الأحماض الكربوكسيلية: التصنيف والتسمية والتحضير والخواص وحمض البنزويك
درس الأحماض الكربوكسيلية: الأحماض العضوية التى تحتوى على مجموعة الكربوكسيل. وفي صفحة الأسئلة تجد باقي أسئلة الدرس.
مجموعة الكربوكسيل وتصنيف الأحماض
المجموعة الفعالة للأحماض العضوية هى مجموعة الكربوكسيل (–COOH) : مجموعة كربونيل (C=O) متصلة بمجموعة هيدروكسيل (–OH) على نفس ذرة الكربون.
تُصنف حسب عدد مجموعات الكربوكسيل فى الجزىء (القاعدية) :
| النوع | أليفاتى | أروماتى |
|---|---|---|
| أحادى القاعدية | حمض الأسيتيك CH₃COOH | حمض البنزويك C₆H₅COOH |
| ثنائى القاعدية | حمض الأكساليك (COOH)₂ | حمض الفثاليك (المجموعتان فى الموضعين 1، 2) |
| ثلاثى القاعدية | حمض الستريك C₆H₈O₇ |
- القانون العام للأحماض الأليفاتية المشبعة أحادية القاعدية : CₙH₂ₙ₊₁COOH أو CₙH₂ₙO₂
- الأحماض الدهنية : أحماض أحادية القاعدية طويلة السلسلة مثل حمض البالمتيك C₁₅H₃₁COOH (زيت النخيل) وحمض الستياريك C₁₇H₃₅COOH ، أما حمض البيوتيريك C₃H₇COOH فمصدره الزبدة.
- مجموعة OH الكحولية فى جزىء الحمض لا تتفاعل مع القلويات، فالقاعدية = عدد مجموعات –COOH فقط.
اعرض الحل
المركب (حمض الطرطريك) به مجموعتا كربوكسيل فقط تتفاعلان مع NaOH
مجموعتا OH الكحوليتان لا تتفاعلان مع NaOH، فيلزم 2 mol
الإجابة (أ).
التسمية بنظام الأيوباك
- يُسمى الحمض باسم الألكان المقابل (بعدد ذرات الكربون كلها بما فيها كربون المجموعة) مع إضافة المقطع «ويك» : HCOOH حمض الميثانويك ، CH₃COOH حمض الإيثانويك.
- يبدأ الترقيم من ذرة كربون مجموعة الكربوكسيل : CH₃CH(CH₃)COOH حمض 2– ميثيل بروبانويك.
- الأسماء الشائعة : الفورميك (لدغ النمل) ، الأسيتيك (الخل) ، البيوتيريك (الزبدة).
تحضير حمض الأسيتيك
- أكسدة الإيثانول بعامل مؤكسد (برمنجنات أو ثانى كرومات البوتاسيوم المحمضة) : الإيثانول ← الأسيتالدهيد ← حمض الأسيتيك.
- التخمر الخلى : أكسدة الكحول المخفف بالبكتيريا فى وجود الهواء يعطى الخل.
- الجلوكوز ← (تخمر كحولى) الإيثانول ← (أكسدة) حمض الإيثانويك.
اعرض الحل
(1) KOH(aq) يحول C₂H₅Cl إلى (2) C₂H₅OH
أكسدة الإيثانول تعطى (3) CH₃COOH ، ومع NaOH (4) يعطى (5) CH₃COONa
التقطير الجاف مع الجير الصودى (6) (CaO + NaOH) يعطى CH₄
الإجابة (ج).
اعرض الحل
(W) تخمر كحولى للجلوكوز ← إيثانول.
(X) أكسدة الإيثانول ← حمض الإيثانويك.
(Y) أسترة مع البيوتانول ← إيثانوات البيوتيل، (Z) تعادل مع NaOH ← إيثانوات الصوديوم.
الإجابة (ب).
الخواص الفيزيائية
- تكون جزيئات الحمض روابط هيدروجينية قوية، فيرتبط كل جزيئين معًا، لذلك درجة غليان الأحماض أعلى من الكحولات المقاربة لها فى الكتلة.
- الأحماض الأولى تذوب فى الماء لتكوينها روابط هيدروجينية معه، وتقل الذوبانية بزيادة طول السلسلة.
- حمض الأسيتيك النقى يتجمد عند 16.6°C فيُسمى حمض الأسيتيك الثلجى.
الخاصية الحامضية
الأحماض الكربوكسيلية أحماض ضعيفة، تتفاعل مع :
- الفلزات النشطة : 2CH₃COOH + 2Na → 2CH₃COONa + H₂ (كل مجموعتى –COOH تعطيان 1 mol H₂)
- القلويات : CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O
- الكربونات والبيكربونات : CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂ ، والفوران الناتج يستخدم للكشف عن الحمض.
