Spis treści: Charakterystyka grupy karboksylowej

Prezentacja na temat: "Spis treści: Charakterystyka grupy karboksylowej"— Zapis prezentacji:

1

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

3 Kwasy karboksylowe to jednofunkcyjne pochodne węglowodorów o grupie funkcyjnej -COOH zwanej grupą karboksylową. W skład grupy funkcyjnej  -COOH wchodzą: grupa karbonylowa C=O i hydroksylowa -OH. Własności kwasów karboksylowych wynikają w znacznym stopniu z polarnego charakteru grupy karbonylowej, co ułatwia dysocjację układu O-H. Wskutek bliskiego sąsiedztwa i wzajemnego oddziaływania żadna z tych grup nie zachowuje jednak swych niezależnych cech. Duża różnica elektroujemności atomów tlenu z jednej strony, a węgla i wodoru z drugiej, powoduje powstanie polaryzacji wiązania O–H, dzięki której nabiera ono w znacznym stopniu charakteru wiązania jonowego.

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. Jeśli zachodzi konieczność numeracji łańcucha, to grupa karboksylowa otrzymuje zawsze lokant l, np.: CH3CH(CH3)COOH                     - kwas 2-metylopropanowy (izomasłowy) CH3CH=CHCOOH                        - kwas but-2-enowy

6 KWASY MONOKARBOKSYLOWE ALIFATYCZNE NASYCONE
Są to kwasy w cząsteczkach których występuje jedna grupa funkcyjna –COOH, a rodnik alkilowy jest nasycony. Wzór ogólny Kwas metanowy - mrówkowy wzór sumaryczny: HCOOH 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 Kwas etanowy – octowy Cząsteczkę kwasu mrówkowego łatwo utlenić:
Silne środki odwadniające powodują rozpad na CO i H2O: Występowanie: w organizmach mrówek, w niektórych roślinach – pokrzywa. Otrzymywanie na skalę przemysłową: Na sproszkowany wodorotlenek sodu działa się tlenkiem węgla (II) / pod ciśnieniem i temp. 120 – 150oC/: NaOH + CO → HCOONa ( mrówczan sodu) Następnie na mrówczan działa się kwasem siarkowym(VI). Kwas etanowy – octowy wzór sumaryczny: CH3COOH wzór strukturalny: Otrzymywanie: 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 Wzór ogólny dla kwasów jednonienasyconych:
KWASY MONOKARBOKSYLOWE ALIFATYCZNE NIENASYCONE Wzór ogólny dla kwasów jednonienasyconych: Kwas akrylowy (kwas prop-2-enowy) C2H3COOH CH2=CH–COOH 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 Ważniejsze nienasycone kwasy tłuszczowe (NNKT)
Technologie syntezy Ważniejsze nienasycone kwasy tłuszczowe (NNKT)

11 Kwas bursztynowy (kwas 1,4-butanodiowy )
KWASY DIKARBOKSYLOWE Są to kwasy karboksylowe zawierające dwie grupy karboksylowe (-COOH). Nazwy systematyczne najprostszych kwasów tworzy się przez dodanie końcówki -odiowy do nazwy alkanu zawierającego tyle atomów węgla, co dany kwas. Gdy grupy -COOH są połączone z pierścieniem - przyrostek - dikarboksylowy. Kwas szczawiowy ( kwas etanodiowy) najprostszy kwas dikarboksylowy. Wzór : C2H2O4 ; HCOO-COOH Kwas bursztynowy (kwas 1,4-butanodiowy ) Wzór: (CH2COOH)2

12 AROMATYCZNE KWASY KARBOKSYLOWE
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) C6H5COOH Kwas ftalowy ( benzeno -1,2– dikarboksylowy) C6H4(COOH)2

13 OTRZYMYWANIE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
Na skalę przemysłową kwasy karboksylowe otrzymuje się w wyniku katalitycznego utleniania odpowiednich węglowodorów. A Utlenianie alkoholi I – rzędowych silnym utleniaczem B W wyniku łagodnego utleniania odpowiednich aldehydów C Utlenianie alkenów D Utlenianie węglowodorów aromatycznych z łańcuchem bocznym E Hydroliza estrów F Hydroliza amidów G Hydroliza bezwodników kwasowych

14 A B G

15 WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE

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

18 B Reakcje polegające na rozerwaniu wiązania C-O
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-O. Tworzenie estrów Kwasy reagują z alkoholami dając estry, w których grupa hydroksylowa kwasu zastąpiona jest rodnikiem alkoksylowym (-OR1)

19

20 2. Tworzenie amidów Amidy można zdefiniować jako pochodne kwasów, w których grupa hydroksylowa została zastąpiona grupą –NH2 1.W wyniku działania amoniaku na kwas otrzymujemy sól amonową R-COONH4 : 2. Ogrzewanie soli amonowych wobec środków odwadniających prowadzi do dehydratacji i powstania amidów kwasowych:

21 2. Tworzenie chlorków kwasowych
Działając na kwasy karboksylowe PCl5, PCl3 lub chlorkiem tionylu SOCl2 dochodzi do wymiany grupy –OH na fluorowiec i powstania chlorków kwasowych

22 Łagodna dehydratacja kwasów karboksylowych prowadzi do otrzymania bezwodników.
Szczególnie łatwo ulegają tej reakcji kwasy dikarboksylowe.

23

24 C. Dekarboksylacja Cząsteczka kwasu rozkłada się z wydzieleniem dwutlenku węgla. Dekarboksylacja kwasów zachodzi dość trudno. Dekarboksylacja kwasów przebiega łatwo, gdy przy węglu w położeniu α znajduje się podstawnik elektroujemny. W przypadku kwasów bardziej odpornych na temperaturę dekarboksylację przeprowadza się prażąc sole sodowe kwasu z alkaliami.

25 D. Reakcje przebiegające na atomie C w położeniu α
Gdy na kwas karboksylowy podziałamy chlorem lub bromem, w obecności niewielkiej ilości fosforu czerwonego, przy węglu α następuje wymiana wodoru na fluorowiec. Wprowadzony fluorowiec łatwo daje się zastąpić takimi nukleofilowymi podstawnikami jak: -OH, -CN, -J, -NH2

26 Redukcja kwasów karboksylowych
Redukcja kwasów karboksylowych do aldehydów i następnie do alkoholi Redukcja kwasów karboksylowych przebiega opornie. Redukcja kwasów do alkoholi ma znaczenie praktyczne ze względu na dostępność niektórych kwasów w wyniku hydrolizy tłuszczów. Doskonałym reduktorem jest LiAlH4 (tetrahydroglinian litu ) RCOOH  R CH2OH

27 WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
Silna polaryzacja wiązań w obrębie grupy karboksylowej powoduje, że kwasy organiczne w nawet silnie rozcieńczonych roztworach występują w postaci dimerów, powiązanych wiązaniami wodorowymi. Te silne oddziaływania międzycząsteczkowe są powodem, że większość kwasów organicznych jest krystalicznymi ciałami stałymi, mimo że formalna masa molowa wskazywałaby raczej na stan ciekły oraz wykazują wysoką temperaturę wrzenia. -asocjacja pomiędzy cząsteczkami kwasów karboksylowych -asocjacja pomiędzy wodą i kwasem Kwasy o niskich masach molowych są dobrze rozpuszczalne w wodzie, natomiast wyższe kwasy są praktycznie w wodzie nierozpuszczalne

28 Bibliografia „ Repetytorium z chemii” M. Klimaszewska
„ Chemia organiczna” S. Korzeń