الكربوكسيلات

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
أيون الكربوكسيلات

في الكيمياء ، الكربوكسيلات هي أنيون ذو الصيغة العامة RCOO− ( أو RCO − 2 ). أملاح الكربوكسيلات هي أملاح ذات الصيغة العامة M(RCOO) n ، حيث M فلز و n عدد من 1 إلى 2. أما إسترات الكربوكسيلات فلها الصيغة العامة RCOOR′ (أو RCO2R ′ )، حيث R وR ′ مجموعتان عضويتان. 

التواجد والاستخدامات

تنتشر الكربوكسيلات في الطبيعة، إذ توجد جميع الأحماض الأمينية على شكل كربوكسيلات. وتعتمد آليات إنتاج الطاقة التي تدعم الحياة الهوائية - تحلل الجلوكوز ودورة كريبس لحمض الستريك - اعتمادًا كبيرًا على الكربوكسيلات، مثل البيروفات والسترات والأسيتات . وعلى الرغم من أنها تُصوَّر غالبًا على أنها أحماض كربوكسيلية، فإن العديد من الفيتامينات تعمل على شكل كربوكسيلات: فيتامين ب3 (النياسين)، وفيتامين ب5 (حمض البانتوثينيك)، وفيتامين ب7 (البيوتين)، وغيرها.

في البيئات التجارية، تُصنف الصابونات ضمن الكربوكسيلات.

تشكيل

تتكون الكربوكسيلات من خلال تفاعلات الكربوكسيل حيث يضاف ثاني أكسيد الكربون إلى نيوكليوفيل كربوني. في المختبر، يتم توضيح هذه العملية من خلال تحويل كواشف غرينيارد إلى كربوكسيلات.

RMgX + CO 2 → RCO 2 MgX

في الطبيعة، تُعدّ الكربوكسيل الخطوة الأولى في تثبيت الكربون المرتبط بعملية التمثيل الضوئي للمواد العضوية. وتتجلى أهمية هذه العملية في التقدير القائل بأن إنزيم روبيسكو ، الذي يحفز هذا التفاعل، هو البروتين الأكثر وفرة. [ 1 ]

تتكون الكربوكسيلات عن طريق نزع البروتون من الأحماض الكربوكسيلية . عادةً ما يكون لهذه الأحماض قيمة pKa أقل من 5، مما يعني أنها تتحول إلى كربوكسيلات في الماء المتعادل.

RCO 2 H + NaOH → RCO 2 Na + H 2 O

بسبب ميلها لتكوين روابط هيدروجينية، تخضع الأحماض الكربوكسيلية بشكل مميز لـ "نصف نزع البروتون": [ 2 ]

2 RCO 2 H + NaOH → Na + [ RCO 2 ] 2 H − + H 2 O

هذا الميل ( التجمع المتجانس ) يعقد تفسير قيم pKa للأحماض الكربوكسيلية، خاصة في المذيبات غير القطبية التي تذيب أنيونات الكربوكسيلات بشكل ضعيف.

تنشأ الكربوكسيلات عبر العديد من الطرق الأخرى، مثل التحلل المائي القاعدي ( التصبن ) للإسترات:

RCO 2 R' + NaOH → RCO 2 Na + R'OH

تنشأ الكربوكسيلات من خلال التحلل المائي القاعدي للأنهيدريدات والأنواع ذات الصلة:

(RCO) 2 O + 2 NaOH → 2 RCO 2 Na + H 2 O

في تفاعل كانيزارو ، تحفز القاعدة القوية عدم تناسب بعض الألدهيدات (غير القابلة للتحول إلى إينول ) ، مما يؤدي إلى تكوين الكربوكسيلات.

البنية والترابط

يكون جزء C-CO₂ من أنيونات الكربوكسيلات مستويًا. ووفقًا لعلم البلورات بالأشعة السينية ، فإن المسافتين بين ذرتي الكربونيل متساويتان أو متقاربتان. في أسيتات رباعي بوتيل الأمونيوم ، تبلغ المسافة بين ذرتي الكربونيل 125 بيكومترًا . [ 3 ] في المقابل، تكون روابط C=O وCO في الأحماض الكربوكسيلية وإسترات الكربوكسيل متمركزة، كما يتضح من اختلاف أطوال الروابط بأكثر من 10 بيكومتر. [ 4 ]

تكافؤ الرنين يشكل الشكل غير الموضعي لأنيون الكربوكسيلات العام

يُعدّ طيف الأشعة تحت الحمراء للكربوكسيلات مؤشراً على وجود رابطة متعددة جزئية بين الكربون والأكسجين. ففي الأسيتات، تبلغ قيمة ν CO (أنماط تمدد رابطة الكربون والأكسجين) 1578 و1414 سم⁻¹ . [ 5 ] أما الإسترات، التي تحتوي على مركز C=O موضعي، فتمتصّ بالقرب من 1740 سم⁻¹ ، بينما تمتصّ الإيثرات، التي تحتوي على روابط أحادية بين الكربون والأكسجين، بالقرب من 1100 سم⁻¹ .

ردود الفعل

قاعدية لويس

تُعد أنيونات الكربوكسيلات قواعد لويس ، وتشكل مجموعة متنوعة من المركبات الإضافية. ومن بين هذه المشتقات، توجد معقدات الكربوكسيلات للمعادن الانتقالية .

نزع البروتون

يمكن نزع بروتون أملاح الأحماض الكربوكسيلية التي تحتوي على ذرة هيدروجين في الموضع ألفا باستخدام قواعد قوية مثل ثنائي إيزوبروبيل أميد الليثيوم : [ 6 ] : 637

RCH₂COO⁻ + LiN(CH(CH₃ ) ₂ ) ₂ → RCHLiCOO⁻ + HN ( CH( CH₃ ) ₂ ) ₂

يمكن بعد ذلك إجراء عملية ألكلة على ذرة الكربون في مركب الليثيوم العضوي الناتج:

RCHLiCOO − + R'X → RR'CHCOO − + LiX

الاستبدال النيوكليوفيلي

تتفاعل أيونات الكربوكسيلات مع هاليدات الألكيل لتكوين الإسترات : [ 7 ] : 398-399

RCO − 2 + R'X → RCO 2 R' + X −

يكمل هذا المسار لتحضير الإسترات عملية أسترة فيشر التقليدية .

تخفيض

تُختزل أملاح الكربوكسيلات بسهولة أقل من الإسترات، ولكن يمكن تحقيق الاختزال باستخدام هيدريد الليثيوم والألومنيوم . [ 7 ] : 1212

أمثلة

هذه القائمة مخصصة للحالات التي يوجد فيها مقال منفصل للأنيون أو مشتقاته. أما جميع الأحماض العضوية الأخرى، فينبغي البحث عنها في سياق حمض الكربوكسيل الأصلي.

مراجع

  1. ↑ كوبر، جي إم (2000). الخلية: مدخل جزيئي (  الطبعة الثانية). واشنطن العاصمة: مطبعة الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة. رقم ISBN 978-0-87893-106-4.
  2. ↑ بورانيك، فيدافاتي ج.؛ تافالي، سودام س.؛ آير، فينكات س.؛ سهرا، جاغديش س.؛ سيفارام، سواميناثان (1993). "هيدروجين ثنائي بنزوات رباعي بوتيل الأمونيوم: التركيب البلوري ودراسة الروابط الهيدروجينية القصيرة في نظام أنيون هيدروجين ثنائي بنزوات". مجلة الجمعية الكيميائية، معاملات بيركن 2 (8): 1517. doi : 10.1039/p29930001517 .
  3. ↑ هورمالاينن، جوها؛ لاند، مايكل أ.؛ روبرتسون، كاثرين ن.؛ روبرتس، كريستوفر ج.؛ مورغان، إيان س.؛ توونونن، هيكي م.؛ كلايبورن، جيسون أ.س. (2015). "تعليق على "لقطة بلورية لمركب وسيط متوقف في التنشيط الحيوي لثاني أكسيد الكربون "". Angewandte Chemie International Edition . 54 (26): 7484– 7487. دوى : 10.1002/anie.201411654 . PMID 26036318 . 
  4. ↑ ياكوفينكو، أ. أ.؛ غاليغوس، ج. هـ.؛ أنتيبين، م. يو.؛ ماسونوف، أ.؛ تيموفيفا، ت. ف. (2011). "مورفولوجيا البلورات كدليل على التنظيم فوق الجزيئي في نواتج إضافة 1،2-ثنائي (كلوروميركوريو) رباعي فلورو بنزين مع الإسترات العضوية" . نمو البلورات وتصميمها . 11 (9): 3964-3978 . Bibcode : 2011CrGrD..11.3964Y . doi : 10.1021/cg200547k .
  5. ↑ ناكاموتو، كازو (1986). أطياف الأشعة تحت الحمراء وأطياف رامان للمركبات غير العضوية والتناسقية ( الطبعة الرابعة). وايلي. ص 233.  
  6. ↑ سميث، مايكل ب.؛ مارش، جيري (2007)، الكيمياء العضوية المتقدمة: التفاعلات والآليات والبنية ( الطبعة السادسة)، نيويورك: وايلي-إنترساينس، ISBN  978-0-471-72091-1
  7. 1 2 مارس، جيري (1992). الكيمياء العضوية المتقدمة: التفاعلات والآليات والبنية (الطبعة الرابعة ). نيويورك: وايلي. ISBN  0-471-60180-2.