Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

Carboxylic acids and derivatives · ⁨الأحماض الكربوكسيلية ومشتقاتها⁩

A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩ · Topic 33 · ⁨الموضوع 33⁩

Video lesson for this topic · ⁨درس فيديو لهذا الموضوع⁩ Open the video page · ⁨افتح صفحة الفيديو⁩
8:08

الأحماض الكربوكسيلية ومشتقاتها (A2)

افتح خزانة أدوية وأخذ حزمة من الأسبرين. هذه القرص هو إستر. عند AS واجهت مجموعة صغيرة واحدة: مجموعة الكربوكسيل. عند A2 تصبح ثلاث مجموعات جديدة…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية⁩

33.1

Carboxylic acids · ⁨الأحماض الكربوكسيلية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
  1. recall the reaction by which benzoic acid can be produced: (a) reaction of an alkylbenzene with hot alkaline $\text{KMnO}_4$ and then dilute acid, exemplified by methylbenzene
  2. describe the reaction of carboxylic acids with $\text{PCl}_3$ and heat, $\text{PCl}_5$ or $\text{SOCl}_2$ to form acyl chlorides
  3. recognise that some carboxylic acids can be further oxidised: (a) the oxidation of methanoic acid, $\text{HCOOH}$, with Fehling’s reagent or Tollens’ reagent or acidified $\text{KMnO}_4$ or acidified $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ to carbon dioxide and water (b) the oxidation of ethanedioic acid, $\text{HOOCCOOH}$, with warm acidified $\text{KMnO}_4$ to carbon dioxide
  4. describe and explain the relative acidities of carboxylic acids, phenols and alcohols
  5. describe and explain the relative acidities of chlorine-substituted carboxylic acids
العربية
  1. استذكري التفاعل الذي يمكن من خلاله إنتاج حمض البنزويك: (أ) تفاعل ألكيل بنزين مع $\text{KMnO}_4$ قاعدي ساخن ثم حمض مخفف، كمثال على ذلك ميثيل بنزين
  2. صف تفاعل الأحماض الكربوكسيلية مع $\text{PCl}_3$ والحرارة، أو $\text{PCl}_5$ أو $\text{SOCl}_2$ لتكوين كلوريدات الأسيل
  3. أدرك أن بعض الأحماض الكربوكسيلية يمكن أكسدتها أكثر: (أ) أكسدة حمض الميثانويك، $\text{HCOOH}$، بكاشف فيهلنج أو كاشف تولنز أو $\text{KMnO}_4$ محمض أو $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ محمض إلى ثاني أكسيد الكربون والماء (ب) أكسدة حمض الإيثانديويك، $\text{HOOCCOOH}$، مع $\text{KMnO}_4$ محمض دافئ إلى ثاني أكسيد الكربون
  4. صف وشرح الأحماض النسبية للأحماض الكربوكسيلية والفينولات والكحوليات
  5. صف وشرح الأحماض النسبية للأحماض الكربوكسيلة المستبدلة بالكلور

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

Making and reacting

  • an alkylbenzene 烷基苯 (such as methylbenzene) is oxidised by hot alkaline $\text{KMnO}_4$, then dilute acid, to give benzoic acid 苯甲酸. The whole side-chain becomes a $\text{–COOH}$ group.
  • a carboxylic acid reacts with $\text{PCl}_3$ and heat, $\text{PCl}_5$, or $\text{SOCl}_2$ to form an acyl chloride 酰氯.

Acids that can be oxidised further

Two carboxylic acids 羧酸 are special because they can still be oxidised:

  • methanoic acid ($\text{HCOOH}$) is oxidised by Fehling's or Tollens' reagent, or acidified $\text{KMnO}_4$ / $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$, to carbon dioxide and water.
  • ethanedioic acid ($\text{HOOCCOOH}$) is oxidised by warm acidified $\text{KMnO}_4$ to carbon dioxide.

Relative acidities

The acidity 酸性 order is:

$$\text{alcohol} < \text{phenol} < \text{carboxylic acid}$$

A carboxylic acid is the strongest because, when it loses $\text{H}^+$, the negative charge is spread over two oxygen atoms, making the ion very stable. In a phenol 苯酚 the charge spreads only into the ring, and in an alcohol 醇 (giving $\text{RO}^-$) it is not spread at all.

Chlorine atoms make a carboxylic acid more acidic. Chlorine is electron-withdrawing 吸电子: through the inductive effect 诱导效应 it pulls electron density away, helping to spread the negative charge and stabilise the ion. So more chlorine atoms (closer to the $\text{–COOH}$) give a stronger acid.

