Ha egy molekulán belül különböző kötésmódú oxigénatomok különböző szénatomhoz kapcsolódnak, akkor általában ugyanolyan sajátságokat hordoznak a vegyületek, mintha külön-külön volnának jelen. De ha a két különböző funkciós csoport azonos szénatomhoz kapcsolódik, olyan sajátságok lépnek fel, amelyek külön-külön egyik csoportra sem jellemzők. Ezért az ilyen molekula részleteket célszerű egyetlen egységnek, összetett funkciós csoportnak tekintenünk. Az azonos szénatomhoz kapcsolódó oxo- és hidroxilcsoportból felépülő összetett funkciós csoport a karboxilcsoport, az azonos szénatomhoz kapcsolódó oxo- és étercsoportból felépülő pedig az észtercsoport.

6

 

 

KARBONSAVAK

Funkciós csoport: KARBOXILCSOPORT -> -COOH

Elnevezés

  • Triviális név: benzoesav, ecetsav, citromsav stb.
  • Régi rendszer: az alap szénhidrogénlácból képzi a nevet, amelyhez a -sav, illetve a -disavutótagot illeszti; a szénláncba a karboxilcsoport szénatomját beleszámolja, a szénatomokat görög betűvel jelöli úgy, hogy a karboxilcsoport melletti szénatom jele a, a mellette levő b, és így tovább:7
  • IUPAC nómenklatúra: az alap szénhidrogénlácból képzi a nevet, amelyhez a -sav, illetve a -disav utótagot illeszti; a szénláncba a karboxilcsoport szénatomját beleszámolja, a főlánc számozását a karboxilcsoport szénatomjával kezdi!8
  • Ha a nyíltláncú karbonsav három vagy annál több karboxilcsoportot tartalmaz, a vegyület nevét a -karbonsav utótaggal képezzük, ilyenkor a karboxilcsoportok szénatomjait NEM számoljuk bele a főláncba!
  • A gyűrűs karbonsavak elnevezése is a -karbonsav utótaggal történik.

 

Homológsor: A telített, egyértékű karbonsavak homológsorának összegképlete (nyílt lánc esetében): CnH2nO2 v. Cx2x+1-COOH

 

Csoportosítás

  • Karboxilcsoportok száma szerint: mono-, di-, trikarbonsav stb.
  • A szénhidrogénlánc minősége szerint
    • alifás karbonsavak (nyílt láncú)
    • alliciklikus karbonsavak (ciklohexán-karbonsav)
    • telítetlen karbonsav (R-CH=CH-COOH)
    • aromás karbonsav (C6H5-COOH -> benzoesav)

 

Fizikai tulajdonságok

  • Hidrogénkötés kialakításában donor és akceptor is lehet
  • A legkisebb vegyület standard halmazállapota folyadék (HCOOH); a legkisebb dikarbonsav szilárd (HOOC-COOH)
  • Olvadás- és forráspont (nem túl nagy szénatomszám esetén): magas (nagyfokú dimerizálódás! -> H-kötés). A dikarbonsavak több molekulája asszociálódik, ezeknek még a dioloknál is magasabb az olvadáspontja. (Nagy szénatomszám esetén a funkciós csoport hatása már elenyésző, ezért a nagy szénatomszámú vegyületek olvadáspontja jelentősen nem különbözik az azonos C-atomszámú szénhidrogénekétől.)
  • Vízoldékonyság a kisebb molekulák esetén: korlátlan (C1-C3); a dikarbonsavak rosszabbul.
  • A kis molekulájú vegyületek – C1-C3 – savanyú, szúrós; C4 bűzös szagúak; a nem illékonyak szagtalanok.

