マインドマップギャラリー 有機化学 カルボン酸、カルボン酸誘導体、置換酸
カルボキシは、有機化学における基本的な官能基であり、1 つの炭素原子、2 つの酸素原子、および 1 つの水素原子で構成され、化学式は -COOH です。分子内にカルボキシル基を持つ化合物をカルボン酸といいます。このマインド マップは、有機化学 (Wang Xiaolan 第 5 版) のカルボン酸、カルボン酸誘導体、および置換酸の章に関する知識をまとめたものです。
2020-05-24 10:56:12 に編集されましたカルボン酸、カルボン酸誘導体、置換酸
カルボン酸
分類
ヒドロカルビルによる分類
(飽和/不飽和)脂肪酸
(飽和/不飽和)脂環酸
芳香酸
カルボキシル基の数に応じて
モノカルボン酸
ポリカルボン酸
名前
開鎖脂肪酸
カルボキシル基を含む最も長い炭素鎖が親として使用され、カルボキシル炭素は鎖の末端にあり、位置は省略されます。
脂環式カルボン酸、芳香族基含有カルボン酸
置換基としての脂環式基と芳香族基
構造
カルボキシル基CがSP2ハイブリダイズし、水酸基のOがカルボニル基とp-π共役し、OHの極性が増加します。
カルボニル基の電気陽性率が低下し、カルボキシル基が求核試薬によって攻撃される能力が低下します。
自然
物理的特性
炭素-酸素二重結合とヒドロキシル基が存在するため、カルボン酸分子は水素結合を通じて二量体を形成することができます。同時に、カルボン酸はアルコール、アルデヒド、ケトンよりも極性が高いため、カルボン酸の溶解度および沸点は低くなります。分子量が同様のアルデヒドやケトンよりも高くなります。
カルボン酸のカルボニル基とヒドロキシル基はどちらも水分子と水素結合を形成できます。分子量が低いカルボン酸は水に溶けます。分子量が増加すると、疎水性が増し、水への溶解度が低下します。
化学的特性
カルボン酸の酸性度
カルボン酸アニオンの特徴
各種カルボン酸の酸性度の比較
カルボキシル基は電子を押す基に結合しており、電子を押す能力が強いほど酸性が低くなります。
ベンゼン環などと共役系を形成すると、ベンゼン環は相対的に電子求引性基となり、酸性度が高まります。
カルボキシル基には電子求引性基が結合しており、電子求引性(電気陰性度)が高まると酸性度が増します。
カルボン酸誘導体の生成
酸ハロゲン化物の生成
酸無水物の生成
エステルの生成(反応機構)
エステル収率を向上させる方法
アミドの生成(反応機構)
アミドを加熱して脱水するとニトリルになります(逆反応も可能)
カルボン酸熱分解反応
モノカルボン酸の熱分解(炭素鎖の不規則な切断、意味不明)
ジカルボン酸の熱分解
シュウ酸とマロン酸の脱炭酸により一塩基酸が得られます(脱炭酸)
コハク酸とグルタル酸を加熱、脱水して五員環酸無水物(脱水)を生成します。
アジピン酸とピメリン酸は脱炭酸されて炭素が 1 つ少ない 5 員環の環状ケトンを形成します (脱炭酸と脱水の両方)
α-Hのハロゲン化
カルボン酸(LiAlH4)の還元
置換カルボン酸
ヒドロキシ酸
物理的特性
ヒドロキシル基とカルボキシル基はどちらも水と水素結合を形成することができ、一般に水に非常に溶けます。
化学的特性
酸性
アルキドは対応するカルボン酸よりも酸性です
さまざまなアルキドの酸性度は誘導効果に関係します
脱水反応
α-ヒドロキシ酸は分子間脱水反応を起こして環状ラクチドを生成しやすい
β-ヒドロキシ酸は加熱するとα,-β不飽和酸を生成しやすい
γ-ヒドロキシ酸とδ-ヒドロキシ酸は加熱すると分子内脱水反応を起こし、5員環ラクトンと6員環ラクトンが得られます。
α-ヒドロキシ酸の酸化
α-ヒドロキシ酸の分解反応
カルボニル酸
α-ケト酸とβ-ケト酸の脱炭酸反応
還元反応と酸化反応
ケト酸は酸化しにくいが、ピルビン酸は酸化しやすい(条件:Fe2、H2O2)
カルボン酸誘導体
名前
ハロゲン化アシルの命名:「ハロゲン化アシル」
アミド命名:「アシルアミン」(N原子上の基番号はN-)
酸無水物の命名法: 酸無水物はその出所に従って命名されます。
エステルの命名: 特定の酸と特定のエステル (どの部分が酸でどの部分がアルコールであるかを示します)
自然
物理的特性
酸ハロゲン化物およびエステルの沸点は、対応するカルボン酸よりも低い(水素結合を形成しにくい)
N-非置換アミドの沸点は、対応するカルボン酸の沸点よりも高くなります(N 上に 2 つの H があり、水素結合を形成する強い能力を持っています)。
化学的特性
さまざまなカルボン酸誘導体の反応性
(高活性) 酸ハロゲン化物>無水物>エステル>アミド (高安定性)
加水分解反応
酸塩化物の加水分解(カルボン酸を生成する激しい反応)
酸無水物の加水分解(酸触媒による激しい加水分解)
エステルの加水分解
酸触媒による加水分解(メカニズム)
塩基触媒による加水分解(メカニズム)
アミドの加水分解(酸性およびアルカリ性条件下での反応)
アルコーリシス反応
酸ハロゲン化物のアルコール分解
無水物アルコール分解
エステルのアルコール分解(エステル交換)
アンモノリシス反応
アルコール依存症よりも起こりやすい
酸ハロゲン化物のアミノリシス
H原子のないトリエチルアミンは発生しません
酸無水物のアミノ分解
エステラミノリシス
還元反応
カルボン酸誘導体はカルボン酸よりも還元しやすく、接触水素化や水素化アルミニウムリチウムによりアルコールに還元できます。
エステル(Naエタノール)の還元
酸塩化物のアルデヒドへの選択的還元 (H2、Pd、BaSO4)
グリニャール試薬との反応 - アシルクロリド、酸無水物、エステル
アミドの酸性とアルカリ性
アミドのホフマン反応
エステル縮合反応
ナトリウムアルコキシドの作用下で反応してβ-ケト酸エステルを形成します
ケト-エノール互変異性
アセト酢酸エチルの合成
マロン酸の合成法