카르본산

Carboxylic acid
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카르본산 구조
카르본산 음이온
카르본산의 3차원 구조

카르본산은 카르복실기(C(=O))를 포함하는 유기산이다.OH)[1]를 R그룹에 접속합니다.카르본산의 일반식은 R-COOH 또는 R-COH이며2, R은 알킬기, 알케닐기, 아릴기 또는 기타기를 나타낸다.카르본산은 널리 발생한다.중요한 예로는 아미노산과 지방산이 있다.카르본산의 탈양성자는 카르본산 음이온을 생성한다.

예와 명명법

카르본산은 일반적으로 그들의 간단한 이름으로 식별된다.그들은 종종 접미사 -ic acid를 가지고 있다.IUPAC 권장 이름도 존재하며, 이 시스템에서 카르본산은 -oic acid 접미사를 가집니다.[2]예를 들어 낙산(CHCOH372)은 IUPAC 지침에 따르면 부탄산이다.카르복실산을 포함한 복합분자의 명명법에 있어서 카르복실기는 3-클로로프로판산 등의 다른 치환기가 있어도 모쇄의 1위치로 간주할 수 있다.또는 2-카르복시프랑과 같은 다른 모구조에서 "카르복시" 또는 "카르복실산" 치환기로 명명될 수 있다.

카르본산의 카르본산 음이온(R–COO 또는 RCO2−)은 보통 접미사 -ate로 명명되며, 이는 각각 켤레산과 켤레 염기에 대한 -ic acid의 일반적인 패턴과 일치한다.예를 들어 아세트산의 켤레 염기는 아세트산염이다.

자연 중탄산 완충계에서 발생하는 탄산은 COOH기처럼 보이는 부분을 가지고 있음에도 불구하고 일반적으로 카르본산 중 하나로 분류되지 않는다.

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스트레이트 체인 포화 카르본산(알칸산)
카본
원자		 공통명 IUPAC 이름 화학식 공통 장소 또는 용도
1 포름산 메타노산 HCOOH 벌레에 쏘이다
2 아세트산 에탄산 츄우3 식초.
3 프로피온산 프로판산 챠쿠32 저장 곡물, 체취, 우유, 버터, 치즈용 방부제
4 낙산 부탄산 CH32(2COOH 버터
5 발레릭산 펜탄산 CH32(3COOH 발레리아 식물
6 카프로산 헥산산 CH32(4COOH 염소 지방
7 에난산 헵탄산 CH32(5COOH 향기
8 카프릴산 옥탄산 CH32(6COOH 코코넛
9 펠라곤산 노난산 CH32(7COOH 펠라르고늄 식물
10 염소산 데칸산 CH32(8COOH 코코넛 및 팜 커널 오일
11 운데실산 운데칸산 CH32(9COOH 항진균제
12 라우르산 도데칸산 CH32(10COOH 코코넛 오일 및 손빨래 비누
13 트리데실산 트리데카노산 CH32(11COOH 식물 대사물
14 미리스트산 테트라데카노산 CH32(12COOH 육두구
15 펜타데실산 펜타데카노산 CH32(13COOH 유지방
16 팔미트산 헥사데카노산 CH32(14COOH 팜유
17 마가린산 헵타데카노산 CH32(15COOH 다양한 동물의 페로몬
18 스테아린산 옥타데카노산 CH32(16COOH 초콜릿, 왁스, 비누 및 오일
19 노나데실산 노나데카노산 CH32(17COOH 지방, 식물성 기름, 페로몬
20 아라키드산 이코산산 CH32(18COOH 땅콩기름
기타 카르본산
복합 클래스 회원들
불포화 모노카르본산 아크릴산(2-프로펜산)– CH2=CHCOOH, 폴리머 합성에 사용
지방산 탄소수가 짝수인 중~장쇄 포화 및 불포화 모노카르본산; 예: 도코사헥사엔산 및 에이코사펜타엔산(영양 보충제)
아미노산 단백질의 구성 요소
케토산 케톤기를 포함한 생화학적으로 중요한 산; 예: 아세토아세트산과 피루브산
방향족 카르본산 적어도 1개의 방향족 고리를 포함한다.예: 벤조산 – 벤조산의 나트륨 염은 식품 방부제로 사용되며 살리실산 – 많은 피부 관리 제품에서 볼 수 있는 베타 히드록시형, 페닐 알칸산 – 페닐기가 카르본산에 결합되어 있는 화합물의 종류
디카르본산 2개의 카르복실기를 포함한다.예: 나일론과 알다르산을 생산하기 위해 사용되는 단량체 아디핀산 - 설탕산 계열
트리카르본산 3개의 카르복실기를 함유하는 것; 예: 구연산 – 감귤류 열매와 이소질산
알파 히드록시산 첫 번째 위치에 히드록시기를 함유하는 것. 예: 글리세린산, 글리콜산 및 젖산(2-히드록시프로판산) – 신 우유, 타르타르산 – 와인에 있는
베타 히드록시산 두 번째 위치에 히드록시기를 포함하는 모습
오메가 히드록시산 제1 또는 제2의 위치를 넘어 히드록시기를 포함하는 모습
디비닐에테르 지방산 일부 식물에서 발견되는 지방산에 에테르 결합을 통해 연결된 이중 불포화 탄소 사슬을 포함하는

물리 속성

용해성

카르본산은 극성이다.이들은 수소 결합 수용체(카르보닐 –C=O)와 수소 결합 공여체(수산화기 –OH)이기 때문에 수소 결합에도 관여한다.히드록실기와 카르보닐기가 함께 관능기 카르복실기를 형성한다.카르본산은 보통 "자기 결합"하는 경향 때문에 비극성 매체에서 이합체로 존재한다.더 작은 카르본산(1~5개의 탄소)은 물에 용해되는 반면, 더 큰 카르본산은 알킬 사슬의 증가하는 소수성 특성 때문에 용해성이 제한적이다.이렇게 긴 사슬산은 에테르나 [3]알코올과 같은 극성이 낮은 용매에 용해되는 경향이 있습니다.수산화나트륨과 카르본산, 심지어 소수성 산도 반응하여 수용성 나트륨 소금을 생성합니다.예를 들어, 에나틴산은 물(0.2 g/L)에서는 용해도가 낮지만 나트륨 소금은 물에 매우 잘 녹는다.

Solubility in different environments.jpg

끓는점

카르본산은 표면적이 크고 수소 결합을 통해 안정화된 이합체를 형성하는 경향 때문에 물보다 끓는점이 높은 경향이 있다.비등이 발생하려면 이합체 결합이 깨지거나 전체 이합체 배열이 기화되어야 하며, 기화 요건의 엔탈피가 크게 증가해야 합니다.

카르본산 이합체

산도

카르본산은 브뢴스테드이다.저산(Lowry acids)은 양성자(H+) 공여체이기 때문에 발생합니다.그것들은 가장 흔한 종류의 유기산입니다.

카르본산은 일반적으로 약한 산이며, 중성 수용액에서 부분적으로만 HO 양이온과− RCOO 음이온으로3+ 분해됩니다.예를 들어 상온에서 아세트산의 1-몰 용액에서는 산의 0.001%만 해리된다(1몰−5 중 10몰).-CF기와3 같은 전자 인출 치환기는 더 강한 산을 생성한다(포름산의 pKa는 3.75인 반면 트리플루오로메틸 치환기를 가진 트리플루오로아세트산은 0.23의 pK를a 가진다).전자공여 치환기는 더 약한 산을 준다(포름산의 pK는a 3.75인 반면 메틸 치환기를 사용하는 아세트산은 4.76의 pK를a 가진다).

카르본산[4] pKa
아세트산(CHCOH32) 4.76
벤조산(CHCOH652) 4.2
포름산(HCOOH) 3.75
클로로아세트산(CHClCOH22) 2.86
디클로로아세트산(CHClCOH22) 1.29
옥살산(HOCCOH22)

(첫 번째 분리)

 1.27
옥살산(HOCCO22−)

(2차 분리)

 4.14
트리클로로아세트산(CCLCOH32) 0.65
트리플루오로아세트산(CFCOH32) 0.23

카르복실산의 탈양성자는 카르복실산 음이온을 생성하는데, 이는 음전하가 두 산소 원자에 걸쳐 탈국소화되어 음이온의 안정성을 증가시키기 때문에 공명 안정화됩니다.카르본산 음이온 중의 탄소-산소 결합 각각은 부분 이중 결합 특성을 가진다.또한 카르보닐 카본의 부분 양전하는 산소 원자 2개의 -/12 음전하에 의해 약해집니다.