العربية
ليمون كامل ومقطوع نصفين
الفواكه الحمضية طعمها حامض لأنها تحتوي على حمض الستريك، وهو حمض كربوكسيل

التحضير والتفاعل

  • ألكيل بنزين (مثل ميثيل بنزين) يتأكسد بواسطة $\text{KMnO}_4$ القلوي الساخن، ثم حميد مخفف، ليعطي حمض البنزويك. يصبح السلسلة الجانبية بأكملها مجموعة $\text{–COOH}$.
  • يتفاعل حمض كربوكسيلي مع $\text{PCl}_3$ وحرارة، أو $\text{PCl}_5$، أو $\text{SOCl}_2$ لتكوين كلوريد الأسيل.
يؤكسد KMnO4 الساخن سلسلة جانبية ميثيل على الحلقة إلى مجموعة COOH، مما يعطي حمض البنزويك
KMnO4 الساخن يؤكسد سلسلة ميثيل جانبية إلى مجموعة COOH

أحماض يمكن أكسدتها أكثر

اثنان من الأحماض الكربوكسيلية مميزان لأنه لا يزال بإمكانهما الأكسدة:

  • حمض الميثانويك ($\text{HCOOH}$) يُأكسد بواسطة كاشف فيلنغ أو تولنز، أو $\text{KMnO}_4$ / $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ المحمض، إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.
  • حمض الإيثانديويك ($\text{HOOCCOOH}$) يتأكسد بواسطة $\text{KMnO}_4$ المحمض الدافئ إلى ثاني أكسيد الكربون.

الحامضية النسبية

ترتيب الحامضية هو:

$$\text{alcohol} < \text{phenol} < \text{carboxylic acid}$$

حمض الكربوكسيلي هو الأقوى لأنه عند فقدانه $\text{H}^+$، تنتشر الشحنة السالبة على ذرتين من الأكسجين، مما يجعل الأيون مستقراً جداً. في الفينول، تنتشر الشحنة فقط داخل الحلقة، وفي الكحول (مكوناً $\text{RO}^-$) لا تنتشر على الإطلاق.

مقياس ثلاثي الطبقات من الكحول في الأسفل إلى الفينول إلى حمض الكربوكسيل في الأعلى، يظهر كل منها مدى انتشار أنونه للشحنة السالبة
تزداد الحامضية من الكحول إلى الفينول إلى حمض الكربوكسيل: كلما انتشرت الشحنة السالبة على القاعدة المرافقة، زادت استقرار الأيون وقوت الحمض

تجعل ذرات الكلور حمض الكربوكسيلي أكثر حامضية. الكلور ساحب للإلكترونات: عبر التأثير التحريضي يسحب كثافة الإلكترونات، مما يساعد على توزيع الشحنة السالبة واستقرار الأيون. لذا تعطي المزيد من ذرات الكلور (الأقرب إلى $\text{–COOH}$) حمضاً أقوى.

Explore · ⁨استكشف⁩

Carboxylic acid A2 map · ⁨خريطة أحماض الكربوكسيل A2⁩

Follow carboxylic acids through acyl derivatives and salts. · ⁨تابع أحماض الكربوكسيل عبر مشتقات الأسيل والأملاح.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ حمض كربوكسيلي
acidity/æˈsɪdɪti/ حموضة
phenol/ˈfenɒl/ فينول
alcohol/ˈælkəhɒl/ كحول
electron-withdrawing/ɪˈlektrɒn wɪθˈdrɔːɪŋ/ ساحب للإلكترونات
inductive effect/ɪnˈdʌktɪv ɪˈfekt/ التأثير الحثي
ester/ˈestə/ إستر
ammonia/æˈməʊnɪə/ أمونيا
amide/əˈmaɪd/ أميد
amine/ˈæmaɪn/ أمين
addition–elimination/əˈdɪʃn ɪˌlɪmɪˈneɪʃn/ إضافة–استبدال
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ تحلل مائي
33.2

Esters · ⁨الإسترات⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
  1. recall the reaction by which esters can be produced: (a) reaction of alcohols with acyl chlorides using the formation of ethyl ethanoate and phenyl benzoate as examples
العربية
  1. تذكر التفاعل الذي يمكن من خلاله إنتاج الاسترات: (أ) تفاعل الكحوليات مع كلوريدات الأسيل باستخدام تكوين إيثيل أسيتات وفينيل بنزوات كمثال

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

An alcohol (or phenol) reacts with an acyl chloride at room temperature to give an ester 酯 and $\text{HCl}$. Examples are ethyl ethanoate (from ethanol) and phenyl benzoate (from phenol).

العربية

يتفاعل كحول (أو فينول) مع كلوريد الأسيل في درجة حرارة الغرفة ليعطي إستر و$\text{HCl}$. الأمثلة هي إيثيل إيثانوات (من إيثانول) وفينيل بنزوات (من فينول).

