Pembentukan dan Sifat-sifat Asam-asam Karboksilat

Asam Karboksilat

Asam Karboksilat adalah senyawa organik yang mengandung gugus fungsi karboksil. Mereka terjadi secara luas di alam dan juga diproduksi secara sintetis oleh manusia. Setelah deprotonasi, asam karboksilat menghasilkan anion karboksilat dengan formula umum R-COO - , yang dapat membentuk berbagai garam yang berguna seperti sabun. Rumus umum asam karboksilat adalah R-COOH , jika COOH merujuk pada gugus karboksil, dan R mengacu pada sisa molekul tempat kelompok ini melekat. Dalam gugus karboksil ini, ada karbon yang berbagi ikatan rangkap dengan atom oksigen dan ikatan tunggal dengan gugus hidroksil.

Struktur umum asam karboksilat diilustrasikan di bawah ini.

Struktur Umum Asam Karboksilat

Dari ilustrasi yang diberikan di atas, dapat diamati bahwa asam karboksilat mengandung gugus hidroksil yang terikat pada karbon karbonil. Karena keelektronegatifan atom oksigen, gugus fungsional ini dapat mengalami ionisasi dan melepaskan proton. Ion karboksilat, dihasilkan dari penghilangan proton dari gugus karboksil, distabilkan dengan adanya dua atom oksigen (yang melaluinya muatan negatif dapat bergerak).

Sifat Asam Karboksilat

Sebagian besar sifat asam karboksilat adalah hasil dari keberadaan gugus hidroksil . Beberapa sifat fisik dan kimia dari senyawa ini dibahas dalam blog ini.

1. Sifat Fisik Asam Karboksilat

Kelarutan

Kelarutan senyawa yang mengandung gugus fungsi karboksil dalam air tergantung pada ukuran senyawa. Semakin kecil senyawa (semakin pendek kelompok R), semakin tinggi kelarutannya.

Molekul asam karboksilat adalah polar karena adanya dua atom oksigen elektronegatif. Mereka juga berpartisipasi dalam ikatan hidrogen karena keberadaan gugus karbonil (C = O) dan gugus hidroksil. Ketika ditempatkan dalam pelarut nonpolar, senyawa ini membentuk dimer melalui ikatan hidrogen antara gugus hidroksil dari satu asam karboksilat dan gugus karbonil yang lain.

Asam karboksilat adalah polar. Karena keduanya merupakan akseptor ikatan hidrogen (karbonil –C = O) dan donor ikatan hidrogen (hidroksil –OH), mereka juga berpartisipasi dalam ikatan hidrogen. Bersama-sama, gugus hidroksil dan karbonil membentuk gugus fungsi karboksil. Asam karboksilat biasanya ada sebagai dimer dalam media nonpolar karena kecenderungannya untuk "mengasosiasikan diri". Asam karboksilat yang lebih kecil (1 sampai 5 karbon) larut dalam air, sedangkan asam karboksilat yang lebih tinggi memiliki kelarutan terbatas karena sifat hidrofobik yang meningkat dari rantai alkil. Asam rantai panjang ini cenderung larut dalam pelarut yang kurang polar seperti eter dan alkohol. Natrium hidroksida dan asam karboksilat berair, bahkan yang hidrofobik, bereaksi untuk menghasilkan garam natrium yang larut dalam air. Sebagai contoh asam enathic memiliki kelarutan yang rendah dalam air (0,2 g / L), tetapi garam natriumnya sangat larut dalam air.

Di hadapan air, asam karboksilat tidak dimerise. Sebaliknya, ikatan hidrogen terbentuk antara molekul air dan molekul asam individu. Asam karboksilat hingga empat atom karbon akan bercampur dengan air dalam proporsi berapapun. Ketika Anda mencampurkan keduanya, energi yang dilepaskan ketika bentuk ikatan hidrogen baru sama seperti yang diperlukan untuk memutus ikatan hidrogen dalam cairan murni. Kelarutan asam yang lebih besar berkurang sangat cepat dengan ukuran. Ini karena "ekor" molekul hidrokarbon yang lebih panjang berada di antara molekul air dan memutus ikatan hidrogen. Dalam hal ini, ikatan hidrogen yang rusak ini hanya digantikan oleh gaya dispersi van der Waals yang jauh lebih lemah. Energi dari melarutkan asam karboksilat dalam air menjadi lebih rumit karena beberapa molekul asam benar-benar bereaksi dengan air daripada hanya melarutkannya. 

Titik didih

Asam karboksilat cenderung memiliki titik didih lebih tinggi daripada air, karena luas permukaannya yang lebih besar dan kecenderungannya untuk membentuk dimer yang distabilkan melalui ikatan hidrogen. Agar terjadi perebusan, ikatan dimer harus diputus atau seluruh pengaturan dimer harus diuapkan, sehingga meningkatkan entalpi dari persyaratan penguapan secara signifikan.

Titik didih asam karboksilat dengan ukuran yang sama masih lebih tinggi.

Sebagai contoh:

propan-1-ol	CH 3 CH 2 CH 2 OH	97.2 ° C
asam etanoat	CH 3 COOH	118 ° C

Ini dipilih untuk perbandingan karena mereka memiliki massa molekul relatif identik dan jumlah elektron yang hampir sama (yang mempengaruhi gaya dispersi van der Waals).

Titik didih yang lebih tinggi dari asam karboksilat masih disebabkan oleh ikatan hidrogen, tetapi beroperasi dengan cara yang berbeda. Dalam asam karboksilat murni, ikatan hidrogen dapat terjadi antara dua molekul asam untuk menghasilkan dimer .

Ini segera menggandakan ukuran molekul dan dengan demikian meningkatkan gaya dispersi van der Waals antara salah satu dimer dan tetangganya - menghasilkan titik didih yang tinggi.

Dimer asam karboksilat

Keasaman

Asam karboksilat adalah asam Brownsted Lowry karena merupakan donor proton (H⁺). Mereka adalah jenis asam organik yang paling umum. Asam karboksilat adalah asam lemah, yang berarti bahwa asam tersebut hanya berdisosiasi sebagian menjadi kation H₃O⁺ dan RCOO- anion dalam larutan berair netral. Misalnya, pada suhu kamar, dalam larutan asam asetat 1 molar hanya 0,4% asam yang dipisahkan. Substituen yang menarik elektron, seperti gugus -CF3, menghasilkan asam yang lebih kuat (pKa asam format adalah 3,75 sedangkan asam trifluoroasetat, dengan substituen trifluorometil, memiliki pK 0,23). Substituen yang menyumbang elektron menghasilkan asam yang lebih lemah (pK a dari asam format adalah 3,75 sedangkan asam asetat, dengan substituen metil, memiliki pK sebesar 4,76)

Asam karboksilat	pKa
Asam asetat (CH 3 CO 2 H)	4.76
Asam benzoat (C 6 H 5 CO 2 H)	4.2
Aam format  (HCOOH)	3,75
Asam kloroasetat (CH 2 ClCO 2 H)	2.86
Asam dikloroasetat (CHCl 2 CO 2 H)	1.29
Asam oksalat (HO 2 CCO 2 H) (disosiasi pertama)	1.27
Asam oksalat  (HO 2 CCO 2 - ) (disosiasi kedua)	4.14
Asam trikloroasetat (CCl 3 CO 2 H)	0,65
Asam trifluoroasetat (CF 3 CO 2 H)	0,23

deprotonasi asam karboksilat menghasilkan anion karboksilat; ini adalah resonansi yang distabilkan, karena muatan negatif didelokalisasi pada dua atom oksigen, meningkatkan stabilitas anion. Setiap ikatan karbon-oksigen dalam anion karboksilat memiliki karakter ikatan rangkap parsial. Muatan positif parsial karbonil karbonil juga dilemahkan oleh - 1/2 muatan negatif pada 2 atom oksigen.

Bau

Asam karboksilat sering memiliki bau asam yang kuat. Ester asam karboksilat cenderung memiliki bau yang menyenangkan, dan banyak digunakan dalam parfum.

                                               

2. Sifat Kimia Asam Karboksilat

§  Karbon α milik asam karboksilat dapat dengan mudah dihalogenasi melalui reaksi Hell-Volhard-Zelinsky.

§  Senyawa ini dapat diubah menjadi amina menggunakan reaksi Schmidt.

§  Asam karboksilat dapat direduksi menjadi alkohol dengan memperlakukannya dengan hidrogen untuk menyebabkan reaksi hidrogenasi.

§  Setelah bereaksi dengan alkohol, senyawa ini menghasilkan ester.

• Reaksi dengan basa
  Asam karboksilat bereaksi dengan basa menghasilkan garam dan air.
  Contoh :

• Reduksi
  Reduksi asam karboksilat dengan katalis litium alumunium hidrida menghasilkan alkohol primer.
  Contoh :

• Reaksi dengan tionil diklorida
  Asam karboksilat bereaksi dengan tionil diklorida membentuk klorida asam, hidrogen klorida dan gas belerang dioksida.
  Contoh :
  

• Esterifikasi
  Dengan alkohol, asam karboksilat membentuk ester. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi kesetimbangan.
  Contoh :

• Reaksi dengan amonia
  Dengan amonia, asam karboksilat membentuk amida dan air.
  Contoh :
  

• Dekarboksilasi
  Pada suhu tinggi, asam karboksilat terdekarboksilasi membentuk alkana.
  Contoh :
  

• Halogenasi
  Asam karboksilat dapat bereaksi dengan halogen dengan katalis phosfor membentuk asam trihalida karboksilat dan hidrogen halida.
  Contoh :

Pembentukan Asam karboksilat

§  Oksidasi alkohol primer
Oksidasi alkohol primer dengan katalis kalium permanganat akan menghasilkan asam karboksilat.
Contoh :

§  Karbonasi pereaksi Grignard
Karbonasi pereaksi Grignard dalam eter, kemudian dihidrolisis akan menghasilkan asam karboksilat.
Contoh :

§  Oksidasi alkil benzena
Oksidasi alkil benzena dengan katalis kalium bikromat dan asam sulfat akan menghasilkan asam karboksilat.
Contoh :

§  Hidrolisis senyawa nitril
Hidrolisis senyawa nitril dalam suasana asam akan membentuk asam karboksilat.
Contoh :

Permasalahan

1.  Kelarutan senyawa yang mengandung gugus fungsi karboksil dalam air tergantung pada ukuran senyawa. Mengapa semakin kecil senyawa (semakin pendek kelompok R), semakin tinggi kelarutannya?

2.  Pada suhu tinggi, asam karboksilat terdekarboksilasi membentuk alkane Mengapa dibutuhkan suhu yang tinggi pada saat asam karboksilat terdekarboksilasi membentuk alkana?

3.  Asam karboksilat biasanya ada sebagai dimer dalam media nonpolar karena kecenderungannya untuk "mengasosiasikan diri". Ketika ditempatkan dalam pelarut nonpolar, senyawa ini membentuk dimer melalui ikatan hidrogen antara gugus hidroksil dari satu asam karboksilat dan gugus karbonil yang lain. 

Bagaimanakah pengaruh pelarut non polar sehingga membentuk dimer pada asam karboksilat?


Jawaban permasalahan Kelantan