Organisch zuur

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
ZUREN en BASEN
Hydroxonium-ion
Algemene begrippen
pH
Zuur-basereactie
Zuur-basetitratie
Zuurconstante
Buffer
Waterevenwicht
Hammett-zuurfunctie
Zuren

Sterk · Zwak · Lewiszuur · Anorganisch zuur · Organisch zuur · Superzuur · Oxozuur · Halogeenzuurstofzuur

Basen

Sterk · Zwak · Lewisbase · Anorganische base · Organische base · Superbase

Portaal  Portaalicoon  Scheikunde

Een organisch zuur is een organische verbinding die in staat is om onder bepaalde reactieomstandigheden een proton (H+) af te staan en over te dragen op een andere chemische component. Dit treedt hoofdzakelijk op in een bepaald oplosmiddel, zoals water of een ander protisch oplosmiddel. In water wordt het hydroxonium-ion gevormd in een evenwichtsreactie:

\mathrm {RXH\ +\ H_2O\ \rightleftharpoons\ RX^-\ +\ H_3O^+}

Vaak wordt het begrip organisch zuur met carbonzuur verwisseld. Dat is niet correct, omdat een carbonzuur een specifiek organisch zuur is. Tot de organische zuren behoren onder meer alcoholen, sulfonzuren en zelfs koolwaterstoffen. In feite moet ieder waterstof in een organische verbinding gezien worden als een potentieel afsplitsbaar proton. Het gemak waarmee dit gebeurt wordt weerspiegeld door de zuurconstante of pKa. Hoe hoger deze zuurconstante, des te moeilijker het proton wordt afgeplitst. Een carbonzuur heeft typisch een pKa van 5, terwijl dat voor een alcohol rond de 15 ligt. Waterstoffen van alkanen bezitten de hoogst mogelijke pKa: 50 tot 55. Daarnaast is ook het definiëren van het oplosmiddel waarin de protolyse plaatsgrijpt van essentieel belang. Als voorbeeld kan zoutzuur (HCl) genomen worden: dit is een sterk zuur, maar enkel in een protisch oplosmiddel (zoals water). Wanneer zoutzuur in benzeen wordt gebracht, zal het nauwelijk een proton afstaan. Zoutzuur gedraagt zich hier dus als een extreem zwak zuur.

Klassen[bewerken]

De organische zuren worden in verschillende klassen onderverdeeld, al naargelang overeenkomstige structurele kenmerken en zuursterkte.

Carbonzuren[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie carbonzuur voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Carbonzuren zijn in de regel de belangrijkste en meest voor de hand liggende organische zuren. Hun zuursterkte hangt af van de stabiliteit van het na deprotonering gevormde carboxylaat-anion. Hoe beter de negatieve lading wordt gestabiliseerd, des te zuurder het proton dat wordt afgesplitst en des te lager de pKa-waarde. Een voorbeeld is het verschil in zuursterkte tussen azijnzuur (pKa = 4,75) en trifluorazijnzuur (pKa = 0,23). Het inductief effect van de elektronenzuigende trifluormethylgroep en het polarisatie-effect zijn hier debet aan.

Carbonzuren met 1 tot 3 koolstofatomen (mierenzuur, azijnzuur en propionzuur) hebben een kenmerkende, indringende en prikkelende geur. Ze zijn bovendien corrosief en veroorzaken irritatie indien ze in contact komen met de huid of de ogen. Ze zijn ook goed oplosbaar in water. Carbonzuren met 4 tot 9 koolstofatomen hebben veelal een ranzige geur (bijvoorbeeld boterzuur). Carbonzuren met 10 of meer koolstofatomen zijn reukloos en eerder wasachtig (vetzuren). De kleinere carbonzuren zijn vloeibaar.

Alcoholen, fenolen en enolen[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie alcohol (stofklasse), fenol en enol voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

Niet-gefunctionaliseerde alcoholen (alkanolen) bezitten een lage zuursterkte. De pKa ervan schommelt rond de 15 (15,5 voor methanol). Aromatische alcoholen, zoals fenol en naftol, zijn intrinsiek sterkere zuren. Hier ligt de oorzaak in de stabilisatie van de negatieve lading in de aromatische ring. Fenol heeft een pKa van 9,9 en is daarmee zo'n 100.000 keer sterker dan methanol. Wanneer fenol daarenboven gesubstitueerd is met inductief zuigende groepen (zoals een nitrogroep), dan stijgt de zuursterkte nog meer. Zo bedraagt de pKa van picrinezuur 0,38. Het is daarmee 10.000 keer sterker dan azijnzuur.

