กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 8 นาที

กรดคาร์บอกซิลิก

ใน เคมีอินทรีย์ กรด คาร์บอกซิลิก เป็น กรดอินทรีย์ ที่มีขั้ว ซึ่งประกอบด้วย หมู่คาร์บอกซิล ( −C(=O)−OH ) [ 1 ] ที่ติดอยู่กับ หมู่ R สูตรทั่วไปของกรดคาร์บอกซิลิกมักเขียนเป็น R−COOH...

กรดคาร์บอกซิลิก

โครงสร้างของกรดคาร์บอกซิลิก
แอนไอออนคาร์บอกซิเลต
โครงสร้างสามมิติของ กรดคาร์บอกซิลิก

ในเคมีอินทรีย์กรดคาร์บอกซิลิกเป็นกรดอินทรีย์ ที่มีขั้ว ซึ่งประกอบด้วยหมู่คาร์บอกซิล ( −C(=O)−OH ) [ 1 ]ที่ติดอยู่กับหมู่ Rสูตรทั่วไปของกรดคาร์บอกซิลิกมักเขียนเป็นR−COOHหรือR−CO Hบางครั้งเขียนเป็นR−C(O)OHโดยที่ R หมายถึงหมู่ออร์แกนิล (เช่นอัลคิล อั ลเคนิลอะริล ) หรือไฮโดรเจนหรือหมู่อื่นๆ กรดคาร์บอกซิลิกพบได้ทั่วไป ตัวอย่างที่สำคัญ ได้แก่กรดอะมิโนและกรดไขมันการกำจัดโปรตอนออกจากกรดคาร์บอกซิลิกจะให้ แอนไอออนคาร์บอก ซิเลตกรดคาร์บอกซิลิกมักถูกพิจารณาว่าเป็นกรดอ่อน เนื่องจากแตกตัวเป็นไอออน (แยกตัว) ในน้ำเพียงบางส่วนเท่านั้น

ตัวอย่างและศัพท์เฉพาะ

กรดคาร์บอกซิลิกมักถูกระบุด้วยชื่อสามัญโดยมักมีคำต่อท้ายว่า-ic acidนอกจากนี้ยังมีชื่อที่แนะนำ โดย IUPACด้วย ในระบบนี้ กรดคาร์บอกซิลิกจะมีคำต่อท้ายเป็น-oic acid [ 2 ]ตัวอย่างเช่นกรดบิวทิริก ( CH CH CH CO H ) คือกรดบิวทาโนอิกตามแนวทางของ IUPAC สำหรับการตั้งชื่อโมเลกุลที่ซับซ้อนซึ่งมีกรดคาร์บอกซิลิก คาร์บอกซิลสามารถถือได้ว่าเป็นตำแหน่งที่หนึ่งของสายโซ่หลักแม้ว่าจะมีหมู่แทนที่ อื่น ๆ เช่นกรด 3-คลอโรโพรพาโนอิกหรืออีกทางหนึ่ง สามารถตั้งชื่อเป็นหมู่แทนที่ "คาร์บอกซี" หรือ "กรดคาร์บอกซิลิก" บนโครงสร้างหลักอื่น เช่น2-คาร์บอกซีฟิวแร[ 3 ]

ไอออนคาร์บอกซิเลต ( R−COO− หรือ R−CO 2 ) ของกรดคาร์บอกซิลิกมักจะตั้งชื่อโดยใช้คำต่อท้ายว่า-ateตามแบบแผนทั่วไปของการใช้-ic acidและ-ateสำหรับกรดคู่ควบและเบสคู่ควบตามลำดับ ตัวอย่างเช่น เบสคู่ควบของกรดอะซิติกคืออะซิเต

กรดคาร์บอนิกซึ่งพบในระบบบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนตในธรรมชาติโดยทั่วไปไม่ได้ถูกจัดอยู่ในกลุ่มกรดคาร์บอกซิลิก แม้ว่าจะมีหมู่ที่ดูเหมือนหมู่ COOH ก็ตาม[ 3 ]