악취

카르본산은 종종 강한 신 냄새가 난다.카르본산에스테르들은 과일 맛이 나고 좋은 냄새가 나는 경향이 있으며 많은 것들이 향수에 사용된다.

특성화

카르본산은 적외선 분광법에 의해 쉽게 동정된다.1680~1725cm−1 사이의 C-O 진동 결합(δC=O)의 진동과 관련된 날카로운 띠가 나타납니다.2500~3000cm−1 [3]영역의 넓은 피크로 특징적인 δO–H 대역이 나타난다.H NMR 분광법에 따르면 히드록실 수소는 10-13ppm 영역에 나타나지만, 물의 흔적과의 교환으로 인해 종종 확대되거나 관찰되지 않는다.

발생 및 응용 프로그램

많은 카르본산은 산업적으로 대량으로 생산된다.그것들은 또한 자연에서 자주 발견됩니다.지방산의 에스테르들은 지질들의 주요 성분이고 아미노카르본산의 폴리아미드는 단백질의 주요 성분이다.

카르본산은 폴리머, 의약품, 용제 및 식품첨가물의 생산에 사용된다.산업적으로 중요한 카르본산에는 아세트산(식초의 성분, 용제 및 코팅의 전구체), 아크릴산 및 메타크릴산(고분자, 접착제의 원료), 아디핀산(고분자), 구연산(식품 및 음료의 향미료 및 방부제), 에틸렌디아민테트라아세트산(코팅제), 지방산(코팅) 등이 포함된다.말레인산(마약), 프로피온산(식품방부제), 테레프탈산(마약).중요한 카르본산염은 비누이다.

합성

산업 노선

일반적으로 카르본산에 대한 산업 경로는 특수 장비가 필요하기 때문에 소규모로 사용되는 것과 다릅니다.

  • 아세트산 생산을 위한 Cativa 공정에서 설명한 알코올의 카르보닐화.포름산은 메탄올에서 시작하는 다른 카르보닐화 경로에 의해 제조된다.
  • 코발트 및 망간 촉매를 사용하여 알데히드를 공기로 산화시킵니다.필요한 알데히드는 하이드로포름에 의해 알케인으로부터 쉽게 얻을 수 있다.
  • 공기를 이용한 탄화수소 산화.단순 알칸의 경우 이 방법은 저렴하지만 유용하게 사용할 만큼 선택적이지 않습니다.알리산과 벤질 화합물은 보다 선택적 산화를 거친다.벤젠 고리상의 알킬기는 사슬 길이에 관계없이 카르본산으로 산화된다.톨루엔의 벤조산, 파라자일렌의 테레프탈산, 오르토자일렌의 프탈산이 대규모 전환 예다.아크릴산은 프로펜에서 [5]생성된다.
  • 규산촉매를 이용한 에텐의 산화.
  • 알코올의 염기 촉매 탈수소.
  • 물의 첨가와 결합된 카르보닐화.이 방법은 2차 및 3차 탄수화물(예: 이소부틸렌-피발산)을 생성하는 알켄에 효과적이고 다용도적이다.코흐 반응에서는 강산에 의해 물과 일산화탄소가 첨가된다.하이드로카복실화는 물과 CO의 동시 첨가를 수반한다.그러한 반응은 때때로 "리페 화학"이라고 불립니다.
HCCH + CO2 + HO → CH2= CHCOH2

실험실 방법

연구나 미세 화학 물질 생산을 위한 소규모 반응의 준비 방법에는 고가의 소모성 시약이 사용되는 경우가 많다.

RLi + CO2 → RCOLi2
RCOLi2 + HCl → RCOH2 + LiCl
RC(O)Ar + HO2 → RCOH2 + ArH

반응의 빈도가 낮다

많은 반응들이 카르본산을 생성하지만 특정한 경우에만 사용되거나 주로 학술적인 관심사이다.

반응

카르본산유기반응

가장 널리 사용되는 반응은 카르본산을 에스테르, 아미드, 카르본산염, 산염화물, 알코올로 변환합니다.카르본산은 염기와 반응하여 카르본산염을 형성하고, 여기서 수산기(–OH)의 수소는 금속 양이온으로 대체된다.예를 들어, 식초에서 발견되는 아세트산은 중탄산나트륨(베이킹 소다)과 반응하여 아세트산나트륨, 이산화탄소 및 물을 형성합니다.

