4.4. Karboksilne kiseline

  • Uspoređuje organske tvari po sastavu, vrsti i svojstvima.

  • Prikazuje promjene organskih tvari jednadžbama kemijskih reakcija.

  • Jednadžbom kemijske reakcije prikazuje promjene i procese unutar koncepta.

  • Objašnjava reakcije organskih tvari na temelju izvedenih pokusa.

  • Kritički razmatra upotrebu tvari u okviru koncepta i njihov utjecaj na okoliš.

Uvod

Karboksilne kiseline su organske kiseline i prve su dobivene iz prirodnih izvora. Prisjetimo se samo različitih vrsta ocata u kojima se nalazi octena kiselina, agruma koji su kiseli zbog limunske kiseline ili kiselog mlijeka i jogurta s mliječnom kiselinom.

Fotografija prikazuje staklene tegle s ukiseljenim paprikama. Paprike su žute i narančaste boje.

Povrće se konzervira octenom kiselinom

Fotografija prikazuje agrume. Vide se grejpfrut, naranče, mandarine, limete i limuni.

Agrumi su prirodni izvor limunske kiseline

Fotografija prikazuje mlijeko u staklenoj bočici i čaši. U čaši je i plava, plastična slamka.

Mliječna kiselina daje karakterističan kiseli okus kiselom mlijeku.

1/3

Molekule karboksilnih kiselina sadrže jednu ili više karboksilnih skupina (–COOH). Karboksilna skupina je sastavljene od jedne karbonilne (C=O) i jedne hidroksilne skupine (–OH). Ugljikov atom karboksilne skupine vezan je kovalentnim vezama s još tri atoma koja se nalaze u istoj ravnini, a vezni kutovi iznose približno 120°.

Molekule karboksilnih kiselina sadrže jednu ili više karboksilnih skupina (–COOH).

Karboksilna skupina je sastavljene od:

  • jedne karbonilne (C=O) 
  • jedne hidroksilne skupine (–OH).

Ugljikov atom karboksilne skupine vezan je kovalentnim vezama s još tri atoma.

Ti atomi se nalaze u istoj ravnini, a vezni kutovi iznose približno 120°.

kaboksilna skupina = karbonila skupina + hidroksilna skupina

Kiseline koje sadrže jednu karboksilnu skupinu nazivaju se monokarboksline kiseline, a s dvije karboksilne skupine su dikarboksilne kiseline.

Slika 1.

Opća formula karboksilnih kiselina

Fotografija prikazuje opću strukturnu formulu molekule karboksilne kiseline.

Prisjetimo se nomenklature karboksilnih kiselina

Sustavna imena karboksilnih kiselina određuju se prema imenu najduljeg ugljikovodičnog lanca kojemu se doda nastavak -ska i riječ kiselina. Lanac uključuje i ugljikov atom s karboksilnom skupinom. Karboksilna skupina uvijek je na početku ugljikovodičnog lanaca i numeriranje počinje od nje.

Slika 2.

2-metilpentanska kiselina

Fotografija prikazuje strukturnu formulu molekule 2-metilpentanske kiseline.

oksalna kiselina

conf.poster.alt
971 -OEChem-11051914243D 8 7 0 0 0 0 0 0 0999 V2000 1.2736 -1.1946 0.0001 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.2736 1.1946 0.0001 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.3636 1.0924 -0.0001 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.3636 -1.0924 -0.0002 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.7541 0.0422 0.0000 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.7541 -0.0421 0.0001 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.2545 -1.1852 0.0000 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.2545 1.1852 -0.0001 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 5 1 0 0 0 0 1 7 1 0 0 0 0 2 6 1 0 0 0 0 2 8 1 0 0 0 0 3 5 2 0 0 0 0 4 6 2 0 0 0 0 5 6 1 0 0 0 0 M END > <PUBCHEM_COMPOUND_CID> 971 > <PUBCHEM_CONFORMER_RMSD> 0.4 > <PUBCHEM_CONFORMER_DIVERSEORDER> 1 > <PUBCHEM_MMFF94_PARTIAL_CHARGES> 8 1 -0.65 2 -0.65 3 -0.57 4 -0.57 5 0.72 6 0.72 7 0.5 8 0.5 > <PUBCHEM_EFFECTIVE_ROTOR_COUNT> 1 > <PUBCHEM_PHARMACOPHORE_FEATURES> 6 1 1 acceptor 1 2 acceptor 1 3 acceptor 1 4 acceptor 3 1 3 5 anion 3 2 4 6 anion > <PUBCHEM_HEAVY_ATOM_COUNT> 6 > <PUBCHEM_ATOM_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ATOM_UDEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_BOND_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_BOND_UDEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ISOTOPIC_ATOM_COUNT> 0 > <PUBCHEM_COMPONENT_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CACTVS_TAUTO_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CONFORMER_ID> 000003CB00000001 > <PUBCHEM_MMFF94_ENERGY> 7.055 > <PUBCHEM_FEATURE_SELFOVERLAP> 30.634 > <PUBCHEM_SHAPE_FINGERPRINT> 139733 1 9222414912204472803 16714656 1 17834123322011302564 20096714 4 18338238141726025017 21015797 1 9222964667796684801 21040471 1 18266741268521849733 24536 1 18337939143213999493 29004967 10 17973451184951849859 > <PUBCHEM_SHAPE_MULTIPOLES> 100 1.8 1.32 0.54 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 > <PUBCHEM_SHAPE_SELFOVERLAP> 190.364 > <PUBCHEM_SHAPE_VOLUME> 60.8 > <PUBCHEM_COORDINATE_TYPE> 2 5 10 $$$$