กรดคาร์บอกซิลิกสายตรงอิ่มตัว (กรดแอลคาโนอิก)
อะตอมคาร์บอนชื่อสามัญชื่อ IUPACสูตรเคมีสถานที่หรือการใช้งานทั่วไป
1กรดฟอร์มิกกรดเมทาโนอิกกรดฟอร์มิกแมลงกัดต่อย
2กรดอะซิติกกรดเอทาโนอิกCH COOHน้ำส้มสายชู
3กรดโพรพิโอนิกกรดโพรพาโนอิกCH CH COOHสารกันบูดสำหรับธัญพืชที่เก็บรักษาไว้, สารระงับ กลิ่นกาย , นม, เนย, ชีส
4กรดบิวทิริกกรดบิวทาโนอิกCH (CH ) COOHเนย
5กรดวาเลอริกกรดเพนทาโนอิกCH (CH ) COOHต้นวาเลเรียน
6กรดคาโปรอิกกรดเฮกซาโนอิกCH (CH ) COOHไขมันแพะ
7กรดเอนันธิกกรดเฮปทาโนอิกCH (CH ) COOHน้ำหอม
8กรดคาปริลิกกรดออกทาโนอิกCH (CH ) COOHมะพร้าว
9กรดเพลาร์โกนิกกรดโนนาโนอิกCH (CH ) COOHต้นเพลาร์โกเนียม
10กรดคาปริกกรดเดคาโนอิกCH (CH ) COOHน้ำมัน มะพร้าวและน้ำมันเมล็ดปาล์ม
11กรดอันเดไซลิกกรดอันเดคาโนอิกCH (CH ) COOHสารต้านเชื้อรา
12กรดลอริกกรดโดเดคาโนอิกCH (CH ) COOHน้ำมันมะพร้าวและสบู่ล้างมือ
13กรดไตรเดไซลิกกรดไตรเดคาโนอิกCH (CH ) COOHสารเมตาบอไลต์จากพืช
14กรดไมริสติกกรดเตตราเดคาโนอิกCH (CH ) COOHลูกจันทน์เทศ
15กรดเพนทาเดซิลิกกรดเพนทาเดคาโนอิกCH (CH ) COOHไขมันนม
16กรดปาล์มิติกกรดเฮกซาเดคาโนอิกCH (CH ) COOHน้ำมันปาล์ม
17กรดมาร์การิกกรดเฮปตาเดคาโนอิกCH (CH ) COOHฟีโรโมนในสัตว์ชนิดต่างๆ
18กรดสเตียริกกรดออกตาเดคาโนอิกCH (CH ) COOHช็อกโกแลต , ขี้ผึ้ง, สบู่ และน้ำมัน
19กรดโนนาเดซิลิกกรดโนนาเดคาโนอิกCH (CH ) COOHไขมัน น้ำมันพืชฟีโรโมน
20กรดอะราคิดิกกรดไอโคซาโนอิกCH (CH ) COOHน้ำมันถั่วลิสง
กรดคาร์บอกซิลิกอื่นๆ
คลาสประกอบสมาชิก
กรดโมโนคาร์บอกซิลิกไม่อิ่มตัวกรดอะคริลิก ( 2-โพรพีโนอิก) – CH₂ =CH−COOHใช้ในการสังเคราะห์พอลิเมอร์
กรดไขมันกรดโมโนคาร์บอกซิลิกสายกลางถึงสายยาว ทั้งแบบอิ่มตัวและไม่อิ่มตัว มีจำนวนคาร์บอนเป็นเลขคู่ ตัวอย่างเช่นกรดโดโคซาเฮกซาอีโนอิกและกรดไอโคซาเพนตาอีโนอิก (ผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร)
กรดอะมิโนหน่วยพื้นฐานของโปรตีน
กรดคีโตกรดที่มีความสำคัญทางชีวเคมีซึ่งมี หมู่ คีโตนเป็นองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่นกรดอะซีโตอะซิติกและกรดไพรูวิก
กรดคาร์บอกซิลิกอะโร มาติกประกอบด้วยวงแหวนอะโรมาติกอย่างน้อยหนึ่งวง ตัวอย่างเช่นกรดเบนโซอิก – เกลือโซเดียมของกรดเบนโซอิกใช้เป็นสารกันบูดในอาหารกรดซาลิไซลิก – ชนิดเบต้าไฮดรอกซีที่พบในผลิตภัณฑ์ดูแลผิวหลายชนิดกรดฟีนิลอัลคาโนอิก – กลุ่มสารประกอบที่หมู่ฟีนิลติดอยู่กับกรดคาร์บอกซิลิก
กรดไดคาร์บอกซิลิกประกอบด้วยหมู่คาร์บอกซิลสองหมู่ ตัวอย่างเช่นกรดอะดิปิก ซึ่งเป็นโมโนเมอร์ที่ใช้ในการผลิตไนลอนและกรดอัลดาริกซึ่งเป็นกลุ่มของกรดน้ำตาล
กรดไตรคาร์บอกซิลิกประกอบด้วยหมู่คาร์บอกซิลสามหมู่ ตัวอย่างเช่นกรดซิตริก – พบในผลไม้ตระกูลส้มและกรดไอโซซิตริก
กรดอัลฟาไฮดรอกซีประกอบด้วยหมู่ไฮดรอกซีในตำแหน่งแรก ตัวอย่างเช่นกรดกลีเซอริกกรดไกลโคลิกและกรดแลคติก (กรด 2-ไฮดรอกซีโพรพาโนอิก) – พบในนมเปรี้ยวกรดทาร์ทาริก – พบในไวน์
กรดเบตาไฮดรอกซีมีหมู่ไฮดรอกซีอยู่ในตำแหน่งที่สอง
กรดไขมันโอเมก้าไฮดรอกซีประกอบด้วยหมู่ไฮดรอกซีที่อยู่เลยตำแหน่งแรกหรือตำแหน่งที่สองไป
กรดไขมันไดไวนิลอีเทอร์ประกอบด้วยโซ่คาร์บอนไม่อิ่มตัวสองตำแหน่งที่เชื่อมต่อกับกรดไขมันด้วยพันธะอีเทอร์ พบได้ในพืชบางชนิด

คุณสมบัติทางกายภาพ

ความสามารถในการละลาย

กรดคาร์บอกซิลิกเป็นสารมีขั้วเนื่องจากเป็นทั้งตัวรับพันธะไฮโดรเจน ( คาร์บอนิล−C(=O)− ) และตัวให้พันธะไฮโดรเจน ( ไฮดรอกซิล−OH ) จึงมีส่วนร่วมใน การสร้าง พันธะไฮโดรเจนด้วย หมู่ไฮดรอกซิลและคาร์บอนิลรวมกันเป็นหมู่ฟังก์ชันคาร์บอกซิล กรดคาร์บอกซิลิกมักอยู่ในรูปไดเมอร์ในตัวกลางที่ไม่มีขั้วเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะ "รวมตัวกันเอง" กรดคาร์บอกซิลิกขนาดเล็ก (1 ถึง 5 คาร์บอน) ละลายได้ในน้ำ ในขณะที่กรดคาร์บอกซิลิกขนาดใหญ่ละลายได้น้อยลงเนื่องจากลักษณะที่ไม่ชอบน้ำของโซ่แอลคิลเพิ่มขึ้น กรดที่มีโซ่ยาวกว่าเหล่านี้มักจะละลายได้ในตัวทำละลายที่มีขั้วน้อยกว่า เช่น อีเทอร์และแอลกอฮอล์[ 4 ]โซเดียมไฮดรอกไซด์ในน้ำและกรดคาร์บอกซิลิก แม้แต่กรดที่ไม่ชอบน้ำ ก็ทำปฏิกิริยาเพื่อให้ได้เกลือโซเดียมที่ละลายน้ำได้ ตัวอย่างเช่นกรดเอนันทิกมีความละลายในน้ำต่ำ (0.2 กรัม/ลิตร) แต่เกลือโซเดียมของกรดชนิดนี้ละลายในน้ำได้ดีมาก

จุดเดือด

กรดคาร์บอกซิลิกมักมีจุดเดือดสูงกว่าน้ำ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวมากกว่าและมีแนวโน้มที่จะเกิดการรวมตัวเป็นไดเมอร์ที่เสถียรผ่านพันธะไฮโดรเจนการที่จะเกิดการเดือดได้นั้น พันธะของไดเมอร์จะต้องถูกทำลาย หรือโครงสร้างไดเมอร์ทั้งหมดจะต้องกลายเป็นไอ ซึ่งจะทำให้ ความต้องการ เอนทาลปีของการกลายเป็นไอ เพิ่มขึ้น อย่างมาก

ไดเมอร์ของกรดคาร์บอกซิลิก

ความเป็นกรด

กรดคาร์บอกซิลิกเป็นกรดบรอนสเตด-โลว์รีเพราะเป็นตัวให้โปรตอน (H + ) และเป็นกรดอินทรีย์ประเภทที่พบได้บ่อยที่สุด[ 5 ]

กรดคาร์บอกซิลิกโดยทั่วไปเป็นกรดอ่อนหมายความว่ากรดเหล่านี้จะแตกตัวเป็นไอออน [H3O]+ และไอออน R−CO−2 เพียงบางส่วนสารละลายที่เป็นกลางในน้ำตัวอย่างเช่นที่อุณหภูมิห้องในสารละลายกรดอะซิติก 1 โมลาร์กรดจะแตกตัวเพียง 0.001% เท่านั้น (เช่น 10−5 โมลจาก 1 โมล) หมู่แทนที่ที่ดึงอิเล็กตรอน เช่นไตรฟลูออโรเมทิล ( −CF3 จะให้กรดที่แรงกว่า (pKa ของกรดอะซิติกคือ 4.76 ในขณะที่กรดไตรฟลูออโรอะซิติกที่มีหมู่แทนที่ฟลูออโรเมทิลจะมี apKa เท่ากับ ) หมู่แทนที่ที่ให้อิเล็กตรอนจะให้กรดที่อ่อนกว่า (pKa ของ กรดฟอ มิกคือ 3.75 ในขณะที่กรดอะซิติกที่มีหมู่แทนที่เมทิลจะมี apKa เท่ากับ ) [ 6 ] 

กรดคาร์บอกซิลิก[ 7 ]พีเค
กรดฟอร์มิ ( HCO₂H )3.75
กรดคลอโรฟอร์มิ ( ClCO₂H )0.27 [ 8 ]
กรดซิติก( CH₃CO₂H )4.76
แคตไอออนไกลซิเนียม ( H N + CH CO H )2.34
กรดฟลูออซิติก( FCH₂CO₂H )2.586
กรดไดฟลูออโรติก( F₂CHCO₂H )1.33
กรดไตรฟลูออโรอะซิติก ( CF CO H )0.23
กรดคลอโรอะซิติก ( ClCH CO H )2.86
กรดไดคลอโรอะซิติก ( Cl CHCO H )1.29
กรดไตรคลอซิติก( CCl₃CO₂H )0.65
กรดเบนโซอิก ( C H −CO H )4.2
กรด 2-ไนโตรเบนโซอิก ( ออร์โธ - C H (NO )CO H )2.16
กรดออกซาลิก ( HO−C(=O)−C(=O)−OH ) (การแตกตัวครั้งแรก)1.27
ไฮโดรเจนออกซาเลต ( HO−C(=O)−CO 2 ) (การแตกตัวครั้งที่สองของกรดออกซาลิก)4.14

การกำจัดโปรตอนออกจากกรดคาร์บอกซิลิกจะให้แอนไอออนคาร์บอกซิเลต ซึ่งมีความเสถียร เนื่องจากเรโซแนนซ์ เพราะประจุลบกระจายตัวอยู่เหนืออะตอมออกซิเจนทั้งสอง ทำให้แอนไอออนมีความเสถียร มากขึ้น พันธะคาร์บอน-ออกซิเจนแต่ละพันธะในแอนไอออนคาร์บอกซิเลตมีลักษณะเป็นพันธะคู่บางส่วน ประจุบวกบางส่วนของคาร์บอนในหมู่คาร์บอนิลยังถูกลดทอนลงด้วย ประจุ −1/2บนอะตอมออกซิเจน 2 อะตอม

กลิ่น

กรดคาร์บอกซิลิกมักมีกลิ่นเปรี้ยวแรงเอสเทอร์ ของกรดคาร์บอกซิลิ กมักมีกลิ่นหอมหวานคล้ายผลไม้ และหลายชนิดใช้ในน้ำหอม[ 9 ]

ลักษณะเฉพาะ

กรดคาร์บอกซิลิกสามารถระบุได้ง่ายโดยใช้สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดโดยจะแสดงแถบที่คมชัดซึ่งเกี่ยวข้องกับการสั่นของพันธะคาร์บอนิล C=O ( ν ) ระหว่าง 1680 ถึง 1725 cm⁻¹ แถบν ที่มีลักษณะเฉพาะจะปรากฏเป็นยอดกว้างในบริเวณ 2500 ถึง 3000 cm⁻¹ [ 4 ] [ 10 ]โดยสเปกโทรเมตรี1H NMR ไฮโดรเจนไฮดรอกซิลจะปรากฏในบริเวณ 10–13 ppm แม้ว่ามักจะกว้างขึ้นหรือสังเกตไม่พบเนื่องจากการแลกเปลี่ยนกับน้ำปริมาณเล็กน้อย 

การเกิดขึ้นและการประยุกต์ใช้

กรดคาร์บอกซิลิกหลายชนิดถูกผลิตในระดับอุตสาหกรรมในปริมาณมาก นอกจากนี้ยังพบได้บ่อยในธรรมชาติ เอสเทอร์ของกรดไขมันเป็นส่วนประกอบหลักของลิปิด และโพลีอะไมด์ของกรดอะมิโนคาร์บอกซิลิกเป็นส่วนประกอบหลักของโปรตีน

กรดคาร์บอกซิลิกใช้ในการผลิตโพลิเมอร์ ยา ตัวทำละลาย และสารเติมแต่งอาหาร กรดคาร์บอกซิลิกที่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรม ได้แก่กรดอะซิติก (ส่วนประกอบของน้ำส้มสายชู สารตั้งต้นของตัวทำละลายและสารเคลือบ) กรดอะคริลิกและเมทาคริลิก (สารตั้งต้นของโพลิเมอร์ กาว) กรดอะ ดิปิก (โพลิเมอร์) กรดซิตริก (สารแต่งกลิ่นและสารกันบูดในอาหารและเครื่องดื่ม) กรดเอทิลีนไดอะมีนเตตระอะซิติก (สารคีเลต) กรดไขมัน (สารเคลือบ) กรดมาเลอิก (โพลิเมอร์) กรดโพรพิโอนิก (สารกันบูดในอาหาร) กรดเทเรฟทาลิก (โพลิเมอร์) เกลือคาร์บอกซิเลตที่สำคัญคือสบู่[ 11 ]

สังเคราะห์

เส้นทางชีวภาพ

ปฏิกิริยาหลักสองอย่างของ RuBisCo คือCO2และการเติมออกซิเจน

ไรบูโลส-1,5-บิสฟอสเฟตคาร์บอกซิเลส/ออกซิเจเนส (หรือที่รู้จักกันในชื่อ RuBisCo) ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีปริมาณมากที่สุด ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาคาร์บอกซิเลชันเพื่อให้ได้กรดคาร์บอกซิลิก การแปลงนี้เป็นขั้นตอนการตรึงคาร์บอนในกระบวนการสังเคราะห์แสง[ 12 ] เส้นทางสู่กรดคาร์บอกซิลิกอื่นๆ ที่พบได้ทั่วไปในสิ่งมีชีวิต เช่น กรดซิตริก กรดออกซาลิก กรดอะมิโน ฯลฯ เกี่ยวข้องกับการไฮโดรไลซิสของไทโอเอสเทอร์และฟอสเฟตเอสเทอร์

เส้นทางอุตสาหกรรม

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการที่ใช้ในระดับห้องปฏิบัติการ กระบวนการผลิตกรดคาร์บอกซิลิกในระดับอุตสาหกรรมมักต้องใช้อุปกรณ์พิเศษสำหรับความดันสูงและอุณหภูมิสูง

  • กระบวนการ คาร์บอนิเลชันของแอลกอฮอล์แสดงให้เห็นได้จากกระบวนการคาติวาในการผลิตกรดอะซิติก ส่วนกรดฟอร์มิกเตรียมได้จากกระบวนการคาร์บอนิเลชันที่แตกต่างออกไป โดยเริ่มต้นจากเมทานอลเช่นกัน
  • การออกซิเดชันของอัลดีไฮด์ด้วยอากาศโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์และแมงกานีส อัลดีไฮด์ที่ต้องการสามารถได้มาจากอัลคีนโดยกระบวนการไฮโดรฟอร์มิเลชัน
  • การออกซิเดชันของไฮโดรคาร์บอนโดยใช้อากาศ สำหรับแอลเคนอย่างง่าย วิธีนี้มีราคาไม่แพงแต่ไม่เลือกเฉพาะเจาะจงเพียงพอที่จะมีประโยชน์ สารประกอบแอลลิลิกและเบนซิลิกจะเกิดการออกซิเดชันที่เลือกเฉพาะเจาะจงมากขึ้น หมู่แอลคิลบนวงแหวนเบนซีนจะถูกออกซิไดซ์เป็นกรดคาร์บอกซิลิกโดยไม่คำนึงถึงความยาวของโซ่กรดเบนโซอิกจากโทลูอีนกรดเทเรฟทาลิกจากพาราไซลีนและกรดฟทาลิกจากออร์โธไซลีนเป็นตัวอย่างของการแปลงขนาดใหญ่กรดอะคริลิกถูกสร้างขึ้นจากโพรพี[ 13 ]
  • ปฏิกิริยาไฮโดรคา ร์บอกซิเลชันของแอลคีน วิธีนี้มีประสิทธิภาพสำหรับแอลคีนที่สร้างคาร์โบ แคตไอออนทุติยภูมิและตติยภูมิ เช่นไอโซบิ วทิลีน ไปเป็นกรดพิวาลิ ก ในปฏิกิริยาของ Kochการเติมน้ำและคาร์บอนมอนอกไซด์ลงในแอลคีนหรือแอลไคน์จะถูกเร่งปฏิกิริยาโดยกรดแก่ ปฏิกิริยาไฮโดรคาร์บอกซิเลชันเกี่ยวข้องกับการเติมน้ำและCO2 พร้อมกัน ปฏิกิริยาดังกล่าวบางครั้งเรียกว่า " เคมีของ Reppe "
HC≡CH + CO + H O → CH =CH−CO H

วิธีการทางห้องปฏิบัติการ

วิธีการเตรียมสารสำหรับการทำปฏิกิริยาขนาดเล็กเพื่อการวิจัยหรือการผลิตสารเคมีละเอียด มักใช้สารเคมีสิ้นเปลืองที่มีราคาแพง