عبوة أقراص أسبرين
الأسبرين هو إستر، مصنوع من حمض ساليسيليك
Explore · ⁨استكشف⁩

Ester A2 reaction map · ⁨خريطة تفاعلات الإستر A2⁩

Compare ester formation, hydrolysis and transesterification routes. · ⁨قارن طرق تكوين الإستر، التحلل المائي، وتفاعل الاستبدال الإستري.⁩

33.3

Acyl chlorides · ⁨كلوريدات الأسيل⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
  1. recall the reactions (reagents and conditions) by which acyl chlorides can be produced: (a) reaction of carboxylic acids with $\text{PCl}_3$ and heat, $\text{PCl}_5$ or $\text{SOCl}_2$
  2. describe the following reactions of acyl chlorides: (a) hydrolysis on addition of water at room temperature to give the carboxylic acid and $\text{HCl}$ (b) reaction with an alcohol at room temperature to produce an ester and $\text{HCl}$ (c) reaction with phenol at room temperature to produce an ester and $\text{HCl}$ (d) reaction with ammonia at room temperature to produce an amide and $\text{HCl}$ (e) reaction with a primary or secondary amine at room temperature to produce an amide and $\text{HCl}$
  3. describe the addition–elimination mechanism of acyl chlorides in reactions in 33.3.2(a)–(e)
  4. explain the relative ease of hydrolysis of acyl chlorides, alkyl chlorides and halogenoarenes (aryl chlorides)
العربية
  1. تذكر التفاعلات (الكواشف والشروط) التي يمكن من خلالها إنتاج كلوريدات الأسيل: (أ) تفاعل الأحماض الكربوكسيلية مع $\text{PCl}_3$ والحرارة، أو $\text{PCl}_5$ أو $\text{SOCl}_2$
  2. صف التفاعلات التالية لكلوريدات الأسيل: (أ) التحلل المائي عند إضافة الماء في درجة حرارة الغرفة لإعطاء الحمض الكربوكسيلي و$\text{HCl}$ (ب) التفاعل مع كحول في درجة حرارة لإنتاج استر و$\text{HCl}$ (ج) التفاعل مع الفينول في درجة حرارة لإنتاج استر و$\text{HCl}$ (د) التفاعل مع الأمونيا في درجة حرارة لإنتاج أميد و$\text{HCl}$ (هـ) التفاعل مع أمين أولي أو ثانوي في درجة حرارة لإنتاج أميد و$\text{HCl}$
  3. صف آلية الإضافة–الإزالة لكلوريدات الأسيل في التفاعلات المذكورة في 33.3.2(أ)–(هـ)
  4. اشرح سهولة التحلل المائي النسبية لكلوريدات الأسيل وكلوريدات الألكيل والهالوجينوأرينات (كلوريداتôtelic)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

Acyl chlorides are made from carboxylic acids (with $\text{PCl}_3$, $\text{PCl}_5$ or $\text{SOCl}_2$). They are very reactive. At room temperature they react with:

Reactant Product (plus $\text{HCl}$)
water the carboxylic acid
an alcohol an ester
phenol an ester
ammonia 氨 an amide 酰胺
a primary or secondary amine 胺 an amide

The addition–elimination mechanism

All these reactions follow an addition–elimination 加成消去 mechanism: a nucleophile first adds to the slightly positive carbonyl carbon, then $\text{HCl}$ is eliminated.

Ease of hydrolysis

Compare how easily three chlorides react with water (hydrolysis 水解):

$$\text{acyl chloride} \gg \text{alkyl chloride} \gg \text{aryl chloride}$$

An acyl chloride reacts violently with cold water; an alkyl chloride reacts slowly; an aryl chloride (halogenoarene) does not react, because its C–Cl bond is strengthened by the ring.

Worked example. Ethanoyl chloride reacts violently with cold water, while ethyl ethanoate needs prolonged reflux with acid or alkali. Explain the difference. Both are attacked at the carbonyl carbon, so compare how open that carbon is to attack and how good the leaving group is. In ethanoyl chloride the chlorine is strongly electronegative and withdraws electrons, making the carbonyl carbon much more $\delta+$ and so far more open to a nucleophile; and $\text{Cl}^{-}$, the anion of a strong acid, is a good leaving group. In the ester the $\text{–OR}$ oxygen donates a lone pair into the carbonyl, reducing that $\delta+$ charge, and $\text{RO}^{-}$ is a poor leaving group. So the acyl chloride hydrolyses far more easily. Argue from both the $\delta+$ on the carbon and the leaving group: either one alone is usually only half the marks.

