก : 8.4; 100.7,
9. กรดอะซิติก: 16.6; 117.9,
10. กรดโพรพาโนอิก: -20.8; 141,
11. กรดเบนโซอิก: 122.1; 249.

การแยกตัวของกรดคาร์บอกซิลิก

คุณสมบัติที่เป็นกรดของสารประกอบกลุ่มนี้ทำให้สามารถทำปฏิกิริยากับเบสได้ รวมทั้ง โซเดียมไฮดรอกไซด์ และโพแทสเซียมไบคาร์บอเนต ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาดังกล่าวคือเกลือของกรดคาร์บอกซิลิก ความสามารถในการละลายของกรดคาร์บอกซิลิกในน้ำนั้นเล็กน้อย แต่เกลือของพวกมันกับโลหะอัลคาไลเนื่องจากโครงสร้างไอออนิกนั้นละลายได้ดีในน้ำ สารประกอบเหล่านี้ซึ่งเป็นกรดในทฤษฎีของบรอนสเตด-โลว์รี จะแตกตัวในสารละลายที่มีน้ำเจือจาง อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงทำให้เกิดคาร์บอกซิเลตแอนไอออน RCOO ^– และไฮโดรเนียมไอออนบวก H ₃ O ⁺

เช่นเดียวกับกรดอื่นๆ เป็นไปได้ที่จะเขียนค่าคงที่ของกรด (K _a ) และลอการิทึมของมัน: ค่าที่กำหนดโดยเชิงประจักษ์สำหรับกรดคาร์บอกซิลิกแสดงว่าพวกมันเป็นสารประกอบที่แตกตัวอย่างอ่อน ดังนั้นในทางปฏิบัติพวกมันจึงเป็นกรดอ่อนเช่นกัน สำหรับค่าคงที่ K _ส่วน ใหญ่จะมีค่าประมาณ 10 ^-5 สำหรับกรดอะซิติก K _a = 1.76·10 ^-5 ซึ่งหลังจากการแปลงแล้ว _ให้ ค่า pK เท่ากับ 4.75 ซึ่งเท่ากับการแตกตัวของโมเลกุลเพียงประมาณ 0.1%ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับกรดอนินทรีย์แก่ที่มีระดับการแยกตัว 100%เป็นการยืนยันว่ากรดเหล่านี้เป็นกรดที่มีความแรงต่ำ เมื่อเทียบกับแอลกอฮอล์ ซึ่งค่าคงที่สมดุลจะแกว่งตามลำดับความสำคัญ 10 ^-16 กรดคาร์บอกซิลิกจะแรงกว่ามาก แม้จะมีความคล้ายคลึงกันทางโครงสร้าง แต่ข้อเท็จจริงนี้เกิดจากความเสถียรของคาร์บอกซิเลตแอนไอออนที่สัมพันธ์กับอัลคอกไซด์แอนไอออน โปรดทราบว่าประจุลบในอัลคอกไซด์อยู่ในอะตอมออกซิเจนเดี่ยว ซึ่งมีอิเล็กโทรเนกาติตีสูง ในทางตรงกันข้าม ในคาร์บอกซิเลตแอนไอออน ประจุจะถูกแยกออกจากกันระหว่างออกซิเจนสองตัวของกลุ่มการทำงาน ทำให้มีเสถียรภาพมากขึ้นเมื่อเทียบกับไอออนที่ผลิตโดยแอลกอฮอล์

การได้รับกรดคาร์บอกซิลิก

1. ออกซิเดชันของอัลคิลเบนซีนที่ถูกแทนที่ด้วย KMnO ₄ หรือ Na ₂ Cr ₂ O ₇ ด้วยผลิตภัณฑ์ในรูปของกรดเบนโซอิกที่ถูกแทนที่ เป็นไปได้ที่จะออกซิไดซ์หมู่อัลคิลปฐมภูมิและทุติยภูมิ
2. ออกซิเดชันของพันธะ C=C ในอัลคีนที่มีอะตอมไวนิลไฮโดรเจนอย่างน้อยหนึ่งอะตอมโดยใช้ KMnO ₄ ,
3. ออกซิเดชันของแอลกอฮอล์ปฐมภูมิและอัลดีไฮด์ แอลกอฮอล์ที่ใช้ตัวทำปฏิกิริยาโจนส์ อัลดีไฮด์ที่ใช้ตัวทำปฏิกิริยาเดียวกันและซิลเวอร์ออกไซด์พื้นฐาน
4. การไฮโดรไลซิสของไนไตรล์ภายใต้อิทธิพลของสารละลายกรดหรือเบสแก่ที่ร้อนจัด
5. ปฏิกิริยาของสารประกอบ Grignard กับคาร์บอนไดออกไซด์กับผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในรูปของแมกนีเซียมคาร์บอกซิเลต จากนั้นสารประกอบทรานซิชันจะทำปฏิกิริยากับกรด

ปฏิกิริยาของกรดคาร์บอกซิลิก

เนื่องจากโครงสร้างของกรดคาร์บอกซิลิก นอกเหนือจากปฏิกิริยาที่มีลักษณะเฉพาะแล้ว ยังผ่านการเปลี่ยนแปลงที่คล้ายกับแอลกอฮอล์และคีโตนอีกด้วย เช่นเดียวกับแอลกอฮอล์ พวกมันสามารถแยกโปรตอนออกเพื่อสร้างสารทำปฏิกิริยานิวคลีโอฟิลิก เช่นเดียวกับคีโตน พวกมันอาจถูกโจมตีโดยนิวคลีโอฟิลตัวอื่นบนอะตอมของคาร์บอนของหมู่คาร์บอนิล นอกจากนี้ การลดลง การแทนที่ในตำแหน่งอัลฟ่า การแทนที่ด้วยนิวคลีโอฟิลิกของกลุ่ม acyl และการสลายตัว การลดลงของกรดคาร์บอกซิลิกเกิดขึ้นกับ LiAlH ₄ โดยให้ผลิตภัณฑ์เป็นแอลกอฮอล์หลัก บางครั้งจำเป็นต้องใช้ความร้อนในสารละลายเตตระไฮโดรฟิวแรนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ อีกวิธีหนึ่งคือการลดลงโดยใช้โบเรนในสารละลายเตตระไฮโดรฟิวแรน ซึ่งได้แอลกอฮอล์ 1 ^o เช่นกัน