காபொட்சிலிக் அமிலங்கள்

முழுமையான பார்வை — காபொட்சிலிக் அமிலங்கள் ஏன் முக்கியமானவை?

காபொட்சிலிக் அமிலங்கள் (carboxylic acids) என்பவை காபொட்சில் கூட்டத்தை (carboxyl group, –COOH) தொழிற்படும் கூட்டமாகக் (functional group) கொண்ட சேதனச் சேர்வைகளாகும். காபொட்சில் கூட்டம் ஒரு காபனைல் கூட்டத்தையும் (C=O) ஒரு ஐதரொட்சில் கூட்டத்தையும் (–O–H) ஒரே காபன் அணுவில் ஒன்றாகக் கொண்டிருக்கின்றது. இவ்விரு கூட்டங்களும் ஒன்றோடு ஒன்று இணைந்து செயற்படுவதால், காபொட்சில் கூட்டத்தின் வேதி நடத்தை, தனிமைப்பட்ட காபனைல் கூட்டத்தின் நடத்தையிலிருந்தும் தனிமைப்பட்ட ஐதரொட்சில் கூட்டத்தின் நடத்தையிலிருந்தும் கணிசமாக வேறுபடுகின்றது.

காபொட்சிலிக் அமிலங்களின் மிக முக்கியமான இயல்பு அவற்றின் அமிலத்தன்மையாகும் (acidity). ஐதரொட்சில் கூட்டத்தைக் கொண்ட வேறு சேர்வைகளான அற்ககோல்கள் (alcohols) மற்றும் பீனோல்கள் (phenols) ஆகியவற்றுடன் ஒப்பிடும்போது, காபொட்சிலிக் அமிலங்களே மிக அதிக அமிலத்தன்மை உடையனவாக அமைகின்றன. எனினும் சாதாரண கனிப்பொருள் அமிலங்களை (mineral acids) விட இவை மென்மையான அமிலங்களே ஆகும். இப்பாடத்தில், காபொட்சிலிக் அமிலங்களின் பௌதிக இயல்புகளும், அவற்றின் அமிலத்தன்மைக்கான காரணமும், காபொட்சில் கூட்டம் ஈடுபடும் சிறப்பியல்பான தாக்கங்களும் ஆராயப்படுகின்றன.

1. பௌதிக இயல்புகள் (NIE 3.5.1)

காபொட்சில் கூட்டம் ஒரு முனைவுத் தன்மை மிக்க தொழிற்படும் கூட்டமாகும் (polar functional group). C=O மற்றும் O–H ஆகிய இரு பிணைப்புகளும் வலுவாக முனைவாக்கப்பட்டிருப்பதால், காபொட்சிலிக் அமில மூலக்கூறுகள் ஒன்றோடொன்று ஐதரசன் பிணைப்புகளை (hydrogen bonds) உருவாக்குகின்றன. ஒரு மூலக்கூறின் O–H இல் உள்ள ஐதரசன் அணு, அடுத்த மூலக்கூறின் காபனைல் ஒட்சிசன் அணுவுடன் ஐதரசன் பிணைப்பை ஏற்படுத்துகின்றது.

இவ்வாறு இரு மூலக்கூறுகள் இரண்டு ஐதரசன் பிணைப்புகளால் ஒன்றாகப் பிணைக்கப்படும்போது, ஒரு வளைய அமைப்புக் கொண்ட இரட்டையம் (dimer) உருவாகின்றது. காபொட்சிலிக் அமிலங்கள் இவ்வாறு மூலக்கூறுகள் சோடிசோடியாக இணைந்த இருபகுதிய அமைப்பை (dimeric structure) உருவாக்கக் கூடியன. இரட்டையத்தில் இரண்டு வலுவான ஐதரசன் பிணைப்புகள் இருப்பதால், அதைப் பிரிக்க அதிக சக்தி தேவைப்படுகின்றது.