CHCOOH3 + NaHCO3 → CHCOUNA3−+ + CO2 + HO2

또한 카르본산은 알코올과 반응하여 에스테르를 생성한다.이 공정은 폴리에스터 생산 등에 널리 사용됩니다.마찬가지로 카르본산은 아미드로 전환되지만, 일반적으로 카르본산과 아민의 직접 반응으로 전환되지 않는다.대신에 에스테르들은 아미드의 전형적인 전조이다.아미노산을 펩타이드로 변환하는 것은 ATP를 필요로 하는 중요한 생화학적 과정이다.

카르본산 위의 수산기는 염화티오닐을 사용하여 염화아실기를 염소 원자로 대체할 수 있다.자연에서 카르본산은 티오에스테르로 전환된다.

축소

에스테르와 마찬가지로, 대부분의 카르본산은 수소화 또는 수소화 또는 알킬 전달제를 사용하여 알코올로 환원될 수 있습니다(리튬 수소화 알루미늄 또는 그리냐르 시약(유기석 화합물)과 같은 산을 대신[further explanation needed] 탈양성자화하므로).

N,N-디메틸(클로로메틸렌) 염화암모늄(ClHC=N+(CH3)2Cl−)은 카르본산 환원용 고화학선택제이다.카르복실산을 선택적으로 활성화하여 카르복시메틸렌암모늄염을 얻을 수 있으며, 카르복시메틸렌암모늄염은 리튬트리스(t-부톡시)알루미늄 하이드라이드와 같은 가벼운 환원제에 의해 환원되어 알데히드를 1포트 공정으로 얻을 수 있다.이 절차는 케톤과 같은 반응성 카르보닐 기능뿐만 아니라 중간 반응성 에스테르,[7] 올레핀, 니트릴 및 할로겐화물 부분에도 견딜 수 있는 것으로 알려져 있습니다.

특화된 반응

카르복실기

카르복실기, •COOH는 잠시 [8]동안만 존재합니다.COOH의 산 해리 상수는 전자 상사성 공명 분광법을 [9]이용하여 측정되었다.카르복실기는 옥살산을 형성하기 위해 이합체화되는 경향이 있다.

레퍼런스

  1. ^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "카르본산". doi:10.1351/goldbook.C00852
  2. ^ 권장사항 1979.유기화학 IUPAC 명명법.규칙 C-4 카르본산과 그 유도체.
  3. ^ a b Morrison, R.T.; Boyd, R.N. (1992). Organic Chemistry (6th ed.). ISBN 0-13-643669-2.
  4. ^ Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd ed.). CRC Press. pp. 5–94 to 5–98. ISBN 978-1439855119.
  5. ^ 를 클릭합니다Riemenschneider, Wilhelm (2002). "Carboxylic Acids, Aliphatic". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a05_235. ISBN 3527306730..
  6. ^ Perry C. Reeves (1977). "Carboxylation Of Aromatic Compounds: Ferrocenecarboxylic Acid". Org. Synth. 56: 28. doi:10.15227/orgsyn.056.0028.
  7. ^ Fujisawa, Tamotsu; Sato, Toshio. "Reduction of carboxylic acids to aldehydes: 6-Ooxdecanal". Organic Syntheses. 66: 121. doi:10.15227/orgsyn.066.0121.; Collective Volume, vol. 8, p. 498
  8. ^ Milligan, D. E.; Jacox, M. E. (1971). "Infrared Spectrum and Structure of Intermediates in Reaction of OH with CO". Journal of Chemical Physics. 54 (3): 927–942. Bibcode:1971JChPh..54..927M. doi:10.1063/1.1675022.
  9. ^ 값은 pKa = -0.2 ± 0.1입니다.Jeevarajan, A. S.; Carmichael, I.; Fessenden, R. W. (1990). "ESR Measurement of the pKa of Carboxyl Radical and Ab Initio Calculation of the Carbon-13 Hyperfine Constant". Journal of Physical Chemistry. 94 (4): 1372–1376. doi:10.1021/j100367a033.

외부 링크

무료 사전인 위키사전에서 카르복실기를 찾아보세요.