ciklopentan-1,3-dikarboksilna kiselina

conf.poster.alt
107216 -OEChem-11051914273D 21 21 0 1 0 0 0 0 0999 V2000 -3.3819 -0.4036 0.5985 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3.1737 1.1189 0.2015 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.4000 1.1500 -0.7500 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.6552 -1.0922 0.3967 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.0363 -0.2696 0.6548 C 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.0200 0.4631 -0.4715 C 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0491 0.8104 0.6634 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.4883 -1.3963 -0.2117 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.3767 -0.6835 -1.2436 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.3175 0.2536 0.0765 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.3493 0.0493 0.0854 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.2344 -0.6060 1.6793 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.1770 1.3128 -1.1463 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.3560 1.8196 0.5281 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.5602 0.8115 1.6343 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.2677 -1.9981 -0.6901 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1280 -2.0684 0.3968 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.0955 -1.3645 -1.7106 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.2602 -0.2803 -2.0406 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -4.2307 -0.0748 0.2328 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4.0492 0.8686 0.5663 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 10 1 0 0 0 0 1 20 1 0 0 0 0 2 11 1 0 0 0 0 2 21 1 0 0 0 0 3 10 2 0 0 0 0 4 11 2 0 0 0 0 5 7 1 0 0 0 0 5 8 1 0 0 0 0 5 10 1 0 0 0 0 5 12 1 0 0 0 0 6 7 1 0 0 0 0 6 9 1 0 0 0 0 6 11 1 0 0 0 0 6 13 1 0 0 0 0 7 14 1 0 0 0 0 7 15 1 0 0 0 0 8 9 1 0 0 0 0 8 16 1 0 0 0 0 8 17 1 0 0 0 0 9 18 1 0 0 0 0 9 19 1 0 0 0 0 M END > <PUBCHEM_COMPOUND_CID> 107216 > <PUBCHEM_CONFORMER_RMSD> 0.6 > <PUBCHEM_CONFORMER_DIVERSEORDER> 1 2 9 7 6 10 8 5 13 3 4 11 12 > <PUBCHEM_MMFF94_PARTIAL_CHARGES> 10 1 -0.65 10 0.66 11 0.66 2 -0.65 20 0.5 21 0.5 3 -0.57 4 -0.57 5 0.06 6 0.06 > <PUBCHEM_EFFECTIVE_ROTOR_COUNT> 3 > <PUBCHEM_PHARMACOPHORE_FEATURES> 7 1 1 acceptor 1 2 acceptor 1 3 acceptor 1 4 acceptor 3 1 3 10 anion 3 2 4 11 anion 5 5 6 7 8 9 rings > <PUBCHEM_HEAVY_ATOM_COUNT> 11 > <PUBCHEM_ATOM_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ATOM_UDEF_STEREO_COUNT> 2 > <PUBCHEM_BOND_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_BOND_UDEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ISOTOPIC_ATOM_COUNT> 0 > <PUBCHEM_COMPONENT_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CACTVS_TAUTO_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CONFORMER_ID> 0001A2D000000001 > <PUBCHEM_MMFF94_ENERGY> 15.9991 > <PUBCHEM_FEATURE_SELFOVERLAP> 35.634 > <PUBCHEM_SHAPE_FINGERPRINT> 10219947 1 18273218590384291377 11062470 55 17775570844444831593 12897270 3 11455895758253490912 12932764 1 18411139151429355550 14325111 11 18409729551768619121 15310529 11 18261109698786876816 15775835 57 18271528688156793625 16945 1 16988838367364011937 21040471 1 17917435340850762526 23235685 24 17560807649017165881 23402539 116 18187355550476952975 29004967 10 17632305544708426651 369184 2 18410572894235091250 5084963 1 18040442079058626657 528886 8 16845855693697900583 57812782 119 18040151825184489801 > <PUBCHEM_SHAPE_MULTIPOLES> 202.9 4.43 1.22 0.93 0.09 0.14 -0.14 -0.71 0.58 -0.21 -0.06 0.14 0.05 0.15 > <PUBCHEM_SHAPE_SELFOVERLAP> 414.648 > <PUBCHEM_SHAPE_VOLUME> 118.4 > <PUBCHEM_COORDINATE_TYPE> 2 5 10 $$$$

U sastavu karboksilnih kiselina mogu biti i neke druge funkcijske skupine. Karboksilna skupina kod imenovanja ima najveći prioritet. Česti su spojevi s karboksilnom i hidroksilnom skupinom, takozvane hidroksi kiseline.

2-hidroksipropanska kiselina (mliječna kiselina)

