Org. chemie - 14_16 Carbonzuren

Carbonzuren hebben als kenmerkende groep de carboxylgroep. Het is een combinatie van een carbonylgroep en een hydroxylgroep, maar door mesomerie tussen de π-bindingen van de carbonylgroep en de vrije elektronenparen van de hydroxylgroep heeft de combinatie een geheel eigen karakter.

Verbindingen die een carboxylgroep bevatten, kunnen gemakkelijk een proton afstaan en dus als zuur reageren; vandaar de naam carbonzuur. De anionen van de carbonzuren worden carboxylaationen genoemd.

NomenclatuurDe naam van het carboxylaatanion wordt gevormd door bij de naam van het betreffende carbonzuur de uitgang -zuur te vervangen door -aat of -oaat.

Voorkomen en fysische eigenschappen van carbonzurenCarbonzuren hebben een hoger kookpunt dan alcoholen, aldehyden en ketonen van vergelijkbare molecuulmassa vanwege de goede mogelijkheden die de carboxylgroep heeft om H-bruggen te vormen.Laagmoleculaire carbonzuren komen zowel in de vloeibare als  in de gasfase voor als dimeren. Hoogmoleculaire carbonzuren komen in oplossingen voor als dimeren. 

De zuurtegraad van carbonzurenDe grotere zuursterkte van carbonzuren ten opzichte van alcoholen komt doordat bij afsplitsing van een proton van een carbonzuur een carboxylaatanion ontstaat, dat wordt gestabiliseerd door mesomerie, terwijl het alcoholaatanion geen mesomere stabilisatie ondervindt.

De stabiliteit van het carboxylaatanion wordt beïnvloedt door de aanwezigheid van elektronenstuwende of elektronenzuigende groepen aan de carboxylaatgroep. Een elektronenstuwende groep destabiliseert het carboxylaatanion en vermindert dus de zuursterkte van het carbonzuur. Een elektronenzuigende groep stabiliseert juist het carboxylaatanion en verhoogt daardoor de zuursterkte.

De zuusterkte neemt af met het toenemend elektronenstuwend vermogen van de alkylrest.dalende zuursterkte ➞

Vorming van carbonzuurderivatenVorming van esters"Een alcohol en een zuur, geeft een ester en water op de duur."Dit kan niet door middel van een directe nucleofiele substitutie van de hydroxylgroep door een alcoholaatanion, omdat bij het samenvoegen van een carbonzuur en een alcoholaat onmiddellijk een zuur-basereactie zal optreden.

Voor een redelijk snelle reactie tussen een carbonzuur en een alcohol, moet de reactie worden gekatalyseerd met behulp van een zuur.

Het zuur heeft hier twee functies:- Het zuur protoneert de carbonylgroep van het carbonzuur, waardoor deze gevoeliger wordt voor een aanval van de zwak nucleofiele alcohol.- Protonering zet één van de hydroxylgroepen van het intermediair om in de betere vertrekkende groep water.Wanneer het bij de reactie gevormde water wordt afgevoerd, verschuift het everwicht naar rechts en kan de vorming van de ester volledig verlopen.

langzaam

snel

Vorming van amidencarbonzuren kunnen worden omgezet in amiden door verhitting van het ammoniumzout. Bij hoge temperaturen splitst water af en wordt, vaak in een slechte opbrengst, het amide gevormd. Een betere synthese voor amiden is de reactie van carbonzuurchloriden met ammoniak of met aminen. 

1

2