Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

18.2: Фізичні властивості карбонових кислот

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    106013

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    водневе склеювання

    Карбонові кислоти показують високий ступінь асоціації за допомогою водневого зв'язку. Ми стикалися з таким зв'язком раніше зі спиртами; однак кислоти утворюють більш міцні водневі зв'язки, ніж спирти, оскільки їх\(\ce{O-H}\) зв'язки більш сильно поляризовані як\(\ce{-} \overset{\delta \ominus}{\ce{O}} \ce{-} \overset{\delta \oplus}{\ce{H}}\). Крім того, карбонові кислоти здатні утворювати водневі зв'язки з негативним киснем карбонільного диполя, а не просто з киснем іншої гідроксильної групи. Карбонові кислоти в твердому і рідкому станах в основному існують у вигляді циклічних димерів, і ці димерні структури певною мірою зберігаються навіть в пароподібному стані і в розведеному розчині в вуглеводневих розчинниках:

    Малюнок 18-1, який представляє собою графік точок кипіння проти\(n\) (загальної кількості атомів вуглецю) для гомологічного ряду\(\ce{CH_3(CH_2)}_{n-2} \ce{X}\), в якому\(\ce{X}\) знаходиться\(\ce{-CO_2H}\)\(\ce{-CH_2OH}\), або\(\ce{-CH_2Cl}\).

    Таблиця 18-1: Фізичні властивості репрезентативних карбонових кислот

    Рисунок 18-1: Точки кипіння кислот\(\ce{CH_3(CH_2)}_{n-2} \ce{CO_2H}\); спиртів\(\ce{CH_3(CH_2)}_{n-2} \ce{CH_2OH}\); і алкілхлоридів,\(\ce{CH_3(CH_2)}_{n-2} \ce{CH_2Cl}\)

    Водневий зв'язок також відповідає за високу розчинність у воді простих карбонових кислот з менш ніж п'ятьма вуглецями; молекули води можуть сольватувати карбонільну групу через водневі зв'язки. Тим не менш, зі\(\ce{R}\) збільшенням довжини ланцюга вуглеводневого залишку розчинність помітно зменшується, оскільки частка полярних до неполярних груп стає меншою.

    Спектри карбонових кислот

    Інфрачервоні спектри карбонових кислот дають чіткі докази водневого зв'язку, розглянутого в попередньому розділі. Це проілюстровано на малюнку 18-2, на якому показано спектр етанової кислоти в розчині тетрахлорметану разом із спектром етанолу та етанолу для порівняння.

    Рисунок 18-2: Інфрачервоні спектри етанолу, етанової кислоти та етанолу як\(10\%\) розчинів у тетрахлорметані вуглецю.

    Спектр етанолу має дві смуги поглинання, характерні для\(\ce{OH}\) зв'язку; одна - це гостра смуга при\(3640 \: \text{cm}^{-1}\), яка відповідає вільним або неасоційованим гідроксильним групам, а інша - широка смуга, зосереджена на\(3350 \: \text{cm}^{-1}\) через пов'язаних з воднем груп. Спектр етанової кислоти не показує поглинання з вільних гідроксильних груп, але, як і етанол, має дуже широке інтенсивне поглинання, що приписується асоційованим\(\ce{OH}\) групам. Однак частота поглинання помітно зміщується від частоти етанолу і відображає більш міцний водневий зв'язок, ніж в етанолі.\(3000 \: \text{cm}^{-1}\) Поглинання за рахунок карбонільної групи етанової кислоти широке, але\(\left( 1740 \: \text{cm}^{-1} \right)\) знаходиться приблизно в тому ж положенні, що і абсорбція карбонілу в етанолі.

    Карбоксильна функція поглинає ультрафіолетове випромінювання, але довжини хвиль, на яких це відбувається, помітно коротші, ніж для карбонільних сполук, таких як альдегіди та кетони, і, насправді, знаходяться поза діапазоном більшості комерційних ультрафіолетових спектрометрів. Деяке уявлення про те, як гідроксильний замінник модифікує абсорбційні властивості карбонільної групи в карбонових кислотах, можна побачити з таблиці 18-2, в якій перераховані довжини хвиль максимального поглинання світла\(\left( \lambda_\text{max} \right)\) і коефіцієнти згасання при максимальному\(\left( \epsilon_\text{max} \right)\) поглинанні декількох карбонових кислоти, альдегіди та кетони.

    Таблиця 18-2: Довжини хвиль для максимального поглинання ультрафіолету деяких карбонових кислот, альдегідів та кетонів\(\left( n \rightarrow \pi^* \right)\)

    Малюнок 18-3 за спектрами фенілетанової кислоти\(\left( \ce{C_6H_5CH_2CO_2H} \right)\) і фенілметанолу\(\left( \ce{C_6H_5CH_2OH} \right)\). Хімічний зсув протона карбонової кислоти тут приблизно в\(9 \: \text{ppm}\) бік нижчих магнітних полів, ніж гідроксильний протон спирту. Ця поведінка паралельна поведінці енолових воднів 1,3-дикарбонільних сполук і аналогічно пов'язана з утворенням водневих зв'язків (Розділ 17-1D).
    Рисунок 18-3: Протонні ямр-спектри (а) фенілетанової кислоти та (b) фенілметанолу в розчині тетрахлорметану вуглецю\(60 \: \text{MHz}\) відносно TMS.

    Дописувачі та атрибуція

    Template:ContribRoberts