ترکیبهای اسیدهای کربوکسیلی به فرمول R--COOR ، استر نامیده می‌شود که در آن گروه -R یک گروه آلکیل یا آریل می‌باشد و یک گروه عمده از ترکیبات آلی را تشکیل می‌دهند. استرهای حلقه‌ای نیز که لاکتون نامیده می‌شوند، جزو گروه استرها می‌باشند.

استرها غالبا فرار و معطرند و برخي از آنها در ميوه‌هاي رسيده يافت مي‌شوند. مثلا استات ايزوپنتيل ، بوي موز است، والرات ايزوپنتيل بوي سيب بوده و پروپيونات ايزوبوتيل ، بوي نيشكر است.

موارد استفاده از استر

خيلي از استرها مانند استات اتيل و استات بوتيل ، بعنوان واكنش‌گر و يا حلال و نرم كننده رزينها در آزمايشگاهها و صنعت مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

استرهاي طبيعي

مومها

چربيها و روغن‌ها و موم‌هايي كه در طبيعت يافت مي‌شوند، حاوي استرهايي با جرم مولكولي بالا مي‌باشند كه به ليپيد موسومند. موم‌ها مخلوط پيچيده‌اي از استرها ، الكلها و آلكانهاي با زنجير طويل مي‌باشند، ولي جزء اصلي تشكيل دهنده آنها ، استرهايي مي‌باشند كه از واكنش اسيدهاي چرب و الكلهاي با زنجير طويل بوجود مي‌آيند.

از جداسازي و مطالعه مواد تشكيل دهنده موم زنبور عسل معلوم شده است كه ميريسيل پالميتات ، بيشترين مقدار آن را تشكيل مي‌دهد كه يك استر است.

چربيهاي جامد و روغنهاي مايع

چربيهاي جامد و روغنهاي مايع ، استرهايي هستند كه از واكنش اسيد چرب سنگين و گلسيرين بوجود مي‌آيند و گليسيريد ناميده مي‌شوند. تعداد كربن اسيدها بين هشت تا بيست و دو مي‌باشد. مطالعات نشان داده است كه اسيدهاي موجود در استرها ممكن است از يك نوع نباشند و بطور اتفاقي روي گليسيرين قرار گرفته باشند. بعنوان مثال ، يك مولكول گلسيرين ممكن است به سه گروه استئارات يا يك مولكول پالمتيات و دو مولكول استئارات و … متصل شده باشد.

مهم‌ترين اسيدهاي چرب اشباع شده‌اي كه از هيدروليز چربيها و روغنها بدست آمده‌اند، عبارتند از: اسيد لوريك (Lauric acid) ، اسيد پالمتيك (Palmitic acid) ، اسيد استئاريك (Stearic acid). روغنهاي مايع به مقدار زياد ، گليسيريدهاي اسيدهاي چرب اشباع نشده هستند. مهمترين اسيدهاي اشباع نشده ، C_18 مي‌باشند.

روغنهاي مايع به علت داشتن پيوندهاي ? آسيب پذيرند و لذا با هيدروژن‌دار كردن كاتاليزوري ، پيوندهاي دوگانه را از بين مي‌برند تا نگهداري آنها آسانتر گردد. خيلي از روغنهاي جامدي كه در آشپزي مورد استفاده قرار مي‌گيرند، از هيدروژن‌دار كردن روغن دانه‌ها و غلات تهيه مي‌شوند. هيدروژن‌دار كردن چربيها ، با اينكه امكان نگهداري اين مواد را فراهم مي‌سازد، ولي هضم آنها را در متابوليسم با اشكالي مواجه مي‌سازد.

در سالهاي اخير ، معلوم شده است كه اين چربيها موجب مسدود شدن رگهاي خوني و امراض قلبي مي‌گردند.