இக்காரணத்தினால், காபொட்சிலிக் அமிலங்கள் தங்களை ஒத்த சார் மூலக்கூற்றுத் திணிவை (comparable relative molecular mass) உடைய அற்ககோல்கள், அல்டிகைட்டுகள் (aldehydes) மற்றும் கீற்றோன்கள் (ketones) ஆகியவற்றை விட உயர் கொதிநிலைகளைக் காட்டுகின்றன. உதாரணமாக, எதனொயிக் அமிலத்தின் (ethanoic acid, M = 60) கொதிநிலை 118 °C ஆகவும், ஏறக்குறைய அதே மூலக்கூற்றுத் திணிவைக் கொண்ட 1-புரொப்பனோல் (propan-1-ol, M = 60) இன் கொதிநிலை 97 °C ஆகவும், புரொப்பனல் (propanal, M = 58) இன் கொதிநிலை 49 °C ஆகவும் அமைகின்றன. காபொட்சிலிக் அமிலத்தின் கொதிநிலை மிக உயர்ந்து இருப்பதற்குக் காரணம், இரட்டையத்தை உருவாக்கும் வலுவான ஐதரசன் பிணைப்புகளேயாகும்.

நீரில் கரைதிறன். காபொட்சில் கூட்டம் நீர் மூலக்கூறுகளுடனும் ஐதரசன் பிணைப்புகளை ஏற்படுத்தக் கூடியது. இக்காரணத்தினால், சிறிய மூலக்கூறுகளைக் கொண்ட காபொட்சிலிக் அமிலங்கள் — அதாவது C₁ தொடக்கம் C₄ வரையிலானவை — நீரில் நன்றாகக் கரைகின்றன. காபன் அணுக்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கும்போது, நீரைப் பிடிக்காத ஐதரோகாபன் பகுதி பெரிதாகுவதால் நீரில் அவற்றின் கரைதிறன் படிப்படியாகக் குறைகின்றது. அரோமற்றிக் காபொட்சிலிக் அமிலங்கள் நீரில் கரையாதன; அவை திண்மப் பளிங்குப் பதார்த்தங்களாக உள்ளன. ஏறக்குறைய எல்லாக் காபொட்சிலிக் அமிலங்களும் சேதன கரைப்பான்களில் (organic solvents) கரைகின்றன.

2. காபொட்சில் (–COOH) கூட்டத்தின் தாக்கங்கள் (NIE 3.5.2)

காபொட்சில் கூட்டம் இரண்டு வேறுபட்ட வகையான பிணைப்புப் பிளவுகளுடன் சம்பந்தப்படும் தாக்கங்களில் ஈடுபடுகின்றது. முதலாவது, O–H பிணைப்பு பிளவுபடுவதன் மூலம் காபொட்சிலிக் அமிலம் ஓர் அமிலமாகச் செயற்படுகின்றது. இரண்டாவது, C–O பிணைப்பு பிளவுபடுவதன் மூலம் காபொட்சில் கூட்டத்தின் ஐதரொட்சில் பகுதி வேறு கூட்டங்களால் பிரதியிடப்படுகின்றது. கூடுதலாக, காபொட்சில் கூட்டம் தாழ்த்தலுக்கும் (reduction) உட்படுகின்றது.

2.1 அமில வலிமையின் ஒப்பீடு — அற்ககோல், பீனோல், காபொட்சிலிக் அமிலம் (NIE 3.5.2.1)

அற்ககோல்கள், பீனோல்கள், காபொட்சிலிக் அமிலங்கள் ஆகிய மூன்று வகைச் சேர்வைகளும் ஓர் O–H பிணைப்பைக் கொண்டிருக்கின்றன. ஆனால் இம்மூன்றும் வெவ்வேறு அளவு அமிலத்தன்மையைக் காட்டுகின்றன. ஒரு சேர்வை ஓர் அமிலமாகச் செயற்படும்போது, அது O–H இலிருந்து ஒரு புரோத்தனை (H⁺) இழந்து ஓர் எதிர் ஏற்றமுடைய அயனை உருவாக்குகின்றது. உருவாகும் இவ்வயன் எவ்வளவு உறுதியானதோ, அவ்வளவுக்கு அவ்வளவு அமிலம் வலிமையானதாக இருக்கும்.

காபொட்சிலிக் அமிலம் ஒரு புரோத்தனை இழக்கும்போது காபொட்சிலேற்று அயன் (carboxylate ion, RCOO⁻) உருவாகின்றது. இந்த அயனில் எதிர் ஏற்றம் ஒரு குறிப்பிட்ட ஒட்சிசன் அணுவில் மட்டும் இருப்பதில்லை. மாறாக, அந்த எதிர் ஏற்றம் பரிவின் (resonance) மூலம் இரண்டு ஒட்சிசன் அணுக்களுக்கும் இடையே சமமாக ஓரிடப்பாடற்றுப் பகிரப்படுகின்றது. காபொட்சிலேற்று அயனின் இரண்டு C–O பிணைப்புகளும் சம நீளமுடையன; எதிர் ஏற்றம் இரு சமமான மின்னெதிர்த்தன்மை (electronegativity) உடைய ஒட்சிசன் அணுக்களுக்கிடையே பரவிக் காணப்படுகின்றது. இவ்வாறு எதிர் ஏற்றம் ஓரிடப்பாடற்றுப் பரவுவதால், காபொட்சிலேற்று அயன் வலுவாக உறுதியாக்கப்படுகின்றது.

பீனோல் ஒரு புரோத்தனை இழந்து உருவாக்கும் பீனொட்சைட்டு அயனிலும் (phenoxide ion) எதிர் ஏற்றம் பரிவால் ஓரளவு ஓரிடப்பாடற்றுக் காணப்படுகின்றது; ஆனால் அந்த எதிர் ஏற்றம் ஒட்சிசன் அணுவுக்கும் வளையத்திலுள்ள காபன் அணுக்களுக்கும் இடையே பரவுகின்றது. ஒட்சிசன் காபனை விட அதிக மின்னெதிர்த்தன்மை உடையதால், காபன் அணுக்களில் எதிர் ஏற்றத்தைச் சுமப்பது சக்தி ரீதியில் சாதகமற்றது. எனவே பீனொட்சைட்டு அயன், காபொட்சிலேற்று அயனை விடக் குறைவாகவே உறுதியாக்கப்படுகின்றது. அற்ககோல் ஒரு புரோத்தனை இழந்து உருவாக்கும் அற்கொட்சைட்டு அயனில் (alkoxide ion) பரிவே இல்லை; எதிர் ஏற்றம் ஒரே ஒட்சிசன் அணுவில் முழுமையாகக் குவிந்திருப்பதால், இவ்வயன் மிகக் குறைவாகவே உறுதியாக்கப்படுகின்றது.

இவ்வாறு உருவாகும் அயனின் உறுதியின் அடிப்படையில், மூன்று சேர்வைகளினதும் அமில வலிமை கீழ்வரும் வரிசையில் அமைகின்றது:

சேர்வை	புரோத்தனை இழந்தபின் உருவாகும் அயன்	எதிர் ஏற்றம் எவ்வாறு பரவுகின்றது	அமில வலிமை
அற்ககோல் (R–OH)	அற்கொட்சைட்டு அயன் (R–O⁻)	பரிவு இல்லை; எதிர் ஏற்றம் ஒரே ஒட்சிசனில் குவிந்துள்ளது	மிகவும் பலவீனம் (மிகக் குறைந்தது)
பீனோல் (C₆H₅–OH)	பீனொட்சைட்டு அயன் (C₆H₅–O⁻)	பரிவு உண்டு; எதிர் ஏற்றம் ஒட்சிசன் மற்றும் காபன் அணுக்களுக்கிடையே பரவுகின்றது	இடைப்பட்டது
காபொட்சிலிக் அமிலம் (R–COOH)	காபொட்சிலேற்று அயன் (R–COO⁻)	பரிவு உண்டு; எதிர் ஏற்றம் இரு சமமான ஒட்சிசன் அணுக்களுக்கிடையே சமமாகப் பரவுகின்றது	மிக வலிமையானது (மூன்றில் அதிகம்)

எனவே அமில வலிமையின் வரிசை: அற்ககோல் < பீனோல் < காபொட்சிலிக் அமிலம். காபொட்சிலிக் அமிலமே இம்மூன்றில் மிக வலிமையான அமிலமாகும்; ஏனெனில் காபொட்சிலேற்று அயனில் எதிர் ஏற்றம் இரு சமமான ஒட்சிசன் அணுக்களுக்கிடையே சமமாகப் பகிரப்படுவதால், அது மிக வலுவாக உறுதியாக்கப்படுகின்றது.

அமிலமாகச் செயற்படும் தாக்கங்கள். காபொட்சிலிக் அமிலங்கள் அமிலத்தன்மை உடையனவாதலால், அவை கீழ்வரும் வினைபடிகளுடன் தாக்கமடைகின்றன:

(அ) தாக்கத்திறன் கூடிய உலோகங்களுடன். சோடியம் அல்லது பொற்றாசியம் போன்ற கார உலோகங்களுடன் காபொட்சிலிக் அமிலம் தாக்கமடைந்து, காபொட்சிலேற்று உப்பை உருவாக்கி ஐதரசன் வாயுவை (H₂) வெளியேற்றுகின்றது:

2CH₃COOH + 2Na → 2CH₃COO⁻Na⁺ + H₂↑

(ஆ) காரங்களுடன். சோடியம் ஐதரொட்சைட்டு (NaOH) போன்ற காரத்துடன் காபொட்சிலிக் அமிலம் நடுநிலையாக்கல் தாக்கத்தில் (neutralisation reaction) ஈடுபட்டு, காபொட்சிலேற்று உப்பையும் நீரையும் உருவாக்குகின்றது:

CH₃COOH + NaOH → CH₃COO⁻Na⁺ + H₂O

(இ) காபனேற்றுகளுடனும் இருகாபனேற்றுகளுடனும். சோடியம் காபனேற்று (Na₂CO₃) அல்லது சோடியம் இருகாபனேற்று (NaHCO₃) உடன் காபொட்சிலிக் அமிலம் தாக்கமடைந்து, காபனீரொட்சைட்டு வாயுவை (CO₂) நுரைத்தலுடன் (effervescence) வெளியேற்றுகின்றது:

2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COO⁻Na⁺ + H₂O + CO₂↑

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COO⁻Na⁺ + H₂O + CO₂↑

இந்தக் காபனேற்றுச் சோதனை (carbonate test) காபொட்சிலிக் அமிலங்களைப் பீனோல்களிலிருந்து வேறுபடுத்தும் ஒரு முக்கியமான பரிசோதனையாகும். காபொட்சிலிக் அமிலம் காபனேற்று அல்லது இருகாபனேற்றுடன் தாக்கமடைந்து CO₂ வாயுவை நுரைத்தலுடன் வெளியேற்றுகின்றது. ஆனால் பீனோல் காபனேற்றுடன் தாக்கமடைவதில்லை; ஏனெனில் பீனோல் காபனிக் அமிலத்தை (carbonic acid) விடப் பலவீனமான அமிலம் ஆகும். எனவே ஒரு சேர்வையை NaHCO₃ உடன் சேர்க்கும்போது நுரைத்தல் ஏற்பட்டால், அச்சேர்வை ஒரு காபொட்சிலிக் அமிலம் என அடையாளப்படுத்தலாம்.

2.2 C–O பிணைப்பு பிளவுபடுதலுடன் ஈடுபடும் தாக்கங்கள் (NIE 3.5.2.2)

இவ்வகைத் தாக்கங்களில், காபொட்சில் கூட்டத்தின் ஐதரொட்சில் பகுதி (–OH) வேறு ஒரு கூட்டத்தால் பிரதியிடப்படுகின்றது; அதாவது C–O பிணைப்பு பிளவுபடுகின்றது.

(அ) எசுத்தராக்கல் — அற்ககோல்களுடன் தாக்கம் (esterification). காபொட்சிலிக் அமிலம் ஓர் அற்ககோலுடன், செறிந்த சல்பூரிக் அமிலம் (concentrated H₂SO₄) என்னும் அமில வினையூக்கியின் முன்னிலையில் தாக்கமடைந்து, எசுத்தரை (ester) உருவாக்குகின்றது. இத்தாக்கத்தில் காபொட்சில் கூட்டத்தின் –OH உம் அற்ககோலின் –OH இலுள்ள –H உம் சேர்ந்து நீர் ஒரு மூலக்கூறாக அகற்றப்படுகின்றது:

CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

இத்தாக்கம் ஒரு மீளுருவாகும் தாக்கமாகும் (reversible reaction); எனவே இருதிசைகளிலும் நிகழக் கூடியது. மேலெழுந்த பார்வைக்கு இது ஓர் எளிய பிரதியீட்டுத் தாக்கம் போலத் தோன்றினாலும், உண்மையில் அற்ககோல் மூலக்கூறு முதலில் காபொட்சில் கூட்டத்தின் C=O இக்குக் குறுக்கே கூட்டலில் ஈடுபட்டு ஒரு நான்முகியான இடைநிலையை (tetrahedral intermediate) உருவாக்குகின்றது. பின்னர், தாக்கத்தின் அமில நிபந்தனைகளின் கீழ் இவ்விடைநிலை ஒரு நீர் மூலக்கூறை இழந்து எசுத்தரைக் கொடுக்கின்றது.

(ஆ) அமில குளோரைட்டாக மாற்றம் (conversion to acyl chloride). காபொட்சிலிக் அமிலங்கள் பொசுப்பரசு பெண்டாகுளோரைட்டு (PCl₅), பொசுப்பரசு திரைகுளோரைட்டு (PCl₃) அல்லது தயோனைல் குளோரைட்டு (SOCl₂) ஆகியவற்றுடன் தாக்கமடைந்து, அதே காபன் எண்ணிக்கையைக் கொண்ட அமில குளோரைட்டுகளை (acyl chlorides) கொடுக்கின்றன. இங்கு காபொட்சில் கூட்டத்தின் –OH ஒரு குளோரின் அணுவால் (–Cl) பிரதியிடப்படுகின்றது:

CH₃COOH + PCl₅ → CH₃COCl + POCl₃ + HCl

CH₃COOH + SOCl₂ → CH₃COCl + SO₂↑ + HCl↑

(இ) ஏமைட்டாக மாற்றம் (conversion to amide). காபொட்சில் கூட்டத்தின் –OH, ஓர் அமினோ கூட்டத்தால் (–NH₂) பிரதியிடப்படும்போது ஏமைட்டு (amide) உருவாகின்றது. நடைமுறையில், காபொட்சிலிக் அமிலம் முதலில் அதன் அம்மோனியம் உப்பாக மாற்றப்பட்டு, பின்னர் வெப்பப்படுத்தலின் மூலம் நீர் அகற்றப்பட்டு ஏமைட்டு பெறப்படுகின்றது.

2.3 LiAlH₄ ஆல் காபொட்சிலிக் அமிலங்களின் தாழ்த்தல் (NIE 3.5.2.3)

காபொட்சிலிக் அமிலங்கள் ஒரு வலிமையான தாழ்த்தும் கருவியான லித்தியம் அலுமினியம் ஐதரைட்டு (lithium aluminium hydride, LiAlH₄) உடன் தாக்கமடைந்து, முதலாம்நிலை அற்ககோல்களைக் (primary alcohols) கொடுக்கின்றன. இத்தாக்கத்தில் காபொட்சில் கூட்டம் முழுமையாகத் தாழ்த்தப்பட்டு –CH₂OH கூட்டமாக மாற்றப்படுகின்றது:

CH₃COOH  — (1) LiAlH₄   (2) H₃O⁺ —→  CH₃CH₂OH

தாக்கம் முடிந்தபின் நீரேற்ற நிலைப்படுத்தலின் (aqueous work-up, H₂O அல்லது H₃O⁺) மூலம் முதலாம்நிலை அற்ககோல் விடுவிக்கப்படுகின்றது. முக்கிய குறிப்பு: காபொட்சிலிக் அமிலங்களும் அவற்றின் அமிலப் பெறுதிகளும் (acid derivatives), LiAlH₄ ஐ விட வலிமை குறைந்த தாழ்த்தும் கருவியான சோடியம் போரோஐதரைட்டு (sodium borohydride, NaBH₄) ஆல் தாழ்த்தலுக்கு உட்படுவதில்லை. அல்டிகைட்டுகளையும் கீற்றோன்களையும் தாழ்த்தக் கூடிய NaBH₄, காபொட்சில் கூட்டத்தைத் தாழ்த்த இயலாது.

🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram