اقرأ في هذا المقال
ما هي الأحماض الكربوكسيلية؟
هي أي فئة من المركبات العضوية التي يتم فيها ربط ذرة كربون (C) بذرة أكسجين (O)، بواسطة رابطة مزدوجة ومجموعة هيدروكسيل (―OH) بواسطة رابطة واحدة، وهناك رابطة رابعة تربط ذرة الكربون بذرة هيدروجين (H) أو ببعض مجموعة اتحاد أخرى أحادية التكافؤ، وسميت مجموعة الكربوكسيل (COOH) بهذا الاسم بسبب مجموعة الكربونيل (C = O) ومجموعة الهيدروكسيل.
السمة الكيميائية الرئيسية للأحماض الكربوكسيلية هي حموضتها، وهي عمومًا أكثر حمضية من المركبات العضوية الأخرى التي تحتوي على مجموعات الهيدروكسيل، ولكنّها عمومًا أضعف من الأحماض المعدنية المألوفة (على سبيل المثال حمض الهيدروكلوريك وحمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك).
توجد الأحماض الكربوكسيلية على نطاق واسع في الطبيعة. الأحماض الدهنية هي مكونات الجلسريد، والتي بدورها تكون مكونات للدهون. تعد أحماض الهيدروكسيل مثل حمض اللاكتيك (الموجود في منتجات اللبن الرائب) وحمض الستريك (الموجود في ثمار الحمضيات) والعديد من أحماض الكيتو من المنتجات الأيضية المهمة الموجودة في معظم الخلايا الحية.
تتكون البروتينات من الأحماض الأمينية، والتي تحتوي أيضًا على مجموعات الكربوكسيل. المركبات التي يتم فيها استبدال (―OH) لمجموعة الكربوكسيل بمجموعات أخرى معينة تسمى مشتقات حمض الكربوكسيل، وأهمها أسيل هاليدات وحمض أنهيدريد وإسترات وأميدات.
استخدامات الأحماض الكربوكسيلية
مشتقات حمض الكربوكسيل لها تطبيقات متنوعة فعلى سبيل المثال بالإضافة إلى استخدامها كمطهرات، يتم استخدام حمض الفورميك، وهو أبسط حمض الكربوكسيل في معالجة المنسوجات وكعامل مختزل للحمض. يستخدم حمض الخليك على نطاق واسع في إنتاج بلاستيك السليلوز والإسترات. يتم تحضير الأسبرين إستر حمض الساليسيليك من حمض الأسيتيك.
حمض البالمتيك وحمض دهني مهمان في صناعة الصابون ومستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية والشموع والطلاءات الواقية، كما يستخدم حمض الستريك في صناعة المطاط ويستخدم حمض الأكريليك كإستر في إنتاج البوليمرات (جزيئات طويلة السلسلة)، المعروفة باسم الأكريلات ويعمل حمض الميثاكريليك كإستر، ويستخدم حمض الأوليك في صناعة الصابون والمنظفات والمنسوجات.
تتميز الأحماض الكربوكسيلية بامتصاص قوي بسبب مجموعة الكربونيل في أطياف الأشعة تحت الحمراء لهذه المركبات. يحدث الامتصاص في نفس المنطقة مثل مجموعات الكربونيل من الألدهيدات والكيتونات، ولكن امتصاص الأحماض الكربوكسيلية يحدث عند عدد موجي أعلى قليلاً ويميل إلى التوسع إلى حد ما. تمتص رابطة (O-H) للأحماض الكربوكسيلية في نفس المنطقة مثل تلك الموجودة في الكحوليات، ومع ذلك فإنّ الامتصاص أوسع بكثير بالنسبة للأحماض الكربوكسيلية ويتداخل مع امتصاص (C-H).
تُظهر أطياف البروتون (NMR) للأحماض الكربوكسيلية خاصية امتصاص في منطقة 9-12 لبروتون الكربوكسيل المنزوع بشدة. تحدث ذرات الهيدروجين ألفا للأحماض الكربوكسيلية في المنطقة 2.0-2.5 وهي نفس المنطقة لذرات الهيدروجين ألفا من الألدهيدات والكيتونات. تتمتع ذرات الكربون ألفا للأحماض الكربوكسيلية بامتصاص (C-13 NMR) في المنطقة 20 د، والتي تكون في مجال أعلى قليلاً من الألدهيدات والكيتونات، ويمكن التعرف بسهولة على ذرة كربونيل الكربون عن طريق امتصاصها في منطقة 200 درجة مئوية.
ذوبان الأحماض الكربوكسيلية
عندما يذوب حمض الكربوكسيل في محلول أساسي تزداد نسبة أيون الكربوكسيل إلى حمض الكربوكسيل بشكل كبير. وهكذا عند وضع حمض الخليك في محلول بيكربونات الصوديوم عند درجة الحموضة 8.5 يتبقى أقل من 0.020 من حمض الكربوكسيل، ونظرًا لأنّ أيونات الكربوكسيل لها شحنة سالبة فهي أكثر قابلية للذوبان من الأحماض الكربوكسيلية، وهكذا فإنّ الأحماض الكربوكسيلية تذوب بسهولة في محلول بيكربونات الصوديوم. لا يتم تحويل الأحماض الأضعف مثل الفينولات (pKa 10) إلى قواعدها المترافقة عند الرقم الهيدروجيني = 8 لذلك، فإنّ الفينولات أقل قابلية للذوبان من الأحماض الكربوكسيلية في بيكربونات الصوديوم.
تمثل الأحماض الكربوكسيلية نموذجًا شائعًا آخر لمخلب الحديد، في حين أنّ القيم المنخفضة لـ pKa (من 3.5 إلى 5) تجعل هذه المركبات الحديدية أقل كفاءة في درجة الحموضة الفسيولوجية وتظل مركبات حامض الكربوكسيل مخلبات فعالة للحديد عند مستويات أقل بكثير من الأس الهيدروجيني من الكاتيكولات أو الهيدروكسامات.
تميل الكائنات الحية المزدهرة في البيئات الحمضية إلى استخدام حوامل الحديد المحتوية على الكربوكسيل، لهذا السبب تمّ تمييز ( S-rhizoferrin) المتماثل للفطريات الشائعة (R-rhizoferrin) من بكتيريا (Pseudomonas)، وعلى الرغم من أنّ التعرف على ريزوفيرين البكتيري وامتصاصه كان محدودًا في الفطريات، إلا أنّ المنتج البكتيري فعل ذلك لا يميز بين اثنين من المتغيرات ودمج كل منهما بمعدلات متشابهة.
يوحي الامتصاص المعزز لـ (R) و(R-rhizoferrin) في الفطريات بوجود تمييز نوعي محدد بواسطة نظام نقل الحديد، ومع ذلك ليس من الواضح ما إذا كانت البكتيريا التي لا تفرق بين المتغيرات تمتلك مستقبلين قادرين على التعرف على كل متماثل أو نظام امتصاص مختلف تمامًا غير محدد. تشمل العديد من حوامل الحديد (α-hydroxycarboxylate) الأخرى التي تمّ تمييزها (achromobactin 45) من (Erwinia chrysanthemi) و(corrugatin 46) من (Pseudomonas corrugata) و(staphyloferrin B47) من (Ralstonia eutropha).
