Πεντανικό οξύ

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Πεντανικό οξύ
Valeric acid.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Πεντανικό οξύ
Άλλες ονομασίες Βαλερικό οξύ
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C5H10O2
Μοριακή μάζα 102,13 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
CH3(CH2)3COOH
Συντομογραφίες BuCOOH
Αριθμός CAS 109-52-4
SMILES CCCCC(=O)O
Αριθμός RTECS YV6100000
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης >100
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης -34,5 °C
Σημείο βρασμού 186-187 °C
Πυκνότητα 930 kg/m3
Διαλυτότητα
στο νερό
49,7 kg/m3
Εμφάνιση άχρωμο ελαιώδες καυστικό υγρό
Χημικές ιδιότητες
pKa 4,82
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
86 °C
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά


Το πεντανικό οξύ ή βαλερικό οξύ είναι ένα αλκανικό οξύ ευθείας αλυσίδας με σύντομο συντακτικό τύπο CH3(CH2)3COOH και συντομογραφία BuCOOH. Όπως και τα άλλα (σχετικά) χαμηλής μοριακής μάζας καρβονικά οξέα έχει πολύ δυσάρεστη οσμή. Απαντάται στο φυτό βαλεριάνα (Valeriana officinalis), ένα πολυετές ανθοφόρο φυτό από το οποίο προέρχεται το εμπειρικό όνομά του (βαλερικό οξύ). Η κύρια χρήση του είναι η σύνθεση εστέρων του, γιατί, αντίθετα από το οξύ από το οποίο προέρχονται, οι εστέρες του έχουν ευχάριστη οσμή, οπότε χρησιμοποιούνται σε αρώματα και κοσμητικά. Επίσης, ο πεντανικός αιθυλεστέρας (BuCOOEt) και ο πεντανικός πεντυλεστέρας (BuCOOCH2Bu) χρησιμοποιούνται ως προσθετικά τροφίμων, δίνοντάς τους φρουτώδη αρώματα.

Δομή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Δεσμοί[1]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C#2-#5-H σ 2sp3-1s 109 pm 3% C- H+
C2#-C3 σ 2sp3-2sp3 154 pm
C#3-C4 σ 2sp3-2sp3 154 pm
C#4-C5 σ 2sp3-2sp3 154 pm
C#2-C1 σ 2sp3-2sp2 151 pm
C=O σ 2sp2-2sp2 132 pm 19% C+ O-
π 2p-2p
C-O σ 2sp2-2sp3 147 pm 19% C+ O-
O-H σ 2sp3-1s 96 pm 32% O- H+
Γωνίες
HCH 109°28'
HCC 109°28'
CCO 120°
COO 120°
OCO 120°
COH 104,45°
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο[2]
O (OH) -0,51
O (=O) -0.38
C#5 -0,09
C#2-#4 -0,06
H (HC) +0,03
H (OH) +0,32
C#1 +0,57

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με καρβοξυλίωση βουτυλαλογονιδίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με καρβοξυλίωση με διοξείδιο του άνθρακα (CO) βουτυλαλογονιδίων (CH3CH2CH2CH2X), μέσω οργανομαγνησιακών ενώσεων (αντιδραστήρια Grignard) παράγεται πεντανικό οξύ[3]:

\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2X + Mg \xrightarrow{|Et_2O|} CH_3CH_2CH_2CH_2MgX \xrightarrow{+CO_2} CH_3CH_2CH_2CH_2COOMgX \xrightarrow{+H_2O} CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + Mg(OH)X \downarrow}

Με υδρόλυση πεντανονιτριλίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με υδρόλυση πεντανονιτριλίου (CH3CH2CH2CN) σε όξινο περιβάλλον παράγεται πεντανικό οξύ[4]:

\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2CN + 2H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3CCH_2H_2CH_2COONH_4 \xrightarrow{HCl} CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + NH_4Cl}

Με οξείδωση δεκενίου-5, πεντανόλης-1 ή πεντανάλης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με οξείδωση δεκενίου-5 (CH3CH2CH2CH2CH=CHCH2CH2CH2CH3) παράγεται πεντανικό οξύ[5]:

\mathrm{
3CH_3CH_2CH_2CH_2CH=CHCH_2CH_2CH_2CH_3 + 8KMnO_4 + 4H_2SO_4  \xrightarrow{} 6CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + 8MnO_2 + 4K_2SO_4 + 4H_2O}

2. Με οξείδωση πεντανόλης-1 (CH3CH2CH2CH2CH2OH) παράγεται πεντανικό οξύ[6]:

\mathrm{
3CH_3CH_2CH_2CH_2CH_2OH + 4KMnO_4 + 2H_2SO_4 \xrightarrow{} 3CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + 4MnO_2 + 2K_2SO_4 + 5H_2O
}

3. Με οξείδωση πεντανάλης (CΗ3CH2CH2CH2CHO) παράγεται πεντανικό οξύ[7]:

\mathrm{
3CH_3CH_2CH_2CH_2CHO + 2KMnO_4 + H_2SO_4 \xrightarrow{} 3CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + 2MnO_2 + K_2SO_4 + H_2O
}

Από προπυλομηλονικό οξύ[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Από προπυλομηλονικό οξύ [HOOCCH(CH2CH2CH3)COOH] παράγεται πεντανικό οξύ[8]:

\mathrm{
HOOCCH(CH_2CH_2CH_3)COOH \xrightarrow{\triangle} CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + CO_2 \uparrow}

\mathrm{
HOOCCH_2COOH + 2EtOH \xrightarrow{-2H_2O} EtOOCCH_2COOEt \xrightarrow[-\frac{1}{2}H_2]{+Na} [EtOOCCHCOOEt]^-Na^+ \xrightarrow[-NaBr]{+CH_3CH_2CH_2Br} EtOOCCH(CH_2CH_2CH_3)COOEt}
 \mathrm{EtOOCCH(CH_2CH_2CH_3)COOEt +2H_2O \xrightarrow{} HOOCCH(CH_2CH_2CH_3)COOH + 2EtOH}

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το πεντανικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ (pKa = 4,82), ασθενέστερο από τα περισσότερα ανόργανα οξέα. Τα εννέα (9) υδρογόνα του βουτυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρόλα αυτά το πεντανικό οξύ αντιδρά με ορισμένα μέταλλα και βάσεις σχηματίζοντας άλατα με σύγχρονη έκλυση υδρογόνου ή νερού αντίστοιχα:

 \mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COOH {\rightleftarrows} CH_3CH_2CH_2CH_2COO^- + H^+}

(Αντίδραση διάστασης)
\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + Na \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2CH_2COONa + H_2 \uparrow}

(Επίδραση μετάλλων ηλεκτροθετικότερων του υδρογόνου)
\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + NaOH \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2CH_2COONa + H_2O}
(Αντίδραση εξουδετέρωσης)

Αποκαρβοξυλίωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με θέρμανση πεντανικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα και βουτάνιο[9]::

\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + NaOH \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2CH_2COONa + H_2O \xrightarrow{\triangle} CH_3CH_2CH_2CH_3 \uparrow + NaOH + CO_2 \uparrow}

2. Με ηλεκτρόλυση πεντανικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), παράγονται διοξείδιο του άνθρακα και οκτάνιο[10]:

3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιοβάριο) παράγεται εννεανόνη-5[11]:

\mathrm{(CH_3CH_2CH_2CH_2COO)_2Ca \xrightarrow{\triangle} CH_3CH_2CH_2CH_2COCH_2CH_2CH_2CH_3 + CaCO_3 \downarrow}

4. Με επίδραση βρωμίου σε πεντανικό άργυρο παράγεται βουτυλοβρωμίδιο - Αντίδραση Hunsdiecker[12]:

\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COOAg + Br_2 \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2CH_2Br + AgBr \downarrow + CO_2 \uparrow}

Αναγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τo πεντανικό οξύ ανάγεται με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4) ή νατριοβοριοϋδρίδιο (NaBH4) προς πεντανόλη-1[13]:

\mathrm{2CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + LiAlH_4 \xrightarrow{} 2CH_3CH_2CH_2CH_2CH_2OH + LiAlO_2}

Οξείδωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τo πεντανικό οξύ οξειδώνεται σε πεντανικό υπεροξύ από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), σε όξινο περιβάλλον[14]:

\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + H_2O_2 \xrightarrow{H^+} CH_3CH_2CH_2CH_2CO_3H + H_2O}

Εστεροποίηση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Με επίδραση αλκοολών παράγονται πεντανικοί εστέρες[15]::


\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + ROH {\rightleftarrows} CH_3CH_2CH_2CH_2COOR + H_2O}

Αλογόνωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με επίδραση αλογόνων, πσρουσία ερυθρού φωσφόρου, παράγεται α-αλοπεντανικό οξύ:


\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + X_2 \xrightarrow{P} CH_3CH_2CH_2CHXCOOH + HX}

2. Με επίδραση αλογονωτικών μέσων παράγονται πεντανυλαλογονίδια[16]::

α. Με SOCl2:


\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + SOCl_2 \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2CH_2COCl + SO_2 + HCl}

β. Με PCl5:


\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + PCl_5 \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2CH_2COCl + POCl_3 + HCl}

γ. Με PX3:


\mathrm{3CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + PX_3 \xrightarrow{} 3CH_3CH_2CH_2CH_2COX + H_3PO_3}


\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COCl + Hg_2F_2 \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2CH_2COF + Hg_2Cl_2 \downarrow}

Επίδραση καρβενίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση καρβενίων παράγεται ένα μίγμα προϊόντων. Π.χ. με μεθυλένιο έχουμε περίπου την παρακάτω στοιχειομετρική εξίσωση:


\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2COOH + CH_2N_2 \xrightarrow{hv} N_2 + \frac{3}{11} CH_3CH_2CH_2CH_2CH_2COOH + \frac{2}{11} CH_3CH_2CH_2CH(CH_3)COOH + \frac{2}{11} CH_3CH_2CH(CH_3)CH_2COOH +  \frac{2}{11} + (CH_3)_2CHCH_2CH_2COOH +}
\mathrm{+ \frac{1}{11} CH_3CH_2CH_2CH_2COOCH_3 + \frac{1}{11}}

  • Η παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση είναι άθροισμα κατά μέλη των ακόλουθων δράσεων:
  1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C#5-H. Παράγεται εξανικό οξύ, ένα καρβονικό οξύ.
  2. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#2-H. Παράγεται 2-μεθυλοπεντανικό οξύ, ένα καρβονικό οξύ.
  3. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#3-H. Παράγεται 3-μεθυλοπεντανικό οξύ, ένα καρβονικό οξύ.
  4. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#4-H. Παράγεται 4-μεθυλοπεντανικό οξύ, ένα καρβονικό οξύ.
  5. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό O-H. Παράγεται πεντανικός μεθυλεστέρας, ο μεθυλεστέρας του πεντανικού οξέος.
  6. Προσθήκη στον ένα (1) δεσμό C=O. Παράγεται 2-βουτυλο-2-υδροξυοξιράνιο, μια ετεροκυκλική αλκοόλη.
  • Συνολικά δηλαδή εννέα (11) παράγωγα προϊόντα, που είναι πρακτικά ισοδύναμα (σ' αυτήν την περίπτωση) σε παραγωγή, εξαιτίας της μεγάλης δραστικότητας του μεθυλενίου, που ως δίριζα κάνει σχεδόν απόλυτα κινητικές (δηλαδή όχι εκλεκτικές) τις αντιδράσεις του.

Αναφορές και παρατηρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Τα δεδομένα προέρχονταιεν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
  2. Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
  3. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.1.
  4. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.2.
  5. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.3α.
  6. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.3β.
  7. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.3β.
  8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.4.
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3α.
  10. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3β.
  11. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3γ.
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3δ.
  13. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.4.
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.5α.
  15. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8α.
  16. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8β.

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
  • Πολυχρόνη Σ. Καραγκιοζίδη: Ονοματολογία οργανικών ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1991, Έκδοση Β΄.
  • Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, Έκδοση Β΄.
  • Δ. Νικολαΐδη: Ειδικά κεφάλαια Οργανικής Χημεία, Θεσσαλονίκη 1983.
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Valeric acid της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).