روش تهيه استرها و لاكتونها

اولين و قديمي‌ترين روش سنتز استرها ، واكنش اسيدهاي آلي با الكلها در حضور اسيد معدني(معمولا اسيد سولفوريك) مي‌باشد. با اين روش ، مي‌توان خيلي از استرها را بطور مستقيم سنتز نمود كه اين روش ، روش فيشر (Fisher) ناميده مي‌شود. در مواقعي كه اسيد يا الكل بكار رفته ، ارزان قيمت باشد، مي‌توان مقدار يكي از واكنشگرها را چند برابر دومي انتخاب كرد و تعادل را به نفع تشكيل محصول بيشتر جابجا كرد و استر بيشتري بدست آورد.

گاهي اوقات براي حصول نتيجه بهتر ، مي‌توان يكي از محصولات را از محيط خارج كرد و در نتيجه ، واكنش را به سمت تشكيل محصول بيشتر سوق داد.

صابوني شدن

استرها در محلولهاي قليايي آبكي تحت حمله قرار مي‌گيرند و نمك اسيد آلي را توليد مي‌نمايند. اين واكنش به صابوني شدن موسوم مي‌باشد. براي تائيد صحت مكانيسم واكنش از استرهاي حاوي اكسيژن با جرم اتمي 18 كه يك اتم ايزوتوپ است، استفاده مي‌شود و مشاهده مي‌گردد كه اتم اكسيژن سنگين همراه الكل آزاد مي‌شود و نشان مي‌دهد كه حمله هسته خواهي به گروه كربونيل استر انجام شده است.

تهيه الكل از استر

استرها با تركيبات آلي فلزي واكنش مي‌دهند. از اين روش براي تهيه الكلهاي مربوطه استفاده مي‌شود. از واكنش استرهاي فرميات با تركيبات آلي فلزي الكل نوع دوم توليد مي‌شود.

اسيدهاي كربوكسيليك ، تركيباتي هستند كه داراي عامل -–COOH مي‌باشند. ممكن است به هيدروژن ، آلكيل ، آريل ، گروههاي اشباع شده ، اشباع نشده استخلاف‌دار يا بدون استخلاف وصل شده باشد.

نام‌گذاري اسيدهاي كربوكسيليك

اسيدهاي كربوكسيلي زنجيري از ديرباز شناخته شده‌اند و لذا نام معمولي دارند. نام آنها از ماده يا منبعي كه بدست آمده‌اند، گرفته شده است. در نامگذاري معمولي جهت مشخص كردن محل استخلافها از ? و ? و ? و ... نيز استفاده شده است. در اين روش ، اولين كربن متصل به عامل اسيدي ? و دومي ? و... مي‌باشد.

CH3COOH: استيك اسيد

HCOOH: فرميك اسيد

PhCOOH: بنزوئيك اسيد

نام‌گذاري رسمي

در نامگذاري رسمي ، ابتدا طولاني‌ترين زنجيري را كه عامل اسيدي روي آن قرار گرفته ، مشخص نموده و شمارش از طرف عامل اسيدي انجام مي‌گيرد. پس از مشخص كردن استخلافهاي و محل آنها ، نام زنجير اصلي را قيد و سپس به آخر آن ، پسوند اوئيك (oic) اضافه مي‌گردد. اگر زنجير داراي پيوند دوگانه باشد، ذكر نوع ايزومر هندسي نيز لازم است.

خواص فيزيكي اسيدهاي كربوكسيليك

اسيدهاي كربوكسيليك ، مولكولهاي قطبي مي‌باشند و مي‌توانند مثل الكل‌ها و آمين‌ها ، پيوند هيدروژني ايجاد نمايند. نقطه جوش اسيدهاي كربوكسيليك حتي از الكلهاي هم‌كربن نيز بالاتر است. بعنوان مثال ، نقطه جوش بوتانل و اسيد بوتيريك به ترتيب 177,7 درجه سانتي‌گراد و 162درجه سانتي‌گراد مي‌باشد. بالا بودن نقطه جوش اسيد به پيوند هيدروژني قوي و تشكيل دي‌مر اسيد نسبت داده مي‌شود. بالا بودن نقطه ذوب همه اسيدها در نقايسه با الكل‌ها نيز بدين گونه توجيه مي‌شود.

اسيدهاي يك تا چهار كربنه در آب بخوبي محلوند. اسيد پنج كربنه (اسيد والريك) نيز تا حدودي در آب حل مي‌شود، ولي اسيدهاي سنگينتر كم‌محلولند. بدون شك ، محلول بودن اسيدهاي كربوكسيليك كوچك در آب ، بعلت تشكيل پيوند هيدروژني بين گروه كربوكسيلي و مولكوهاي آبكي باشد.

با وجود اين ، اسيدهاي كربوكسيليك در حلالهاي غيرقطبي مثل اتر ، بنزن و در حلالهاي با قطبيت كمتر مانند الكل نيز حل مي‌شوند. در طيف سنجي مادون قرمز گروه كربونيل اسيدهاي كربوكسيليك در 1700-1725cm-1 جذب مي‌دهند و جذب مربوط به پيوند هيدروژني در 2500-3500cm-1 ظاهر مي‌گردد.

خاصيت اسيدي اسيدهاي كربوكسيليك

اگرچه اسيدهاي كربوكسيليك در مقايسه با اسيدهاي معدني مثل اسيد سولفوريك و اسيد كلريدريك و اسيد نيتريك بسيار ضعيف مي‌باشند، ولي در هر صورت ، در مقايسه با الكل‌ها ، آب ، آمونياك و استيلن‌ها از اسيديته قوي‌تري برخوردارند.

اسيديته اسيدهاي آلي به ساختمان اسيد و طبيعت عوامل و گروههاي موجود در روي آلكيل يا آريل بستگي دارد. مثلا تري‌كلرو استيك اسيد حدود 103*15 بار قوي‌تر از استيك اسيد مي‌باشد. اين اسيديته زياد و قابل ملاحظه به خاصيت الكترون‌گيري هالوژن ، مربوط مي‌باشد. بطور كلي ، گروههاي گيرنده الكترون ، قدرت اسيدي را افزايش مي‌دهند و برعكس گروههاي دهنده ، موجب تضعيف اسيديته مي‌گردند.

روشهاي صنعتي تهيه اسيدهاي كربوكسيليك

در بين اسيدهاي كربوكسيليك ، از اسيد استيك زياد استفاده مي‌شود و اين ماده به روش صنعتي و از اكسيد شدن آلدئيد استيك يا هيدروكربنها و يا از واكنش متانل با منوكسيد كربن در حضور كاتاليزور (روديم- يد) بدست مي‌آيد. بخش عمده اسيد استيك كه بعنوان سركه (محلول رقيق اسيد استيك در آب) مصرف مي‌شود، از اكسيد شدن اتانول بوسيله آنزيم‌ها در شرايط هوازي (در حضور اكسيژن) تهيه مي‌شود.

يكي از منابع مهم تهيه اسيدهاي كربوكسيليك ، منابع گياهي و حيواني مي‌باشد. از استرهاي بدست آمده از منابع ذكر شده ، اسيدهاي 6 تا 18 كربني و با درجه خلوص بالا بدست مي‌آيد. براي تهيه اسيدهاي آروماتيك مانند اسيد بنزوئيك و يا اسيد فتاليك در مقياس صنعتي ، از روش اكسيد شدن استفاده مي‌شود.

در اين روش ، تولوئن و گزيلن توليد شده از واكنشهاي Reforming بوسيله اكسيد كننده‌هاي مناسب اكسيد مي‌شود. اكسيد كردن آلكيل بنزن ، مشكل‌تر از اكسيد كردن اولفين‌ها مي‌باشد و لذا فرايند اكسيد كردن با استفاده از حرارت انجام داده مي‌شود. آلكيل بنزن‌ها از طريق هالوژن دار شدن و هيدروليز هم به اسيد مربوط تبديل مي‌شوند