Skip to content · ⁨ข้ามไปยังเนื้อหา⁩

Carboxylic acids and derivatives · ⁨กรดคาร์บอกซิลิกและสารอนุพันธ์⁩

A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩ · Topic 33 · ⁨หัวข้อ 33⁩

Video lesson for this topic · ⁨บทเรียนวิดีโอสำหรับหัวข้อนี้⁩ Open the video page · ⁨เปิดหน้าวิดีโอ⁩
8:08

กรดคาร์บอกซิลิกและอนุพันธ์ (A2)

เปิดตู้ยาและหยิบซองแอสไพรินขึ้นมารุ่น那药片是酯类。在AS阶段你见过一个小基团:羧基。在A2阶段它变成了三个新的...

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ⁩

33.1

Carboxylic acids · ⁨กรดคาร์บอกซิลิก⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
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
ไทย
  1. จำปฏิกิริยาที่ใช้ผลิตกรดเบนโซอริก: (ก) ปฏิกิริยาระหว่างอัลคิลเบนซีนกับ $\text{KMnO}_4$ร้อนกร่อน แล้วตามด้วยกรดเจือจาง ตัวอย่างเช่น เมทิลเบนซีน
  2. อธิบายปฏิกิริยาของกรดคาร์บอกซิลิกกับ $\text{PCl}_3$และความร้อน, $\text{PCl}_5$ หรือ $\text{SOCl}_2$ เพื่อสร้าง อะไซลคลอไรด์
  3. รับรู้ว่ากรดคาร์บอกซิลิกบางชนิดสามารถถูกออกซิเดชันต่อได้: (ก) การออกซิเดชันของเมทานอยิกแอซิด, $\text{HCOOH}$, ด้วยสารละลายเฟลลิงหรือสารละลายโทเลนส์หรือ $\text{KMnO}_4$ ที่ระเหยด้วยกรด หรือ $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ ที่ระเหยด้วยกรด เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ (ข) การออกซิเดชันของเอทานไดโออิกแอซิด, $\text{HOOCCOOH}$, กับ $\text{KMnO}_4$ ที่ระเหยด้วยกรดอุ่น เป็นคาร์บอนไดออกไซด์
  4. อธิบายและอธิบายความแตกต่างของ ความเป็นกรด ในกรดคาร์บอกซิลิก โฟีนอล และแอลกอฮอล์
  5. อธิบายและอธิบายความแตกต่างของความเป็นกรดในกรดคาร์บอกซิลิกที่มีคลอรีนแทนที่

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

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.

ไทย
เลมอนทั้งผลและหั่นครึ่ง
ผลไม้มีรสเปรี้ยวเพราะมีกรดซิตริก ซึ่งเป็นกรดคาร์บอกซิลิก

การสังเคราะห์และการเกิดปฏิกิริยา

  • อัลคิลเบนซีน (เช่น เมทิลเบนซีน) ถูกออกซิไดซ์ด้วย $\text{KMnO}_4$ร้อนและด่าง ตามด้วยกรดเจือจาง เพื่อให้เกิด กรดเบนโซอิก กระบวนการนี้ทำให้กลุ่มด้านข้างทั้งหมดเปลี่ยนเป็นกลุ่ม $\text{–COOH}$
  • กรดคาร์บอกซิลิกทำปฏิกิริยากับ $\text{PCl}_3$ และความร้อน, $\text{PCl}_5$ หรือ $\text{SOCl}_2$ เพื่อสร้าง อะไซลคลอไรด์
KMnO4 ร้อนออกซิไดซ์กลุ่มด้านข้างเมทิลบนวงแหวนให้เป็นกลุ่ม COOH เกิดกรดเบนโซอิก
KMnO4 ร้อนออกซิไดซ์สายข้างเมทิลให้เป็นหมู่ COOH

กรดที่ออกซิไดซ์ต่อได้

กรดคาร์บอกซิลิกสองชนิดมีลักษณะพิเศษคือยังคงสามารถออกซิไดซ์ต่อได้:

  • กรดเมทานอยิก ($\text{HCOOH}$) ถูกออกซิไดซ์โดยรีเจนต์ของเฟลลิงหรือโทเลนส์ หรือ $\text{KMnO}_4$ / $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ ที่กรีดตัว ให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ
  • กรดเอทานไดโออิก ($\text{HOOCCOOH}$) ถูกออกซิไดซ์ด้วย $\text{KMnO}_4$ ที่มีความเป็นกรดและอุ่น เพื่อเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์

ความเป็นกรดสัมพัทธ์

ลำดับความเป็นกรดคือ:

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

กรดคาร์บอกซิลิกเป็นกรดที่แรงที่สุดเพราะเมื่อมันสูญเสีย $\text{H}^+$ ประจุลบจะถูกกระจายอยู่เหนืออะตอมออกซิเจน สอง อะตอม ทำให้ไอออนมีความเสถียรมาก ในขณะที่ใน ฟีนอล ประจุจะกระจายเข้าไปในวงแหวนเท่านั้น และใน แอลกอฮอล์ (ซึ่งให้ $\text{RO}^-$) ประจุจะไม่ถูกกระจายเลย

สเกลสามชั้นจากแอลกอฮอล์ด้านล่าง ไปยังฟีนอล และกรดคาร์บอกซิลิกด้านบน แสดงถึงการกระจายประจุลบของแอนไอออนแต่ละชนิด
ความเป็นกรดเพิ่มขึ้นจากแอลกอฮอล์ไปยังฟีนอล再到กรดคาร์บอกซิลิก: ยิ่งประจุลบบนเบสคู่ควบกระจายตัวได้กว้างเท่าไร ไอออนยิ่งเสถียรและกรดยิ่งแรง

อะตอมของคลอรีนทำให้กรดคาร์บอกซิลิกมี ความเป็นกรดมากขึ้น คลอรีนเป็น สารดึงอิเล็กตรอน: ผ่าน ผลอินดักทีฟ มันดึงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนออกไป ช่วยกระจายประจุลบและทำให้ไอออนเสถียร ดังนั้นยิ่งมีอะตอมคลอรีนมาก (และอยู่ใกล้กับ $\text{–COOH}$) ก็ยิ่งทำให้กรดแรงขึ้น

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Carboxylic acid A2 map · ⁨แผนภาพกรดคาร์บอกซิลิก A2⁩

Follow carboxylic acids through acyl derivatives and salts. · ⁨ติดตามกรดคาร์บอกซิลิกผ่านอนุพันธ์อะไซลและเกลือ⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ กรดคาร์บอกซิลิก
acidity/æˈsɪdɪti/ ความเป็นกรด
phenol/ˈfenɒl/ phenol
alcohol/ˈælkəhɒl/ แอลกอฮอล์
electron-withdrawing/ɪˈlektrɒn wɪθˈdrɔːɪŋ/ ดึง电子
inductive effect/ɪnˈdʌktɪv ɪˈfekt/ อิทธิพลอินดักทีฟ
ester/ˈestə/ ester
ammonia/æˈməʊnɪə/ แอมโมเนีย
amide/əˈmaɪd/ แอมाइด์
amine/ˈæmaɪn/ เอมีน
addition–elimination/əˈdɪʃn ɪˌlɪmɪˈneɪʃn/ การเติม-กำจัด
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ hydrolysis
33.2

Esters · ⁨เอสเทอร์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
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
ไทย
  1. จำปฏิกิริยาที่ใช้ผลิตเอสเทอร์: (ก) ปฏิกิริยาระหว่างแอลกอฮอล์กับ อะไซลคลอไรด์ โดยใช้การเกิดเอทิลเอทานอยาเตและฟีนิลเบนโซเอตเป็นตัวอย่าง

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

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).

ไทย

แอลกอฮอล์ (หรือฟีนอล) ทำปฏิกิริยากับอะไซลคลอไรด์ที่อุณหภูมิห้องเพื่อเกิด เอสเทอร์ และ $\text{HCl}$ ตัวอย่างเช่น เอทิลเอทานอยเอต (มาจากเอทานอล) และฟีนิลเบนโซเอต (มาจากฟีนอล)

ขวดยาแอสไพริน
แอสไพรินเป็นเอสเทอร์ ซึ่งผลิตจากกรดซาลิไซลิก
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Ester A2 reaction map · ⁨แผนภาพปฏิกิริยาเอสเตอร์ A2⁩

Compare ester formation, hydrolysis and transesterification routes. · ⁨เปรียบเทียบวิธีสร้างเอสเตอร์ การไฮโดรไลซิส และการแลกเปลี่ยนหมู่เอสเตอร์ (transesterification)⁩

33.3

Acyl chlorides · ⁨อะไซลคลอไรด์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
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)
ไทย
  1. จำปฏิกิริยา (สารตั้งต้นและสภาวะ) ที่ใช้ผลิต อะไซลคลอไรด์: (ก) ปฏิกิริยาระหว่างกรดคาร์บอกซิลิกกับ $\text{PCl}_3$และความร้อน, $\text{PCl}_5$ หรือ $\text{SOCl}_2$
  2. อธิบายปฏิกิริยาต่อไปนี้ของอะไซลคลอไรด์: (ก) ไฮโดรไลซิสโดยการเติมน้ำที่อุณหภูมิห้องเพื่อให้เกิดกรดคาร์บอกซิลิกและ $\text{HCl}$ (ข) ปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ที่อุณหภูมิห้องเพื่อผลิตเอสเทอร์และ $\text{HCl}$ (ค) ปฏิกิริยากับโฟีนอลที่อุณหภูมิห้องเพื่อผลิตเอสเทอร์และ $\text{HCl}$ (ง) ปฏิกิริยากับแอมโมเนียที่อุณหภูมิห้องเพื่อผลิตแอมไมด์และ $\text{HCl}$ (จ) ปฏิกิริยากับอะมิ้น первinary หรือ secondary ที่อุณหภูมิห้องเพื่อผลิตแอมไมด์และ $\text{HCl}$
  3. อธิบาย กลไกการเพิ่ม–กำจัด ของอะไซลคลอไรด์ในปฏิกิริยาใน 33.3.2(ก)–(จ)
  4. อธิบายความสะดวกในการไฮโดรไลซ์ของอะไซลคลอไรด์ อัลคิลคลอไรด์ และฮาโลเจนอารีน (อะริลคลอไรด์)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

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.

ไทย

อะไซลคลอไรด์ผลิตได้จากกรดคาร์บอกซิลิก (โดยใช้ $\text{PCl}_3$, $\text{PCl}_5$ หรือ $\text{SOCl}_2$) มีความไวต่อปฏิกิริยาสูง ที่อุณหภูมิห้องจะทำปฏิกิริยากับ:

สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ (บวกกับ $\text{HCl}$)
น้ำ กรดคาร์บอกซิลิก
แอลกอฮอล์ เอสเตอร์
โฟล เอสเตอร์
แอมโมเนีย อะไมด์
เอมइनปฐมภูมิหรือทุติยภูมิ แอมाइด์
อะไซลคลอไรด์อยู่ที่ตรงกลางพร้อมลูกศรชี้ไปยังผลิตภัณฑ์ที่เกิดกับน้ำ แอลกอฮอล์ ฟีนอล แอมโมเนีย และเอมइन
อะไซลคลอไรด์มีความไวต่อปฏิกิริยาสูง: กับน้ำ แอลกอฮอล์ ฟีนอล แอมโมเนีย หรือเอมइन จะให้ผลิตภัณฑ์ที่ระบุไว้บวก HCl

กลไกการเติม-ตัดออก

ปฏิกิริยาเหล่านี้ทั้งหมดเป็นไปตามกลไก การเติม-ตัดออก: นิวคลีโอไฟล์เข้า เติม ลงบนคาร์บอนิลคาร์บอนที่มีประจุบวกเล็กน้อย แล้ว $\text{HCl}$ จึงถูก ตัดออก

กลไกอะไซลคลอไรด์: นิวคลีโอไฟล์บวกเข้ากับคาร์บอนของคาร์บonyl เพื่อให้เกิดตัวกลางแบบสี่หน้าสามเหลี่ยม ซึ่งจากนั้นจะสูญเสียคลอไรด์ในรูป HCl
การเติม-ตัดออก: นิวคลีโอไฟล์เติมลงบน $\delta+$ คาร์บอนิลคาร์บอน จากนั้น C=O กลับมาใหม่ และ Cl$^-$ ออกไปเป็น HCl

ความง่ายในการไฮโดรไลซิส

เปรียบเทียบความง่ายในการเกิดปฏิกิริยากับน้ำ (ไฮโดรไลซิส) ของคลอไรด์สามชนิด:

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

อะไซลคลอไรด์ทำปฏิกิริยากับน้ำเย็นอย่างรุนแรง; อัลคิลคลอไรด์ทำปฏิกิริยาช้า; อะริลคลอไรด์ (ฮาโลโรอารีน) ไม่ทำปฏิกิริยา เนื่องจากพันธะ C–Cl ของมันถูกเสริมความแข็งแรงโดยวงแหวน

ตัวอย่างฝึกหัด. เอทานอยล์คลอไรด์ทำปฏิกิริยากับน้ำเย็นอย่างรุนแรง ในขณะที่เอทิลเอทานอยเอตต้องการการ回流นานๆ กับกรดหรือเบส อธิบายความแตกต่าง ทั้งสองถูกโจมตีที่ คาร์บอนิลคาร์บอน ดังนั้นให้เปรียบเทียบว่าคาร์บอนนั้นเปิดรับต่อการโจมตีได้ง่ายแค่ไหน และกลุ่มที่ออกได้ดีแค่ไหน ในเอทานอยล์คลอไรด์ คลอรีนมี ประสิทธิภาพทางอิเล็กโทรเนกาติวิตี สูงและดึงอิเล็กตรอน ทำให้คาร์บอนิลคาร์บอนมี $\delta+$ มากขึ้นและเปิดรับนิวคลีโอไฟล์ได้ง่ายกว่า; และ $\text{Cl}^{-}$ ซึ่งเป็นแอนไอออนของกรดแรง เป็น กลุ่มที่ออกที่ดี ในเอสเทอร์ $\text{–OR}$ อะตอมออกซิเจน ให้ คู่电子โดดเข้าสู่คาร์บอนิล ลด $\delta+$ นั้นลง และ $\text{RO}^{-}$ เป็น กลุ่มที่ออกไม่ดี ดังนั้นอะไซลคลอไรด์จึงไฮโดรไลซ์ได้ง่ายกว่ามาก อธิบายโดยพิจารณาทั้ง $\delta+$ บนคาร์บอน และ กลุ่มที่ออก: การอธิบายเพียงด้านเดียวมักจะได้คะแนนแค่ครึ่งหนึ่งเท่านั้น

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Acyl chloride reaction map · ⁨แผนภาพปฏิกิริยาแอไซลคลอไรด์⁩

Follow why acyl chlorides are reactive acylating agents. · ⁨ติดตามเหตุผลที่แอไซลคลอไรด์เป็นสารทำอะไซลที่มีปฏิกิริยาสูง⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
alkylbenzene/ˈælkɪlbenziːn/ อัลคิลเบนซีน
benzoic acid/benˈzəʊɪk ˈæsɪd/ benzoic acid
acyl chloride/əˈkɪl ˈklɔːraɪd/ อะไซลคลอไรด์
33.3

Exam tips · ⁨ข้อแนะนำสำหรับการสอบ⁩

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.
ไทย
  • อะไซลคลอไรด์ มีความไวต่อปฏิกิริยาสูง — จำผลิตภัณฑ์ที่ได้กับน้ำ (HCl), แอลกอฮอล์ (เอสเทอร์), แอมโมเนีย (แอมाइด์) และเอมائن
  • ลำดับความไวต่อปฏิกิริยาของอนุพันธ์: อะไซลคลอไรด์ > เอสเทอร์ > แอมाइด์
  • ความแรงของกรด: กลุ่มดึงอิเล็กตรอน (เช่น Cl) เพิ่ม ความแรง — อธิบายผ่านไอออนคาร์บอกซิเลต

Interactive lessons on this topic · ⁨บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที⁩

Past Papers · ⁨ข้อสอบย้อนหลัง⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩ · ⁨หัวข้อเพิ่มเติมใน A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี⁩

IGCSE, A-Level & AP