חומצות קרבוקסיליות וגזרותיהן

הכנה ותגובות

• אלקיל-בנזן (כמו מתייל-בנזן) חומץ על ידי $\text{KMnO}_4$ בסיסי חם, ולאחר מכן חומצה דלילה, כדי לתת חומצה בנזואית. כל השרשרת הצדדית הופכת לקבוצת $\text{–COOH}$.
• חומצה קרבוקסילית מגיבה עם $\text{PCl}_3$ וחום, $\text{PCl}_5$, או $\text{SOCl}_2$ ליצירת כלוריד אציל.

חומצות שניתן לחמצן יותר

שתי חומצות קרבוקסיליות הן מיוחדות משום שהן עדיין ניתנות לחמצון:

• חומצה מתאנואית ($\text{HCOOH}$) מחומצתת על ידי תמיסת פהלינג או טולנס, או $\text{KMnO}_4$ / $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ מחומצנת, לדיאוקסיד פחמן ומים.
• חומצה אתאנדיואית ($\text{HOOCCOOH}$) מחומצתת על ידי $\text{KMnO}_4$ מחומצנת חמה לדיאוקסיד פחמן.

חומציות יחסית

סדר ה-חומציות הוא:

חומצה קרבוקסילית היא החזקה ביותר משום שכשהיא מאבדת $\text{H}^+$, המטען השלילי מתפזר על שתי אטומי חמצן, מה שהופך את היון ליציב מאוד. בפנול המטען מתפזר רק לתוך הטבעת, ובאלכוהול (הנותן $\text{RO}^-$) הוא לא מתפזר כלל.

אטומי כלור הופכים את החומצה הקרבוקסילית ל-חזקה יותר. כלור הוא מושך אלקטרונים: דרך אפקט אינדוקטיבי הוא מושך צפיפות אלקטרונים הרחק, ועוזר להפיץ את המטען השלילי ולהיצב את היון. לכן יותר אטומי כלור (קרוב יותר ל-$\text{–COOH}$) נותנים חומצה חזקה יותר.

אלכוהול (או פנול) מגיב עם כלוריד אציל בטמפרטורת החדר כדי ליצור אסטר ו$\text{HCl}$. לדוגמה: אתיל אתאנואת (מאלכוהול אתיל) ופניל בנזואט (מפנול).

כלורידים אציליים מופקים מחומצות קربוקסיליות (עם $\text{PCl}_3$, $\text{PCl}_5$ או $\text{SOCl}_2$). הם תגובתיים מאוד. בטמפרטורת החדר הם מגיבים עם:

מנגנון הוספה-הסרה

כל התגובות הללו עוקבות אחר מנגנון הוספה-הסרה: נוקליופיל תחילה מתווסף לקربون הקרבוניל החיובי מעט, ולאחר מכן $\text{HCl}$ מוסר.

קלות הידרוליזה

השוו איך קלה תגובה של שלושה אקלורידים עם מים (הידרוליזה):

אקלוריד של אציל מגיב באופן אלים עם מים קרים; אקלוריד של אלקיל מגיב לאט; אקלוריד של אריל (הלוגן-אריל) אינו מגיב, מכיוון שקשר C–Cl מחוזק על ידי הטבעת.

דוגמה מופתרת. אצטיל כלור מגיב בצורה אגרסיבית עם מים קרים, בעוד שאצטט אתיל דורש רפיס ממושך עם חומצה או בסיס. הסבירו את ההבדל. שניהם נתקפים ב-קרबוניל קרבון, ולכן השווו איך פתוח קרבון זה לתקיפה ואיך טוב קבוצת המוצאת היא. באצטיל כלור הכלור הוא אלקטרוניגטיבי בחוזקה ומושך אלקטרונים, מה שהופך את קרבון הקרבוניל ל-$\delta+$ הרבה יותר ועל כן פתוח הרבה יותר לנוקלئוף; ו-$\text{Cl}^{-}$, האניון של חומצה חזקה, היא קבוצת מוצאת טובה. באסטער ה-$\text{–OR}$ חמצן תורם זוג אלקטרונים בלתי-קושר לקרבוניל, מה שמפחית את הטעון ה-$\delta+$ הזה, ו-$\text{RO}^{-}$ היא קבוצת מוצאת גרועה. לכן האציל כלור הידרוליז קל הרבה יותר. הסבירו מ-שני הכיוונים: ה-$\delta+$ על הקרבון וגם קבוצת המוצאת; אחת מהם בלבד היא בדרך כלל רק מחצית הנקודות.

• אקלורידים של אציל הם מאוד רגישים — למד את המוצרים שלהם עם מים (HCl), אלכוהולים (אסטרים), אמוניה (אמידים) ואמינים.
• סדר רגישות של גזרות: אקלוריד של אציל > אסטר > אמיד.
• חוזק חומצה: קבוצות מושכות אלקטרונים (למשל Cl) מגדילות אותו — הסבר באמצעות יון הקרבוקסילט.