Enolen zijn metastabiele speciës en tautomeriseren naar hun stabielere carbonylvariant (keto-enoltautomerie). De gedeprotoneerde varianten, de enolaten, zijn reactieve verbindingen die in talrijke reacties worden aangewend, zoals de Claisen-condensatie en de aldol-reactie.

Thiolen en selenolen[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie thiol en selenol voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

Thiolen bezitten een hogere aciditeit doordat de binding tussen zwavel en waterstof langer en zwakker is. Ter vergelijking: de pKa van ethaanthiol bedraagt 12, tegenover 16 voor ethanol.

Eenzelfde redenering kan worden verdergezet voor de selenolen, waarin de bindingslengte tussen seleen en waterstof nog langer is. Zo bedraagt de pKa van methaanselenol (CH3SeH) 5,2. Ter vergelijking: die van methaanthiol (CH3SH) bedraagt 8,3 en die van methanol (CH3OH) bedraagt 15,5. Methaanselenol is daarmee net iets minder zuur dan zuiver azijnzuur.

Zwavelzuuresters en sulfonzuren[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie sulfonzuur voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De esters van zwavelzuur en de sulfonzuren bezitten een vergelijkbare zuursterkte als zwavelzuur (pKa = -3,9). Een langere alkylgroep stabiliseert daarbij de ontstane negatieve lading. Een veelgebruikt sulfonzuur is p-tolueensulfonzuur, met een pKa van 0,7. Hierbij is de aanwezigheid van een benzeenring oorzaak van de grote zuursterkte. p-tolueensulfonzuur wordt daarom ook wel het zwavelzuur van de organische chemie genoemd.

Fosforzuuresters en fosfonzuren[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie fosfonzuur voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Net als de zwavelzure esters bestaan er ook esters van fosforzuur. Organische derivaten ervan worden fosfonzuren genoemd en hebben tal van gemeenschappelijke kenmerken met de sulfonzuren. Het zijn ook sterke zuren.

Zure C-H-bindingen[bewerken]

Ook gewone koolwaterstoffen kunnen zich gedragen als zuur. Hierbij is het voorkomen van heteroatomen of elektronenzuigende groepen met dubbele of drievoudige bindingen een belangrijke voorwaarde. Zo bedraagt de pKa van een waterstof van de methyleengroep tussen twee carbonylgroepen 11. Dit is zuurder dan water (pKa = 15,9). Een ander voorbeeld is ethyn, dat een pKa van 25 bezit. Etheen bezit een pKa van 35. Een extremer voorbeeld is nitromethaan: de pKa van het alfa-waterstof is gelijk aan 10. De oorzaak ligt in de stabilisatie van de negatieve lading in de nitrogroep. De pKa van nitrocyclopentadieen bedraagt 3,3: hier is het ontstaan van een cyclopentadienyl-anion met aromatisch karakter de oorzaak van de hoge zuursterkte.

Overzicht van enkele organische zuren[bewerken]

Onderstaande tabel geeft een overzicht van een aantal veelvoorkomende organische zuren:

Organisch zuur Brutoformule Stofklasse Zure groep pKa-waarde bij 25°C
azijnzuur CH3COOH carbonzuur COOH-groep 4,75
trifluorazijnzuur CF3COOH gehalogeneerd carbonzuur COOH-groep 0,23
benzoëzuur C6H5COOH aromatisch carbonzuur COOH-groep 4,2
ethanol C2H5OH alkanol OH-groep 16
fenol C6H5OH aromatisch alcohol OH-groep 9,9
picrinezuur C6H2OH(NO2)3 gesubstitueerd aromatisch alcohol OH-groep 0,38
ascorbinezuur C6H8O6 enol OH-groep 4,2
ethaanthiol C2H5SH thiol SH-groep 12
natriumdodecylsulfaat C12H25OSO3Na zwavelzuurester (als zout) SO3H-groep -0,09
p-tolueensulfonzuur C7H7SO3H sulfonzuur SO3H-groep 0,7
adenosinemonofosfaat C10H14N5O7P fosforzuurester PO(OH)2-groep 3,3
methylfosfonzuur CH3PO(OH)2 fosfonzuur PO(OH)2-groep 2,35
ethyn C2H2 alkyn CH-groep 25
nitroethaan C2H5NO2 nitroalkaan CH-groep 8,6
acetylaceton C5H8O2 1,3-diketon CH-groep 9

Zie ook[bewerken]