Kwasy karboksylowe i pochodne

Połączenie grupy karbonylowej z hydroksylową tworzy

grupę karboksylową

O

C

O

H

O

C

O

R

H

W kwasach karboksylowych z grupą karboksylową

połączone są podstawniki alkilowe lub arylowe R

R

CO

2

H

R

COOH

1

Kwasy karboksylowe i pochodne

Nazewnictwo

kwas

metan

owy

(kwas mrówkowy)

kwas

etan

owy

(kwas octowy)

O

C

HC

OH

HC

HC

CH

3

CH

3

H

3

C

CH

H

3

C

CH

3

1

2

3

4

5

O

C

H

OH

O

C

H

3

C

OH

(kwas mrówkowy)

(kwas octowy)

kwas

2,3,4,5

-

tetrametylo

heksan

owy

H

3

C

CH

3

6

kwas

3

-

chloro

propan

owy

(

kwas

β

-chloropropionowy)

O

C

H

2

C

OH

H

2

C

1

2

3

Cl

α

β

2

Kwasy karboksylowe i pochodne

Nazewnictwo

O

O

O

O

O

kwas

butan

odiowy

(kwas bursztynowy)

C

H

2

C

OH

C

1

2

HO

3

kwas

propan

odiowy

(kwas malonowy)

kwas

etan

odiowy

(kwas szczawiowy)

C

C

OH

HO

C

H

2

C

OH

H

2

C

C

1

2

3

4

OH

O

3

Kwasy karboksylowe i pochodne

Nazewnictwo

COOH

NO

2

COOH

OH

kwas

m

-

nitrob

enzeno

karboksylowy

(kwas m-nitrobenzoesowy)

kwas

o

-

hydroksy

bezeno

karboksylowy

(kwas salicylowy)

COOH

Kwas

cykloheksano

karboksylowy

4

Kwasy karboksylowe i pochodne

Nazewnictwo

O

C

OH

R

O

C

R

kwas karboksylowy

grupa acylowa

O

C

H

O

C

H

3

C

O

C

formyl

acetyl

benzoil

5

O

C

O

H

H

Kwasy karboksylowe i pochodne

Budowa

125

o

106

o

124

o

O

C

O

H

3

C

H

O

C

O

H

3

C

H

δ

−

δ

+

Przyczyna właściwości kwasowych kwasów karboksylowych

δ

−

δ

+

6

Kwasy karboksylowe i pochodne

Budowa i właściwości fizyczne

O

C

OH

H

3

C

CH

2

H

2

C

OH

H

3

C

butan-1-ol

M = 60 g/mol

t.w. = 118

o

C

M = 60 g/mol

t.w. = 97

o

C

kwas etanowy

butan-1-ol

7

Kwasy karboksylowe i pochodne

Budowa i właściwości fizyczne

H

3

C

C

O

O

H

CH

3

C

O

O

H

δ

-

δ

-

δ

+

O

H

O

δ

+

δ

-

δ

-

δ

+

H

3

C

C

O

O

H

O

H

H

O

H

H

δ

+

δ

-

δ

-

δ

-

δ

-

δ

+

δ

+

δ

+

8

Kwasy karboksylowe i pochodne

Budowa i właściwości fizyczne

Kwasowość kwasów karboksylowych

R

C

O

OH

+

H

2

O

R

C

O

O

H

3

O

+

kwas 1

zasada 2

zasada 1

kwas 2

K

a

=

RCOO

-

H

3

O

+

RCOOH

.