 

 

Előállítási módszerek

  • Alkánok oxidációja (ipari):

     

    9

  • Alkének oxidációja:

     10

     

  • Benzol homológokból:

     

    11

  • Alkoholok oxidációjával:

Primer alkoholokból:

12
-Szekunder alkoholokból:

13

  • Karbonsav-észterek hidrolízisével: 

    14

 

 

 

 

Kémiai tulajdonságok

  • Sav-bázis jelleg: a vízhez viszonyítva savak. A szubsztituensek hatással vannak a savi erősségre. Ezek egy-két atomnyi távolságban hatnak, ha a szubsztituens elektronszívó (pl. halogén), a proton leadásakor keletkező aniont stabilizálja, és így növeli a savi erősséget. Így például a triklór-ecetsav az erős ásványi savak erősségével vetekszik.
  • NaOH-dal, NaHCO3-tal és Na-mal is reakcióba lép.
  • Oxidáció (szelektíven a funkcióscsoport szénatomját tekintve): általában csak erélyes körülmények között zajlik le.
  • Kémiai reakciók:
    • Ammóniával, aminokkal amidképzés.
    • Sóképzés:

      R-COOH + NaOH15  R-COONa + H2O

    • Észteresítés:

      16

    • Redukció alkohollá.
    • Karbonsavak dekarboxilezése:

      17

    • Halogénezés (α-helyzetű C-atomra történik):

      18

    • Karboxilcsoportban helyettesített származékok:

      19

 

 

Fontosabb karbonsavak:

  • hangyasav (metánsav)
  • ecetsav (etánsav)
  • vajsav (butánsav)
  • valeriánsav (pentásav)
  • palmitinsav
  • sztearinsav
  • olajsav
  • akrilsav (propénsav)
  • benzoesav
  • oxálsav (etándisav)

 

ÉSZTEREK

 

Nevezéktan

Az észtereket úgy nevezzük el, mint a karbonsavak olyan származékait, amelyekben a karboxilcsoport hidrogénatomját szénhidrogéncsoport helyettesíti, vagyis amelyekben egy szénhidrogéncsoport kapcsolódik egy savmaradékhoz. Az alkánsavakból levezethető alkil-észterek típusneve tehát alkil-alkanoát.

 

20

Homológsor: A telített, egyértékű észterek homológsorának összegképlete CnH2nO2 (n>3).

 

Fizikai tulajdonságok

  • Hidrogénkötés kialakításában akceptor.
  • A legkisebb vegyület standard halmazállapota folyadék (metil-formiát).
  • Olvadás- és forráspont azonos (nem túl nagy szénatomszám esetén) az éterekénél magasabb (lévén gyenge dipólus-dipólus kölcsönhatás).
  • Vízoldékonyság a kisebb molekulák esetén nem jó.
  • A kismolekulájú vegyületeknél: különböző gyümölcsaromák (a nagy szénatomszámú, nem illékony képviselőik szagtalanok).

 

 

Kémiai tulajdonságok

 

21

  • Sav-bázis jelleg: A vizes oldat kémhatása semleges, hidrolízis esetén gyengén savas.
  • Hidrolízis: lúgos közegben az észterek karbonsavra és alkoholra hidrolizálnak. Mivel a közeg lúgos, ezért a sav ionos formában lesz jelen a hidrolízis után: A hidrolízis során tehát gyakorlatilag sót (a karbonsav nátrium sóját) és alkoholt kaptunk. Ha a karbonsav sójának R-csoportja (alkil-csoport) nagy, úgy szappanokról beszélünk. Az észterek lúgos hidrolízisét szappanosításnak nevezzük.
  • Oxidáció: csak erélyes körülmények között megy végbe.
  • Ammóniával és aminokkal amidokat képeznek, ugyanis a reakció során karbonsav-amid (lásd ábra) és alkohol keletkezik. A folyamat hasonló, mint az észterhidrolízis, csak mivel az amid stabilisabb, mint az észter, az egyensúly gyakorlatilag teljesen az amidképzés irányába tolódik el.

 

Fontosabb észterek

  • Zsírok és olajok (trigliceridek)Az acilező savak mindig páros szénatomszámúak, leggyakrabban OLAJSAV, PALMITINSAV, SZTEARINSAV. Az alkohol pedig a GLICERIN.
  • Foszfatidok
  • Gyümölcsészterek: Kis szénatomszámú alkánsavak egyszerű alkilésztere.
  • Viaszok: Nagy és páros szénatomszámú, normál láncú, telített karbonsavak és ugyanilyen típusú alkoholok észterei! (pl. méhviasz)