Kwasy karboksylowe

Kwasy karboksylowe (rysunki w pliku .doc)


BUDOWA I WŁAŚCIWOŚCI:
Kwasami karboksylowymi nazywamy grupę związków organicznych, pochodnych węglowodorów, zawierających w cząsteczce jedną lub więcej grup karboksylowych
– COOH.
Ogólny wzór kwasów monokarboksylowych (zawierających jedną grupę -COOH):

Kwasy karboksylowe, podobnie jak węglowodory, tworzą szereg homologiczny:
Systematyczne nazwy kwasów karboksylowych tworzy się dodając końcówkę –owy
do nazwy węglowodoru o tej samej liczbie atomów węgla
w cząsteczce (np. kwas karboksylowy pochodzący od metanu to kwas metanowy). Przy numeracji łańcucha atom węgla w grupie karboksylowej oznacza się cyfrą 1. Często alternatywnie dla nazw systematycznych stosuje się nazwy zwyczajowe (np. kwas mrówkowy, kwas octowy).
W szeregu homologicznym wraz ze wzrostem wielkości cząsteczki wzrastają temperatury topnienia i wrzenia kwasów karboksylowych. Niższe kwasy karboksylowe są cieczami o ostrym zapachu, kwasy o średniej wielkości są oleistymi cieczami
o przykrej woni, a kwasy długołańcuchowe - ciałami stałymi lub cieczami w zależności od stopnia nienasycenia. Kwasy karboksylowe są aktywnymi chemicznie związkami,
a ich właściwości chemiczne wynikają z obecności grupy karboksylowej. Kwasy karboksylowe, zarówno z jedną jak i większą liczbą grup karboksylowych, są związkami rozpowszechnionymi w przyrodzie.
Kwasy karboksylowe o krótkich łańcuchach węglowych mieszają się z wodą w każdym stosunku. Kwasy o długich łańcuchach (15 do 17 atomów węgla –
m.in. kwasy: palmitynowy, stearynowy, oleinowy) nie są dobrze rozpuszczalne
w wodzie, często są one nazywane kwasami tłuszczowymi, ponieważ pochodzą
od tłuszczów zwierzęcych.
W grupie karboksylowej występuje tzw. Zjawisko mezomerii – tzn. elektrony podwójnego wiązania nie mają ściśle określonego położenia. Chmura elektronów jest równomiernie rozmieszczona wokół całej grupy –COO-. Dlatego tez atom wodoru może się łatwo odszczepiać w formie jonu wodorkowego, co nadaje tym związkom charakter kwasowy.

Kwasy karboksylowe ulegają dysocjacji:
CH3 – COOH CH3 – COO- + H+

POWSTAWANIE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH:
· Utlenianie aldehydów lub alkoholi I – rzędowych:

· Hydroliza estrów (reakcja odwrotna do reakcji estryfikacji):





REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE:
Charakterystyczne reakcje kwasów karboksylowych są oczywiście wynikiem obecności grupy karboksylowej –COOH, należą do nich: tworzenie soli i tworzenie estrów.
Sole kwasów karboksylowych są związkami jonowymi, na ogół dobrze rozpuszczalnymi w wodzie. Octan sodu w roztworze wodnym ulega hydrolizie wykazując odczyn zasadowy. Świadczy to, że kwas octowy jest kwasem słabym.
Wyższe kwasy tłuszczowe ogrzewane z mocnymi zasadami tworzą sole zwane mydłami:
C17H35COOH + NaOH C17H35COONa + H2O


Mydła sodowe i potasowe są rozpuszczalne w wodzie i tworzą z nią roztwory koloidalne. W wyniku hydrolizy w roztworze wodnym wykazują odczyn zasadowy:
C17H35COO- + Na+ + HOH C17H35COOH + Na+ + OH-
Mydła sodowe są twarde, a potasowe – miękkie i maziste. Do pielęgnacji ciała używa się mydeł toaletowych, które zawierają mydła sodowe i różne środki uszlachetniające (np. natłuszczające), barwniki, środki zapachowe itp.
· Powstawanie soli
Sole powstają w reakcji kwasów hydroksylowych z wodorotlenkami, tlenkami
i metalami. Przykłady reakcji:
o z wodorotlenkiem

o z tlenkiem

o z metalem

W każdym przypadku w miejsce wodoru grupy karboksylowej wchodzi metal.

· Reakcja estryfikacji – powstawania estrów (kwas + alkohol)



· Kwasy karboksylowe są mocniejsze od kwasu węglowego i wypierają go z jego soli:


PRZEGLĄD KWASÓW KARBOKSYLOWYCH:
Do najbardziej znanych kwasów monokarboksylowych należą kwasy: mrówkowy, octowy, palmitynowy, stearynowy, oleinowy. Spośród kwasów z większą liczbą grup karboksylowych są to np. kwasy: szczawiowy i cytrynowy.

Kwas mrówkowy (metanowy) H - COOH
Jest to najprostszy a zarazem najmocniejszy z kwasów karboksylowych. Jedyny,
w którym grupa karboksylowa łączy się bezpośrednio z wodorem, co nadaje mu charakterystyczne właściwości, wyróżniające go spośród wyższych homologów. Kwas metanowy posiada charakterystyczny zapach, doskonale miesza się z wodą. Z budowy kwasy wynika łatwość utlenia się do dwutlenku węgla i wody, a co za tym idzie kwas mrówkowy związkiem silnie redukującym (np. redukuje sole srebra lub rtęci
do metalicznego srebra lub rtęci).
Kwas metanowy otrzymuje się w wyniku utleniania alkoholu metylowego, w katalitycznej reakcji tlenku węgla z parą wodną lub też z tlenku węgla i wodorotlenku sodu,
przy czym w tej ostatniej reakcji powstaje mrówczan sodu, który rozkłada się następnie mocnym kwasem. W przyrodzie kwas mrówkowy występuje w jadzie niektórych owadów oraz w liściach pokrzyw. Na skórze, która ma kontakt z kwasem mrówkowym pojawiają się pęcherze, czego doświadczamy po ugryzieniu przez mrówkę lub kontakt
z pokrzywą.
Kwas octowy (etanowy) CH3 – COOH
Jest to bezbarwna, przezroczysta ciecz, o przenikliwym zapachu. Z wodą miesza się bez ograniczeń. W handlu znany jest pod postacią octu stołowego (10%). Stężony jest silnie żrący. Bezwodny kwas octowy krzepnie w postaci kryształów podobnych do lodu; wskutek tego nosi on zwyczajową nazwę kwasu octowego lodowatego.
Kwas masłowy (butanowy) CH3 – CH2 – CH2 – COOH
Oleista ciecz, o bardzo nieprzyjemnym zapachu, rozpuszczalna w wodzie. W stanie wolnym kwas masłowy występuje w pocie, natomiast w postaci glicerydów w maśle. Jełczenie masła i związane z tym wydzielanie przykrego zapachu, polega na powstawaniu wolnego kwasu masłowego pod wpływem wody i enzymów. Kwas masłowy można otrzymać np. syntetycznie przez utlenienie butanolu. Kwas masłowy ma zastosowanie do produkcji środków zapachowych, garbników i leków.

Kwasy tłuszczowe nie występują w przyrodzie w stanie wolnym, natomiast w stanie związanym znajdują się w tłuszczach zwierzęcych i roślinnych. Najbardziej znanymi są kwasy: stearynowy, palmitynowy i oleinowy.

Kwas palmitynowy
Długołańcuchowy nasycony kwas karboksylowy o 16 atomach węgla w cząsteczce. Jest białym ciałem stałym, nierozpuszczalnym w wodzie. W przyrodzie występuje
w dużych ilościach w tłuszczach jadalnych, a w stanie wolnym w oleju palmowym. Otrzymuje się go w wyniku zmydlania tłuszczów lub syntetycznie.
Kwas stearynowy
Nasycony, długołańcuchowy kwas karboksylowy o 18 atomach węgla w cząsteczce. Biała, przezroczysta, bezwonna masa, nierozpuszczalna w wodzie, rozpuszczalna
w rozpuszczalnikach organicznych. Jeden z najczęściej występujących kwasów karboksylowych w tłuszczach zarówno roślinnych jak i zwierzęcych. Kwas stearynowy ma zastosowanie do produkcji mydeł, świec, past oraz środków impregnacyjnych.

Kwas oleinowy
Długołańcuchowy, osiemnastowęglowy, nienasycony kwas karboksylowy (kwas tłuszczowy), w cząsteczce którego podwójne wiązanie znajduje się między 9 a 10 atomem węgla. Wchodzi w skład większości tłuszczów. Jest gęstą cieczą o barwie żółtej. Nie miesza się z wodą. Ma zastosowanie w produkcji mydeł, kosmetyków.
Kwas szczawiowy (etanodiowy)
Najprostszy kwas dikarboksylowy, będący połączeniem dwóch grup karboksylowych
HOOC – COOH
Jest białym, krystalicznym ciałem stałym, rozpuszczalnym w wodzie. Ogrzewanie kwasu szczawiowego powoduje jego dekarboksylację i przekształcenie w kwas mrówkowy:

HOOC – COOH → CO2 + H – COOH

Kwas szczawiowy pod działaniem czynników utleniających rozkłada się do dwutlenku węgla i wody.
Najważniejsza metodą otrzymywania kwasu szczawiowego polega na utlenianiu glikolu etylenowego.
Kwas szczawiowy jest rozpowszechniony w przyrodzie, występuje w wielu roślinach (rabarbar, szpinak, szczaw) w postaci soli. Jest trujący, ponieważ usuwa z organizmu wapń w postaci trudno rozpuszczalnej soli wapniowej. Kwas szczawiowy ma zastosowanie jako reduktor w analizie chemicznej. Jest używany w farbiarstwie oraz
w proszkach do czyszczenia urządzeń sanitarnych.