conf.poster.alt
612 -OEChem-11051914293D 12 11 0 1 0 0 0 0 0999 V2000 -1.3875 1.1182 0.1968 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.4877 -1.0368 0.2617 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.2263 1.1148 -0.4123 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.7078 -0.1118 0.4002 C 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.3669 -1.1626 -0.4759 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.7481 0.0781 0.0295 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.7822 -0.3748 1.4601 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.2848 -0.8968 -1.5360 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.4357 -1.2376 -0.2485 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.9100 -2.1472 -0.3365 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.0263 1.7604 0.8318 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.4313 -0.9049 0.0279 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 4 1 0 0 0 0 1 11 1 0 0 0 0 2 6 1 0 0 0 0 2 12 1 0 0 0 0 3 6 2 0 0 0 0 4 5 1 0 0 0 0 4 6 1 0 0 0 0 4 7 1 0 0 0 0 5 8 1 0 0 0 0 5 9 1 0 0 0 0 5 10 1 0 0 0 0 M END > <PUBCHEM_COMPOUND_CID> 612 > <PUBCHEM_CONFORMER_RMSD> 0.4 > <PUBCHEM_CONFORMER_DIVERSEORDER> 1 3 4 2 > <PUBCHEM_MMFF94_PARTIAL_CHARGES> 7 1 -0.68 11 0.4 12 0.5 2 -0.65 3 -0.57 4 0.34 6 0.66 > <PUBCHEM_EFFECTIVE_ROTOR_COUNT> 1 > <PUBCHEM_PHARMACOPHORE_FEATURES> 5 1 1 acceptor 1 1 donor 1 2 acceptor 1 3 acceptor 3 2 3 6 anion > <PUBCHEM_HEAVY_ATOM_COUNT> 6 > <PUBCHEM_ATOM_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ATOM_UDEF_STEREO_COUNT> 1 > <PUBCHEM_BOND_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_BOND_UDEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ISOTOPIC_ATOM_COUNT> 0 > <PUBCHEM_COMPONENT_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CACTVS_TAUTO_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CONFORMER_ID> 0000026400000001 > <PUBCHEM_MMFF94_ENERGY> 0.8935 > <PUBCHEM_FEATURE_SELFOVERLAP> 25.438 > <PUBCHEM_SHAPE_FINGERPRINT> 139733 1 10882213463391423711 16714656 1 17834121844547879414 20096714 4 18336275552093508545 21015797 1 9294747366747806130 21040471 1 18127414453679839017 24536 1 17822010959906025104 29004967 10 17974854178968806643 5943 1 13964609868261324835 > <PUBCHEM_SHAPE_MULTIPOLES> 105.87 1.93 1.31 0.68 0 0.05 0.01 -0.19 0.17 0.1 0.03 0.04 -0.02 -0.3 > <PUBCHEM_SHAPE_SELFOVERLAP> 192.969 > <PUBCHEM_SHAPE_VOLUME> 68 > <PUBCHEM_COORDINATE_TYPE> 2 5 10 $$$$

Aminokiseline u svojoj strukturi imaju amino-skupinu (–NH2) i karboksilnu skupinu.

2-aminopropanska kiselina (aminokiselina alanin)

conf.poster.alt
602 -OEChem-11051914303D 13 12 0 1 0 0 0 0 0999 V2000 1.4573 -1.0438 0.2682 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.2492 1.1165 -0.4047 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.4105 1.1507 0.1821 N 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.7085 -0.1136 0.3937 C 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.3345 -1.2000 -0.4702 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.7470 0.0903 0.0308 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.7666 -0.3737 1.4558 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.8580 -2.1695 -0.2878 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.4023 -1.3127 -0.2521 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.2248 -0.9797 -1.5384 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -2.3916 1.0420 0.4376 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.4071 1.3875 -0.8099 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.4062 -0.9341 0.0447 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 6 1 0 0 0 0 1 13 1 0 0 0 0 2 6 2 0 0 0 0 3 4 1 0 0 0 0 3 11 1 0 0 0 0 3 12 1 0 0 0 0 4 5 1 0 0 0 0 4 6 1 0 0 0 0 4 7 1 0 0 0 0 5 8 1 0 0 0 0 5 9 1 0 0 0 0 5 10 1 0 0 0 0 M END > <PUBCHEM_COMPOUND_CID> 602 > <PUBCHEM_CONFORMER_RMSD> 0.4 > <PUBCHEM_CONFORMER_DIVERSEORDER> 1 2 4 3 > <PUBCHEM_MMFF94_PARTIAL_CHARGES> 8 1 -0.65 11 0.36 12 0.36 13 0.5 2 -0.57 3 -0.99 4 0.33 6 0.66 > <PUBCHEM_EFFECTIVE_ROTOR_COUNT> 1 > <PUBCHEM_PHARMACOPHORE_FEATURES> 5 1 1 acceptor 1 2 acceptor 1 3 cation 1 3 donor 3 1 2 6 anion > <PUBCHEM_HEAVY_ATOM_COUNT> 6 > <PUBCHEM_ATOM_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ATOM_UDEF_STEREO_COUNT> 1 > <PUBCHEM_BOND_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_BOND_UDEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ISOTOPIC_ATOM_COUNT> 0 > <PUBCHEM_COMPONENT_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CACTVS_TAUTO_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CONFORMER_ID> 0000025A00000001 > <PUBCHEM_MMFF94_ENERGY> 1.5212 > <PUBCHEM_FEATURE_SELFOVERLAP> 25.429 > <PUBCHEM_SHAPE_FINGERPRINT> 139733 1 10810435145306950879 16714656 1 17834121844547885910 20096714 4 18336274448292194721 21015797 1 9294747371048054674 21040471 1 18199189481819369609 24536 1 17822010959911299856 29004967 10 17974853083746877907 5943 1 9765632475707704811 > <PUBCHEM_SHAPE_MULTIPOLES> 106.76 1.92 1.35 0.68 0.03 0.06 -0.01 -0.14 -0.16 -0.16 -0.03 -0.04 -0.03 -0.3 > <PUBCHEM_SHAPE_SELFOVERLAP> 193.798 > <PUBCHEM_SHAPE_VOLUME> 68.8 > <PUBCHEM_COORDINATE_TYPE> 2 5 10 $$$$

Karboksilne kiseline su česte u prirodi i već dugo su poznate pa mnoge od njih imaju svoja trivijalna imena.

Istražite trivijalna imena važnijih karboksilnih kiselina i saznajte odakle potječu i što znače. Svoje zaključke prikažite u obliku postera kojeg možete izraditi u nekom od digitalnih alata dostupnih na e-Laboratoriju.

