Veel informatie over zuur-base reakties is te vinden in module 9. Hier gaat het met name over de zuur-base reakties in de koolstofchemie.
zuur + base geconjugeerde base + geconjugeerd zuur
Organische zuren splitsen alleen H+ af van de zgn. Hydroxigroepen (-OH), meestal binnen de carboxylstruktuur. En ze zijn over het algemeen zwak. Een van de sterkste organische zuren is mierezuur.
Dat die carboxylgroep zuur is wordt mogelijk gemaakt door het bestaan van sterke polariteit in die groep. Die veroorzaakt een flinke afstoting tussen het C-atoom en het H-atoom die allebei een zeker positieve lading hebben.
Opdracht 46
Noteer de struktuur van mierezuur (methaanzuur) en bedenk een reden waarom dit zuur soms gebruikt wordt als toiletreiniger.
Alleen hydroxigroepen kunnen protonen afsplitsen, echter alleen dán als als aan dezelfde C van de hydroxigroep nóg een zuurstofatoom is vastgekoppeld of als die hydroxigroep aan een benzeenring vast zit. Denk erom dat H-atomen die direct aan een koolstofketen vastzitten nooit optreden als af te splitsen H+
Gewone alkoholgroepen kunnen normaal geen H+-ionen afsplitsen, tenzij er zeer agressieve stoffen als Na of K worden toegevoegd.
Opdracht 47
Schrijf namen en strukturen op van de stoffen die je krijgt als onderstaande zuren één of meer protonen afsplitsen:
mierezuur
stearinezuur
fenol
1-propanol
Opdracht 48
Oxaalzuur (twee carboxylgroepen direct aan elkaar gekoppeld = H2C2O4) is niet alleen maar een sterker zuur, maar kan ook gemakkelijk in tweeën breken waarbij twee molekulen CO2. gevormd worden.
Leg dit nader uit.
Als de koolstofketen van een organisch zuur vrij lang is, spreekt men van een vetzuur. Als in die keten bovendien één of meer dubbele bindingen zitten is het een (meervoudig) onverzadigd vetzuur. (zie hiervoor tabel 67)
Opdracht 49
Zoek een viervoudig onverzadigd vetzuur op en noteer daarvan de systematische naam.
Een NH2-groep, gekoppeld aan een koolstofketen is zó opgebouwd dat het N-atoom (min of meer δ-) bezit nog steeds een vrij elektronenpaar, beschikbaar voor het opnemen van deeltjes zonder elektronen, zoals het H+-ion.
Als dat gebeurd is wordt de aminogroep positief: – NH3+ .
Opdracht 50
Geef de reaktie van een aminogroep, in strukturen, als die H+ opneemt van azijnzuur.
Als een organisch molekuul (dus een stof uit de koolstofchemie) zowel een zuurgroep alsook een aminogroep bevat dan heb je een aminozuur.
Die groepen: carboxyl- en amino- reageren niet alleen als zuren of basen, maar ook doen ze mee bij condensatie, bij de vorming van esters of peptiden.
Opdracht 51
Zoek in de tabel met aminozuren een eenvoudig aminozuur op en schrijf de strukturen op van dit aminozuur in sterk zuur en in sterk basisch milieu.
In zuur milieu geladen (bij lage pH-waarden dus) is een aminozuur positief en in basisch milieu (bij hoge pH) is het aminozuur negatief geladen.
Ergens tussen dat hoog en laag moet zich dus een pH-waarde bevinden waarbij de aminozuurmolekulen gemiddeld neutraal zijn; deze pH-waarde noemt men: het iso-elektrisch punt: het I.E.P.
Opdracht 52
In het iso-elektrisch punt kan het aminozuurmolekuul als een zgn dubbelion voorkomen. Leg dit uit.
Sommige ingewikkelde (aromatische) organische zuren hebben dank zij hun struktuur een bepaalde kleur, die verandert als er één of meer protonen worden afgesplitst. Deze stoffen zijn geschikt als zuur-base-indikator. (zie ook module 9)
Er is een bijzonder type OH-groep die als zwak zuur kan funktioneren. We hebben het dan niet over de gewone alifatische OH-groep, maar over de aromatische OH-groep, die aan een benzeenring vastzit. Een benzeenring met een OH-groep noemen we "fenol".
C6H5OH + OH-C6H5O- + H2O
zuur base geconjugeerde base geconjugeerd zuur
In strukturen zie je dat fenol op die manier afstaat:
fenol fenolaat
Het bijzondere is dat in fenolaat alle valentie-elektronen van zuurstof, samen met de elektronen van het type π in de ring, in een zgn resonantie-toestand komen.
Het negatieve ion wordt daardoor een stuk stabieler.
De konsekwentie is dat het fenol daaraan de neiging overhoudt om een H+ af te staan, veel sterker dan een gewone alifatische OH-groep.
Opdracht 53
Leg uit waarom de sterkte van de stoffen te maken heeft met een eventuele reversibiliteit.
De hidroxylgroep en hidroxybenzeen
We weten al dat een OH-groep alleen dán H+ kan verliezen/afstaan (reageren als zuur) als dat C-atoom tegelijk ook verbonden is met een O (dan hebben we het dus over een carboxylgroep).
De alifatische hidroxygroep, dat is een alkoholgroep, normaal gesproken niet als zuur optreedt en ook niet als base. De alkoholgroep is dus noch basisch noch zuur.
Slechts in het geval we een zeer agressieve, reaktieve stof toepassen, zoals het metaal Natrium, kan het gebeuren dat de OH-groep zijn H laat afpakken.
CH3 – CH2 – OH + Na· CH3 – CH2 – O- + Na+ + H·
Zodra er 2 H·-radikalen bestaan, vormt zich een H2-molekuul en dus een gas. Het andere produkt noemt men natriumethanolaat, een sterk basische stof.
In strukturen:
Opdracht 54
Let goed op wat er gebeurt met de valentie-elektronen.
Leg uit waarom CH3 – CH2 – O- (+ Na+ ) een zeer sterk basisch karakter bezit.
(terwijl alkohol vrijwel geen zuur karakter heeft) De reaktie wordt niet als in evenwicht beschouwd.
Er zijn organische molekulen die aan hun koolstofketen zowel een carboxylgroep (zuur) hebben alsook een aminogroep (base). Zo'n aminozuur is dus een amfolyt. Deze molekulen gaan we behandelen in module 12, de biochemie.
Opracht 55
Een zeer eenvoudig aminozuur is Alanine (2-amino-propaanzuur)
Geef de struktuur en leg uit waar en hoe de amfotere reakties plaats vinden
geconjugeerde base + geconjugeerd zuur
CH3 – CH2 – O- + Na+ + H·