Axit cacboxylic - Y học, Y tế

Axit cacboxylic là một loại axit hữu cơ chứa nhóm chức cacboxyl. Công thức tổng quát của loại axit này là R-C(=O)-OH, đôi khi được viết thành R-COOH hoặc R-CO₂H, trong đó R- có thể đơn giản là một nguyên tố hydro hoặc gốc hydrocarbon.

Axit cacboxylic tồn tại ở nhiều dạng khác nhau trong đời sống, với ví dụ cụ thể là axit amin (đơn vị cơ bản của protein) hoặc axit axetic (trong giấm ăn). Khi mất đi một proton (H⁺), nhóm chức cacboxyl sẽ trở thành một anion cacbonxylate.

Tính chất vật lý

Tính tan

Axit cacboxylic là một chất có tính phân cực. Do các axit cacboxylic vừa có phân cực âm ở nguyên tố oxy của nhóm cacbonyl (-C=O) vừa có phân cực dương ở nguyên tố hydro của nhóm hydroxy (-OH), các chất này có thể liên kết hydro với nhau và thường tồn tại dưới dạng dime trong các loại môi môi không phân cực. Các axit cacboxylic nhỏ (có khoảng từ 1 đến 5 cacbon) có thể tan được trong nước. Trong khi đó, khả năng tan trong nước của các axit cacboxylic lớn hơn bị hạn chế bởi khi càng tăng độ dài chuỗi ankyl, tính kỵ nước của axit sẽ càng tăng. Các loại axit lớn hơn này thường tan trong các loại dung môi có tính phân cực yếu hơn như ete hay ancol. Khi tác dụng axit cacboxylic, bất kể lớn hay nhỏ, với dung dịch natri hydroxit, sản phẩm thu được sẽ là một loại muối natri tan được trong nước

Nhiệt độ bay hơi

Axit cacboxylic thường có nhiệt độ bay hơi lớn hơn nước hay ancol do có diện tích bề mặt lớn hơn và có liên kết hydro giữa dime ổn định hơn. Để có thể bay hơi, cần một lượng nhiệt bay hơi đáng kể để có thể phá vỡ liên kết giữa các dime hoặc khiến cho cả dime cùng bốc hơi. Ví dụ rượu etylic C₂H₅OH sôi ở 78,3 °C còn axit axetic CH₃COOH sôi ở 118 °C.

Tính Axit

Theo thuyết axit-bazơ Brønsted-Lowry, axit cacboxylic được phân loại axit là do chất này có thể nhường proton H⁺. Chất này là một trong những loại axit phổ biến trong hóa học hữu cơ.

Axit cacboxylic là một axit yếu. Trong môi trường nước nó bị phân li thành cation H₃O⁺ và anion RCOO⁻ nhưng với tỉ lệ rất thấp. Ví dụ, ở nhiệt độ trong phòng thí nghiệm, trong 1 mol dung dịch axit acetic thì chỉ có 0.4% axit axetic bị phân li.

RCOOH ↔ RCOO^- + H⁺

Trong một phân tử của axit cacboxylic, nếu tồn tại các nguyên tố hay nhóm chức rút electron như flo hay clo, axit cacboxylic đó sẽ mạnh hơn. Ví dụ, pKa (hằng số điện li axit) của axit formic bằng 3.75. Tuy nhiên khi thay C-H của axit formic thành C-CF₃ để trở thành axit triflorouacetic thì pKA giảm xuống còn 0.23 (tính axit mạnh hơn). Ngược lại, nếu trong phân tử của axit cacboxylic tồn tại các nguyên tố hay nhóm chức nhường electron, thì axit cacboxylic đó sẽ yếu hơn. Ví dụ, nếu thay nhóm C-H của axit formic thành C-CH₃ để trở thành axit axetic, pKa sẽ tăng từ 3.75 lên 4.76 (tính axit yếu hơn)

Mùi thơm

Các axit cacboxylic thường có một mùi chua nồng. Tuy nhiên, este, một biến thể của axit cacboxylic, đa phần lại có một mùi hương rất dễ chịu, và được dùng phổ biến trong sản xuất nước hoa.

Đặc điểm nhận dạng

Phương pháp quang phổ hồng ngoại có thể được dùng để nhận dạng axit cacboxylic hoặc nhóm cacboxyl trong mẫu thử. Dao động của liên kết C=O (nhóm cacbonyl) của axit cacboxylic sẽ cho ra một mũi hấp thụ nhọn ở số sóng khoảng giữa 1680 và 1725 cm⁻¹. Đồng thời, dao động của liên kết O-H (nhóm hydroxy) sẽ cho một mũi rộng ở số sóng từ 2500 đến 3000 cm⁻¹. Khi dùng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân hydro-1, theo lý thuyết, nguyên tố hydro của nhóm hydroxy sẽ cho tín hiệu ở khoảng 10-13 ppm. Tuy nhiên trong thực tế, kết quả này thường không rõ ràng khi axit cacboxylic sẽ trao đổi liên tục với nước khiến cho thiết bị không đo đạc chuẩn xác được.

Tính chất hóa học

• Tính axit: làm đổi màu chất chỉ thị là quỳ tím thành đỏ hồng. Tác dụng với các kim loại hoạt động, các dung dịch bazơ và muối:

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + CO₂ + H₂O

2CH₃COOH + Mg → (CH₃COO)₂Mg + H₂↑

• Tác dụng với rượu tạo hợp chất este và nước (xúc tác H⁺)

CH₃COOH + CH₃-CH₂-OH ↔ CH₃-C(O)-O-CH₂-CH₃ + H₂O

Muốn phản ứng xảy ra hoàn toàn cần có chất xúc tác là Axit sulfuric H₂SO₄ đặc để hút nước

Điều chế

• Oxi hóa rượu etylic bằng ôxi trong không khí nhờ men giấm.

CH₃-CH₂-OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O

• Tổng hợp từ axetilen:

C₂H₂ + H₂O → CH₃CHO (xúc tác Thủy ngân Sunfat 80 °C)

CH₃CHO + 1/2O₂ → CH₃COOH (xúc tác: Mn^{2+, nhiệt độ)}

• Ngoài ra, có thể điều chế theo cách sau:

  Đầu tiên oxy hóa ancol:

  R-CH₂-OH + O2 → R-CHO + H₂O

  Sau đó oxy hóa tiếp anđehit thu được:

  R-CHO + [O] → R-COOH

Danh pháp

Tên thông dụng của các axit cacboxylic thường được đặt theo tên của nguồn gốc tìm ra chúng như: axit formic,axit valeric,..

Danh sách một số Axit cacboxylic no đơn chức, mạch thẳng.

Ứng dụng

Axit axetic

Axit axetic là nguyên liệu để tổng hợp polyme (Ví dụ như: polivinyl axetat, xenlulozơ axetat...), nông dược(thuốc diệt cỏ natri monocloaxetat, các chất kích thích tăng trưởng và làm rụng lá như 2,4-D; 2,4,5-T,...), công nghiệp nhuộm (nhôm axetat, crôm axetat, sắt axetat,...) và một số hóa chất hay dùng trong đời sống như axeton, etyl axetat, isoamyl axetat, v.v...

Dung dịch axit axetic 2-5% thu được khi lên men giấm cho dd đường, rượu etylic... dùng làm giấm ăn.

Axit lauric, axit panmitic, axit stearic và axit oleic

Các axit lauric n-C₁₁H₂₃COOH, panmitic n-C₁₅H₃₁COOH, stearic n-C₁₇H₃₅COOH và oleic cis-CH₃[CH₂]₇CH=CH[CH₂]₇COOH có trong thành phần dầu mỡ động vật và thực vật dưới dạng trieste của glixerol. Muối natri của chúng được dùng làm xà phòng. Các axit panmitic và stearic được trộn với parafin để làm nến.

Axit benzoic

Axit benzoic (A. benzoic acid; cg. axit phenyl fomic, axit benzencacboxylic), C6H5COOH. Hợp chất thuộc loại axit cacboxylic thơm đơn giản nhất. Tinh thể hình kim hay hình vảy, màu trắng; tnc = 121,7 oC; ts = 249 oC; tthh = 100 oC. Tan trong dung môi hữu cơ và nước nóng. Điều chế bằng cách oxi hoá toluen bằng axit nitric hoặc axit cromic hoặc bằng oxi không khí (trong pha lỏng), đecacboxyl hoá anhiđrit phtalic trong pha khí ở 340 oC với chất xúc tác ZnO. Dùng để bảo quản thực phẩm, thuốc lá, keo dính; sản xuất phẩm nhuộm, dược phẩm và chất thơm. Trong y học, dùng làm thuốc sát trùng, diệt nấm.

Axit oxalic HOOC-COOH và axit manlonic HOOC-CH₂-COOH

• Axit oxalic khá phổ biến trong giới thực vật dưới dạng muối. Trong nước tiểu người và động vật có một lượng nhỏ canxi oxalat. Axit oxalic có tính khử; phản ứng oxi hóa axit oxalic thành CO₂ nhờ tác dụng với KMnO₄ được dùng trong hóa phân tích.
• Axit malonic chứa nhóm metylen linh động, dễ tham gia phản ứng ngưng tụ kiểu croton, mặt khác dễ bị decarboxyl hóa bởi nhiệt, sinh ra axit axetic. Este đietyl malonat CH₂(COOC₂H₅)₂ được dùng trong tổng hợp hữu cơ, đặc biệt là tổng hợp axit cacboxylic tăng 2 cacbon từ dẫn xuất halogen.

Tham khảo