- التقطير الجاف لملح الصوديوم مع الجير الصودى (CaO + NaOH) يعطى ألكانًا : CH₃COONa + NaOH → CH₄ + Na₂CO₃
اعرض الحل
المركب به 4 مجموعات –COOH، كل مجموعتين تعطيان 1 mol H₂
عدد مولات H₂ = 4 ÷ 2 = 2 mol
الإجابة (ب).
اعرض الحل
الحمض العضوى يُكشف عنه ببيكربونات الصوديوم، وأيضًا بتفاعله مع الإيثانول مكونًا إسترًا ذا رائحة مميزة.
الإجابة (ج).
الأسترة
- يتفاعل الحمض مع الكحول فى وجود حمض الكبريتيك المركز (نازع للماء) فيتكون إستر وماء، والتفاعل انعكاسى :
- CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O
- الإستر يُسمى باسم الحمض ثم الألكيل : إيثانوات الإيثيل، وله رائحة مميزة (يستخدم ككشف عن الحمض أيضًا).
اعرض الحل
حمض البيوتانويك CH₃CH₂CH₂COOH + CH₃OH → CH₃CH₂CH₂COOCH₃ + H₂O
الإستر الناتج: بيوتانوات الميثيل كما فى (ج).
الإجابة (ج).
حمض البنزويك
- أبسط الأحماض الأروماتية C₆H₅COOH : بللورات بيضاء تنصهر عند 122°C ، شحيح الذوبان فى الماء البارد.
- يُحضر بأكسدة الطولوين : C₆H₅CH₃ ← أكسدة ← C₆H₅COOH ، والطولوين نفسه يُحضر من البنزين بتفاعل فريدل – كرافت.
- مجموعة –COOH توجه الإحلال على الحلقة إلى الموضع ميتا.
- ملحه بنزوات الصوديوم مادة حافظة للأغذية.
اعرض الحل
البنزين + CH₃Cl / AlCl₃ (1) ← طولوين (2) ، أكسدته (3) بالأكسجين ← حمض البنزويك (4)
ثم برومة (5) ← حمض ميتا-برومو بنزويك.
الإجابة (ج).
أحماض هيدروكسيلية هامة
| الحمض | مجموعاته | أهميته |
|---|---|---|
| اللاكتيك CH₃CH(OH)COOH | –COOH واحدة + OH كحولية | يتكون فى العضلات مع المجهود الشاق وفى اللبن |
| السلسليك | –COOH + OH فينولية على الحلقة | تحضير الأسبرين وزيت المروخ |
| الستريك C₆H₈O₇ | 3 –COOH + OH | ثلاثى القاعدية، يحفظ لون الأغذية ويخفض pH لها |
- فى حمض السلسليك : مجموعة –COOH ومجموعة OH الفينولية كلتاهما تتفاعل مع NaOH بوفرة.
اعرض الحل
NaOH بوفرة يتفاعل مع مجموعة –COOH ومجموعة OH الفينولية فى حمض السلسليك.
الناتج: COONa و ONa على الحلقة كما فى (ج).
الإجابة (ج).
اعرض الحل
حمض السيتريك يُضاف للأغذية للاحتفاظ بلونها وخفض pH
عدد المولات = 19.2 ÷ 192 = 0.1 mol
حمض ثلاثى القاعدية، فمولات NaOH = 0.1 × 3 = 0.3 mol
الإجابة (أ).
الأحماض الأمينية
- تحتوى على مجموعة أمين (–NH₂) ومجموعة كربوكسيل، أبسطها الجلايسين (حمض أمينو إيثانويك) H₂N–CH₂–COOH
- لها خواص حمضية وقاعدية معًا، فتتفاعل مع الأحماض والقواعد.
- هى الوحدات البنائية للبروتينات (بوليمرات طبيعية).
اعرض الحل
الجلايسين H₂N–CH₂–COOH ، فالمجموعة (X) هى –NH₂
تفاعله مع NaNO₂ / HCl يحولها إلى –OH (حمض الجلايكوليك)، فالمجموعة (Y) هى –OH
الإجابة (ب).
قبل الامتحان
- القاعدية = عدد مجموعات –COOH ، والـ OH الكحولية لا تتفاعل مع NaOH
- القانون العام للأحماض المشبعة أحادية القاعدية CₙH₂ₙO₂
- الترقيم فى التسمية يبدأ من كربون مجموعة الكربوكسيل.
- الأحماض أعلى غليانًا من الكحولات المقاربة بسبب الروابط الهيدروجينية.
- الكشف عن الحمض : فوران CO₂ مع بيكربونات الصوديوم، أو رائحة الإستر مع الكحول.
- حمض البنزويك من أكسدة الطولوين، ومجموعة الكربوكسيل موجهة للموضع ميتا.
- اللاكتيك أحادى القاعدية، الستريك ثلاثى القاعدية، والسلسليك يتفاعل مع NaOH بمجموعتيه.