Carbonsäuren

Definition

  • Verbindungen, die mindestens eine Carboxyl-Gruppe (-COOH) enthalten

Bemerkungen

  • Die Acidität ist abhängig von sterischen und mesomeren Einflüssen des Restes, von Substituenten, etc. (RT 2-111)
  • Carbonsäuren können mit sich selbst und polaren anderen Stoffen (z.B. Wasser als Lösemittel) Wasserstoffbrücken ausbilden
  • Carbonsäuren sind brennbar!
  • Gesättigte Carbonsäuren enthalten im Alkylrest nur Einfachbindungen, ungesättigte mindestens eine Mehrfachbindung.
  • Bei vinylogen Carbonsäuren befindet sich mindestens eine weitere Doppelbindung zwischen der Carbonylgruppe und der Hydroxylgruppe der Säure, bei phenylogen ein Benzolring.
  • Carbonsäuren bis C9 sind flüssig, danach sind sie fest. 
  • Bis C3 riechen Carbonsäuren stechend, bis ca. C10 unangenehm. Längere Carbonsäuren sind wegen zu geringer Flüchtigkeit geruchlos.
Strukturmerkmale Bezeichnung
Carbonsäure
vinyloge Carbonsäure

Darstellung

  • Halogenoform-Reaktion
    • R-CO-CX3 --> R-COOH
  • Direkte Einführung der Carboxylgruppe
  • Carbonsäuren durch Oxidation
    • Oxidation primärer Alkohole oder Aldehyde
      • Edukte: 
        • prim. Alkohol, Aldehyde 
      • Produkte: 
        • Carbonsäuren
      • Reagenzien:
        • H2O
        • Kaliumdichromat in verd. Schwefelsäure
      • Primäre Alkohole werden zuerst unter Abspaltung von Wasserstoff zum Aldehyd oxidiert, dieses dann weiter zur Carbonsäure
      • RT 2-115
    • Oxidation von Seitenketten an Aromaten
      • Edukte: 
        • Alkylierte Aromaten
      • Produkte: 
        • Benzoesäure
      • Reagenzien: 
        • KMnO4
      • Längere Seitenketten werden nach dem ringständigen C-Atom abgespalten. Die Oxidation erfolgt radikalisch, weshalb Reste ohne benzylständiges H-Atom relativ beständig sind.
      • RT 2-116
    • Oxidation von mehrkernigen Aromaten
      • Aromatische Ringe werden nur unter scharfen Bedingungen angegriffen.
      • Stehen für die Oxidation mehrere Ringe zur Verfügung so wird der elektronenreichere abgebaut, der andere bleibt erhalten
      • RT 2-117
  • Trihalogenierung und Hydrolyse
    • Nach der radikalischen dreifachen Chlorierung einer kernständigen Methylgruppe, stellt diese das Trichlorid der Orthoform einer aromatischen Carbonsäure dar. Diese geht durch saure Hydrolyse in die Carbonsäure über.
    • RT 2-118
  • Willgerodt-Kindler-Reaktion
    • Ar-CO-CH3 --> Ar-CH2-COOH
  • Oxidative Spaltung von Alkenen
  • Oxidative Spaltung von Ketonen
    • Die C=C-Doppelbindung der Enolform von Ketonen kann durch Salpetersäure u.a. gespalten werden, dabei entsteht aus Ringketonen meist ausschließlich die offenkettige Dicarbonsäuren
    • RT 2-120
    • Grignard-Reaktion und anschließende Wasserabspaltung überführt Cycloketone in substituierte Cycloalkene, die oxidativ in langkettige Oxosäuren gespalten werden können. Diese lassen sich nach Wolff-Kishner oder Clemmensen reduktiv in die gesättigten Carbonsäuren überführen.
    • RT 2-120f
  • Hydrolyse von Carbonsäurederivaten
    • Hydrolyse von Estern
      • Alkalische Hydrolyse (= "Verseifung")
        • Edukte:
        • Produkte:
        • Reagenzien:
          • OH-
        • Die alkalische Hydrolyse ist quantitativ, da die entstehende Säure durch Salzbildung quantitativ aus dem Gleichgewicht entfernt wird.
        • Die OH--Ionen werden verbraucht, sind also kein Katalysator!
        • RT 2-122
      • Saure Hydrolyse von Estern primärer und sekundärer Alkohole
      • Saure Hydrolyse von Estern tertiärer Alkohole
        • Edukte:
        • Produkte:
        • Reagenzien:
          • H2O / H+
        • Die saure Hydrolyse von Carbonsäureestern tertiärer Alkohole verläuft über ein Carbeniumion. Dies reagiert bevorzugt zum Alken weiter, nicht zum tertiären Alkohol.
        • RT 2-123
    • Hydrolyse von Amiden
      • Edukte:
        • Amide
      • Produkte:
        • Carbonsäuren
      • Reagenzien:
        • Säuren, Basen
      • Amide können nach dem gleichen Mechanismus wie Ester hydrolysiert werden. Dies erfordert jedoch schärfere Bedingungen, so z.B. längeres Erhitzen unter Rückfluss mit starken Säuren oder Laugen.
      • Sowohl die alkalische (durch Slzbildung der Carbonsäure), als auch die saure (durch Bildung von Ammoniumsalzen) Hydrolyse sind irreversibel.
      • RT 2-124
    • Hydrolyse von Nitrilen
      • Edukte:
        • Nitrile
      • Produkte:
        • Carbonsäuren
      • Reagenzien:
        • konz. HCl
      • Nitrile selbst sind schwer zu hydrolysieren. Meist werden sie deshalb durch mehrstündiges Kochen mit konz. HCl in primäre Amide überführt, die dann hydrolysiert werden.
      • RT 2-124
  • Carbonsäuren durch C-C-Verknüpfung
  • Carbonsäuren durch Umlagerungen

Funktionelle Carbonsäurederivate

  • Ester, Orthoester
  • Amide, Hydrazide, Azide, Hydroxamsäuren
  • Halogenide
    • Säurehalogenide: Verbindungen in denen die OH-Gruppe der Carboxy-Gruppe durch ein Halogen ersetzt ist (COX)
  • Anhydride u.a.
  • Dicarbonsäuren, gesättigte und ungesättigte
  • Substituierte Carbonsäuren
  • Halogen-, Hydroxy-, Oxo-, Aminosäuren
  • Derivate der Kohlensäure
    • Verbindungen, die sich von der Kohlensäure H2CO3 ableiten

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