Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Carboxylic acids and derivatives · ⁨חומצות קרבוקסיליות וגזרותיהן⁩

A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · Topic 18 · ⁨נושא 18⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
8:02

חומצות קרבוקסיליות וגזרותיהן

פתח בקבוק חומץ ותזהה בו מיד. הריח החודר הוא חומצה אתנואית, וחומץ הוא רק תמיסה חלשה שלה במים. היקצת מעט על…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

18.1

Carboxylic acids · ⁨חומצות קרבוקסיליות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. recall the reactions by which carboxylic acids can be produced: (a) oxidation of primary alcohols and aldehydes with acidified $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ or acidified $\text{KMnO}_4$ and refluxing (b) hydrolysis of nitriles with dilute acid or dilute alkali followed by acidification (c) hydrolysis of esters with dilute acid or dilute alkali and heat followed by acidification
  2. describe: (a) the redox reaction with reactive metals to produce a salt and $\text{H}_2(\text{g})$ (b) the neutralisation reaction with alkalis to produce a salt and $\text{H}_2\text{O}(\text{l})$ (c) the acid–base reaction with carbonates to produce a salt and $\text{H}_2\text{O}(\text{l})$ and $\text{CO}_2(\text{g})$ (d) esterification with alcohols with concentrated $\text{H}_2\text{SO}_4$ as catalyst (e) reduction by $\text{LiAlH}_4$ to form a primary alcohol
עברית
  1. זכור את התגובות שבהן חומצות קרבוקסיליות יכולות להיות מופקות: (א) חמצון של אלכוהולים ראשוניים ואלדהידים עם $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ מחומצת או $\text{KMnO}_4$ מחומצת ומחזיק (b) הידרוליזה של ניטרילים עם חומצה דלולה או בסיס דלול ולאחר מכן החמצה (c) הידרוליזה של אסטרים עם חומצה דלולה או בסיס דלול וחום ולאחר מכן החמצה
  2. תאר: (a) את תגובת האוקסידציה והחיזור עם מתכות רגישות כדי לייצר מלח ו$\text{H}_2(\text{g})$ (b) את תגובת הניטרול עם בסיסים כדי לייצר מלח ו$\text{H}_2\text{O}(\text{l})$ (ג) את תגובת החומצה-בסיס עם קربונטים כדי לייצר מלח ו$\text{H}_2\text{O}(\text{l})$ ו$\text{CO}_2(\text{g})$ (d) אסטריפיקציה עם אלכוהולים כאשר $\text{H}_2\text{SO}_4$ מרוכז משמש כקטליזטור (e) חיזור על ידי $\text{LiAlH}_4$ כדי ליצור אלכוהול ראשוני

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

A carboxylic acid 羧酸 has the $\text{–COOH}$ (carboxyl) functional group. It is a weak acid.

Making carboxylic acids

  • oxidation 氧化 of a primary alcohol 醇 or an aldehyde 醛 with acidified $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ or $\text{KMnO}_4$, with reflux 回流 (so it is fully oxidised).
  • hydrolysis 水解 of a nitrile 腈 with dilute acid or alkali, then acidifying.
  • hydrolysis of an ester 酯 with dilute acid or alkali and heat, then acidifying.

Reactions of carboxylic acids

These reactions all show that carboxylic acids are acids:

  • with a reactive metal (a redox 氧化还原 reaction): gives a salt 盐 and hydrogen.
$$2\text{CH}_3\text{COOH} + \text{Mg} \rightarrow (\text{CH}_3\text{COO})_2\text{Mg} + \text{H}_2$$
  • with an alkali (a neutralisation 中和): gives a salt and water.
$$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O}$$
  • with a carbonate 碳酸盐: gives a salt, water and carbon dioxide. The fizzing of $\text{CO}_2$ is a test for a carboxylic acid.
$$2\text{CH}_3\text{COOH} + \text{Na}_2\text{CO}_3 \rightarrow 2\text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$$

Two reactions change the functional group:

  • esterification 酯化 with an alcohol (concentrated $\text{H}_2\text{SO}_4$ catalyst) gives an ester.
  • reduction 还原 by $\text{LiAlH}_4$ gives a primary alcohol.
עברית

חומצה קרבוקסילית מכילה את קבוצת $\text{–COOH}$ (קארבוקסיל). זוהי חומצה חלשה.

בקבוקי חומץ על מדף *חומץ הוא תמיסה דלולה של חומצה אתנואית, שהיא חומצה קרבוקסילית

הכנת חומצות קרבוקסיליות

  • חמצון של אלכוהול ראשוני או אלדהיד עם $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ או $\text{KMnO}_4$ מחומצת, בחימום מוחזר (כדי לחמצן באופן מלא).
  • הידרוליזה של ניטריל עם חומצה דלה או בסיס, ולאחר מכן חומצה.
  • הידרוליזה של אסטר עם חומצה דלה או בסיס וחום, ולאחר מכן חומצה.

