คาร์บอกซิเลต

ในวิชาเคมีคาร์บอกซิเลตคือแอนไอออนที่มีสูตรทั่วไปRCOO − (หรือRCO − 2 ) เกลือคาร์บอกซิเลตคือเกลือที่มีสูตรทั่วไปM(RCOO) โดยที่ M คือโลหะ และnคือ 1, 2,... เอสเทอร์คาร์บอกซิเลตมีสูตรทั่วไปRCOOR′ (หรือเขียนว่าRCO R′ ) โดยที่ R และ R′ คือหมู่สารอินทรีย์
การเกิดขึ้นและการใช้งาน
คาร์บอกซิเลตพบได้ทั่วไปในธรรมชาติ เนื่องจากกรดอะมิโนทุกชนิดมีอยู่ในรูปของคาร์บอกซิเลต กลไกการสร้างพลังงานที่สนับสนุนสิ่งมีชีวิตแบบใช้ออกซิเจน เช่นไกลโคไลซิสและวัฏจักรกรดซิตริกของเครบส์อาศัยคาร์บอกซิเลตเป็นอย่างมาก เช่นไพรูเวตซิเตรตและอะซิเตตแม้ว่ามักจะแสดงเป็นกรดคาร์บอกซิลิก แต่จริงๆ แล้ววิตามินหลายชนิดทำหน้าที่ในรูปของคาร์บอกซิเลต เช่นวิตามินบี 3 (ไนอะซิน) วิตามินบี 5 (กรดแพนโทเทนิก) วิตามินบี 7 (ไบโอติน) เป็นต้น
ในเชิงพาณิชย์ สบู่คือสารประกอบคาร์บอกซิเลต
การก่อตัว
คาร์บอกซิเลตเกิดขึ้นจาก ปฏิกิริยา คาร์บอกซิเลชันซึ่งคาร์บอนไดออกไซด์จะเข้าทำปฏิกิริยากับนิวคลีโอไฟล์คาร์บอน ในห้องปฏิบัติการ กระบวนการนี้จะแสดงให้เห็นโดยการเปลี่ยนรีเอเจนต์กรินยาร์ดให้เป็นคาร์บอกซิเลต:
- RMgX + CO → RCO MgX
ในธรรมชาติ คาร์บอกซิเลชันเป็นขั้นตอนแรกในการตรึงคาร์บอนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แสงของสารอินทรีย์ ความสำคัญของกระบวนการนี้แสดงให้เห็นได้จากการประมาณการว่าRuBisCoซึ่งเป็นเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยานี้เป็นโปรตีนที่มีปริมาณมากที่สุด[ 1 ]
คาร์บอกซิเลตเกิดขึ้นจากการกำจัดโปรตอนออกจากกรดคาร์บอกซิลิกโดยทั่วไปกรดเหล่านี้จะมีค่า pKaน้อยกว่า 5 ซึ่งหมายความว่ากรดเหล่านี้จะเปลี่ยนเป็นคาร์บอกซิเลตในน้ำที่
- RCO H + NaOH → RCO Na + H O
เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะสร้างพันธะไฮโดรเจน กรดคาร์บอกซิลิกจึงมักเกิด "การกำจัดโปรตอนครึ่งหนึ่ง": [ 2 ]
- 2 RCO H + NaOH → Na + [ RCO ] H − + H O
แนวโน้มนี้ ( การรวมตัวกันของโมเลกุลชนิดเดียวกัน ) ทำให้การตีความค่าpKaของกรดคาร์บอกซิลิกมีความซับซ้อนมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในตัวทำละลายที่ไม่เป็นขั้วซึ่งละลายแอนไอออนคาร์บอกซิเลตได้ไม่ดี
คาร์บอกซิเลตเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ เช่น การไฮโดรไลซิสด้วยเบส ( การเกิดสบู่ ) ของเอสเทอร์:
- RCO R' + NaOH → RCO นา + R'OH
