AKADEMIA ROLNICZA W SZCZECINIE
Wydział Nauk o Żywności i Rybactwa
Zakład Opakowalnictwa i Biopolimerów
I N S T R U K C J A
Ć W I C Z E N I E 9
Kwasy karboksylowe
1
Kwasy karboksylowe
1. Ogólne informacje:
Kwasy karboksylowe:
- związki zawierające w cząsteczce grupę karboksylową, powstają przez połączenie
C O
grupy karbonylowej
i grupy hydroksylowej  OH wykazującej zdolność do
odszczepiania wodoru w postaci kationu
- wzór ogólny
O
R
C
H
OH
- grupa funkcyjna
O
!
C
H
OH
- nazewnictwo systematyczne: dla kwasów jednokarboksylowych - nazwa
węglowodoru R-CH z końcówką  owy poprzedzone słowem kwas (np. kwas
3
metanowy). Częste jest stosowanie nazw zwyczajowych.
Nazwa systematyczna  nazwa zwyczajowa: kwas metanowy  to kwas mrówkowy,
etanowy  octowy, propanowy  propionowy, butanowy  masłowy, pentanowy 
walerianowy, kwas 2-hydroksypropanowy  to kwas mlekowy
1.1. Podział kwasów
A. Kwasy zawierajÄ…ce grupy karboksylowe:
a) monokarboksylowe/jednokarboksylowe (nasycone i nienasycone),
b) di- i polikarboksylowe/dwu- i wielokarboksylowe (nasycone i nienasycone)
B. Kwasy zawierające oprócz grup karboksylowych inne grupy funkcyjne:
a.  X (Cl, Br, I)  fluorowcokwasy,
b.  OH - hydroksykwasy,
c.  NH - aminokwasy,
2
d.  CHO - aldehydokwasy,
C O
e. -ketokwasy
!
2
1.2. Metody otrzymywania kwasów
A. Utlenianie aldehydów lub alkoholi I  rzędowych:
Alkohole pierwszorzędowe utleniają się do kwasów karboksylowych pod wpływem silnych
utleniaczy  np. kwasu chromowego lub nadmanganianu potasu.
Aldehydy są utleniane jedynie wtedy, gdy aldehyd jest łatwiej dostępny od kwasu i jest to
opłacalne. Kwasy można też otrzymać przez utlenianie ketonów (reakcja haloformowa).
O
[O] [O]
R CH2OH R CHO R C
OH
H
O2
kat. - H2O
B. Hydroliza nitryli:
H+
R C COOH + NH4OH
N + 3 H2O R
C. Metoda Grignarda (karboksylowanie związków magnezoorganicznych):
O O
H2O
R Mg R C OMg C OH + Mg(OH)Cl
Cl R
Cl + CO2
D. Hydroliza estrów i amidów
E. Do innych metod syntezy należą: utlenianie wiązań C=C (metoda otrzymywania np.
kwasów dikarboksylowych z cykloalkenów); utlenianie związków aromatycznych
(otrzymywanie aromatycznych kwasów karboksylowych).
F. Przemysłowe metody otrzymywania kwasów karboksylowych: np. kwas mrówkowy 
reakcja tlenku węgla z wodnym roztworem NaOH; kwas octowy  utlenianie
aldehydu octowego otrzymanego z etenu (proces Wackera), katalityczne utlenianie
butanu, reakcja metanolu z tlenkiem węgla (proces Monsanto).
1.3. Właściwości chemiczne kwasów
!
W zależności od tego, który fragment cząsteczki kwasu bierze udział w reakcji chemicznej,
można wyróżnić następujące grupy reakcji:
3
O
R C O H
1
2
3
4
1. zastÄ…pienie wodoru zdolnego do jonizacji,
2. zastÄ…pienie grupy hydroksylowej,
3. dekarboksylacja,
4. reakcje poza grupÄ… karboksylowÄ….