RLi + CO → RCO 2 Li +
RCO 2 Li + + HCl → RCO H + LiCl
R−C(=O)− Ar + H O → R−CO H + ArH
เส้นทางสู่กรดคาร์บอกซิลิก

ปฏิกิริยาที่พบได้ไม่บ่อย

ปฏิกิริยาหลายอย่างก่อให้เกิดกรดคาร์บอกซิลิก แต่ถูกนำมาใช้เฉพาะในกรณีเฉพาะ หรือส่วนใหญ่เป็นเพียงความสนใจทางวิชาการเท่านั้น

ปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาอินทรีย์ของกรดคาร์บอกซิลิก

ปฏิกิริยาของกรด-เบส

กรดคาร์บอกซิลิกทำปฏิกิริยากับเบสเพื่อสร้างเกลือคาร์บอกซิเลต ซึ่งไฮโดรเจนใน หมู่ ไฮดรอกซิล (-OH) จะถูกแทนที่ด้วยไอออนบวก ของโลหะ ตัวอย่างเช่นกรดอะซิติกที่พบในน้ำส้มสายชูทำปฏิกิริยากับโซเดียมไบคาร์บอเนต (เบกกิ้งโซดา) เพื่อสร้างโซเดียมอะซิเตตคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ

CH COOH + NaHCO → CH COO -นา+ + CO + H O

การแปลงเป็นเอสเทอร์ อะไมด์ และแอนไฮไดรด์

ปฏิกิริยาที่ใช้กันอย่างแพร่หลายจะเปลี่ยนกรดคาร์บอกซิลิกให้เป็นเอสเทอร์อะไมด์เกลือคาร์บอก ซิ เลตกรดคลอไรด์และแอลกอฮอล์ การเปลี่ยนเป็น เอสเทอร์นั้นใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น ในการผลิตโพลีเอสเตอร์ในทำนองเดียวกัน กรดคาร์บอกซิลิกก็สามารถเปลี่ยนเป็นอะไมด์ได้ เช่นกัน แต่โดยทั่วไปแล้วการเปลี่ยนนี้ไม่ได้เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาโดยตรงระหว่างกรดคาร์บอกซิลิกกับอะมีน แต่เอสเทอร์มักเป็นสารตั้งต้นของอะไมด์ การเปลี่ยนกรดอะมิโนให้เป็นเปปไทด์เป็นกระบวนการทางชีวเคมีที่สำคัญซึ่งต้องใช้ATP

การเปลี่ยนกรดคาร์บอกซิลิกเป็นอะไมด์นั้นเป็นไปได้ แต่ไม่ง่ายนัก แทนที่จะทำหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ อะมีนจะทำปฏิกิริยาเป็นเบสเมื่อมีกรดคาร์บอกซิลิกอยู่ด้วยเพื่อให้ได้ เกลือ แอมโมเนียมคาร์บอก ซิเลต การให้ความร้อนเกลือจนถึงอุณหภูมิสูงกว่า 100  °C จะขับไล่น้ำออกไปและนำไปสู่การเกิดอะไมด์ วิธีการสังเคราะห์อะไมด์นี้มีความสำคัญทางอุตสาหกรรมและมีการประยุกต์ใช้ในห้องปฏิบัติการเช่นกัน[ 18 ]ในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรดแก่ กรดคาร์บอกซิลิกสามารถควบแน่นเพื่อสร้างกรดแอนไฮไดรด์ได้ อย่างไรก็ตาม การควบแน่นจะทำให้เกิดน้ำ ซึ่งสามารถไฮโดรไลซ์แอนไฮไดรด์กลับไปเป็นกรดคาร์บอกซิลิกเริ่มต้นได้ ดังนั้น การเกิดแอนไฮไดรด์ผ่านการควบแน่นจึงเป็นกระบวนการสมดุล

ภายใต้สภาวะที่เร่งปฏิกิริยาด้วยกรด กรดคาร์บอกซิลิกจะทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์เพื่อสร้างเอสเทอร์ผ่าน ปฏิกิริยา เอสเทอริฟิเคชันของฟิชเชอร์ซึ่งเป็นกระบวนการสมดุลเช่นกัน หรืออีกทางหนึ่ง สามารถใช้ ไดอะโซมีเทนในการเปลี่ยนกรดให้เป็นเอสเทอร์ได้ แม้ว่าปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันกับไดอะโซมีเทนมักจะให้ผลผลิตเชิงปริมาณ แต่ไดอะโซมีเทนมีประโยชน์เฉพาะในการสร้างเมทิลเอสเทอร์เท่านั้น[ 18 ]

การลดน้อยลง

เช่นเดียวกับเอสเทอร์กรดคาร์บอกซิลิกส่วนใหญ่สามารถถูกรีดิวซ์เป็นแอลกอฮอล์ได้โดยการไฮโดรจีเนชันหรือโดยใช้สารตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนไฮไดรด์ เช่นลิเธียมอะลูมิเนียมไฮไดรด์สารตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนหมู่แอลคิลที่แรง เช่น สารประกอบ ออร์กาโนลิเทียมแต่ไม่ใช่สารรีเอเจนต์กรินยาร์ดจะรีดิวซ์กรดคาร์บอกซิลิกให้เป็นคีโตนพร้อมกับการถ่ายโอนหมู่แอลคิล

รีเอเจนต์ Vilsmaier ( N ​​, N -ไดเมทิล(คลอโรเมทิลีน)แอมโมเนียมคลอไรด์; [ ClHC=N + (CH ) ]Cl ) เป็นเอเจนต์ที่มีความเลือกทางเคมีสูงสำหรับการลดกรดคาร์บอกซิลิก โดยจะกระตุ้นกรดคาร์บอกซิลิกอย่างเลือกสรรเพื่อให้ได้เกลือคาร์บอกซีเมทิลีนแอมโมเนียม ซึ่งสามารถลดลงได้ด้วยรีดิวซ์อ่อนๆ เช่น ลิเธียมไตรส์( t-บิวทอกซี)อะลูมิเนียมไฮไดรด์เพื่อให้ได้อัลดีไฮด์ในขั้นตอนเดียว ขั้นตอนนี้เป็นที่ทราบกันดีว่าสามารถทนต่อหมู่ฟังก์ชันคาร์บอนิลที่ไวต่อปฏิกิริยา เช่น คีโตน รวมถึงหมู่เอสเทอร์ โอเลฟิน ไนไตรล์ และเฮไลด์ที่ไวต่อปฏิกิริยาปานกลาง[ 19 ]

การแปลงเป็นอะซิลเฮไลด์

หมู่ไฮดรอกซิลบนกรดคาร์บอกซิลิกสามารถถูกแทนที่ด้วยอะตอมคลอรีนโดยใช้ไทโอนิลคลอไรด์เพื่อให้ได้อะซิลคลอไรด์ในธรรมชาติ กรดคาร์บอกซิลิกจะถูกเปลี่ยนเป็นไทโอเอสเทอร์ไทโอนิลคลอไรด์สามารถใช้ในการเปลี่ยนกรดคาร์บอกซิลิกให้เป็นอะซิลคลอไรด์ที่สอดคล้องกันได้ ขั้นแรก กรดคาร์บอกซิลิก1เข้าโจมตีไทโอนิลคลอไรด์ และไอออนคลอไรด์ จะหลุดออกไป ไอออนออกโซเนียม2 ที่เกิดขึ้น จะถูกกระตุ้นให้เข้าโจมตีแบบนิวคลีโอฟิลิกและมีหมู่ที่หลุดออกได้ดี ทำให้แตกต่างจากกรดคาร์บอกซิลิกทั่วไป ในขั้นตอนต่อไป2จะถูกโจมตีโดยไอออนคลอไรด์เพื่อให้ได้สารตัวกลางแบบทรงสี่หน้า3 ซึ่ง เป็น คลอโรซัลไฟต์ สารตัวกลางแบบทรงสี่หน้าจะสลายตัวโดยสูญเสียซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไอออนคลอไรด์ ทำให้เกิดอะซิลคลอไรด์ที่มีโปรตอน4 ไอออนคลอไรด์สามารถ กำจัดโปรตอนออกจากหมู่คาร์บอนิล ทำให้เกิดอะซิลคลอไรด์5พร้อมกับการสูญเสียHCl

กลไกการเกิดปฏิกิริยาของกรดคาร์บอกซิลิกกับไทโอนิลคลอไรด์เพื่อให้ได้กรดคลอไรด์

ฟอสฟอรัส(III) คลอไรด์ (PCl₃ และฟอสฟอรัส(V) คลอไรด์ (PCl₅ ก็สามารถเปลี่ยนกรดคาร์บอกซิลิกให้เป็นกรดคลอไรด์ได้เช่นกัน โดยใช้กลไกที่คล้ายคลึงกัน PCl₃ หนึ่งโมลทำปฏิกิริยากับกรดสามโมล ทำให้เกิด H₃PO₃ หรือกรดฟอสฟอรัสหนึ่งโมลจากกรดไรด์ที่ต้องการ ส่วน PCl₅ ปฏิกิริยากับกรดคาร์บอกซิลิกในอัตราส่วน 1:1 และให้ผลพลอยได้เป็นฟอสฟอรัส(V) ออกซีคลอไรด์ (POCl₃ และไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl)

ปฏิกิริยากับสารเทียบเท่าคาร์บานไอออน

กรดคาร์บอกซิลิกทำปฏิกิริยากับรีเอเจนต์ Grignard และออร์กาโนลิเทียมเพื่อสร้างคีโตน นิวคลีโอไฟล์ตัวแรกทำหน้าที่เป็นเบสและดึงโปรตอนออกจากกรด นิวคลีโอไฟล์ตัวที่สองจะเข้าโจมตีหมู่คาร์บอนิลเพื่อสร้าง ได แอนไอออนอัลคอกไซด์แบบเจมินัลซึ่งจะถูกเติมโปรตอนเมื่อทำการเตรียมเพื่อให้ได้ไฮเดรตของคีโตน เนื่องจากคีโตนไฮเดรตส่วนใหญ่ไม่เสถียรเมื่อเทียบกับคีโตนที่สอดคล้องกัน สมดุลระหว่างทั้งสองจึงเปลี่ยนไปอย่างมากโดยเอื้อต่อคีโตน ตัวอย่างเช่น ค่าคงที่สมดุลสำหรับการเกิดอะซิโตนไฮเดรตจากอะซิโตนมีค่าเพียง 0.002 หมู่คาร์บอกซิลิกเป็นหมู่ที่มีความเป็นกรดมากที่สุดในสารประกอบอินทรีย์[ 20 ]

ปฏิกิริยาเฉพาะทาง

หมู่คาร์บอกซิล

อนุมูลคาร์บอกซิล•COOH มีอยู่เพียงชั่วครู่เท่านั้น[ 21 ]ค่าคงที่การแตกตัวของกรดของ •COOH ได้รับการวัดโดยใช้สเปกโทรสโก ปีเรโซ แนนซ์พาราแมกเนติกอิเล็กตรอน[ 22 ]หมู่คาร์บอกซิลมีแนวโน้มที่จะเกิดไดเมอร์เพื่อสร้างกรดออกซาลิ

ดูเพิ่มเติม

  • กรดคาร์บอกซิลิก ค่า pH และการไทเทรต– ซอฟต์แวร์ฟรีสำหรับการคำนวณ การวิเคราะห์ข้อมูล การจำลอง และการสร้างแผนภาพการกระจาย
  • PHC. เก็บถาวรเมื่อวันที่ 1 พฤษภาคม 2021 ที่Wayback Machine

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ กรดคาร์บอกซิลิก

ใน เคมีอินทรีย์ กรด คาร์บอกซิลิก เป็น กรดอินทรีย์ ที่มีขั้ว ซึ่งประกอบด้วย หมู่คาร์บอกซิล ( −C(=O)−OH ) [ 1 ] ที่ติดอยู่กับ หมู่ R สูตรทั่วไปของกรดคาร์บอกซิลิกมักเขียนเป็น R−COOH...

ตัวอย่างและศัพท์เฉพาะ

กรดคาร์บอกซิลิกมักถูกระบุด้วย ชื่อสามัญ โดยมักมีคำต่อท้ายว่า-ic acid นอกจากนี้ยังมีชื่อที่แนะนำ โดย IUPAC ด้วย ในระบบนี้ กรดคาร์บอกซิลิกจะมีคำต่อท้ายเป็น -oic acid [ 2 ] ตัวอย่างเช่น กรดบิวทิริก ( CH CH CH CO H ) คือกรดบิวทาโนอิกตามแนวทางของ IUPAC...

ความสามารถในการละลาย

กรดคาร์บอกซิลิกเป็นสาร มีขั้ว เนื่องจากเป็นทั้งตัวรับพันธะไฮโดรเจน ( คาร์บอนิล −C(=O)− ) และตัวให้พันธะไฮโดรเจน ( ไฮดรอกซิล −OH ) จึงมีส่วนร่วมใน การสร้าง พันธะไฮโดรเจน ด้วย หมู่ไฮดรอกซิลและคาร์บอนิลรวมกันเป็นหมู่ฟังก์ชันคาร์บอกซิล...

จุดเดือด

กรดคาร์บอกซิลิกมักมีจุดเดือดสูงกว่าน้ำ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวมากกว่าและมีแนวโน้มที่จะเกิดการรวมตัวเป็นไดเมอร์ที่เสถียรผ่าน พันธะไฮโดรเจน การที่จะเกิดการเดือดได้นั้น พันธะของไดเมอร์จะต้องถูกทำลาย หรือโครงสร้างไดเมอร์ทั้งหมดจะต้องกลายเป็นไอ ซึ่งจะทำให้...