คาร์บอกซิเลตเกิดขึ้นจากการไฮโดรไลซิสด้วยเบสของแอนไฮไดรด์และสารประกอบที่เกี่ยวข้อง:
- (RCO) O + 2 NaOH → 2 RCO Na + H O
ในปฏิกิริยา Cannizzaro เบสที่แรงจะกระตุ้นให้เกิดการแตกตัว ของ อัลดีไฮด์บางชนิด (ที่ไม่สามารถเกิดเอนอลได้ ) ส่งผลให้เกิดคาร์บอกซิเลต
โครงสร้างและพันธะ
ส่วน C-CO ของแอนไอออนคาร์บอกซิเลตเป็นระนาบ ตามการวิเคราะห์ผลึกศาสตร์ด้วยรังสีเอกซ์ระยะห่างของ CO ทั้งสองเท่ากันหรือเกือบเท่ากัน ใน เตตระ บิวทิลแอมโมเนียมอะซิเตต ระยะห่างของ CO ทั้งสองเท่ากับ 125 พิโคเมตร [ 3 ] ในทางตรงกันข้าม พันธะ C=O และ CO ในกรดคาร์บอกซิลิกและเอสเทอร์คาร์บอกซิลิกจะมีลักษณะเฉพาะ ดังที่สะท้อนให้เห็นในระยะห่างของพันธะที่แตกต่างกันมากกว่า 10 พิโคเมตร[ 4 ]
สเปกตรัมอินฟราเรดของคาร์บอกซิเลตเป็นตัวบ่งชี้พันธะหลายพันธะบางส่วนระหว่างคาร์บอนและออกซิเจน สำหรับอะซิเตต ν (โหมดการยืดของ CO) = 1578 และ 1414 cm −1 [ 5 ] เอสเทอร์ซึ่งมีศูนย์กลาง C=O เฉพาะที่ ดูดซับใกล้ 1740 cm −1 และอีเทอร์ซึ่งมีพันธะเดี่ยวคาร์บอน- ออกซิเจน ดูด ซับใกล้ 1100 cm −1
ปฏิกิริยา
ความเป็นเบสของลูอิส
แอนไอออนคาร์บอกซิเลตเป็นเบสของลูอิสสามารถสร้างสารประกอบเชิงซ้อนได้หลากหลายชนิด หนึ่งในประเภทของอนุพันธ์ดังกล่าวคือสารเชิงซ้อนคาร์บอกซิเลตของโลหะทรานซิชัน
การกำจัดโปรตอน
เกลือกรดคาร์บอกซิลิกที่มีอะตอมไฮโดรเจนใน ตำแหน่ง อัลฟาสามารถถูกกำจัดโปรตอนด้วยเบสที่แรง เช่นลิเธียมไดไอโซโพรพิลอะไมด์ : [ 6 ] : 637
- RCH COO − + LiN(CH(CH ) ) → RCHLiCOO − + HN(CH(CH ) )
จากนั้นสารประกอบออร์กาโนลิเทียมที่ได้สามารถนำไปทำปฏิกิริยา C-alkylation ได้:
- RCHLiCOO − + R'X → RR'CHCOO − + LiX
การแทนที่แบบนิวคลีโอฟิลิก
ไอออนคาร์บอกซิเลตทำปฏิกิริยากับอัลคิลเฮไลด์เพื่อสร้างเอสเทอร์ : [ 7 ] : 398–9
- RCO − 2 + R'X → RCO R' + X −
เส้นทางนี้ในการสังเคราะห์เอสเทอร์เป็นส่วนเสริมของกระบวนการสังเคราะห์เอสเทอร์แบบฟิชเชอร์ ดั้งเดิม
การลดน้อยลง
เกลือคาร์บอกซิเลตจะถูกรีดิวซ์ได้ยากกว่าเอสเทอร์ แต่การรีดิวซ์สามารถทำได้ด้วยลิเธียมอะลูมิเนียมไฮไดรด์[ 7 ] : 1212
ตัวอย่าง
รายการนี้ใช้สำหรับกรณีที่มีบทความแยกต่างหากสำหรับแอนไอออนหรืออนุพันธ์ของแอนไอออนนั้น กรดอินทรีย์อื่นๆ ทั้งหมดควรค้นหาได้จากกรดคาร์บอกซิลิกที่เป็นสารตั้งต้น
- ไอออน ฟอร์เมต , HCOO −
- ไอออนอะซิเตต ,
- ไอออน เมทาเนเตตระคาร์บอกซิเลต , C(COO − )
- ไอออนออกซาเลต(COO) 2−