pK

a

= - log

10

K

a

kwas 1

zasada 2

zasada 1

kwas 2

9

Kwasy karboksylowe i pochodne

Budowa i właściwości fizyczne

Kwasowość kwasów karboksylowych

HCOOH

kwas metanowy

1,77

x

10

-4

3,75

K

a

pK

a

CH

3

COOH

kwas etanowy

1,76

x

10

-5

4,74

CH

3

CH

2

COOH

kwas propanowy

1,34

x

10

-5

4,87

CH

3

CH

2

OH

etanol

10

-16

16

kwas benzoesowy

6,46

x

10

-5

4,19

COOH

10

Kwasy karboksylowe i pochodne

Budowa i właściwości fizyczne

Kwasowość kwasów karboksylowych

R

C

O

O

R

C

O

O

R

C

O

O

δ

-

δ

+

O

O

O

efekt indukcyjny

efekt mezomeryczny

R

C

O

O 1/2

1/2

hybryda rezonansowa

11

Kwasy karboksylowe i pochodne

Budowa i właściwości fizyczne

Kwasowość kwasów karboksylowych

K

a

pK

a

kwas trichloroetanowy

0,23

0,64

mocniejszy

kwas

CCOO

H

Cl

Cl

Cl

kwas etanowy

1,76

x

10

-5

4,74

kwas propanowy

1,34

x

10

-5

4,87

CH

2

COO

H

H

3

C

CH

2

COO

H

H

CH

2

COO

H

F

kwas fluoroetanowy

2,5

x

10

-3

2,6

kwas chloroetanowy

1,4

x

10

-3

2,9

CH

2

COO

H

Cl

słabszy kwas

Cl

12

Kwasy karboksylowe i pochodne

Budowa i właściwości fizyczne

Kwasowość kwasów karboksylowych

COO

H

NO

2

COO

H

OCH

3

COO

H

CH

3

pK

a

= 3,4

pK

a

= 4,5

pK

a

= 4,4

COO

H

H

pK

a

= 4,2

13

Kwasy karboksylowe i pochodne

Reakcje kwasów karboksylowych

Tworzenie soli

H

3

C

C

OH

O

+

Zn

H

3

C

C

O

-

O

Zn

2+

2

H

2

+

2

2

C

O

OH

+

NaOH

C

O

O

-

Na

+

H

-OH

+

octan cynku

benzoesan sodu

14

Kwasy karboksylowe i pochodne

Reakcje kwasów karboksylowych

O

C

O

H

3

C

H

δ

−

δ

+

Centrum elektrofilowe

Podstawowy typ reakcji to reakcja podstawienia, w której

grupa hydroksylowa ulega podstawieniu inną grupą nukleofilową.

15

Nu

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

O

C

OH

R

O

C

Cl

R

O

C

O

R

C

O

R'

Cl

R

O

C

O-R

'

R

O

C

NH

2

R

O

R

R'

chlorki kwasowe

estry

amidy

bezwodniki kwasowe

16

Kwasy karboksylowe i pochodne

Reakcje kwasów karboksylowych

Estryfikacja

H

2

SO

4

CH

3

CH

2

O

-H

C

O

O

H

+

+

C

O

OCH

2

CH

3

H

2

O

etanol

kwas benzoesowy

benzoesan etylu

O

C

H

2

C

OH

H

3

C

O

C

H

2

C

OCH

3

H

3

C

CH

3

O

-H

+

H

2

SO

4

+

H

2

O

17

Kwasy karboksylowe i pochodne

Reakcje kwasów karboksylowych

Estryfikacja

Mechanizm

C

O

OH

+

H

+

C

O

OH

H

C

O

OH

H

O

CH

2

CH

3

H

+

C

O

OH

H

O

CH

2

CH

3

H

18

Kwasy karboksylowe i pochodne

Reakcje kwasów karboksylowych

Estryfikacja

Mechanizm

O

H

H

O

C

O

OH

O

CH

2

CH

3

H

H

2

O

C

O

O

CH

2

CH

3

+

+

H

+

19

Kwasy karboksylowe i pochodne

Reakcje kwasów karboksylowych

Estry - otrzymywanie

O

O

C

H

2

C

O

-

Na

+

H

3

C

+

centrum
nukleofilowe

CH

3

-I

centrum
elektrofilowe

C

H

2

C

O

H

3

C

CH

3

+

NaI

propanian metylu

20

Kwasy karboksylowe i pochodne

Reakcje kwasów karboksylowych

Tworzenie halogenków kwasowych

O

C

Cl

R

O

C

OH

R

SO

Cl

2

δ

−

δ

+

Cl

R

OH

R

chlorek kwasowy

kwas karboksylowy

O

S

Cl

Cl

SO

Cl

2

chlorek tionylu

δ

21

Kwasy karboksylowe i pochodne

Reakcje kwasów karboksylowych

Tworzenie halogenków kwasowych

O

+

SO

Cl

O

+

S

O

↑

H

Cl

↑

+

C

OH

H

2

C

H

3

C

+

SO

Cl

2

C

Cl

H

2

C

H

3

C

+

S

O

2

↑

H

Cl

↑

+

chlorek propionylu

kwas propionowy

22

Kwasy karboksylowe i pochodne

Reakcje kwasów karboksylowych

Reakcje z amoniakiem i aminami - tworzenie amidów

KWAS KARBOKSYLOWY

SÓL KWASU

AMID

nowe wiązanie

O

C

OH

H

3

C

+

NH

3

O

C

O

-

NH

4

+

H

3

C

O

C

NH

2

H

3

C

+

H

2

O

∆

kwas octowy

octan amonowy

amid kwasu octowego

(acetamid)

23

Kwasy karboksylowe i pochodne

Reakcje kwasów karboksylowych

Reakcje z amoniakiem i aminami - tworzenie amidów

O

+

CH

-NH

O

C

∆

O

C

CH

+

H

2

O

C

OH

H

3

C

+

CH

3

-NH

2

C

O

-

+

NH

3

CH

3

H

3

C

∆

C

N

H

3

C

H

CH

3

+

H

2

O

N-metyloacetamid

octan N-metyloamoniowy

24

kwas octowy

metyloamina

Kwasy karboksylowe i pochodne

Reakcje kwasów karboksylowych

Dekarboksylacja

O

C

O

-

Na

+

H

3

C

∆

NaOH

CH

4

↑

+

CO

2

↑

O

C

OH

H

2

C

C

O

HO

150

°

C

+

CO

2

↑

O

C

OH

H

3

C

kwas propanodiowy

(kwas malonowy)

kwas etanowy

(kwas octowy)

25

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

Nazewnictwo

HALOGENKI

KWASOWE

C

O

Br

O

C

Cl

H

2

C

H

3

C

chlorek propionylu

O

C

H

O

mrówczan

cykloheksylu

C

O

O

benzoesan fenylu

ESTRY

bromek benzoilu

26

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

Nazewnictwo

AMIDY

acetamid

C

O

N

CH

3

CH

3

O

C

NH

2

H

3

C

BEZWODNIKI
KWASOWE

acetamid

(amid kwasu octowego)

N,N-dimetylobenzamid

C

O

O

C

O

H

3

C

C

O

O

C

O

CH

3

bezwodnik benzoesowy

bezwodnik octowy

27

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

Reakcje chlorków kwasowych

H

3

C

C

O

Cl

N

+

+

H

Cl

HO

CH

3

H

3

C

C

O

O

CH

3

octan metylu

metanol

chlorek acetylu

C

O

Cl

NH

2

-

CH

2

CH

3

+

N

+

H

Cl

chlorek benzoilu

etylo

amina

N

-

etylobenzamid

C

O

N

H

CH

2

CH

3

28

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

C

O

AlCl

3

C

CH

3

O

HCl

+

Reakcje chlorków kwasowych

H

3

C

C

Cl

+

CH

3

HCl

+

chlorek acetylu

benzen

acetofenon

29

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

C

O

C

O

C

O

C

O

+

+

NaCl

Reakcje chlorków kwasowych

H

3

C

C

Cl

H

3

C

C

O

-

Na

+

H

3

C

C

O

C

CH

3

+

+

NaCl

bezwodnik octowy

octan sodu

chlorek acetylu

30

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

Reakcje bezwodników kwasowych

O

C

H

3

C

O

C

CH

3

O

NH

2

-

CH

2

CH

3

+

NaOH, H

2

O

+

CH

3

COO

-

Na

+

etyloamina

octan sodu

O

C

H

3

C

N

H

CH

2

CH

3

N-etyloacetamid

etyloamina

bezwodnik octowy

octan sodu

O

C

H

3

C

O

C

CH

3

O

HO-

CH

2

CH

3

+

etanol

bezwodnik octowy

O

C

H

3

C

O

CH

2

CH

3

+

CH

3

COOH

kwas octowy

octan etylu

H

31

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

Estry

O

C

H

2

C

OH

H

3

C

O

C

H

3

C

O

CH

3

32

kwas propanowy

octan metylu

t.w. = 56

o

C

t.w. = 141

o

C

O

O

C

O

O

OH

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

Estry

OH

C

O

O

C

O

O

cynamonian etylu

(cynamon)

benzoesan metylu

(ylang ylang)

pentanian etylu

(jabłko)

salicylan metylu

(ylang ylang)

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

Estry- hydroliza katalizowana kwasem

O

C

H

3

CH

2

C

OCH

3

+

H

2

O

H

3

O

+

O

C

H

3

CH

2

C

OH

+

CH

3

OH

metanol

Estry- hydroliza katalizowana zasadą

O

C

H

3

CH

2

C

OCH

3

+

NaOH

+

CH

3

OH

O

C

H

3

CH

2

C

O

-

Na

+

propionian metylu

kwas propionowy

metanol

propionian sodu

35

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

Amidy – hydroliza katalizowana kwasem

C

O

N

H

CH

2

CH

3

+

HCl

C

OH

O

H

N

H

CH

2

CH

3

H

+

Cl

+

H

2

O

N-etylobenzamid

kwas benzoesowy chlorek etyloamoniowy

Amidy – hydroliza katalizowana zasadą

C

O

N

H

CH

2

CH

3

+

NaOH

C

O

-

Na

+

O

+

CH

3

CH

2

-NH

2

benzoesan sodu

etyloamina

37

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

Estry kwasów karboksylowych i gliceryny

+

3

+

H O

R

C

O

H

2

C

O

C

O

R

O

H

2

C

OH

gliceryd

+

3

+

H

2

O

R

C

OH

HC

H

2

C

O

O

C

C

R

O

R

O

HC

H

2

C

OH

OH

gliceryna

kwas karboksylowy

38

Kwasy tłuszczowe wchodzące w skład tłuszczów

C

15

H

31

COOH

kwas palmitynowy

C

17

H

33

COOH

kwas oleinowy

nasycone

nienasycone

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

C

17

H

35

COOH

kwas stearynowy

C

18

H

31

COOH

kwas linolowy

O

OH

O

OH

kwas stearynowy

kwas oleinowy

39

Lipidy

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

H

2

C

HC

H

2

C

O

O

O

C

C

C

O

O

O

Fosfolipidy

H

2

C

HC

H

2

C

O

O

O

P

C

C

O

O

O

O

O

-

CH

2

CH

2

NH

3

+

lecytyna

40

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

polarne główki

węglowodorowe ogony

41

Tłuszcze – reakcja zmydlania

H

2

C

HC

O

O

C

C

C

15

H

31

C

15

H

31

O

O

+

3

NaOH

H

2

C

HC

O

O

H

H

C

15

H

31

C

O

3

Kwasy karboksylowe i pochodne

pochodne kwasów karboksylowych

+

HC

H

2

C

O

O

C

C

C

15

H

31

C

15

H

31

O

+

3

NaOH

HC

H

2

C

O

O

H

H

C

15

H

31

C

O

-

Na

+

3

glicerol

palmitynian sodu

tripalmitynian glicerolu

C

O

-

Na

+

O

część hydrofobowa

część hydrofilowa

42

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

Działanie mydła

H

2

O

H

2

O

H

2

O

H

2

O

H

2

O

H

2

O

H

2

O

43

C

15

H

31

C

O

-

Na

+

O

Kwasy karboksylowe i pochodne

Pochodne kwasów karboksylowych

Reakcje soli wyższych kwasów tłuszczowych

+

Mg

2+

C

15

H

31

C

O

-

O

2

Mg

2+

+

Na

+

C

15

H

31

C

O

-

Na

+

O

+

H

+

C

15

H

31

C

O

H

O

+

Na

+

44