Promislite i odgovorite

Opća formula za karboksilne kiseline je:

Procijenite je li navedena tvrdnja točna.

Najjednostavnija dikarboksilna kiselina je etanska dikiselina.

Povežite kemijsku formulu s trivijalnim nazivom kiseline.

CH3COOHCH_3COOH

glicin

CH3CH(OH)COOHCH_3CH(OH)COOH

 octena kiselina

NH2CHCOOHNH_2-CH-COOH

mliječna kiselina

HCOOHHCOOH

mravlja kiselina

Na temelju strukturne formule tartarne kiseline česte u grožđu izvedi njezin sustavni naziv.

Fotografija prikazuje strukturnu formulu molekule tartarne kiseline.

Poveži trivijalne nazive karboksilnih kiselina sa sustavnim imenima.

oksalna 

butanska

propionska

etanska dikiselina

kapronska

pentanska

valerijanska  

propanska

maslačna

heksanska

1/5

Fizikalna svojstva karboksilnih kiselina

Molekule karboksilnih kiselina su izraženo polarne zbog prisutnosti dviju polarnih funkcijskih skupina, karbonile i hidroksilne skupine.

Slika 3.

Polarnost karboksilne skupine prikazana na primjeru propanske kiseline

Fotografija prikazuje polarnost karboksilne skupine prikazana na primjeru propanske kiseline.

Molekule karboksilnih kiselina u čvrstom i tekućem agregacijskom stanju međusobno se povezuje vodikovim vezama i tvore dimere kako je prikazano na slici.

Proučite sliku i objasnite koja je skupina donorska, a koja akceptorska u formiranju vodikove veze te s koliko se vodikovih veza molekule unutar dimera povezuju.

Slika 4.

Dimer nastao povezivanjem dviju molekula karboksilne kiseline vodikovim vezama.

Fotografija prikazuje dimer nastao povezivanjem dviju molekula karboksilne kiseline vodikovim vezama.

1. Problemski zadatak

Karboksilne kiseline imaju viša vrelišta u odnosu na druge spojeve slične molekulske mase. Proučite tablicu i obrazložite razlike u vrelištima, posebnu pozornost obratite na razliku vrelišta alkohola i karboksilnih kiselina imajući u vidu da se i molekule alkohola i molekule karboksilnih kiselina povezuju dvjema vodikovim vezama.

Karboksilne kiseline imaju viša vrelišta u odnosu na druge spojeve slične molekulske mase.

Proučite tablicu i obrazložite razlike u vrelištima.

Posebnu pozornost obratite na razliku vrelišta alkohola i karboksilnih kiselina.

Imajte u vidu da se i molekule alkohola i molekule karboksilnih kiselina

povezuju dvjema vodikovim vezama.

1. tablica: Relativna molekulska masa, talište i vrelište nekih organskih spojeva

ime spoja

2-metilbut-1-en

butanal

butan-2-on

butan-2-ol

propanska kiselina

mapa elektrostatskog potencijala na površini molekule

Fotografija prikazuje mapu elektrostatskog potencijala na površini molekule 2-metilbut-1-ena.
Fotografija prikazuje mapu elektrostatskog potencijala na površini molekule butanala.
Fotografija prikazuje mapu elektrostatskog potencijala na površini molekule butan-2-ona.
Fotografija prikazuje mapu elektrostatskog potencijala na površini molekule butan-2-ola.
Fotografija prikazuje mapu elektrostatskog potencijala na površini molekule propanske kiseline.

Mr

70
72
72
74
74

tt/°C (p = 1 bar)

–137

–97

–87

–114

–21

tv/°C (p = 1 bar)

31

75

80

99

141

Kiseline koje imaju u svojem sastavu do sedam ugljikovih atoma imaju oštar miris i kiseli okus (npr. metanska kiselina).

Karboksilne kiseline s manjim brojem ugljikovih atoma su tekućine pri sobnoj temperaturi. Karboksilne kiseline sa više od devet ugljikovih atoma u svojem sastavu su čvrste tvari. Među njima su najpoznatije masne kiseline (npr. stearinska kiselina). Prisutnost dvostruke veze u dugolančanim karboksilnim kiselinama utječe na strukturu molekule što dovodi do sniženja tališta.

Kiseline koje imaju u svojem sastavu do sedam ugljikovih atoma

imaju oštar miris i kiseli okus (npr. metanska kiselina).

Karboksilne kiseline s manjim brojem ugljikovih atoma

su tekućine pri sobnoj temperaturi.

Karboksilne kiseline sa više od devet ugljikovih atoma 

u svojem sastavu su čvrste tvari.

Među njima su najpoznatije masne kiseline (npr. stearinska kiselina).

Prisutnost dvostruke veze u dugolančanim karboksilnim kiselinama

utječe na strukturu molekule što dovodi do sniženja tališta.

 

Karboksilne kiseline do pet ugljikovih atoma su dobro topljive u vodi.

Video 1.

Više masne kiseline

Više masne kiseline
0

Karboksilne kiseline do pet ugljikovih atoma su dobro topljive u vodi.

Video 2.

Topljivost metanske i butanske kiseline u vodi

Topljivost metanske i butanske kiseline u vodi
0

2. Problemski zadatak

2. tablica: Ovisnost topljivosti lančastih monokarboksilnih kiselina u vodi o duljini ugljikovodičnog lanca

ime kiseline

sažeta formula

topljivost u 100 g vode
m(karboksilne kiseline)/g

heksanska kiselina

CH3(CH2)4COOHCH_3\left(CH_2\right)_4COOH

0,89

oktanska kiselina

CH3(CH2)6COOHCH_3\left(CH_2\right)_6COOH

0,07

dekanska kiselina

CH3(CH2)8COOHCH_3\left(CH_2\right)_8COOH

0,003

heksadekanska kiselina

CH3(CH2)14COOHCH_3\left(CH_2\right)_{14}COOH

netopljiva

Obrazložite što sve utječe na topljivost karboksilnih kiselina u vodi te grafički prikažite interakcije molekula vode s molekulom etanske kiseline.

Istražite otapaju li se karboksilne kiseline u alkoholima. Predložite neka organska otapala koja bi se mogla iskoristiti za otapanje viših masnih kiselina.

Obrazložite što sve utječe na topljivost karboksilnih kiselina u vodi.

Grafički prikažite interakcije molekula vode

s molekulom etanske kiseline.

Istražite otapaju li se karboksilne kiseline u alkoholima.

Predložite neka organska otapala

koja bi se mogla iskoristiti za otapanje viših masnih kiselina.

Promislite i odgovorite

Procijenite je li navedena tvrdnja točna.

Neke biološki važne masne kiseline u svom sastavu imaju jednu ili više dvostrukih veza između ugljikovih atoma.

Odaberite tvar koja ima najviše vrelište.

Poredajte navedene karboksilne kiseline prema rastućoj vrijednosti vrelišta (odozgo prema dolje).

2.

etanska kiselina

3.

pentanska kiselina

1.

propanska kiselina

4.

heksanska kiselina

Izbacite uljeza.

Odaberite kiselinu koja nije topljiva u vodi.

1/5

Kemijska svojstva karboksilnih kiselina

Kemijska svojstva karboksilnih kiselina određena su prisutnošću karboksilne skupine. Karakteristično svojstvo karboksilnih kiselina je kiselost.

Video 3.

pH-vrijednost nekih organskih kiselina

pH-vrijednost nekih organskih kiselina
0

Obrazložite pripadaju li karboksilne kiseline jakim kiselinama.

Karboksilne kiseline najjače su organske kiseline i njihove vodene otopine pokazuju kiselu reakciju.

Karboksilne kiseline, u odnosu na anorganske kiseline, slabo ioniziraju te se opisuju kao relativno slabe kiseline. Njihova se jakost opisuje konstantom ionizacije, Ka, odnosno pKa vrijednošću.

3. Problemski zadatak

U tablici su prikazane pKa vrijednosti nekih monokarboksilnih kiselina. 

3. tablica: Konstante disocijacije nekih monokarboksilnih kiselina izražene u logaritamskom obliku

ime kiseline

sažeta formula

pKa

metanska (mravlja) kiselina

HCOOHHCOOH

3,77

etanska (octena) kiselina

CH3COOHCH_3COOH

4,76

propanska (propionska) kiselina

CH3CH2COOHCH_3CH_2COOH

4,88

butanska (maslačna) kiselina

CH3(CH2)2COOHCH_3\left(CH_2\right)_2COOH

4,82

pentanska (valerijanska) kiselina

CH3(CH2)3COOHCH_3\left(CH_2\right)_3COOH

4,84

heksanska (kapronska) kiselina

CH3(CH2)4COOHCH_3\left(CH_2\right)_4COOH

4,88

2-kloretanska kiselina

CH2ClCOOHCH_2ClCOOH

2,81

2,2-dikloretanska kiselina

CHCl2COOHCHCl_2COOH

1,30
2,2,2-trikloretanska kiselina

CCl3COOHCCl_3COOH

0,89

Proučite navedene vrijednosti pKa i predvidite o čemu sve ovisi kiselost karboksilnih kselina. Posebno istaknite razloge neočekivane jakosti supstituiranih karboksilnih kiselina.

Uporabom jednostavnog digitalnog alataMeta-Chart nacrtajte grafikon ovisnosti pKa vrijednosti o duljini ugljikovodičnog lanca monokarboksilne kiseline. Dobiveni grafikon obrazložite.

Proučite navedene vrijednosti pKa .

Predvidite o čemu sve ovisi kiselost karboksilnih kselina.

Posebno istaknite razloge neočekivane jakosti supstituiranih karboksilnih kiselina.

 

Uporabom jednostavnog digitalnog alataMeta-Chart nacrtajte grafikon ovisnosti pKa vrijednosti

o duljini ugljikovodičnog lanca monokarboksilne kiseline.

Dobiveni grafikon obrazložite.

Ionizacija karboksilne kiseline

Fotografija prikazuje kemijsku reakciju ionizacije karboksilne kiseline.

1. Rješeni primjer

Slika 5.

Mjerenje pH-vrijednosti etanske kiseline pH metrom.

Izračunajte koncentraciju etanske kiseline, ako je izmjerena pH vrijednost 4,9.

Fotografija prikazuje mjerenje pH-vrijednosti etanske kiseline pH metrom.

Mjerenje pH-vrijednosti etanske kiseline pH metrom.

1/5

Zadano je:

pH = 4,9

Traži se:

c(CH3COOH) = ?