Ad 1. Otrzymywanie soli:
(R COO)2Zn + H2
2 R COOH + Zn
R COOH + NaOH R COONa + H2O
Ad 2. Reakcja podstawienia przy acylowym atomie węgla np. reakcja estryfikacji:
Acylowy atom węgla: R  C=O
X (-OR , -SR, -NH , -Cl)
2
! ! H2SO4
CH3 CO OH + HO C2H5 CO O C2H5 + H2O
CH3
Ad 3. Dekarboksylacja (oprócz prostych kwasów alkanowych):
T
R-COOH CO + R-H
2
Ad. 4.
4.1. Halogenowanie  reakcja podstawienia odbywajÄ…ca siÄ™ poza grupÄ… karboksylowÄ…
(reakcja Hella, Volharda i ZieliÅ„skiego)  wÄ™giel að
P
R-CH  COOH + Br R-CH-COOH + HBr
2 2
Br
4.2. Redukcja
LiAlH
RCOOH R-CH
4 2-OH (alkohol I rzędowy)
Bezwodniki kwasowe: powstają w reakcji chlorków kwasowych z solami kwasów
karboksylowych.
4
R-C-O-C-R
O O
Ćwiczenia
1. SPRZ
T
1.1 Probówki
1.2 Parowniczki
1.3 Palnik gazowy
1.4 Kolby stożkowe
1.4 Pipetki
1.5 Lejek
1.6 SÄ…czki
1.7 Papierki wskaz
nikowe
2. ODCZYNNIKI
2.1 0,01M NaOH  wodorotlenek sodu
2.2 Na CO  wodorowęglan sodu
2 3
2.3 Fenoloftaleina
2.4 HCOOH  kwas mrówkowy (metanowy)
2.5 kwas mlekowy
2.6 H SO  kwas siarkowy (VI)
2 4
2.7 KMnO
4
2.8 2M CH COOH  kwas octowy
3
2.9 chlorowodorek hydroksylaminy
2.10chlorowodorek fenylohydrazyny
2.110,1M FeCl
3 chlorek żelaza (III)
Ćwiczenie 1. Wykrywanie kwasów karboksylowych
Badanie pH przy użyciu fenoloftalainy
Wodne roztwory kwasów karboksylowych mają odczyn kwaśny, gdyż dysocjują na jony
według równania:
O O
+ H +
R C R C
O H
O -
5
Wykonanie ćwiczenia:
1. Do próbówki wkroplić 1-2 krople 0,01 molowego roztworu NaOH
2. Następnie dodać kroplę fenoloftaleiny
3. Do zabarwionego roztworu NaOH dodać kryształek kwasu karboksylowego
4. Odbarwienie roztworu wskazuje na charakter kwasowy badanej substancji .
Zadania i pytania
1. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego ćwiczenia.
Ćwiczenie 2. Rozkład kwasu mrówkowego
W wyniku utleniania kwasu mrówkowego otrzymuje się kwas węglowy, który
rozkłada się na dwutlenek węgla i wodę.
Wykonanie ćwiczenia:
1. Do próbówki wlać 1 cm3 kwasu mrówkowego
2. Dodać do niej 2 cm3 nasyconego roztworu KMnO 1 i cm3 H SO .
4 2 4
3. Widoczne jest wydzielanie CO na zimno.
2
Równanie reakcji:
HO C H + [O] HO C OH CO2 + H2O
O O
Zadania i pytania
1. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego ćwiczenia.
2. Napisać reakcję przebiegu ćwiczenia
Ćwiczenie 3. Reakcja kwasów z wodorowęglanem sodu
Kwasy karboksylowe są kwasami mocniejszymi od kwasu węglowego i wypierają go
z jego soli.
Wykonanie ćwiczenia:
1. Do probówki wlać około 2 cm3 2M kwasu octowego i wrzucić kilka kryształków
wodorowęglanu sodu lub węglanu sodu.
2. Można zaobserwować jak zachodzi reakcja z burzliwym wydzielaniem CO .
2
6
Równanie reakcji:
O
O
+ H2O + CO2
R C + HCO3-
R C
OH
O-
Zadania i pytania
1. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego ćwiczenia.
2. Napisać reakcję przebiegu ćwiczenia
Ćwiczenie 4. Próba Uffelmana na wykrywanie kwasu mlekowego
Próba Uffelmana polega na wiązaniu przez kwas mlekowy żelaza zawartego
w odczynniku Uffelmana ( roztwór fenolu z dodatkiem chlorku żelaza III)). W wyniku reakcji
fenolu z FeCl powstaje fenolan żelaza o fioletowym zabarwieniu. W obecności kwasu
3
mlekowego fioletowe zabarwienie przechodzi w żółte, gdyż powstaje mleczan żelaza. Próba
ta stosowana jest do wykrywania kwasu mlekowego w soku żołądkowym. Podobna reakcja
zachodzi z kwasem solnym.
Wykonanie ćwiczenia:
1. Do probówki wlać 5 cm3 1% roztworu fenolu dodać jedną kroplę rozcieńczonego
roztworu FeCl . Do zabarwionego roztworu dodać kilka kropli roztworu kwasu
3
mlekowego. Barwa fioletowo- niebieska zmienia się na żółtą. Równolegle wykonać
analogiczną próbę, używając zamiast kwasu mlekowego kwasu solnego. W tym
przypadku nastąpi odbarwienie roztworu, lecz nie wystąpi żółte zabarwienie roztworu.
Zadania i pytania
1. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego ćwiczenia.
Ćwiczenie 5. Utlenianie kwasu mlekowego
W wyniku utleniania hydroksykwasu otrzymuje się ketokwas, który analogicznie do
ketonów reaguje z fenylohydrazyną, tworząc fenylohydrazony  ciała o wysokiej
temperaturze topnienia, trudno rozpuszczalne. Dzięki temu służą one do wyodrębniania
ketonów z mieszanin innych związków.
Wykonanie ćwiczenia:
W kolbce stożkowej umieścić 1 cm3 kwasu mlekowego, dodać 2 krople fenoloftaleiny
i zobojętnić rozcieńczonym roztworem NaOH (ok. 22 cm3). Następnie dodać 25 cm3 1%
7
roztworu KMnO i kolbkę odstawić na około 20 minut. Kwas mlekowy utlenia się w tych
4
warunkach do kwasu pirogronowego.
Wykrywanie obecności kwasu pirogronowego:
Wydzielony podczas reakcji osad MnO odsączyć, do 5 cm3 przesączu dodać 1 cm3
4
roztworu chlorowodorku fenylohydrazyny. Z roztworu wytrąca się żółty osad
fenylohydrazonu kwasu pirogronowego.
Równanie reakcji:
NaOH
CH3 C COOH + H2O
CH3 CH COOH
KMnO4
O
OH
CH3
CH3
+ H2O
C N NH
C O + H2N NH
COOH
COOH
Zadania i pytania
1. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego ćwiczenia.
1. Napisać reakcję przebiegu ćwiczenia
2.
Literatura uzupełniająca:
[1] G. Kupryszewski, Wstęp do chemii organicznej,Wydawnictwo Gdańskie, Gdańsk 1994.
[2] Z. Dobkowska, K. M. Pazdro; Szkolny poradnik chemiczny; WSiP Warszawa 1980
[3] John Mc. Murry; Chemia organiczna; WN PWN; Warszawa 2000
[4] H. Marzec; Chemia organiczna; WU ATR; Bydgoszcz 2001
[5] J. D. Roberts, M. C. Caserio; Chemia organiczna; PWN Warszawa 1969
[6] P. Mastalerz; Chemia organiczna; PWN Warszawa 1984
[7] P. Tomasik; Mechanizmy reakcji organicznych; WN PWN Warszawa-A
ódz
1998
Zagadnienia:
1. Otrzymywania kwasów karboksylowych: metody, reakcje (ogólne i przykładowe)
2. Właściwości chemiczne kwasów karboksylowych: typy, ogólne (wszystkie!!!) i
przykładowe reakcje
8