العربية

تُصنع كلوريدات الأسيل من الأحماض الكربوكسيلية (مع $\text{PCl}_3$، $\text{PCl}_5$ أو $\text{SOCl}_2$). وهي شديدة التفاعل. في درجة حرارة الغرفة تتفاعل مع:

المتفاعل النواتج (بإضافة $\text{HCl}$)
ماء حمض الكربوكسيل
كحول إستر
فينول إستر
أمونيا أميد
أمين أولي أو ثانوي أميد
كلوريد الأسيل في المركز مع أسهم نحو نواتجه مع الماء والكحول والفينول والأمونيا والأمين
كلوريدات الأسيل شديدة التفاعل: مع الماء أو الكحول أو الفينول أو الأمونيا أو الأمين تعطي النواتج المشار إليها بالإضافة إلى HCl

آلية الإضافة-الإزالة

تتبع جميع هذه التفاعلات آلية إضافة-إزالة: يضيف نيوكليوفيل أولاً إلى ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل ذات الشحنة الموجبة الخفيفة، ثم يتم إزالة $\text{HCl}$.

آلية كلوريد الأسيل: نيوكليوفيل يضاف إلى ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل لتكوين وسط رباعي السطوح، والذي يفقد بعد ذلك الكلوريد كـ HCl
الإضافة-الإزالة: يضيف النيوكليوفيل إلى ذرة الكربون في $\delta+$ مجموعة الكربونيل، ثم تتشكل C=O مرة أخرى ويغادر Cl$^-$ كـ HCl

سهولة التحلل المائي

قارن مدى سهولة تفاعل ثلاثة كلوريدات مع الماء (تحلل مائي):

$$\text{acyl chloride} \gg \text{alkyl chloride} \gg \text{aryl chloride}$$

يتفاعل كلوريد الأسيل بعنف مع الماء البارد؛ يتفاعل ألكيل كلوريد ببطء؛ ولا يتفاعل أريل كلوريد (هالوجينوأرين)، لأن رابطة C–Cl تقوى بسبب الحلقة.

مثال محلول. يتفاعل كلوريد الإيثانويل بعنف مع الماء البارد، بينما يحتاج إيثيل إيثانوات إلى غليان مطول مع حمض أو قاعدة. اشرح الفرق. كلاهما يُهاجم عند ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل، لذا قارن مدى انفتاح هذا الكربون للهجوم وجودة مجموعة المغادرة. في كلوريد الإيثانويل يكون الكلور كهروسالباً بشدة ويسحب الإلكترونات، مما يجعل ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل أكثر $\delta+$ بكثير وأفتح للعنف للنوكليوفيل؛ و$\text{Cl}^{-}$، أيون حمض قوي، هو مجموعة مغادرة جيدة. في الإستر، يقوم الأكسجين $\text{–OR}$ بتبرع بزوج حر من الإلكترونات إلى مجموعة الكربونيل، مما يقلل تلك الشحنة $\delta+$، و$\text{RO}^{-}$ هو مجموعة مغادرة سيئة. لذلك يتحلل كلوريد الأسيل بشكل أسهل بكثير. حُجج من كلا $\delta+$ على الكربون و مجموعة المغادرة: عادة ما يكفي واحد منهما وحده للحصول على نصف الدرجات فقط.

Explore · ⁨استكشف⁩

Acyl chloride reaction map · ⁨خريطة تفاعلات كلوريد الأسيل⁩

Follow why acyl chlorides are reactive acylating agents. · ⁨تابع لماذا كلوريدات الأسيل عوامل أسيلة نشطة.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
alkylbenzene/ˈælkɪlbenziːn/ ألكيل بنزين
benzoic acid/benˈzəʊɪk ˈæsɪd/ حمض البنزويك
acyl chloride/əˈkɪl ˈklɔːraɪd/ كلوريد الأسيل
33.3

Exam tips · ⁨نصائح للامتحان⁩

English
  • Acyl chlorides are very reactive — learn their products with water (HCl), alcohols (esters), ammonia (amides) and amines.
  • Reactivity order of derivatives: acyl chloride > ester > amide.
  • Acid strength: electron-withdrawing groups (e.g. Cl) increase it — explain via the carboxylate ion.
العربية
  • كلوريدات الأسيل شديدة التفاعل — احفظ نواتجها مع الماء (HCl) والكحولات (إسترات) والأمونيا (أميدات) والأمينات.
  • ترتيب التفاعل للمشتقات: كلوريد الأسيل > إستر > أميد.
  • قوة الحمض: المجموعات السابلة للإلكترونات (مثل Cl) تزيد منه — اشرح عبر أيون الكربوكسيلات.

Interactive lessons on this topic · ⁨دروس تفاعلية حول هذا الموضوع⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.⁩

Past Papers · ⁨أوراق الامتحانات السابقة⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP