Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Carboxylic acids and derivatives · ⁨חומצות קרבוקסיליות וגזרותיהן⁩

A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · Topic 33 · ⁨נושא 33⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
8:08

חומצות קרבוקסיליות וגזרות (A2)

פתח ארון תרופות והרים חבילת אספירין. הטבלית הזו היא סטר. ברמת AS פגשת בקבוצה קטנה אחת: הקבוצה הקרבוקסילית. ברמת A2 היא הופכת לשלושה חדשים…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

33.1

Carboxylic acids · ⁨חומצות קרבוקסיליות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית
  1. זכור את התגובה שבה ניתן לייצר חומצה בנזואית: (א) תגובה של אלקילבנזן עם $\text{KMnO}_4$ עורפי וחם ולאחר מכן חומצה דלולה, כפי שמוצג על ידי מתילבנזן
  2. תאר את תגובת חומצות קרבוקסיליות עם $\text{PCl}_3$ וחום, $\text{PCl}_5$ או $\text{SOCl}_2$ ליצירת כלורידיים אציליים
  3. זיהוי שחומצים קרבוקסיליים מסוימים ניתן לבצע חמצון נוסף: (א) חמצון של חומצה מתאנוית, $\text{HCOOH}$, עם תמיסת פהלינג או תמיסת טולנס או $\text{KMnO}_4$ מחומצת או $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ מחומצת לפי דו-חמצן פחמן ומים (ב) חמצון של חומצה אתאנדיאנית, $\text{HOOCCOOH}$, עם $\text{KMnO}_4$ מחומצת חמה לפי דו-חמצן פחמן
  4. תיאור והסבר החומציות היחסית של חומצות קרבוקסיליות, פנולים ואלכוהולים
  5. תיאור והסבר החומציות היחסית של חומצות קרבוקסיליות המוחלפות בכלור

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

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.

עברית
תפוזים שלמים וחצויים
פירות הדר טועמים חמוצים כי הם מכילים חומצה ציטרית, חומצה קרבוקסילית

הכנה ותגובות

  • אלקיל-בנזן (כמו מתייל-בנזן) חומץ על ידי $\text{KMnO}_4$ בסיסי חם, ולאחר מכן חומצה דלילה, כדי לתת חומצה בנזואית. כל השרשרת הצדדית הופכת לקבוצת $\text{–COOH}$.
  • חומצה קרבוקסילית מגיבה עם $\text{PCl}_3$ וחום, $\text{PCl}_5$, או $\text{SOCl}_2$ ליצירת כלוריד אציל.
KMnO4 חם מחמצת צד-מתיל בטבעת לקבוצת COOH, ויוצר חומצה בנזואית
KMnO4 חם מחמצת קטע צד metyl לקבוצת COOH

חומצות שניתן לחמצן יותר

שתי חומצות קרבוקסיליות הן מיוחדות משום שהן עדיין ניתנות לחמצון:

  • חומצה מתאנואית ($\text{HCOOH}$) מחומצתת על ידי תמיסת פהלינג או טולנס, או $\text{KMnO}_4$ / $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ מחומצנת, לדיאוקסיד פחמן ומים.
  • חומצה אתאנדיואית ($\text{HOOCCOOH}$) מחומצתת על ידי $\text{KMnO}_4$ מחומצנת חמה לדיאוקסיד פחמן.

חומציות יחסית

סדר ה-חומציות הוא:

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

חומצה קרבוקסילית היא החזקה ביותר משום שכשהיא מאבדת $\text{H}^+$, המטען השלילי מתפזר על שתי אטומי חמצן, מה שהופך את היון ליציב מאוד. בפנול המטען מתפזר רק לתוך הטבעת, ובאלכוהול (הנותן $\text{RO}^-$) הוא לא מתפזר כלל.

מדד תלת-שכבתי מהאלכוהול בתחתית ועד לפנול ולחומצה קרבוקסילית בראש, המראה כיצד כל אחד מהם מפזר את המטען השלילי באניון שלו
החומציות עולה מאלכוהול לפנול לחומצה קרבוקסילית: ככל שמטען שלילי רב יותר על הבסיס הזוגי מתפזר, כך היון יציב יותר והחומצה חזקה יותר

אטומי כלור הופכים את החומצה הקרבוקסילית ל-חזקה יותר. כלור הוא מושך אלקטרונים: דרך אפקט אינדוקטיבי הוא מושך צפיפות אלקטרונים הרחק, ועוזר להפיץ את המטען השלילי ולהיצב את היון. לכן יותר אטומי כלור (קרוב יותר ל-$\text{–COOH}$) נותנים חומצה חזקה יותר.

Explore · ⁨חקור⁩

Carboxylic acid A2 map · ⁨מפת חומצות קרבוקסיליות A2⁩

Follow carboxylic acids through acyl derivatives and salts. · ⁨עבורו דרך חומצות קרבוקסיליות דרך נגזרות אציל ומלחים.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ חומצה קרבוקסילית
acidity/æˈsɪdɪti/ חומציות
phenol/ˈfenɒl/ פנול
alcohol/ˈælkəhɒl/ אלכוהול
electron-withdrawing/ɪˈlektrɒn wɪθˈdrɔːɪŋ/ מושך אלקטרונים
inductive effect/ɪnˈdʌktɪv ɪˈfekt/ אפקט אינדוקטיבי
ester/ˈestə/ אסטר
ammonia/æˈməʊnɪə/ אמוניה
amide/əˈmaɪd/ אמיד
amine/ˈæmaɪn/ אמין
addition–elimination/əˈdɪʃn ɪˌlɪmɪˈneɪʃn/ חיבור–הוצאה
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ הידרוליזה
33.2

Esters · ⁨אסטרים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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
עברית
  1. זיכרון התגובה שבה מופקים אסטרים: (א) תגובה של אלכוהולים עם כלורידים אציליים באמצעות יצירת אתיל אתאנואט ופניל בנזואט כדוגמאות

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

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).

עברית

אלכוהול (או פנול) מגיב עם כלוריד אציל בטמפרטורת החדר כדי ליצור אסטר ו$\text{HCl}$. לדוגמה: אתיל אתאנואת (מאלכוהול אתיל) ופניל בנזואט (מפנול).

בקבוק טבליות אספירין
אספירין הוא אסטר, המיוצר מחומצה סליצילית
Explore · ⁨חקור⁩

Ester A2 reaction map · ⁨מפת תגובות אסטרים A2⁩

Compare ester formation, hydrolysis and transesterification routes. · ⁨השוו בין דרכי יצירת אסטר, הידרוליזה וטרנס-אסטרification.⁩

33.3

Acyl chlorides · ⁨כלורידי אציל⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
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)
עברית
  1. זיכרון התגובות (התחומים והתנאים) שבהם מופקים כלורידים אציליים: (א) תגובה של חומצות קרבוקסיליות עם $\text{PCl}_3$ בחום, $\text{PCl}_5$ או $\text{SOCl}_2$
  2. תיאור התגובות הבאות של כלורידים אציליים: (א) הידרוליזה בעת הוספת מים בטמפרטורת החדר ליצירת החומצה הקרבוקסילית ו$\text{HCl}$ (ב) תגובה עם אלכוהול בטמפרטורת החדר ליצירת אסטר ו$\text{HCl}$ (ג) תגובה עם פנול בטמפרטורת החדר ליצירת אסטר ו$\text{HCl}$ (ד) תגובה עם אמونيا בטמפרטורת החדר ליצירת אמיד ו$\text{HCl}$ (ה) תגובה עם אמין ראשוני או משני בטמפרטורת החדר ליצירת אמיד ו$\text{HCl}$
  3. תיאור מנגנון ההוספה–הסרה של כלורידים אציליים בתגובות ב-33.3.2(א)–(ה)
  4. הסבר הקלות היחסית של הידרוליזה של כלורידים אציליים, כלורידים אלקיליים וכלורידים הלוגנואריליים (כלורידים אריילים)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

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.

עברית

כלורידים אציליים מופקים מחומצות קربוקסיליות (עם $\text{PCl}_3$, $\text{PCl}_5$ או $\text{SOCl}_2$). הם תגובתיים מאוד. בטמפרטורת החדר הם מגיבים עם:

תגובה תוצר (עוד $\text{HCl}$)
מים החומצה הקרבוקסילית
אלכוהול אסטר
פנול אסטר
אמוניה אמיד
אמיני ראשוני או משני אמיד
כלוריד אציל במרכז עם חצים למוצרי התגובה שלו עם מים, אלכוהול, פנול, אמוניה ואמין
אקלורידים של אציל הם מאוד רגישים: עם מים, אלכוהול, פנול, אמוניה או אמין, הם נותנים את המוצר המסומן פלוס HCl

מנגנון הוספה-הסרה

כל התגובות הללו עוקבות אחר מנגנון הוספה-הסרה: נוקליופיל תחילה מתווסף לקربون הקרבוניל החיובי מעט, ולאחר מכן $\text{HCl}$ מוסר.

מנגנון האקלוריד של אציל: נוקליופיל מתווסף לקربون הקרבוניל כדי ליצור ביניים טטרה-אדרי, שאז מאבד כלור כ-HCl
הוספה-הסרה: הנוקליופיל מתווסף ל-karbון הקרבוניל $\delta+$, לאחר מכן C=O מתחדש ו-Cl$^-$ יוצא כ-HCl

קלות הידרוליזה

השוו איך קלה תגובה של שלושה אקלורידים עם מים (הידרוליזה):

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

אקלוריד של אציל מגיב באופן אלים עם מים קרים; אקלוריד של אלקיל מגיב לאט; אקלוריד של אריל (הלוגן-אריל) אינו מגיב, מכיוון שקשר C–Cl מחוזק על ידי הטבעת.

דוגמה מופתרת. אצטיל כלור מגיב בצורה אגרסיבית עם מים קרים, בעוד שאצטט אתיל דורש רפיס ממושך עם חומצה או בסיס. הסבירו את ההבדל. שניהם נתקפים ב-קרबוניל קרבון, ולכן השווו איך פתוח קרבון זה לתקיפה ואיך טוב קבוצת המוצאת היא. באצטיל כלור הכלור הוא אלקטרוניגטיבי בחוזקה ומושך אלקטרונים, מה שהופך את קרבון הקרבוניל ל-$\delta+$ הרבה יותר ועל כן פתוח הרבה יותר לנוקלئוף; ו-$\text{Cl}^{-}$, האניון של חומצה חזקה, היא קבוצת מוצאת טובה. באסטער ה-$\text{–OR}$ חמצן תורם זוג אלקטרונים בלתי-קושר לקרבוניל, מה שמפחית את הטעון ה-$\delta+$ הזה, ו-$\text{RO}^{-}$ היא קבוצת מוצאת גרועה. לכן האציל כלור הידרוליז קל הרבה יותר. הסבירו מ-שני הכיוונים: ה-$\delta+$ על הקרבון וגם קבוצת המוצאת; אחת מהם בלבד היא בדרך כלל רק מחצית הנקודות.

Explore · ⁨חקור⁩

Acyl chloride reaction map · ⁨מפת תגובות נגזרות אציל כלוריד⁩

Follow why acyl chlorides are reactive acylating agents. · ⁨עקבו אחרי הסיבה שהנגזרות אציל כלוריד הן גורמי אצילציה תגבוקים.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
alkylbenzene/ˈælkɪlbenziːn/ אלקילבנזן
benzoic acid/benˈzəʊɪk ˈæsɪd/ חומצה בנזואית
acyl chloride/əˈkɪl ˈklɔːraɪd/ כלוריד אצילי
33.3

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

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.
עברית
  • אקלורידים של אציל הם מאוד רגישים — למד את המוצרים שלהם עם מים (HCl), אלכוהולים (אסטרים), אמוניה (אמידים) ואמינים.
  • סדר רגישות של גזרות: אקלוריד של אציל > אסטר > אמיד.
  • חוזק חומצה: קבוצות מושכות אלקטרונים (למשל Cl) מגדילות אותו — הסבר באמצעות יון הקרבוקסילט.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · ⁨נושאים נוספים בA-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP