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.
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:
- 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!
- 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):
- Alkének oxidációja:
- Benzol homológokból:
- Alkoholok oxidációjával:–
Primer alkoholokból:
-Szekunder alkoholokból:
- Karbonsav-észterek hidrolízisével:
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 + NaOH
R-COONa + H2O - Észteresítés:
- Redukció alkohollá.
- Karbonsavak dekarboxilezése:
- Halogénezés (α-helyzetű C-atomra történik):
- Karboxilcsoportban helyettesített származékok:
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.
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
- 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)