2/5

Postupak:

Ionizacija etanske kiseline:

CH3COOH(aq) + H2O(l)  CH3COO(aq) + H3O+(aq)CH_3COOH\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \rightleftharpoons \space CH_3COO^–\left(aq\right)\space +\space H_3O^+\left(aq\right)

3/5

pH = –log c(H3O+)/ mol dm–3
c(H3O+) = 10–pH mol dm–3
c(H3O+) = 10–4,9 mol dm–3
c(H3O+) = 1,26 × 10–5 mol dm–3

pKa = –log Ka /mol dm–3
Ka = 10 –pKa mol dm–3
Ka = 10 –4,76 mol dm–3
Ka = 1,74 × 10–5 mol dm–3

4/5

Ka =c(CH3COO)c(H3O+)c(CH3COOH) \mathit{K}_a\space =\frac{\mathit{c}\left(CH_3COO^–\right)\cdot \mathit{c}\left(H_3O^+\right)}{\mathit{c}\left(CH_3COOH\right)}\space

c(H3O+) =c(CH3COO)\mathit{c}\left(H_3O^+_{^{}}\right)\space =\mathit{c}\left(CH_3COO^–\right)

1,74×105 mol dm3 =(1,26×105 mol dm3)2c(CH3COOH) 1,74\times 10^{–5}\space mol\space dm^{–3}\space =\frac{\left(1,26\times 10^{–5}\space mol\space dm^{–3}\right)^2}{\mathit{c}\left(CH_3COOH\right)}\space

 c(CH3COOH) = 9,12×106 mol dm3\space \mathit{c}\left(CH_3COOH\right)\space =\space 9,12\times 10^{–6}\space mol\space dm^{–3}

5/5

Karakteristično je svojstvo kiselina da u reakcijama s metalima i bazičnim oksidima ili hidroksidima daju soli. Reakcijom neutralizacije karboksilnih kiselina i baza nastaju soli topljive u vodi koje imaju zajednički naziv karboksilati. Neutralizacijom etanske kiseline s natrijevom lužinom nastaje natrijev etanoat.

Karakteristično je svojstvo kiselina da

u reakcijama s metalima i bazičnim oksidima ili hidroksidima daju soli.

Reakcijom neutralizacije karboksilnih kiselina

i baza nastaju soli topljive u vodi.

Te soli imaju zajednički naziv karboksilati.

Neutralizacijom etanske kiseline s natrijevom lužinom nastaje natrijev etanoat.

Fotografija prikazuje kemijsku reakciju neutralizacije karboksilne kiseline. Reakcijom neutralizacije karboksilnih kiselina i baza nastaju soli topljive u vodi koje imaju zajednički naziv karboksilati. Neutralizacijom etanske kiseline s natrijevom lužinom nastaje natrijev etanoat.

Kod imenovanja soli karboksilnih kiselina napiše se ime kationa, kiselinski ostatak se imenuje tako da se u imenu kiseline nastavak -ska zamijeni nastavkom -oat.

Slika 6.

kalijev 3-klorpentanoat

Fotografija prikazuje karboksilnu kiselinu.
Slika 7.

Reakcija octene kiseline sa natrijevim hidrogenkarbonatom

Napišite jednadžbe kemijskih reakcija octene kiseline s magnezijem, kalcijevim oksidom i natrijevim hidrogenkarbonatom.

Fotografija prikazuje usipanje sode bikarbone u vodu.

Reakcija octene kiseline sa natrijevim hidrogenkarbonatom

1/4

U reakciji octene kiseline i magnezija stvara se plin vodik i sol (magnezijev etanoat, trivijalnog naciva magnezijev acetat).

2CH3COOH(aq)+Mg(s)  Mg(CH3COO)2(aq)+H2(g)2CH_3COOH\left(aq\right)+Mg(s)\space \longrightarrow \space Mg(CH_3COO)_2\left(aq\right)+H_2\left(g\right)

2/4

U reakciji octene kiseline i kalcijevog oksida nastaje sol (kalcijev etanoat) i voda.

2CH3COOH(aq)+CaO(s)  Ca(CH3COO)2(aq)+H2O(l)2CH_3COOH\left(aq\right)+CaO\left(s\right)\space \longrightarrow \space Ca\left(CH_3COO\right)_2\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)

3/4

U reakciji octene kiseline i natrijeva hidrogen karbonata nastaje sol (natrijev etanoat),voda i plin ugljikov(IV) oksid.

CH3COOH(aq)+NaHCO3(s)  CH3COONa(aq)+H2O(l)+CO2(g)CH_3COOH\left(aq\right) + NaHCO_3\left(s\right)\space \rightleftarrows \space CH_3COONa\left(aq\right) + H_2O\left(l\right)+ CO_2\left(g\right)

4/4

Karboksilne kiseline ulaze u reakcije supstitucije i daju brojne spojeve koji se zajedničkim imenom nazivaju derivati karboksilnih kiselina. Derivati karboksilnih kiselina koji se nalaze u prirodi su esteri i amidi, dok se acil-halogenidi i anhidridi industrijski proizvode i važna su sirovina za različite organske sinteze.

Karboksilne kiseline ulaze u reakcije supstitucije.

Tako daju brojne spojeve koji se zajedničkim imenom

nazivaju derivati karboksilnih kiselina.

Derivati karboksilnih kiselina koji se nalaze u prirodi su esteri i amidi.

Acil-halogenidi i anhidridi industrijski proizvode.

Važna su sirovina za različite organske sinteze.

Priprava karboksilnih kiselina

Kao što smo već spomenuli monokarboksilne kiseline se mogu dobiti oksidacijom primarnih alkohola ili aldehida. Međutim, za razliku od kemijske poznata je i biološka oksidacija kojom se iz vina dobije vinski ocat. Stajanjem vina na zraku djelovanjem enzima aerobnih bakterija octeno-kiselog vrenja (Acetobacter aceti) etanol u vinu oksidira do octene kiseline. Ovaj je proces poznat pod nazivom octeno-kiselo vrenje.

CH3CH2OH(l) + O2(g)  CH3COOH(l) + H2O(l)CH_3CH_2OH\left(l\right)\space +\space O_2\left(g\right)\space \longrightarrow \space CH_3COOH\left(l\right)\space +\space H_2O\left(l\right)

Monokarboksilne kiseline se mogu dobiti oksidacijom primarnih alkohola ili aldehida.

Za razliku od kemijske poznata je i biološka oksidacija

kojom se iz vina dobije vinski ocat.

Stajanjem vina na zraku djelovanjem enzima aerobnih bakterija octeno-kiselog vrenja (Acetobacter aceti)

etanol u vinu oksidira do octene kiseline.

Ovaj je proces poznat pod nazivom octeno-kiselo vrenje.

CH3CH2OH(l) + O2(g)  CH3COOH(l) + H2O(l)CH_3CH_2OH\left(l\right)\space +\space O_2\left(g\right)\space \longrightarrow \space CH_3COOH\left(l\right)\space +\space H_2O\left(l\right)

1. Pokus

Fotografija prikazuje kapanje prozirne tekućine kapaljkom u epruvetu

Svojstva octene kiseline

Pročitaj

Karboksilne kiseline u svakodnevnom životu

Mravlja (metanska) kiselina čije se soli zovu i formijati od lat. formica – mrav je najjednostavnija karboksilna kiselina i za razliku od ostalih jako je redukcijsko sredstvo. Tako poput aldehida može reducirati Tollensov i Fehlingov reagens pri čemu se sama oksidira do ugljikova(IV) oksida i vode.

Mravlja (metanska) kiselina čije se soli zovu i formijati od lat. formica – mrav.

To je najjednostavnija karboksilna kiselina.

Za razliku od ostalih jako je redukcijsko sredstvo.

Tako poput aldehida može reducirati Tollensov i Fehlingov reagens

pri čemu se sama oksidira do ugljikova(IV) oksida i vode.

Metanska kiselina

conf.poster.alt
284 -OEChem-11071907133D 5 4 0 0 0 0 0 0 0999 V2000 -1.1685 0.1825 0.0000 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.1146 0.2103 0.0000 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0538 -0.3927 0.0000 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.0511 -1.4875 0.0002 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.1142 1.1620 0.0000 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 1 0 0 0 0 1 5 1 0 0 0 0 2 3 2 0 0 0 0 3 4 1 0 0 0 0 M END > <PUBCHEM_COMPOUND_CID> 284 > <PUBCHEM_CONFORMER_RMSD> 0.4 > <PUBCHEM_CONFORMER_DIVERSEORDER> 1 > <PUBCHEM_MMFF94_PARTIAL_CHARGES> 5 1 -0.65 2 -0.57 3 0.66 4 0.06 5 0.5 > <PUBCHEM_EFFECTIVE_ROTOR_COUNT> 0 > <PUBCHEM_PHARMACOPHORE_FEATURES> 3 1 1 acceptor 1 2 acceptor 3 1 2 3 anion > <PUBCHEM_HEAVY_ATOM_COUNT> 3 > <PUBCHEM_ATOM_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ATOM_UDEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_BOND_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_BOND_UDEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ISOTOPIC_ATOM_COUNT> 0 > <PUBCHEM_COMPONENT_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CACTVS_TAUTO_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CONFORMER_ID> 0000011C00000001 > <PUBCHEM_MMFF94_ENERGY> 1.6435 > <PUBCHEM_FEATURE_SELFOVERLAP> 15.278 > <PUBCHEM_SHAPE_FINGERPRINT> 139733 1 18410856568229821604 21015797 1 18047756180461364166 > <PUBCHEM_SHAPE_MULTIPOLES> 50 1.31 0.63 0.54 0.07 0.06 0 -0.17 0 -0.01 0 0 0.02 0 > <PUBCHEM_SHAPE_SELFOVERLAP> 80.997 > <PUBCHEM_SHAPE_VOLUME> 34.6 > <PUBCHEM_COORDINATE_TYPE> 2 5 10 $$$$

4. Problemski zadatak

a) Napišite strukturne formule molekula metanala i metanske kiseline i usporedite ih. Pronađite sličnosti i razlike u njihovoj strukturi i izvedite zaključke. Napišite jednadžbe kemijskih reakcija metanske kiseline s Tollensovim i Fehlingovim reagensom.

b) Istražite gdje sve mravlja kiselina ima svoju primjenu. Potražite neke konzervirane proizvode i pročitajte u njihovom sastavu imaju li kao konzervans dodanu mravlju kiselinu (E236) ili njezine soli (E237 i E238).

Mravlja kiselina u živom svijetu

Slika 8.

U nekih vrsta mrava udio mravlje kiseline je i do 20 %.

Fotografija prikazuje mrava.

U nekih vrsta mrava udio mravlje kiseline je i do 20 %.

Slika 9.

Mravlje kiseline ima u dlačicama koprive.

Fotografija prikazuje koprivu.

Mravlje kiseline ima u dlačicama koprive.

Slika 10.

Zbog mravlje kiseline ubod pčele izaziva crvenilo na koži.

Fotografija prikazuje pčelu na cvijetu.

Zbog mravlje kiseline ubod pčele izaziva crvenilo na koži.

1/3

Octena (etanska) kiselina, čije se soli nazivaju i acetati od lat. acetum - ocat, najčešće je korištena karboksilna kiselina. To je bezbojna tekućina karakterističnog oštrog mirisa.

Etanska kiselina

conf.poster.alt
176 -OEChem-11071907143D 8 7 0 0 0 0 0 0 0999 V2000 -0.3035 1.2890 -0.0002 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.9800 -0.8878 -0.0002 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.3743 -0.3516 -0.0002 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0.0907 -0.0496 0.0006 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.8368 0.0570 -0.9021 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.8400 0.0676 0.8952 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.5207 -1.4356 0.0064 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1.2598 1.5081 -0.0008 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 4 1 0 0 0 0 1 8 1 0 0 0 0 2 4 2 0 0 0 0 3 4 1 0 0 0 0 3 5 1 0 0 0 0 3 6 1 0 0 0 0 3 7 1 0 0 0 0 M END > <PUBCHEM_COMPOUND_CID> 176 > <PUBCHEM_CONFORMER_RMSD> 0.4 > <PUBCHEM_CONFORMER_DIVERSEORDER> 1 > <PUBCHEM_MMFF94_PARTIAL_CHARGES> 5 1 -0.65 2 -0.57 3 0.06 4 0.66 8 0.5 > <PUBCHEM_EFFECTIVE_ROTOR_COUNT> 0 > <PUBCHEM_PHARMACOPHORE_FEATURES> 3 1 1 acceptor 1 2 acceptor 3 1 2 4 anion > <PUBCHEM_HEAVY_ATOM_COUNT> 4 > <PUBCHEM_ATOM_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ATOM_UDEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_BOND_DEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_BOND_UDEF_STEREO_COUNT> 0 > <PUBCHEM_ISOTOPIC_ATOM_COUNT> 0 > <PUBCHEM_COMPONENT_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CACTVS_TAUTO_COUNT> 1 > <PUBCHEM_CONFORMER_ID> 000000B000000001 > <PUBCHEM_MMFF94_ENERGY> 1.2463 > <PUBCHEM_FEATURE_SELFOVERLAP> 15.279 > <PUBCHEM_SHAPE_FINGERPRINT> 139733 1 9222965763108524674 20096714 4 17761776156988475192 21015797 1 9727630600825169738 5943 1 8496689065323825414 > <PUBCHEM_SHAPE_MULTIPOLES> 70.58 1.33 1.11 0.56 0.54 0.16 0 -0.15 0 -0.36 0 0.04 -0.01 0 > <PUBCHEM_SHAPE_SELFOVERLAP> 121.512 > <PUBCHEM_SHAPE_VOLUME> 47.7 > <PUBCHEM_COORDINATE_TYPE> 2 5 10 $$$$

Čista octena kiselina (99,5 %) ima ledište pri 17 °C i pri nižoj temperaturi od toga prelazi u čvrsto agregacijsko stanje. Njeni kristali izgledaju poput leda te je dobila naziv ledena octena kiselina.

Istražite primjenu octene kiseline.

Slika 11.

Bočice s ledenom octenom kiselinom i octenom kiselinom u tekućem stanju.

Fotografija prikazuje dvije staklene, začepljene bočice. U prvoj je ledena octena kiselelina, a u drugoj octena kiselina.

5. Problemski zadatak

Istražite što su voćne kiseline, gdje su rasprostranjene i gdje se sve koriste. Samostalnim radom pripremite vašu umnu mapu na temu Karboksilne kiseline u svakodnevnom životu. U izradi mape koristite jednostavan i intuitivan alat Coggle.

Zanimljivosti o karboksilnim kiselinama

Slika 12.

Propionska kiselina nastaje u procesu zrenja sira.

Fotografija prikazuje sir s rupama.

Propionska kiselina nastaje u procesu zrenja sira.

Slika 13.

Maslačna kiselina ima miris pokvarenog maslaca, a sastojak je i ljudskog znoja.

Fotografija prikazuje komad maslaca u papiru.

Maslačna kiselina ima miris pokvarenog maslaca, a sastojak je i ljudskog znoja.

Slika 14.

Mliječna kiselina nastaje mliječno kiselim vrenjem iz šećera prisutnih u mlijeku. Pri pojačanoj aktivnosti nastaje i u našim mišićima te izaziva bol.

Fotografija prikazuje atletičara u niskom startu pripremljen za trku. Vide se noge i ruke postavljene na pod trkaće staze.

Mliječna kiselina nastaje mliječno kiselim vrenjem iz šećera prisutnih u mlijeku. Pri pojačanoj aktivnosti nastaje i u našim mišićima te izaziva bol.

Slika 15.

Oksalna kiselina je prisutna u biljkama iz porodice kiselica, u urinu stvara netopljive soli oksalate koji mogu dovesti do nastanke jedne vrste bubrežnih kamenaca.

Fotografija prikazuje listove špinata u zdjelici.

Oksalna kiselina je prisutna u biljkama iz porodice kiselica, u urinu stvara netopljive soli oksalate koji mogu dovesti do nastanke jedne vrste bubrežnih kamenaca.

1/4

Promislite i odgovorite

Koja je, od navedenih, najjača kiselina?

Koji je oksidacijski broj atoma ugljika u spoju HCOOH?

Povežite kiselinu s imenom njene soli.

octena kiselina

laktat

mravlja kiselina

citrat

mliječna kiselina

acetat

limunska kiselina

butirat

maslačna kiselina

formijat

Pridružite strane.

oksidacija etanola djelovanjem octenih bakterija    

konstanta ionizacije kiseline

karboksilna skupina 

octeno-kiselo vrenje

 masna kiselina

kiseline na kojih je na dugački ugljikovodični lanac vezana karboksilna skupina

Ka

–COOH

Sumarna jednadžba; C6H12O6  2C3H6O3C_6H_{12}O_6\space \longrightarrow \space 2C_3H_6O_3, uz prisustvo enzima opisuje:

1/5