תגובות של חומצות קרבוקסיליות

תגובות אלו מראות כולן שחומצות קרבוקסיליות הן חומציות:

  • עם מתכת פעילה (תגובת אוק-רד): נוצר מלח והידרוגן.
$$2\text{CH}_3\text{COOH} + \text{Mg} \rightarrow (\text{CH}_3\text{COO})_2\text{Mg} + \text{H}_2$$
  • עם בסיס (ניטרול: נוצר מלח ומים).
$$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O}$$
  • עם פוספט: נוצר מלח, מים ודיóxide of carbon. הבערות $\text{CO}_2$ היא מבחן לחומצה קרבוקסילית.
$$2\text{CH}_3\text{COOH} + \text{Na}_2\text{CO}_3 \rightarrow 2\text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$$
תרשים ענפי המראה חומצה קרבוקסילית מגיבה עם מתכת פעילה, בסיס ופוספט כדי לייצר את המוצרים המסומנים
חומצות קרבוקסיליות מתנהגות כמו חומצות: מלח עם מתכת (+ H$_2$), עם בסיס (+ מים), או עם פוספט (+ מים + CO$_2$ — הבערות היא מבחן)

שתי תגובות משנות את הקבוצה הפונקציונלית:

  • אסטריפיקציה עם אלכוהול (ממריץ מרוכז $\text{H}_2\text{SO}_4$) נותן אסטר.
  • רידוקציה על ידי $\text{LiAlH}_4$ נותן אלכוהול ראשוני.
Explore · ⁨חקור⁩

Carboxylic acid reaction map · ⁨מפת תגובות לחומצה קרבוקסילית⁩

Follow carboxylic acids through neutralisation, esterification and reduction. · ⁨עבורו דרך חומצות קרבוקסיליות באמצעות ניטרול, יצירת אסטר והורדה.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ חומצה קרבוקסילית
oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ חמצון
alcohol/ˈælkəhɒl/ אלכוהול
aldehyde/ˈældɪhaɪd/ אלדזהיד
18.2

Esters · ⁨אסטרים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. recall the reaction (reagents and conditions) by which esters can be produced: (a) the condensation reaction between an alcohol and a carboxylic acid with concentrated $\text{H}_2\text{SO}_4$ as catalyst
  2. describe the hydrolysis of esters by dilute acid and by dilute alkali and heat
עברית
  1. זכור את התגובה (מגיבים ותנאים) שבה אסטרים יכולים להיות מופקים: (a) תגובת הקונדנסציה בין אלכוהול וחומצה קרבוקסילית כאשר $\text{H}_2\text{SO}_4$ מרוכז משמש כקטליזטור
  2. לתאר את ההידרוליזה של אסטרים על ידי חומצה דלילה ועל ידי בסיס דליל וחום

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

An ester has the $\text{–COO–}$ group. It often smells sweet or fruity.

Making esters

An ester forms in a condensation 缩合 reaction between an alcohol and a carboxylic acid, with concentrated $\text{H}_2\text{SO}_4$ as catalyst. A water molecule is lost, and the reaction is reversible:

$$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5 + \text{H}_2\text{O}$$

Hydrolysis of esters

Hydrolysis splits the ester back apart. The conditions change the products:

  • dilute acid and heat: reversible. Gives back the carboxylic acid and the alcohol.
  • dilute alkali and heat: not reversible. Gives the alcohol and the salt of the carboxylic acid (the carboxylate ion).

Worked example. Name the ester made from ethanol and propanoic acid, and say which part comes from which. In an ester name the alcohol gives the first word (the alkyl part) and the acid gives the second (the -oate part). Ethanol supplies $\text{C}_2\text{H}_5-$ and propanoic acid supplies $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COO}-$, so the ester is ethyl propanoate, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOC}_2\text{H}_5$. It is made by refluxing the two with a concentrated $\text{H}_2\text{SO}_4$ catalyst, and the reaction is reversible, so the yield is never complete. The trap is naming it backwards: propyl ethanoate is a completely different ester (made from propan-1-ol and ethanoic acid). Alcohol first, acid second.

עברית

לאסטר יש את קבוצת ה$\text{–COO–}$. לעיתים קרובות יש לו ריח מתוק או פירותי.

בקבוק בושם זכוכית מחורץ מעוטר
אסטרים נותנים לרבים מפירות ובשמים את ריחם המתוק

הכנת אסטרים

אסטר נוצר בתגובת התכנסות בין אלכוהול וחומצה קרבוקסילית, עם ממריץ מרוכז $\text{H}_2\text{SO}_4$. מאבדים מולקולת מים, והתגובה היא הפיכה:

$$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5 + \text{H}_2\text{O}$$
משוואת האסטריפיקציה בה הדגשת ה-OH מהחומצה וה-H מהאלכוהול כאטומים שעוזבים כמים, והקשר האסטר C–O–C החדש מודגש
האסטריפיקציה היא התכנסות: ה–OH מהחומצה וה–H מהאלכוהול עוזבים כמים, ויוצרים את הקשר האסטר C–O–C

הידרוליזה של אסטרים

הידרוליזה מפרקת את האסטר החזרה לפירוק. התנאים משנים את המוצרים:

  • חומצה מעודנת וחום: תגובה הפיכה. מניבה חומצה קربוקסילית ואלכוהול.
  • בסיס מעודנת וחום: אינה הפיכה. נותנת את האלכוהול ואת המלח של החומצה הקربوكسילית (יון הקרבוקסילט).
תרשים ענפי: הידרוליזה של אסטר בחומצה מעודנת נותנת חומצה קربوكسילית ואלכוהול, ובבסיס מעודנת נותנת מלח קרבוקסילט ואלכוהול
הידרוליזה של אסטר: חומצה מעודנת (הפיכה) נותנת חומצה קربوكسילית ואלכוהול; בסיס מעודנת (אינה הפיכה) נותנת מלח קרבוקסילט ואלכוהול

דוגמה פתורה. קראו את שם האסטר הנוצר מאתנול וחומצה פרופאנויק, וציינו מכל חומר哪个部分来. בשם אסטר, ה-אלכוהול מספק את המילה הראשונה (החלק האלקילי) וה-חומצה מספקת את השנייה (החלק -oate). אתנול מספק $\text{C}_2\text{H}_5-$ וחומצה פרופאנויק מספקת $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COO}-$, ולכן האסטר הוא אתיל פרופנוואט, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOC}_2\text{H}_5$. הוא מיוצר על ידי חימום במחזור סגור (reflux) של שניהם עם מצעין מרוכז $\text{H}_2\text{SO}_4$, והתגובה היא הפיכה, ולכן התפוקה לעולם אינה מלאה. הטעות הנפוצה היא לקרוא אותו לאורך: פרופיל אתנוואט הוא אסטר שונה לחלוטין (נוצר מתוך פרופנ-1-ול וחומצה אתנויק). אלכוהול תחילה, חומצה לאחר מכן.

Explore · ⁨חקור⁩

Ester route lab · ⁨מעבדה לדרך האסטר⁩

Follow ester formation and hydrolysis as reversible paths. · ⁨עקבו אחר יצירת אסטר והידרוליזה כמסלולים הפיכים.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
reflux/ˈriːflʌks/ הרתחה
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ הידרוליזה
nitrile/ˈnaɪtraɪl/ ניטריל
ester/ˈestə/ אסטר
redox/rɪˈdɒks/ חמצון-חיזור
salt/sɒlt/ מלח
neutralisation/ˌnjuːtrəlaɪˈzeɪʃn/ ניטרול
carbonate/ˈkɑːbəneɪt/ פוספט
esterification/ˌestəˌrɪfɪˈkeɪʃn/ אסטריפיקציה
reduction/rɪˈdʌkʃn/ חיזור
condensation/kɒndenˈseɪʃn/ קונדנסציה
18.2

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Carboxylic acids react with carbonates to give $\text{CO}_2$ (fizzing) — this distinguishes them from phenols.
  • Explain acid strength via the delocalised carboxylate ion; electron-withdrawing groups (e.g. Cl) increase strength.
  • Esterification (with concentrated $\text{H}_2\text{SO}_4$) is reversible; name esters as alkyl alkanoate.
  • Know the products of acid vs alkaline hydrolysis of an ester (they differ).
עברית
  • חומצות קربوكسיליות מגיבות עם קרבונטים ומניבות $\text{CO}_2$ (בועריות) — דבר המבדיל ביניהן לבין פנולים.
  • הסבר על חוזק החומצה באמצעות יון הקרבוקסילט המדולוקליז: קבוצות מושכות אלקטרונים (למשל Cl) מגדילות את החוזק.
  • אסטרופיקציה (עם $\text{H}_2\text{SO}_4$ מרוכז) היא תגובה הפיכה; קראו אסטרים כ-אלקיל אלקנוואט.
  • הכירו את המוצרים של הידרוליזה חומצית מול בסיסית של אסטר (הם שונים זה מזה).

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · ⁨נושאים נוספים בA-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP