เคมีอินทรีย์ 2

42 เคมีอนิ ทรีย์ 2 (Organic Chemistry II)

CCl3CO2H Trichloroethanoic acid Trichloroacetic acid
CH3CHClCO2H 2-Chloropropanoic acid α-Chloropropionic
acid
CH2ClCH2CO2H 3-Chloropropanoic acid
-Chloropropionic
C6H5CO2H CO2H Benzoic acid
4-Methylbenzoic acid acid
H3C Benzoic acid
p-Toluic acid

Cl CO2H 4-Chlorobenzoic acid p-chlorobenzoic acid

O2N CO2H 4-Nitrobenzoic acid p-Nitrobenzoic acid
CO2H
1-Naphthonic acid α-Naphthonic acid

CO2H 2-Naphthonic acid -Naphthonic acid

หมูฟ่ ังก์ชนั ของกรดคารบ์ อกซิลกิ เรียกวา่ หมู่คาร์บอกซลิ (Carboxyl group)

O
C OH

อาจเขียนหมู่คารบ์ อกซลิ แบบย่อดงั นี้ -COOH หรือ -CO2H
การอา่ นชื่อกรดคาร์บอกซิลกิ ทม่ี หี มคู่ ารบ์ อกซิลเกาะกับวงแหวน ใหอ้ า่ นชื่อสารประกอบวง

แหวนกอ่ นแล้วตามด้วยคําวา่ carboxylic acid เช่น

O COOH
COH

Cyclohexanecarboxylic acid CH3

trans-3-methylcyclopentane
carboxylic acid

COOH
COOH

COOH

1,2,4-Benzenetricarboxylic acid

2.3 โครงสรา้ งของพนั ธะ

ลักษณะโครงสร้างของกรดคารบ์ อกซิลิกแสดงได้งา่ ยๆ โดยใชต้ ัวอย่างจากกรดฟอรม์ กิ ซง่ึ มี
ลกั ษณะโมเลกลุ เปน็ แบบสามเหลย่ี มแบนราบ (Planar triangle) โดยพันธะคารบ์ อน-คาร์บอนหนึง่
สั้นกวา่ อกี พนั ธะหนงึ่

กรดคารบ์ อกซิลกิ 43

120 pm 124o O

O HC 125o
HC
OH
OH
134 pm 111o

Bond distance in Bond angles in
formic acid formic acid

ลกั ษณะทรงเรขาคณิตแบบสามเหลย่ี มแบนราบท่เี กาะรวมกันทค่ี าร์บอนเกิด sp3

hybridization และแสดงระยะระหวา่ งพนั ธะสน้ั เม่ือเกิดจากพนั ธะมากกวา่ 1 พันธะของชนดิ ซิกม่า

และไพ (σ + types) ลกั ษณะของพนั ธะในกรดคารบ์ อกซิลกิ เชน่ เดยี วกับแอลดีไฮด์และคีโตน ที่

คู่อเิ ล็กตรอนหนึ่งของออกซเิ จนไฮดรอกซิลสามารถเคล่อื นย้ายได้ ถา้ ออร์บิตาลเกิดการเกยซอ้ นกัน

(Overlap) กับ -orbital ของหมูค่ าร์บอกซิลท่เี กิดข้นึ เกิดเป็น -system

ในแงข่ องเรโซแนนซ์ คอนจูเกชนั ของออกซเิ จนไฮดรอกซลิ กับหม่คู ารบ์ อกซลิ แสดงได้ดงั น้ี

O O O
HC HC HC

OH OH OH

การให้คู่อิเลก็ ตรอนจากหมไู่ ฮดรอกซิลชว่ ยให้เกดิ ความเสถียรของหมู่คารบ์ อนิลและทําให้
เกิดความเปน็ อเิ ลก็ โทรไฟล์ตํ่ากว่าแอลดีไฮด์หรือคีโตน ความหนาแน่นอิเล็กตรอนทอ่ี อกซิเจนคาร์บอ
นิลสูงกวา่

2.4 สมบตั ิทางกายภาพ (Physical properties)

จดุ หลอมเหลวและจุดเดือดของกรดคารบ์ อกซิลกิ สูงกวา่ แอลกอฮอล์ และมีแรงดึงดูด
ระหวา่ งโมเลกุลสูงกวา่ เม่ือมนี ํ้าหนักโมเลกุลใกลเ้ คยี งกัน การเกดิ พนั ธะไฮโดรเจนระหวา่ งโมเลกลุ ทาํ
ใหเ้ กดิ แรงดึงดดู ขึน้ (รปู ที่ 2.1) หมไู่ ฮดรอกซลิ ของโมเลกุลหนง่ึ ของกรดคารบ์ อกซลิ ิกทําหนา้ ท่เี ป็น
ตวั ใหโ้ ปรตอนแก่ออกซิเจนคาร์บอนลิ ของอีกโมเลกุลหนึ่ง ส่วนโปรตอนไฮดรอกซิลของหมู่ฟังกช์ ัน
คาร์บอกซิลกิ โมเลกลุ ที่สองเกิดอันตรกริ ิยากบั ออกซิเจนคาร์บอนิลของโมเลกุลแรก ด้วยเหตนุ ี้
โมเลกลุ ของกรดคาร์บอกซลิ กิ จึงอยูร่ ว่ มกนั ดว้ ยพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ ทําให้กรดคารบ์ อกซิลิกบา
งตวั อยู่ด้วยกนั ในลักษณะ 2 โมเลกุลท่ีเกาะอยดู่ ้วยกนั โดยพันธะไฮโดรเจนถึงแม้อยู่ในสภาวะทเ่ี ปน็
กา๊ ซ ในของเหลวบรสิ ุทธิส์ ารอยใู่ นรปู 2 โมเลกุลท่ีเกาะกนั ด้วยพันธะไฮโดรเจนและโอกาสเกาะ
รวมกนั อยู่ไดม้ ากข้ึน ในตวั กลางทเี่ ปน็ นํา้ เกดิ การรวมกันระหว่างโมเลกลุ ของกรดคารบ์ อกซิลิกกบั
นํา้ (รปู ท่ี 2.2)

O HO O HOH
RC
RC CR
OH OH
OH O
H
รูปที่ 2.1 การเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่าง
โมเลกุลของกรดคารบ์ อกซลิ ิก 2 โมเลกุล รูปท่ี 2.2 อันตรกิริยาการเกิดพันธะไฮโดรเจน
ระหว่างกรดคาร์บอกซิลิกกับนํ้า

44 เคมอี นิ ทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

คุณสมบัติการละลายของกรดคารบ์ อกซิลิกและแอลกอฮอล์คลา้ ยคลงึ กนั กรดคารบ์ อกซลิ ิก
ท่มี คี ารบ์ อน 4 อะตอมหรอื น้อยกวา่ สามารถละลายน้ําไดใ้ นทกุ สดั สว่ น

2.5 ความเป็นกรดของกรดคารบ์ อกซิลิก (Acidity of carboxylic acids)

ความเปน็ กรดเป็นสมบตั ทิ ี่สาํ คัญของกรดคารบ์ อกซลิ กิ ซึง่ เปน็ กลุม่ ท่เี ป็นกรดประกอบดว้ ย

คารบ์ อน ออกซเิ จนและไฮโดรเจนเท่านนั้ ค่าคงที่การแตกตวั (Ionization constant, Ka) มี
คา่ ประมาณ 10-5 (pKa = 5) ทําใหก้ รดคาร์บอกซิลกิ มีความเปน็ กรดแรงกว่านํ้าและแอลกอฮอล์ กรด
คารบ์ อกซิลิกเปน็ กรดอ่อนและแตกตัวไมส่ มบูรณ์ เชน่ กรดแอซติ ิกแตกตวั ในนํ้าไดเ้ พยี ง 1.3%

การเปรยี บเทียบความเป็นกรดระหวา่ งแอลกอฮอล์ (เช่น เอทานอล) กบั กรดคาร์บอกซิลกิ

(เชน่ กรดแอซิตกิ ) โดยพิจารณาคา่ คงท่สี มดุลซึ่งแทนดว้ ย Ka เปน็ ดังนี้
การแตกตัวของเอทานอล

CH3CH2OH H+ + CH3CH2O

Ethanol Ethoxide ion

Ka = [H+] [CH3CH2O-] = 10-16

[CH3CH2OH]

การแตกตวั ของกรดแอซิติก

CH3COOH H+ + CH3COO

Acetic acid Acetate ion

Ka = [H+] [CH3COO-] = 1.8 X 10-5

[CH3COOH]

2.6 เกลอื ของกรดคารบ์ อกซิลกิ (Salts of carboxylic acids)

กรดคารบ์ อกซลิ ิกสามารถทําปฏิกริ ยิ ากบั เบส เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ เกิดเกลือคาร์
บอกซเิ ลท

O K = 1011 O
R C O H + OH R C O + H OH

Carboxylic acid Hydroxide ion Carboxylate ion Water
(stronger acid) (stronger base) (weaker base) (weaker acid)

การอา่ นชื่อเกลอื คาร์บอกซิเลทของโลหะจากการทาํ ให้เป็นกลาง โดยอา่ นชือ่ แรกเป็นชอื่
โลหะ แล้วลงทา้ ยโดยเปลยี่ นคําท้ายจาก –ic acid เป็น –ate เกลือคาร์บอกซเิ ลทท่มี หี มู่แทนทเ่ี พียง
หมู่เดียวของ diacid อ่านช่ือโดยการใหช้ อ่ื ท้ังแคทไอออนและไฮโดรเจนเปน็ ตัวแทนที่ของหมูค่ ารบ์ อก
ซเิ ลท

O Cl O OO
CH3COLi CONa HOC(CH)4COK

Lithium Sodium Potassium hydrogen
acetate p-chlorobenzoate hexanedioate

กรดคารบ์ อกซลิ ิก 45

เกลอื คาร์บอกซิเลทของโลหะเป็นไอออนกิ ถ้าหากน้ําหนักโมเลกลุ ไมส่ งู มากเกลอื
โซเดียมและโปแตสเซียมของกรดคาร์บอกซิลิกละลายนํา้ ได้ดี ดังน้นั กรดคารบ์ อกซลิ กิ จะถูกสกดั จาก
ตวั ทําละลายอเี ทอร์โดยใช้สารละลายโซเดยี มไฮดรอกไซด์ หรือ โปแตสเซยี มไฮดรอกไซด์ เกิดเป็น
เกลอื คารบ์ อกซิเลท วิธีนีม้ กั ใชใ้ นการทํากรดให้บริสทุ ธ์โดยการสกดั ด้วยสารละลายเบสใหเ้ ป็นเกลือ
คาร์บอกซเิ ลท และทําปฏกิ ริ ยิ ากับกรดใหมแ่ ล้วสกดั กรดบริสทุ ธม์ าอยใู่ นชนั้ อีเทอร์

O + NaOH H2O O
C R C O-Na+ + H2O
R OH

Carboxylic acid Sodium carboxylate
(water-insoluble) (water-soluble)

พฤตกิ รรมการละลายของเกลือของกรดคารบ์ อกซิลิกท่ีมีคารบ์ อน 10-18 อะตอม มี
ลักษณะพิเศษและสามารถแสดงโดยใชโ้ ซเดียมสเตียเรท (Sodium stearate) เปน็ กรณตี ัวอย่าง

O

C O-Na+

โซเดียมสเตยี เรทมหี มู่คารบ์ อกซิเลทท่มี ีความเป็นข้วั ทป่ี ลายดา้ นหนงึ่ ของสายโซย่ าว หมู่
คาร์บอกซิเลทเป็นไฮโดรไฟล์ (Hydrophile) หมายถึง “ชอบน้าํ ” และมีแนวโนม้ ท่จี ะทําให้เกิด
โมเลกลุ ละลายนา้ํ ส่วนสายโซไ่ ฮโดรคาร์บอนเปน็ ไลโปไฟล์ (Lipophile) หมายถงึ “ชอบไขมนั ”
และมแี นวโน้มรวมกับสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนอ่ืน เมื่อใสโ่ ซเดียม สเตยี เรทลงในนาํ้ จะเกิดการกระจาย
ในรปู คอลลอยด์ (Colloidal dispersion) ของการรวมตวั กนั ในลกั ษณะทรงกลมซึง่ เรียกวา่ ไมเซลล์
(Micelles) แตล่ ะไมเซลล์ประกอบดว้ ยแต่ละโมเลกลุ ประมาณ 50-100 โมเลกลุ ไมเซลลเ์ กดิ ขนึ้ ได้
เองเม่ือความเขม้ ข้นของกรดคารบ์ อกซิลิกสงู กว่าค่าตา่ํ สดุ ทีเ่ รยี กวา่ Critical micelle
concentration (CMC) ลกั ษณะไมเซลลแ์ สดงดังรูปที่ 2.3

รูปที่ 2.3 ลกั ษณะภาพตัดขวางในอุดมคตขิ องไมเซลล์โซเดียมสเตียเรท ลักษณะไมเซลล์ใน
ความ

เป็นจริงมคี วามไม่สมา่ํ เสมอมากกวา่ ประกอบดว้ ยท่วี า่ งและช่องวา่ ง (Carey, 1992,
p.771)

46 เคมีอินทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

หมู่คาร์บอกซลิ ิกทเ่ี ป็นขวั้ ปรากฎเปน็ จุดท่ีผิวของไมเซลล์ทซี่ ึง่ หมคู่ ารบ์ อกซิเลทรวมกับ
โมเลกุลของน้าํ และโซเดยี มไอออน สายโซไ่ ฮโดรคาร์บอนที่ไม่เป็นขวั้ (Nonpolar) ชเ้ี ข้าขา้ งในของ
ไมเซลลซ์ งึ่ แต่ละสายโซร่ วมตัวอย่ดู ้วยกนั ด้วยแรงดงึ ดดู แวนเดอร์วาลส์ ไมเซลล์มลี กั ษณะคลา้ ยทรง
กลม เพราะวา่ แต่ละไมเซลล์อยู่ใกล้ชดิ กนั เป็นอยา่ งมาก พน้ื ทีผ่ ิวหนง่ึ ๆจะขัดขวางโครงสร้างของนํ้า
ได้ดี เนอื่ งจากท่ผี วิ ของไมเซลล์มีประจลุ บ ไมเซลล์ 2 ไมเซลลจ์ งึ ผลกั กัน แทนที่จะเกาะกลุ่มรวมกนั
ให้ใหญข่ น้ึ

การเกิดไมเซลล์และคุณสมบตั ิของไมเซลล์ เป็นบทบาทในการทาํ ความสะอาดของสบู่ น้ํา
ท่ปี ระกอบด้วยโซเดยี มสเตียเรทสามารถขจัดไขมันโดยการละลายอยู่ในสว่ นที่อยูข่ า้ งในซึ่งเปน็
ไฮโดรคาร์บอนของไมเซลล์ ไขมันถูกลา้ งออกไปกับนํ้า เนอื่ งจากไม่ละลายในน้ํา แต่สามารถละลายได้
ในไมเซลล์ท่ีกระจายอย่ใู นนา้ํ โซเดียมสเตียเรทเปน็ ตัวอย่างของสบู่เกลอื โซเดยี มหรือโพแตสเซยี มของ
กรดคารบ์ อกซลิ ิกสายโซต่ รงที่มจี ํานวนคาร์บอน 12-18 อะตอม จะมคี ุณสมบัติคล้ายคลึงกนั

ผงซกั ฟอกกเ็ ช่นเดียวกบั สบู่ คอื เปน็ สารทชี่ ว่ ยทําความสะอาดโดยการเกดิ ในลกั ษณะไม
เซลล์ ผงซักฟอกทร่ี ้จู ักกันดีมีอยหู่ ลายชนดิ เชน่ โซเดียมลอรลิ ซลั เฟท (Sodium lauryl sulfate)
ประกอบด้วยไฮโดรคารบ์ อนสายโซ่ยาวซง่ึ มซี ัลเฟทไอออนอยทู่ ป่ี ลายท่มี คี วามเปน็ ข้วั และเกดิ ไม
เซลล์คล้ายสบู่ในลกั ษณะไมเซลล์ในนา้ํ ดงั นี้

OO
O S O-Na+

Sodium lauryl sulfate
(sodium dodecyl sulfate)

ผงซักฟอกคารบ์ อกซิเลทกบั เกลือยงั คงมีประสทิ ธภิ าพในการทําความสะอาดในนา้ํ กระด้าง
เนอื่ งจากนํ้าประกอบด้วยเกลือแคลเซียมท่สี ามารถเกิดเกลือคาร์บอกซเิ ลทของแคลเซยี มท่ไี ม่ละลาย
น้าํ กบั สบู่ การตกตะกอนของสบูเ่ กดิ เปน็ ไคลสบทู่ ําให้ความสามารถในการทําความสะอาดลดลง แต่
เกลือแคลเซียมของผงซักฟอกสังเคราะห์ เชน่ โซเดยี มลอริลซัลเฟท ละลายได้และยังคงมี
ความสามารถในการเกิดไมเซลลใ์ นนํ้า

2.7 หมู่แทนทีแ่ ละความแรงของกรด (Substituents and acid strength)

ความเปน็ กรดของกรดคารบ์ อกซิลิกมีผลกระทบเล็กน้อยเมื่อมีหมูแ่ ทนท่แี อลคิลเกาะอยู่

คา่ คงที่การแตกตวั ของกรดทุกชนิดท่มี ีสูตรท่ัวไป CnH2n+1CO2H คล้ายคลึงกนั มากและมีค่าประมาณ
10-5 (pK = 5)

ตารางที่ 2.2 แสดงตวั อยา่ งของกรดบางชนดิ ทีม่ หี มู่แอลคิลแทนท่ี

หมแู่ ทนท่ีที่มีความสามารถในการดึงอิเลก็ ตรอน โดยเฉพาะอย่างยงิ่ เมือ่ เกาะอยตู่ ําแหนง่

แอลฟาอะตอมทาํ ให้คณุ สมบัตคิ วามเป็นกรดของกรดคารบ์ อกซลิ ิกเพิ่มข้ึน ตัวอยา่ งในตารางที่ 2.2

แสดงใหเ้ ห็นว่ากรดแอซิติกที่มีหม่ฮู าโลเจนแทนท่ี 1 หมู่ (Monohaloacetic acid) ทกุ ตัวมคี วาม

เปน็ กรดมากกว่ากรดแอซิตกิ 100 เท่า การแทนท่ีด้วยฮาโลเจนหลายตวั ยิ่งจะเพิม่ ความเป็นกรด

เช่น Trichloroacetic acid มีความเป็นกรดมากกวา่ กรดแอซติ กิ 7000 เท่า

ตารางที่ 2.2 ผลของหม่แู ทนทีต่ ่อความเป็นกรดของกรดคารบ์ อกซิลิก (Carey,1992, p. 772)

กรดคารบ์ อกซิลกิ 47

Name of acid Structure Ionization constant, pKa
Ka
Standard of comparison CH3CO2H 4.7
Acetic acid 1.8 × 10-5
Alkyl substituents have 4.9
a negligible effect on CH3CH2CO2H 1.3 × 10-5 4.8
acidity (CH3)2CHCO2H 1.6 × 10-5 5.1
Propanoic acid (CH3)3CCO2H 0.9 × 10-5 4.9
2-Methylpropanoic acid CH3(CH2)5CO2H 1.3 × 10-5
2,2-Dimethylpropanoic 2.6
acid FCH2CO2H 2.5 × 10-3 2.9
Heptanoic acid ClCH2CO2H 1.4 × 10-3 2.9
Alpha halogen BrCH2CO2H 1.4 × 10-3 1.3
substituents increase Cl2CHCO2H 5.0 × 10-2 0.9
acidity Cl3CCO2H 1.3 × 10-1
Fluoroacetic acid
Chloroacetic acid
Bromoacetic acid
Dichloroacetic acid
Trichloroacetic acid

Electron-withdrawing CH3OCH2CO2H 2.7 × 10-4 3.6
groups increase acidity N CCH2CO2H 3.4 × 10-3 2.5
Methoxyacetic acid O2NCH2CO2H 2.1 × 10-2 1.7
Cyanoacetic acid
Nitroacetic acid

นักเคมีอนิ ทรียเ์ ช่ือมานานแลว้ ว่า ผลของความแรงของกรดของอะตอมท่ีมสี มบัตเิ ป็นตวั ดงึ

อิเล็กตรอนตอ่ Inductive effect ของหมูแ่ ทนทโ่ี ดยการสง่ ผ่าน σ bond ของโมเลกลุ ตามโมเดลน้ี

σ electron ในพันธะ C-Cl ของไอออนคลอโรแอซิเตทถกู ดงึ ไปทางด้านคลอรนี ปลอ่ ยใหอ้ ะตอม
อลั ฟา-คาร์บอนมีประจุบวกเล็กน้อย อัลฟา-คารบ์ อนซึง่ มีสมบัตเิ ป็นบวก สามารถดึงดูดอิเล็กตรอน
จากคารบ์ อกซิเลทซึ่งมีประจุลบ ดงั นัน้ จึงเกิดการกระจายของประจุและชว่ ยให้แอนไอออนเสถียร
เมอ่ื แอนไอออนเสถยี รมากขึน้ ทําให้คา่ คงท่สี มดุลเพมิ่ ขนึ้

HO คลอโรแอซิเตทแอนไอออนถูกทําใหเ้ สถียรโดยผลการดึง
Cl C C อเิ ล็กตรอนของคลอรีน คา่ คงท่สี มดุลท่เี กดิ ขนึ้ มีค่าสงู
กว่าการเกดิ แอซเิ ตทไอออนจากกรดแอซติ ิก
HO

48 เคมอี ินทรีย์ 2 (Organic Chemistry II)

Inductive effect ลดลงอยา่ งรวดเร็วเมอ่ื จํานวน σ bond ระหว่างบริเวณเกดิ ปฏิกิรยิ า
และหมูแ่ ทนท่ีเปน็ ข้วั เพิ่มขน้ึ ผลของความแรงของกรด (Acid-strength effect) ของฮาโลเจนลดลง
เมื่ออยู่ห่างจากหมคู่ ารบ์ อนิล

ClCH2CO2H ClCH2CH2CO2H ClCH2CH2CH2CO2H
4-Chlorobutanoic acid
Chloroacetic acid 3-Chloropropanoic acid
Ka = 3.0 x 10-5
Ka = 1.4 x 10-3 Ka = 1.0 x 10-4

pKa = 2.9 pKa = 4.0 pKa = 4.5

ตัวอย่างอ่นื ๆ เก่ยี วกับผลของหมู่แทนที่ (Substitution effect) ทีม่ ีผลตอ่ ความเปน็ กรดยงั
พบได้ในกรดเบนโซอกิ ทม่ี ีหมู่แทนท่ี เราทราบมาแล้วในเรือ่ งปฏิกิริยาการแทนทีก่ รดอะโรมาติกว่า
หมู่แทนที่มผี ลอยา่ งมากต่อความวอ่ งไวของปฏิกริ ิยา กล่าวคือวงแหวนอะโรมาติกที่มีหมูใ่ ห้
อเิ ลก็ ตรอน (electron-withdrawing groups) เกาะอยู่จะ activate และวงแหวนอะโรมาตกิ ท่ีมี
หม่ใู ห้อเิ ลก็ ตรอน (electron-donating groups) เกาะอยจู่ ะ deactivate ต่อปฏกิ ิรยิ าการแทนทีท่ ่ี
จะเกดิ ขึน้ ต่อไป (ตารางท่ี 2.3)

ตารางท่ี 2.3 ผลของหม่แู ทนที่ตอ่ ความเป็นกรดของ p-substituted benzoic acid (McMurry,
2008, p. 760)

O pKa
YC

OH

Y Ka = 10 × 10-5

Stronger -NO2 39 3.41
acid -CN 28
-CHO 18 3.55
-Br 11 Deactivating

3.75 group
3.96

-Cl 10 4.0

-H 6.46 4.19

-CH3 4.3 4.34
-OCH3 3.5 4.46 Activating group

-OH 3.3 4.48
Weaker acid

จากตารางท่ี 2.3 หมู่ดงึ อิเล็กตรอน เชน่ หมู่ไนโตรจะเพม่ิ ความเป็นกรดโดยการทําให้คาร์
บอกซิเลทแอนไอออนเสถียร และหมู่ให้อเิ ล็กตรอน เชน่ หมเู่ มทอกซีจะไปลดความเปน็ กรดโดยการ
ลดความเสถยี รของคารบ์ อกซิเลทแอนไอออน

กรดคารบ์ อกซลิ ิก 49

O O O
C C OH C OH

OH Benzoic acid O2N
(pKa = 4.19)
CH3O p-Nitrobenzoic acid
(pKa = 3.41)
p-Methoxybenzoic acid
(pKa = 4.46)

Acidity

เนอื่ งจากความเป็นกรดของกรดเบนโซอิกท่ีมีหมูแ่ ทนทวี่ ดั ได้ง่ายกว่าการหาความวอ่ งไว
สมั พทั ธ์ของวงแหวนอะโรมาติกต่อปฏกิ ิริยาการแทนท่ีอเิ ล็กโทรไฟล์ สหสัมพนั ธร์ ะหวา่ งผลทงั้ สองมี
ประโยชนส์ าํ หรับการทํานายความว่องไวปฏกิ ริ ยิ า ถา้ เราทราบผลของหมู่แทนทบ่ี างตัวของความ
ว่องไวต่ออิเลก็ โทรไฟล์ เราสามารถหาความเป็นกรดของกรดเบนโซอกิ ท่สี มนัยกันได้ง่าย เช่น

หา Ka ของกรดนี..... เราสามารถทายความวอ่ งไวตอ่ ปฏกิ ิริยาของเบนซนี
ทม@ี หี มแู่ ทนท@ีนีต. อ่ การเข้าเกาะของนิวคลโี อไฟล์
O
C OH

YY

ตวั อยา่ ง สารประกอบ p-(trifluoromethyl)benzoic acid มคี ่า pKa 3.6 อยากทราบวา่
หมู่แทนที่ trifluoromethyl เปน็ หมู่ activating หรอื deactivating ในปฏิกริ ยิ าการแทนทอ่ี ะโร
มาติกดว้ ยนิวคลีโอไฟล์

คําตอบคือ p-(trifluoromethyl)benzoic acid มีค่า pKa 3.6 หมายความว่ามคี วามแรง
มากกว่ากรดเบนโซอิกซึง่ มคี ่า pKa 4.19 ดังนน้ั หมู่แทนที่ trifluoromethyl จึงเปน็ หมูด่ ึง
อเิ ลก็ ตรอนและเปน็ หมู่ deactivating

2.8 การแตกตวั ของกรดเบนโซอิกท่ีมีหม่แู ทนท่ี

พิจารณาความเป็นกรดของกรดเบนโซอกิ ท่ีมีหมู่แทนที่ โดยกรดเบนโซอิกมีความเปน็ กรด
แรงกว่ากรดแอซิติก หมคู่ าร์บอกซลิ เกาะกับ sp2 hybridization carbon และแตกตัวได้มากกว่าหมู่
คาร์บอกซิลทเ่ี กาะกบั sp3 hybridization carbon ข้อสังเกตว่าคาร์บอนมคี ุณสมบัติดงึ อิเลก็ ตรอน
มากกวา่ เม่ือลกั ษณะ s ของมันเพ่ิมขึ้น

CH3CO2H CH2 CHCO2H CO2H

Acetic acid Acrylic acid Benzoic acid
Ka = 1.8 x 10-5 Ka = 5.5 x 10-5 Ka = 6.3 x 10-5

pKa = 4.8 pKa = 4.3 pKa = 4.2

2.9 กรดไดคารบ์ อกซลิ กิ (Dicarboxylic acids)

กรดไดคารบ์ อกซิลิกอา่ นชือ่ ตามระบบวา่ Alkanedioic acid อย่างไรกต็ าม เรานิยมอ่านชื่อ
สามญั ของกรดไดคาร์บอกซลิ กิ ส่วนใหญ่ (ตารางท่ี 2.5)

50 เคมอี ินทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

ตารางที่ 2.5 ช่ือสามญั ของกรดไดคาร์บอกซลิ กิ ท่ีสาํ คัญ (Solomons and Fryhle, 2008,
p.783)

Structure Common name
HO2C-CO2H Oxalic acid
HO2CCH2CO2H Malonic acid
HO2C(CH2)2CO2H Succinic acid
HO2C(CH2)3CO2H Glutaric acid
HO2C(CH2)4CO2H Adipic acid
Maleic acid
cis HO2C HC CH CO2H Fumaric acid
Phthalic acid
trans HO2C HC CH CO2H
CO2H

CO2H

CO2H Isophthalic acid

CO2H Terephthalic acid
CO2H

CO2H

กรดไดคาร์บอกซลิ ิกมีคา่ คงที่การแตกตวั แยกกันโดยแทนด้วย K1 และ K2 สําหรบั
ข้นั การแตกตัวแตล่ ะข้นั เป็นดังน้ี

OO K1 OO
H+ + HOC CO
HOC COH K1 = 10.5 x 10-2

Oxalic acid Hydrogen oxalate pK1 = 1.2

(monoanion)

OO K2 OO

HOC CO H+ + OC CO K2 = 5.3 x 10-5
pK2 = 4.3
Oxalate
(dianion)

ค่าคงที่การแตกตวั ค่าแรกของกรดไดคาร์บอกซิลกิ มีค่ามากกว่ากรดมอนอคารบ์ อกซลิ ิกท่ี
คลา้ ยคลึงกัน เน่ืองจากมี 2 บรเิ วณทส่ี ามารถแตกตวั มากกว่า 1 บริเวณ นอกจากน้หี มู่คารบ์ อกซลิ กิ
1 หมู่ทาํ หนา้ ที่เปน็ หมูด่ งึ อเิ ล็กตรอน ท่ีช่วยใหอ้ ีกหม่หู น่ึงแตกตัว ในกรณีเมอื่ 2 หมู่คาร์บอนิลอยู่ห่าง

กนั เพยี ง 2-3 พันธะ เช่น กรดออกซาลกิ และกรดมาโลนิก มคี วามแรงมากกวา่ อนุพันธแ์ อลคิล
ธรรมดาของกรดแอซิติก กรดเฮพเทนไดโออิก (Heptanedioic acid) ซ่งึ มีหมู่คาร์บอนิลอยูห่ ่างกนั
มากกว่า 2 หมูจ่ งึ มคี วามเปน็ กรดมากกว่ากรดแอซิตกิ เพียงเลก็ น้อย

กรดคารบ์ อกซลิ ิก 51

HO2CCO2H HO2CCH2CO2H HO2C(CH2)5CO2H

Oxalic acid Malonic acid Heptanedioic acid

K1 = 6.5 x 10-2 K1 = 1.4 x 10-3 K1 = 3.1 x 10-5

pK1 = 1.2 pK1 = 2.8 pK1 = 4.3

2.10 แหลง่ ของกรดคารบ์ อกซิลิก (Sources of carboxylic acids)

กรดคาร์บอกซิลิกหลายชนิดที่ไดจ้ ากการแยกครัง้ แรกจากแหล่งธรรมชาติ จะใชช้ อ่ื ตาม
แหล่งทม่ี าของกรด เชน่ กรดฟอร์มิก (กรดมด) มาจากภาษาละติน คอื formica แปลวา่ “มด” ซึง่
กรดฟอร์มิกไดจ้ ากมด กรดแอซิติกมาจากภาษาละติน vinegar แปลวา่ นาํ้ ส้ม เนื่องจากพบว่ามอี ยู่
ในเหล้าองุ่นที่เปล่ียนเป็นรสเปรยี้ ว Butyric acid มาจากภาษาละตนิ butyrum แปลวา่ เนย เป็น
กรดทีท่ ําใหเ้ กดิ การเหมน็ หนื ในเนย และกรดแลคตกิ มาจากภาษาละตนิ ว่า lac แปลว่า นมซึง่ แยกได้
จากนมเปร้ยี ว

ในทางอุตสาหกรรม กรดคาร์บอกซิลิกไดจ้ ากการสงั เคราะห์ทางเคมี เช่นกระบวนการ กรด
แอซติ ิกในทางอุตสาหกรรมมี 2 กระบวนการโดยเกย่ี วขอ้ งกับการออกซิเดชนั ของสารตงั้ ต้นที่ไดจ้ าก
ผลติ ภัณฑป์ โิ ตรเลียมดังนี้

2CH3CH2CH2CH3 + 5O2 2CH3CO2H + 6H2O

Butane Oxygen Acetic acid Water

และ

Manganese acetate,

2CH3CHO + O2 Cobalt acetate or 2CH3CO2H + 6H2O
Copper acetate

Acetaldehyde Acetic acid

ส่วนกระบวนการที่ 3 เตรียมโดยการใช้ CO และเมทานอลซึ่งทั้งสองตวั ได้จากการกล่นั
ถ่านหนิ

Cobalt or rhodium

catalyst CH3CO2H
CH3OH + CO heat, pressure

Methanol Carbon Acetic acid
monoxide

กรดแอซติ กิ ใชใ้ นการผลิตไวนิลแอซเิ ตทสําหรับทาํ สีและกาว

2.11 การเตรยี มกรดคารบ์ อกซิลกิ (Preparation of carboxylic acids)

วิธีการเตรียมกรดคาร์บอกซิลิกสว่ นใหญไ่ ดก้ ลา่ วถึงแลว้ ในเรอ่ื งทีเ่ กย่ี วขอ้ ง อยา่ งไรก็ตาม
ในบทนี้จะขอกล่าวถงึ การเตรียมอกี ครั้งหนึง่ ดงั น้ี

2.11.1 การออกซิเดชันแอลคนี (Oxidation of alkenes)
สารประกอบแอลคีนสามารถถูกออกซไิ ดซด์ ว้ ย KMnO4 ในดา่ งทร่ี อ้ นจะไดก้ รดคาร์

บอกซลิ ิก ท้งั นี้ที่คารบ์ อนของพันธะค่จู ะต้องมีไฮโดรเจนเกาะอยู่ 1 อะตอม เชน่

52 เคมอี ินทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

CH3CH CHCH3 KMnO4,OH-,H2O O H3O+
(cis or trans) heat 2 CH3CO-

Acetate ion O
2 CH3COH

Acetic acid

หรอื ออกซิไดซด์ ้วยโอโซนแล้วตามด้วยทําปฏิกริ ยิ ากับไฮโดรเจนเปอรอ์ อกไซด์
ดงั นี้

CH3CH CHCH2CH3 1) O3 OO
2-Pentene 2) H2O2 CH3COH + CH3CH2COH

Acetic acid Propionic acid

2.11.2 การออกซเิ ดชนั แอลดีไฮด์และแอลกอฮอลป์ ฐมภมู ิ
(Oxidation of aldehyde and primary alcohol)

แอลดีไฮด์สามารถถูกออกซไิ ดซเ์ ปน็ กรดคารบ์ อกซลิ ิกด้วยตัวออกซไิ ดซ์ที่มีความ
แรงปานกลาง เชน่ Ag(NH3)2+OH- (Tollens’ reagent) และแอลกอฮอล์ปฐมภมู ิถูกออกซไิ ดซ์ด้วย
KMnO4 ได้กรดคารบ์ อกซิลิก ทัง้ แอลดีไฮด์และแอลกอฮอล์ปฐมภมู ิถูกออกซิไดซด์ ว้ ยกรดโครมิก
(H2CrO4) ซึ่งเรียกวา่ Jones Oxidation กลายเป็นกรดคารบ์ อกซลิ ิก

O 1) Ag(NH3)2+OH- O
CH3CH2CH CH3CH2COH

2) H3O+ Propionic acid
Propionaldehyde

CH3CH2CH2OH 1) KMnO4, OH- O
Propyl alcohol heat CH3CH2COH

2) H3O+ Propionic acid

O H2CrO4 O
CH3CH2CH or CH3CH2CH2OH CH3CH2COH

2.11.3 ออกซิเดชันของแอลคลิ เบนซีน (Oxidation of alkylbenzene)
หมแู่ อลคลิ ปฐมภมู ิและทตุ ิยภูมิ (ยกเว้นหม่แู อลคิลตติยภูม)ิ ที่เกาะอยโู่ ดยตรงกบั วงแหวน
เบนซนี สามารถถูกออกซไิ ดซโ์ ดย KMnO4 หรือ K2Cr2O7 ทาํ ให้ได้หมู่คาร์บอกซลิ

กรดคารบ์ อกซลิ กิ 53

CH3 1) KMnO4,OH- O
COH
Toluene heat
2) H3O+ Benzoic acid

O2N CH3 KMnO4 O2N O
H2O, 90 oC COH

p-Nitrotolune p-Nitrobenzoic acid

2.11.4 ออกซิเดชันของวงแหวนเบนซีน (Oxidation of benzene ring)
วงแหวนเบนซีนของแอลคลิ เบนซนี สามารถเปล่ยี นหมู่คารบ์ อนิลโดยโอโซโนลิซสิ
ตามด้วยทาํ ปฏิกิริยากบั ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

CH2CH3 1) O3,CH3CO2H O

2) H2O2 CH3CH2COH

Ethyl benzene Propionic acid

2.11.5 ออกซเิ ดชนั ของเมทิลคีโตน (Oxidation of methyl ketone)
เมทลิ คโี ตนสามารถเปลยี่ นเป็นกรดคาร์บอกซลิ ิกโดยผ่านปฏิกิริยาไอโอโดฟอร์ม
(Iodoform reaction)

O 1) X2/NaOH O
2) H3O+
CH3CH2CCH3 CH3CH2COH + CHX3

Butanone Propanoic acid Haloform

2.11.6 คาร์บอกซิเลชนั ของกรนิ ยาด์รีเจนต์ (Carboxylation of Grignard
reagents)

เราทราบมาแล้ววา่ ปฏิกริ ยิ าของกรินยารีเจนต์กับหมู่คาร์บอนิลของแอลดีไฮด์
คโี ตนและเอสเทอร์ สามารถนําไปประยุกต์ใชใ้ นการสังเคราะหท์ างเคมีอินทรีย์ กรินยารีเจนตท์ าํ
ปฏิกริ ยิ ากบั คารบ์ อนไดออกไซด์ได้เกลือแมกนีเซียมของกรดคาร์บอกซลิ ิก เมื่อทําให้เปน็ กรดจะ
เปลีย่ นเกลอื แมกนเี ซียมคารบ์ อกซเิ ลทเปน็ กรดคารบ์ อกซิลิกที่ต้องการ

R O O H+ O
MgX C RCOMgX H2O RCOH
O

Grignard Carbon Halomagnesium Carboxylic
reagent dioxide carboxylate acid

54 เคมีอินทรีย์ 2 (Organic Chemistry II)

1) Mg, diethyl ether

CH3CHCH2CH3 2) CH3OO2+ CH3CHCH2CH3
Cl 3) CO2H

2-Chlorobutane 2-Methylbutanoic acid
(76-80%)

1) Mg, diethyl ether

CH3 2) CO2 CH3
Br 3) H3O+ CO2H

9-Bromo-10-methylphenanthrene 10-Methylphenanthrene
-9- carboxylic acid (82%)

โดยสรุป คาร์บอกซิเลชันของกรนิ ยาด์รเี จนตเ์ ปน็ การเปลีย่ นแอลคลิ เฮไลด์ หรอื แอริลเฮไลด์ เปน็ กรด
คารบ์ อกซิลกิ ซ่ึงทาํ ให้มโี ครงสร้างคารบ์ อนมีจาํ นวนคารบ์ อนเพ่มิ ขน้ 1 อะตอม

RX Mg RMgX 1) CO2 RCO2H
2) H3O+
diethyl ether

Alkyl halide Grignard Carboxylic acid
reagent

ข้อจาํ กัดของวธิ นี ี้ คอื แอลคิลเฮไลด์ หรือแอรลิ เฮไลด์ ตอ้ งไมม่ ีหมู่แทนที่ทไ่ี ม่เขา้ กบั
กรนิ ยารเี จนต์ เช่น -OH, -NH, -SH, -C=O หรือ -NO2

2.11.7 ไฮโดรลิซิสไนไตรล์ (Hydrolysis of nitriles)

แอลคิลเฮไลดป์ ฐมภมู แิ ละทตุ ิยภูมิสามารถเปลย่ี นเปน็ กรดคาร์บอกซลิ ิกทีม่ จี าํ นวน
คารบ์ อนสูงขน้ึ โดยปฏกิ ริ ยิ าการสงั เคราะห์ 2 ขัน้ ตอน ซึง่ เกี่ยวข้องกบั การเตรยี มและไฮโดรลิซสิ ไน
ไตรล์

XR + CN RC N + X-

Primary or Cyanide Nitrile Halide
secondary alkyl ion (alkyl cyanide) ion

halide

ปฏกิ ิริยาเปน็ ชนิด SN2 และมีประสทิ ธภิ าพมากท่สี ดุ สําหรบั แอลคิลเฮไลด์ปฐมภมู ิ สว่ นแอลคลิ ทตุ ยิ
ภมู ิเกิดปฏิกิริยาได้ช้ากว่า แต่แอลคลิ เฮไลดต์ ตยิ ภมู ิทาํ ใหเ้ กิดปฏิกริ ยิ าการขจดั (Elimination

reaction) แอริลเฮไลด์และไวนลิ เฮไลดไ์ มเ่ กิดปฏกิ ิริยา ไดเมทลิ ซลั ฟอกไซดเ์ ป็นตัวทําละลายท่ดี ี

สําหรับปฎกิ ิริยาน้ี แต่แอลกอฮอลแ์ ละสารผสมนํา้ -แอลกอฮอลก์ ็สามารถใช้ไดอ้ ีกดว้ ย

หมไู่ นไตรลเ์ ขา้ ไปอยู่ในโมเลกลุ ถูกแยกออกเมื่อนําไปทําในข้นั ไฮโดรลิซสิ ปกติทาํ โดยการ

รฟี รกั ซด์ ้วยสารละลายกรด

กรดคารบ์ อกซิลกิ 55

RC N + 2H2O + H+ O

RCOH + NH4+

Nitrile Water Carboxylic Ammonium

acid ion

เช่น

H2O, O
H2SO4
CH2Cl NaCN CH2CN heat CH2COH
DMSO

Benzyl chloride Benzyl cyanide (92%) Phenylacetic acid
(77%)

กรดไดคารบ์ อกซิลกิ สามารถเตรียมจากเฮไลด์ได้โดยวธิ นี ้ี

BrCH2CH2CH2Br NaCN NCCH2CH2CH2CN H2O, HCl
H2O 1,5-Pentanedinitrile heat

1,3-Dibromopropane

OO

HOCCH2CH2CH2COH

1,5-Pentanedioic acid
(83-85%)

2.12 ปฏกิ ริ ยิ าของกรดคาร์บอกซิลกิ (Reaction of carboxylic acids)

2.12.1 ปฏิกริ ยิ าการเปล่ยี นเป็นเอซิลเฮไลด์ (Conversion to acyl halide)

กรดคารบ์ อกซิลิกเปลี่ยนเปน็ เอซลิ คลอไรดโ์ ดยทําปฏกิ ิริยากับรีเอเจนตท์ ่ใี ช้กนั ทว่ั ไปมี 3 ชนิด คอื ไธ

โอนลิ คลอไรด์ (SOCl2) ฟอสฟอรสั ไตรคลอไรด์ (PCl3) หรอื ฟอสฟอรสั เพนตะคลอไรด์ (PCl5) ปก
ตไิ ธโอนลิ คลอไรด์ใช้สะดวก เพราะว่าผลติ ภณั ฑ์ที่เกิดขึน้ แยกออกไดง้ ่ายและไธโอนลิ ที่เหลอื มีจุด
เดือดตํ่า (79 oC) สามารถขจัดออกได้งา่ ย

O

RCO2H + SOCl2 RCCl + SO2 + HCl

Carboxylic Thionyl Acyl Sulfur Hydrogen
acid chloride chloride dioxide chloride

เชน่ O

SOCl2 CH2CCl
CH2CO2H heat

H3CO H3CO

m-Methoxyphenylacetic m-Methoxyphenylacetyl chloride
acid (85%)

2.12.2 ปฏกิ ริ ิยาการเปล่ยี นเปน็ แอนไฮไดรด์
แอนไฮไดรด์ไดจ้ ากการให้ความรอ้ นกรดคาร์บอกซิลิก 2 โมเลกลุ ปกติแอนไฮไดรด์
เตรยี มได้ยากจากกรดท่สี มนัยกนั อย่างไรก็ตามแอซิติกแอนไฮไดรด์เทา่ น้ันทเี่ ตรยี มได้ง่ายโดยวิธนี ี้

56 เคมีอนิ ทรีย์ 2 (Organic Chemistry II)

heat OO
CH3COCCH3
CH3CO2H + CH3CO2H
Acetic acid Acetic acid Acetic anhydride

สําหรบั แอนไฮไดรด์วงแหวน (Cyclic anhydride) ที่มวี งแหวน 5 หรอื 6 เหลยี่ ม
ได้จากการนาํ diacid มาทาํ ดีไฮเดรชันท่ีอุณหภมู ิสงู เชน่

O 200 oC O
O
OH
OH O

O Succinic anhydride

Succinic acid

2.12.3รีดัคชนั ดว้ ยลิเธียมอลมู เิ นยี มไฮไดรด์ (Reduction with lithium aluminium
hydride)

กรดคารบ์ อกซลิ ิกถูกรีดวิ ซ์ด้วยลิเธยี มอลมู เิ นยี มไฮไดรด์ (ทําไม่ได้ด้วยโซเดียมบอโรไฮ
ไดรด)์ ซึ่งเปน็ ตัวรดี วิ ซ์ทีแ่ รงเกิดแอลกอฮอลป์ ฐมภูมิ

1) LiAlH4, diethyl ether RCH2OH

RCO2H

2) H2O

Carboxylic acid Primary alcohol

เชน่

1) LiAlH4, diethyl ether F3C CH2OH

F3C CO2H p-(Trifluoromethyl)
benzyl alcohol (98%)
2) H2O

p-(Trifluoromethyl)
benzoic acid

2.12.4การเกดิ เอสเทอริฟเิ คชนั กับแอลกอฮอล์ (Esterification with alcohol)

กรดคารบ์ อกซิลิกทําปฏิกิรยิ ากบั แอลกอฮอลเ์ มอ่ื มสี ารตัวเร่งปฏกิ ิริยาอยู่ดว้ ยจะเกิดเอส

เทอร์ ปฏิกริ ิยานเี้ ป็นกระบวนการสมดุลและสามารถทําใหป้ ฏิกริ ิยาดําเนนิ ไปในทิศทางการเกดิ เอส

เทอรโ์ ดยการขจดั นา้ํ ท่ีเกิดข้นึ จากปฏกิ ิริยา

H+

RCO2H + R'OH RCO2R' + H2O

Carboxylic acid Alcohol Ester Water

เช่น

กรดคารบ์ อกซิลิก 57

CO2H H+ O
+ CH3OH COCH3
H2O
+

Benzoic acid Methanol Methyl benzoate
(70%)

2.12.5ปฏกิ ิริยาการเปลยี่ นเป็นเอไมด์ (Conversion to amide)

กรดคาร์บอกซลิ ิกทําปฏิกริ ิยากับสารละลายแอมโมเนยี เกดิ เกลอื แอมโมเนยี ม และเม่ือให้
ความรอ้ นจะเกดิ ดีไฮเดรชันได้เอไมด์

O O heat O

RCOH + NH3 RCO-NH4+ RCONH2 + H2O

2.12.6ดคี าร์บอกซิเลชันกรดคาร์บอกซลิ ิก (Decarboxylation of carboxlic acid)

ปฎิกริ ยิ าทกี่ รดคารบ์ อกซกิ สูญเสยี กา๊ ซคารบ์ อนไดออกไซด์ เรยี กว่า ดีคาร์บอกซเิ ลชนั
(Decarboxylation)

O decarboxylation R-H + CO2

R C OH

ในทางปฏิบัติปฏิกริ ยิ าน้เี กดิ ข้ึนชา้ มาก ไม่เปน็ ประโยชนต์ อ่ การสงั เคราะห์ แตโ่ มเลกุลกรด
คารบ์ อกซิลกิ ท่ีมีหม่คู าร์บอนิลทเี่ ป็น -keto acid สามารถเกดิ ดีคารบ์ อกซิลกิ ได้ดี เม่ือใหค้ วาม

รอ้ นที่อุณหภมู ิ 100-150 oC อยา่ งไรกต็ ามก็มี -keto acid บางชนดิ ท่เี กดิ ดคี าร์บอกซิเลชันได้

ชา้ มากท่ีอณุ หภมู หิ ้อง

OO 100-150 oC O
R CCH2COH R CCH3 + CO2

β-Keto acid

2.13 กลไกปฏกิ ิรยิ าเอสเทอริฟเิ คชันทเ่ี ร่งปฏิกริ ิยาโดยกรด
(Mechanism of acid-catalysed esterification)

คาํ ถามทีน่ ่าสนใจเก่ยี วกบั กลไกเอสเทอรฟิ ิเคชนั ท่ีเร่งปฏิกิริยาโดยกรด คอื แอลคอกซอี อกซิเจน
ได้มาจากไหน ตัวอย่างเชน่ เมทอกซีออกซิเจน (Methoxy oxygen) ในเมทิลเบนโซเอทมาจากเมทา
นอล หรือกรดเบนโซอิก

O

C OCH3

ออกซเิ จนน้มี าจากออกซิเจนทีอ่ ยใู่ นกรดเบนโซอิกหรอื เมทานอล

คําตอบของคําถามน้ีต้องเข้าใจกลไกปฏิกริ ิยา เพราะจะทําให้ทราบวา่ เปน็ C-O bond
ของแอลกอฮอล์ หรือ C-O bond ของกรดคารบ์ อกซลิ ิกท่ีแตกตัวในกระบวนการเกิดเอสเทอร์ ในปี
ค.ศ. 1938 Irving Robert และ Harold C. Urey แห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบยี เขาเตรียมเมทานอลท่ี

58 เคมอี นิ ทรีย์ 2 (Organic Chemistry II)

ประกอบด้วยออกซิเจนท่ีมีไอโซโทป 18(18O) เมือ่ นาํ ตัวอยา่ งเมทานอลนที้ าํ ปฏิกิริยากับกรดเบนโซ
อกิ เกิดเอสเทอร์ พบวา่ ผลิตภัณฑ์เมทลิ เบนโซเอททไ่ี ด้ประกอบด้วย 18O ในสารท่ีมาจากเมทานอล

CO2H H+ O
+ CH3OH COCH3
H2O
+

Benzoic acid 18O-Enriched 18O-Enriched

Methanol Methyl benzoate (70%)

กลไกปฏกิ ิริยาประกอบดว้ ย 2 ขั้นตอนหลัก (6 ขั้นตอนยอ่ ย) คอื การเกิดสารมธั ยันตร์ ทรงเหลี่ยมสี่

หน้า (tetrahedral) ในข้นั แรก (ข้ัน 1-3) และการแตกตวั ของสารมัธยนั ตร์ ทรงเหลย่ี มส่ีหน้า ใน

ตอนทส่ี อง

(ขน้ั 4-6)

O step 1-3 OH step 4-6

C OH + CH3OH H+ H+

C OCH3

OH

Benzoic acid Methanol Tetrahedral intermediate

O
COCH3

+ H2O

Methyl benzoate

ปฏกิ ริ ิยาสทุ ธิ

O CH3 O H
O O
C OH + H+ C OCH3 +

H H

Benzoic acid Methanol Methyl benzoate Water

ขน้ั ที่ 1 : กรดคารบ์ อกซลิ ิกถูกเตมิ โปรตอนที่คารบ์ อนออกซิเจน สารให้โปรตอนในขนั้ นี้คือ
alkyloxonium ion ท่เี กดิ ข้นึ จากการย้ายโปรตอนจากสารตวั เรง่ ใหแ้ ก่แอลกอฮอล์

O OH CH3
C CH3 +O
CO H
OH + H O
H H

Benzoic acid Methyloxonium Conjugate acid Methanol
ion of benzoic acid

ขนั้ ท่ี 2 : การเติมโปรตอนของกรดคารบ์ อกซิลิกทําใหเ้ พมิ่ ลักษณะความเปน็ บวกของหมู่คารบ์ อ
นลิ โมเลกุลของแอลกอฮอล์ทําหนา้ ที่เป็นนวิ คลโี อไฟล์และเข้าเกาะที่คาร์บอนคารบ์ อนิล

กรดคารบ์ อกซิลิก 59

OH CH3 OH CH3
CO H +O CO

H OH H

Conjugate acid Methanol Protonated form of
of benzoic acid tetrahedral intermediate

ขนั้ ท่ี 3 : Oxonium ion ที่เกิดข้ึนในขั้นที่ 2 สญู เสยี 1 โปรตอนเกิดสารมธั ยนั ตรท์ รงเหล่ียมสี่
หน้าทเี่ ปน็ กลาง

OH CH3 CH3 OH CH3
C OCH3+ H O
CO +O
OH H
OH H H

Protonated form of Methanol Tetrahedral Methyloxonium
tetrahedral intermediate
intermediate ion

ขนั้ ที่ 4 : ขัน้ ตอนท่ีสองเร่มิ ต้นดว้ ยการเตมิ โปรตอนให้แกส่ ารมธั ยนั ตร์ ทรงเหล่ยี มสี่หน้าท่ี
ออกซิเจนไฮดรอกซลิ

OH CH3 OH CH3
C OCH3+ H O
C OCH3 + O
OH H
O H
HH

Tetrahedral Methyloxonium Hydroxyl-protonated Methanol
tetrahedral intermediate
intermediate ion

ขน้ั ที่ 5 : สารมัธยันตรส์ ูญเสยี โมเลกลุ นา้ํ เกิดเอสเทอร์ในรปู ท่ีเตมิ โปรตอน

OH OH H

C OCH3 C +O
O
HH OCH3 H

Hydroxyl-protonated Conjugate acid Water
tetrahedral intermediate of methyl benzoate

ขั้นท่ี 6 : เกิดการขจัดโปรตอนออกจากสารท่ีไดจ้ ากขน้ั ท่ี 5 เกดิ ผลติ ภณั ฑ์เอสเทอรใ์ นรูปทเี่ ปน็
กลาง

OH CH3 O CH3
O
C +O C OCH3+ H

OCH3 H H

Conjugate acid Methanol Methyl benzoate Methyloxonium
of methyl benzoate ion

2.14 การเกิดเอสเทอรภ์ ายในโมเลกุล : แลคโตน (Intramolecular ester formation :
Lactones)

60 เคมีอินทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

กรดไฮดรอกซีซึ่งเป็นสารประกอบทป่ี ระกอบด้วยทง้ั หมู่ฟังกช์ นั ไฮดรอกซลิ และกรดคาร์
บอกซิลิกภายในโมเลกุลเดยี วกนั สามารถเกิดเอสเทอร์วงแหวน (Cyclic ester) เรยี กว่า lactone
ปฏิกิรยิ าเอสเทอรฟิ เิ คชันภายในโมเลกลุ เกิดขนึ้ ไดเ้ องและเกิดเปน็ วงแหวนไดด้ เี ม่ือเกิดเป็นวงแหวน

5 หรอื 6 เหลย่ี ม แลคโตนที่ประกอบด้วยเอสเทอรว์ งแหวน 5 เหลย่ี ม เรียกวา่ γ-lactones

เพราะว่าไดจ้ าก γ–Hydroxy carboxylic acid และเช่นเดียวกับวงแหวน 6 เหลี่ยม เรียกว่า δ-

Lactones

O O

HOCH2CH2CH2COH

O

4-Hydroxybutanoic acid 4-Butanolide

( γ-Lactone)

(2-Oxacyclopentanone)

O

HOCH2CH2CH2CH2COH O
O

5-Hydroxypentanoic acid 5-Pentanolide

(δ -Lactone)

(2-Oxacyclohexanone)

แลคโตนอ่านช่ือโดยการแทนคาํ ลงทา้ ย -oic acid ของกรดคาร์บอกซลิ กิ ด้วย -olide
หรอื oxacycloalkanone และนับจาํ นวนรวมถึงคารบ์ อนทต่ี ่อกับออกซิเจน ทั้ง 4-Butanolide

และ 5-Pentanolide ขา้ งต้น สามารถอ่านชือ่ สามัญเปน็ γ-Butyrolactone และ δ-
Valerolactone ตามลําดับ และชอื่ สามญั ท้ังสองเป็นทีย่ อมรับโดยกฎ IUPAC

O 1) NaBH4 O
CH3CCH2CH2CH2CO2H
2) H2O, H+ O
5-Oxohexanoic acid
H3C

5-Hexanolide (78%)

2.15 แอลฟา-ฮาโลจเิ นชันของกรดคารบ์ อกซลิ กิ : ปฏกิ ริ ิยาเฮล-โวลฮารด์ -เฮลนิ สกี
(α-Halogenation of carboxylic acid : Hell-Volhard-Helinsky reaction)

การเกิดเอสเทอรเ์ กี่ยวข้องกับการเตมิ นวิ คลโี อไฟล์ทีห่ ม่คู าร์บอนิลเปน็ ขัน้ ตอนสําคญั
ในประเดน็ นห้ี มู่คารบ์ อนิลคล้ายคลึงกับปฏิกริ ิยาของแอลดีไฮด์และคีโตน ความคล้ายคลึงของกรด
คาร์บอกซลิ ิกกบั แอลดไี ฮด์และคีโตนในดา้ นอืน่ ๆ เช่น เกดิ อีนอลและฮาโลเจนสามารถเข้าทาํ
ปฏิกริ ยิ าท่ีตาํ แหน่งแอลฟาของอะตอมคารบ์ อนโดยผา่ นอนี อล เช่นเดยี วกบั แอลดีไฮด์และคีโตน

ปรมิ าณการเกิดอนี อลของกรดคาร์บอกซลิ ิกเกิดไดน้ อ้ ยกว่าการเกิดอีนอลของแอลดีไฮด์
และคโี ตนมาก ดงั นัน้ การใสห่ มู่แทนที่ฮาโลเจนท่ีอัลฟาคาร์บอนอะตอมจาํ เป็นต้องใชส้ ภาวะปฏิกิรยิ า
แตกตา่ งกนั เล็กน้อย ปฏกิ ริ ยิ าโบรมเิ นชันเปน็ ปฏิกริ ิยาทสี่ ามารถทาํ ได้ง่าย และวิธีการเกย่ี วข้องกับ
ปฏกิ ิรยิ าของกรดคาร์บอกซิลิกกับโบรมนี โดยมีฟอสฟอรัสไตรคลอไรด์เปน็ ตัวเรง่ ปฏิกริ ยิ า

ปฏกิ ิริยา α-Bromination ของกรดคาร์บอกซลิ กิ เรยี กว่า Hell-Volhard-Helinsky
reaction ในบางครั้งปฏิกิริยาน้ีสามารถใชฟ้ อสฟอรัสจํานวนเลก็ น้อย แทนที่จะใชฟ้ อสฟอรสั ไตร

กรดคารบ์ อกซลิ กิ 61

คลอไรดเ์ ปน็ ตวั เรง่ ปฏิกิรยิ า ฟอสฟอรสั ทาํ ปฏิกริ ิยากับโบรมีนเกิดฟอสฟอรสั ไตรโบรไมด์ซึ่งเปน็

ตวั เร่งปฏกิ ิริยาทว่ี อ่ งไวภายใต้สภาวะน้ี

ปฏกิ ิรยิ าทว่ั ไป

RCH2CO2H + Br2 PCl3 RCHCO2H + HBr

Br

Carboxylic Bromine α-Bromo Hydrogen

acid carboxylic acid bromide

เชน่

O Br2, PCl3 O
CH2COH CHCOH
Br
benzene, 80oC

Phenylacetic acid α -Bromophenylacetic acid

(60-61%)

กลไกปฏิกริ ิยาเปน็ ดงั น้ี

ขน้ั ท่ี 1 : ตวั เรง่ ปฏกิ ริ ิยาฟอสฟอรัสไตรคลอไรดเ์ ปลย่ี นโมเลกุลของกรดคารบ์ อกซิลกิ เป็นเอ

ซิลคลอไรด์

O PCl3 O
RCH2COH RCH2CCl

Carboxylic acid Acyl chloride

ขั้นที่ 2 : เอซลิ คลอไรด์เกิดอนี อไลเซชัน (Enolization)

O OH
RCH2CCl
RCH C
Acyl chloride
Cl
Enol form of acyl chloride

ข้ันท่ี 3 : รปู อนี อลของเอซลิ คลอไรดท์ ําปฏิกิริยากบั โบรมนี

Br Br + OH O
Bromine RCH C
RCHCCl + HBr
Cl
Enol form of Br
acyl chloride α-Bromoacyl Hydrogen

chloride bromide

ข้นั ท่ี 4 : เกดิ การแลกเปลยี่ นหมูร่ ะหว่าง α-Bromo acyl chloride และกรดคารบ์ อกซิลิก
ขัน้ นเ้ี กดิ ผลิตภัณฑ์จากปฏกิ ริ ิยา คือ α-Bromo acid โมเลกุลเอซิลคลอไรด์ที่เกิดขึน้ สามารถเขา้ ทํา
ปฏิกริ ิยาใหมใ่ นขั้นท่ี 2

OO OO

RCHCCl + R'CH2COH R'CHCOH + RCH2CCl

Br Br

ปฏิกริ ยิ าเฮล-โวลฮาร์ด-เฮลินสกี เป็นวธิ ีการสงั เคราะห์ทมี่ ีประโยชนท์ ี่ α-Halogen

สามารถถูกแทนทีไ่ ด้โดยการแทนทีด่ ้วยนวิ คลีโอไฟล์

62 เคมอี ินทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

CH3CH2CH2CO2H Br2 Br K2CO3
Butanoic acid CH3CH2CHCO2H
P H2O, heat

2-Bromobutanoic

acid (77%) OH

CH3CH2CHCO2H

2-Hydroxybutanoic acid
(89%)

วธิ นี ีเ้ ปน็ วิธมี าตรฐานวธิ หี น่งึ ในการเตรยี ม α-amino acid โดยใช้ α-Bromo
carboxylic acid เปน็ สารเข้าทําปฏกิ ริ ยิ าและใช้สารละลายแอมโมเนียเปน็ นิวคลโี อไฟล์

(CH3)2CHCH2CO2H Br2 Br NH3
3-Methylbutanoic acid PCl3 (CH3)2CHCHCO2H H2O

2-Bromo-3-methyl
butanoic acid (88%)

NH2
(CH3)2CHCHCO2H

2-Amino-3-methyl
butanoic acid (48%)

2.16 ดคี าร์บอกซิเลชันของกรดมาโลนกิ และสารประกอบที่เก่ยี วขอ้ ง
(Decarboxylation of malonic acid and related compounds)

การสญู เสียโมเลกลุ คารบ์ อนไดออกไซด์จากกรดคารบ์ อกซิลกิ เรียกว่า ปฏิกริ ยิ าดีคารบ์ อกซเิ ล
ชนั (Decarboxylation reaction)

RCO2H RH + CO2

Carboxylic acid Alkane Carbon dioxide

ดีคารบ์ อกซเิ ลชันของกรดคาร์บอกซลิ ิกโมเลกุลเล็กๆ เกิดข้ึนไดย้ ากและไม่ค่อยพบ
สารประกอบเกดิ ดีคารบ์ อกซิเลชนั ได้ดีเมือ่ ใชค้ วามร้อน ไดแ้ กส่ ารประกอบทีเ่ ก่ยี วข้องกับกรดมาโล
นิก เมื่อใหค้ วามร้อนเหนือจดุ หลอมเหลวของกรดมาโลนิก จะเปลี่ยนเป็นกรดแอซติ ิกและ
คาร์บอนไดออกไซด์

HO2CCH2CO2H 150oC CH3CO2H + CO2

Malonic acid Acetic acid Carbon dioxide
(propanedioic acid) (ethanoic acid)

ประเดน็ สาํ คญั ที่ควรระลึกถึงคือ ในกระบวนการน้ีมกี ารสูญเสียหมคู่ ารบ์ อนิลเพยี ง 1 หมู่

หมคู่ าร์บอนิลตัวที่ 2 ไม่สามารถแตกตวั ได้ภายใต้สภาวะปฏิกิริยาน้ี กลไกปฏิกิรยิ าซึ่งหมคู่ าร์บอนลิ
หนึ่งชว่ ยใหเ้ กดิ การหลดุ ออกของอีกหมหู่ นง่ึ แสดงด้วยปฏิกิริยาดงั นี้

กรดคารบ์ อกซลิ ิก 63

OHO slow OH
CC HO C CH2 + O C O
HO C O Enol form of Carbon dioxide
acetic acid
H2
fast

O
CH3COH
Acetic acid

สภาวะที่เกย่ี วข้องกับคารบ์ อนิลออกซิเจนของหมู่คาร์บอนิลหนงึ่ และอีกหมู่หน่งึ ที่อยู่
ดา้ นหลังทาํ หน้าทเ่ี ปน็ ตวั รับโปรตอนจากหมไู่ ฮดรอกซิลของคาร์บอนลิ ที่สูญเสียไป การแตกสลาย
พันธะคาร์บอน-คาร์บอนทําให้เกดิ การสูญเสยี อนี อลของกรดแอซิติกและคาร์บอนไดออกไซด์

O HO

C CO
HO CH2

โครงสร้างน้ีแทนสถานะเปล่ยี นการเกิดดีคารบ์ อกซเิ ลชนั กรดมาโลนกิ โดยใช้ความรอ้ น

หลังจากนั้นสารมธั ยนั ตร์อีนอลเปลยี่ นต่อไปเปน็ กรดแอซิติกโดยกระบวนการถ่ายโอน (Transfer)

โปรตอน โปรตอนท่ีเกาะอยู่กับคารบ์ อนอะตอมที่ 2 ของกรดมาโลนิกไม่ไดเ้ กี่ยวข้องโดยตรงใน

กระบวนการ ดังนนั้ อาจจะแทนทโี่ ดยหมูแ่ ทนท่ีอ่ืนๆ ซ่งึ ไม่มีผลต่อความง่ายในการเกดิ ดีคาร์บอกซเิ ล

ชัน

สารประกอบทีค่ ล้ายคลึงกบั กรดมาโลนิกถูกแทนที่ทคี่ าร์บอนอะตอมท่ี 2 เกิดดีคารบ์ อกซิเล

ชนั โดย ความรอ้ น เชน่

CO2H 185oC H
CO2H + CO2

CO2H

1,1-Cyclobutanedicarboxylic Cyclobutanecarboxylic acid

acid (74%)

150-160oC CH2CO2H + CO2
CH(CO2H)2

2-(2-Cyclopentenyl) malonic (2-Cyclopentenyl) acetic acid
acid (96-99%)

ดีคาร์บอกซิเลชนั โดยความรอ้ นของอนพุ ันธก์ รดมาโลนกิ เปน็ ข้ันสดุ ท้ายในการ
สังเคราะหห์ ลายข้ันตอนของกรดคารบ์ อกซลิ ิก เรยี กวา่ Malonic ester synthesis มขี ้อสังเกตวา่
หมู่คาร์บอนลิ ท่ีอย่ดู ้านหลงั ระหว่างดคี ารบ์ อกซเิ ลชนั กรดมาโลนิก หมู่ฟงั ก์ชนั ไฮดรอกซลิ ไมเ่ กี่ยวข้อง
โดยตรงในกระบวนการนี้ ดงั นั้นสารประกอบอนื่ ซึ่งมหี มู่แทนทท่ี ่ีไม่ใชห่ มู่ไฮดรอกซลิ ท่ีตําแหน่งน้ี ก็
สามารถเกดิ ดีคารบ์ อกซเิ ลชันได้ในเช่นเดียวกนั

64 เคมีอินทรีย์ 2 (Organic Chemistry II)

OHO OHO

CC CC
HO C O RCO

H2 H2
Bonding changes during Bonding changes during
decarboxylation of malonic decarboxylation of β-keto

acid acid

สารประกอบท่ีพบมากที่สุดในปฏกิ ิรยิ านี้ คือ -Keto acid นัน่ คือกรดคาร์บอกซลิ กิ ซงึ่

เบตา้ -คารบ์ อนเป็นหมู่ฟังก์ชันคาร์บอนิล ดีคารบ์ อกซิเลชันของ -Keto acid ทําให้เกิดคีโตน

O heat OH
RCCH2CO2H RC CH2 + CO2

β-Keto acid Enol form of ketone

O
RCCH3
Ketone

O O + CO2
CCH2CO2H CCH3

Benzoylacetic acid Acetophenone

O CH3 O + CO2
CH3C C CO2H CH3CCH(CH3)2

CH3 3-Methyl-2-butanone

2,2-Dimethylacetoacetic acid

กรดคารบ์ อกซิลกิ 65

แบบฝึกหดั บทท่ี 2

1. จงเขยี นสตู รโครงสรา้ งของสารประกอบตอ่ ไปนี้

1.1 4-Aminobutanoic acid
1.2 2-Oxopropanoic acid
1.3 2,3-Dimethylbutanedioic acid
1.4 trans-2-Formylcyclohexanecarboxylic acid
1.5 (Z)-3-Phenyl-2-butenoic acid
1.6 1,8-Naphthalenedicarboxylic acid
1.7 m-Chlorobenzoic acid
1.8 p-Chlorophenylacetic acid
1.9 Phthalic acid
1.10 Terephthalic acid
2. จงอา่ นชือ่ ตามระบบของสารประกอบตอ่ ไปนี้

Cl

2.1 OH

O

O

2.2 OH

H3C Br

2.3 C C

(H3C)2HC CO2H

2.4 CH2CO2H

OH
2.5

CO2H
Cl H

CC
2.6 HO2C CO2H

CO2H
HO CH3
2.7

OH

66 เคมอี ินทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

2.8 CO2H
CO2H
2.9 CH=CHCH2H

Cl

2.10 CH2CH3
CH(CH2)4CO2H

3. จงเรยี งลําดับจดุ เดอื ดจากต่ําไปสูงของสารประกอบต่อไปน้ี

COOH CH3 CHO CH2OH

4. จงเรียงลาํ ดบั ความเปน็ กรดจากมากไปหาน้อยของสารประกอบต่อไปน้ี

O
4.1 CH3CH2CO2H, CH3CCH2OH, CH3CH2CH2OH

Cl Cl
4.2 CH3CHCH2CO2H, ClCH2CH2CH2CO2H, CH3CH2CHCO2H

4.3 BrCH2CO2H, ClCH2CO2H, FCH2CO2H

4.4 CF3CO2H, CBr3CO2H, CI3CO2H

4.5 CO2H, O2N CO2H, H3CO CO2H

กรดคารบ์ อกซลิ กิ 67

5. จงเขยี นผลติ ภัณฑ์จากปฏิกิริยาระหวา่ ง Pentanoic acid กบั รเี อเจนตต์ ่อไปน้ี

5.1 SOCl2
5.2 PBr3
5.3 CH3CH2COBr + pyridine
5.4 (CH3)2CHOH + HCl
5.5 CH2NH2

5.6 Product 5.5 strongly heat
5.7 LiAlH4, then H3O+
5.8 Br2,P
5.9 Sodium hydroxide

5.10 Phenylmagnesium bromide

6. จงเขียนปฏกิ ริ ิยาสังเคราะห์ Pentanoic acid จากสารประกอบต่อไปนี้

1-Pentanol
1-Bromobutane (two ways)
5-Decene
Pentanal

7. จงระบุรีเอเจนต์ทีใ่ ชเ้ พื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่อไปนี้

7.1 (CH3)2CHCH2CHO (CH3)2CHCH2CO2H

7.2 CHO OH
CHCO2H
Br
7.3 CO2H

OH OH
7.4 OH

Cl O
OO
O
O
7.5 OH

68 เคมอี ินทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

8. จงเขียนสตู รโครงสร้างของผลิตภณั ฑจ์ ากขนั้ ตอนตา่ งๆ ต่อไปน้ี

1)

NH,H+

H 2)(CH3)2CH=CHCH2Br

O 3) H+,H2O C14H22O (A) HOCH2CH2OH,H+ C16H26O2 (B)

H

1) O3, CH2Cl2 1) H+,H2O
2) Zn, CH3CO2H
3) KMnO4, NaHCO3 C13H20O4 (C) 2) NaBH4 catalytic H C11H16O2 (E)
C11H18O3 (D) heat

9. จงเขยี นสูตรโครงสร้างของผลิตภณั ฑจ์ ากข้ันตอนตา่ งๆ ต่อไปน้ี

base CHO CrO3, H2SO4, O oC CH3OH,H+
C10H16O2 (F)
C10H14O2 (I)

1) Dicyclohexylborane, THF

C11H16O2 (J) 2) HO-, H2O2 C11H18O3 (K) H+,H2O, heat Neonepetalactone

%%%%%%

อนพุ นั ธ์กรดคาร์บอกซลิ กิ 69

บทที่ 3
อนุพันธก์ รดคาร์บอกซลิ ิก
(Carboxylic Acid Derivatives)

3.1 บทนํา
อนพุ นั ธก์ รดคาร์บอกซลิ ิก ได้แก่

-เอซิลคลอไรด์ (Acyl chlorides) หรือกรดคลอไรด์ (Acid chloride)
O

RCCl

-คาร์บอกซลิ ิกแอนไฮไดรด์ (Carboxylic anhydrides) หรอื แอนไฮไดรด์ (Anhydrides)

OO

-เอสเทอร์ (Ester) RCOCR
O

RCOR' O

-เอไมด์ (Amides)

OO

RCNH2 , RCNHR' , RCNR2'

สารประกอบกลุ่มเหล่าน้ีจัดเป็นอนุพันธ์กรดคารบ์ อกซิลิก เพราะสารท้ังหมดอาจ
เปลี่ยนเปน็ กรดคารบ์ อกซลิ ิก โดยการไฮโดรลซิ สิ

OO

RCX + H2O RCOH + HX

Carboxylic acid Water Carboxylic Conjugated acid
derivatives acid of leaving group

การไฮโดรลซิ ิสอนพุ นั ธ์กรดคาร์บอกซิลิกเป็นตัวอยา่ งหนึ่งของการแทนที่เอซิลดว้ ยนิวคลีโอ
ไฟล์ (Nucleophilic acyl substitution) ตัวอยา่ งทก่ี ล่าวมาแลว้ เปน็ การแทนทน่ี ิวคลโี อไฟล์
(Nucleophilic substitution) ทีเ่ กยี่ วข้องกับปฏกิ ริ ยิ าซึ่งหมทู่ ีห่ ลดุ ออก (Leaving group) เกาะกบั
sp3 carbon ของแอลคลิ เฮไลด์ ในบทน้ีจะกลา่ วถึงการแทนท่นี วิ คลโี อไฟลท์ คี่ ารบ์ อนทเ่ี กิดไฮบริได
เซชนั แบบ sp2 ของหมู่เอซลิ ในอนุพนั ธ์ท้ัง 4 ของกรดคารบ์ อกซิลิก ปฏิกิรยิ าการแทนท่ีอาจเรียกว่า
ปฏกิ ิริยาการถ่ายโอนเอซิล (Acyl transfer reaction) เพราะวา่ หมู่เอซิลถูกถ่ายโอนจากอนุพนั ธ์กรด
คารบ์ อกซิลิกไปยังอะตอมของนิวคลโี อไฟล์ท่ีเขา้ ไปเกาะ

การแทนท่ีนวิ คลโี อไฟล์เก่ียวข้องกับอนุพนั ธก์ รดคาร์บอกซลิ ิกประเภทตา่ งๆ ดว้ ยการเตรียม
อนพุ นั ธป์ ระเภทหนึ่งซ่ึงทําหน้าที่เปน็ ปฏกิ ิริยาหลักของอนุพันธอ์ ื่นๆ ปฏกิ ริ ยิ าเหล่านี้เปน็ ปฏิกิริยา
พน้ื ฐานที่สาํ คัญในการเปลี่ยนแปลงหมู่ฟงั กช์ ันเป็นจํานวนมากท้งั ในเคมีอินทรีย์สงั เคราะห์และเคมี
ชีวภาพ

นอกจากนีใ้ นบทนจ้ี ะได้กล่าวถงึ เคมีของสารประกอบไนไตรล์ (Nitrile) ด้วย เพราะวา่ สาร
ดังกลา่ วเมื่อถกู ไฮโดรไลซ์เกดิ กรดคารบ์ อกซลิ ิก หรือเอไมด์ ถึงแมว้ า่ ลักษณะโครงสร้างของไนไตรล์
ไม่คล้ายคลึงกบั อนุพันธ์กรดคารบ์ อกซิลิกก็ตาม

70 เคมีอนิ ทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

3.2 การอ่านช่ืออนพุ นั ธก์ รดคาร์บอกซิลกิ

อนพุ ันธข์ องกรดคาร์บอกซลิ ิกประกอบด้วยหมูเ่ อซิลเกาะกบั อะตอมฮาโลเจน ออกซิเจน
หรือไนโตรเจน การอา่ นชือ่ หมู่เอซิลทําโดยเปลี่ยนคําลงท้ายจาก –oic acid ของกรดคารบ์ อกซลิ ิก
เป็น –yl การอ่านชื่อเอซิลคลอไรดโ์ ดยการแทนท่ีดว้ ยช่ือเฮไลดท์ ่ีเหมาะสมตามหลงั หมเู่ อซิล

O O F O
CH3CCl H2C CHCH2CCl CBr

Acetyl chloride 3-Butenoyl p-Fluorobenzoyl
chloride bromide

ถึงแม้วา่ เอซลิ เฮไลดท์ ี่พบในทางเคมีอนิ ทรยี ์ คือ เอซิลคลอไรด์ เอซลิ โบรไมด์และเอซิลไอโอ
ไดด์ แตส่ ารประกอบ 2 ตวั หลงั พบนอ้ ยกวา่ มากกว่าเอซิลคลอไรด์มาก ในบทนจี้ ะกล่าวถงึ เฉพาะเอ
ซิลคลอไรดเ์ ทา่ นัน้

ในการอ่านชือ่ แอนไฮไดรดซ์ งึ่ หมเู่ อซิลทงั้ สองเหมือนกนั เราอา่ นหม่เู อซลิ เพียงหมูเ่ ดียว
แล้วเตมิ คําว่าแอนไฮไดรด์ แต่ถ้าหมู่เอซิลต่างกนั เราอ่านชอื่ หม่เู อซิลเรียงลําดบั ตามตัวอักษรแลว้
ตามดว้ ยแอนไฮไดรด์

OO OO OO

CH3COCCH3 C6H5COCC6H5 C6H5COC(CH2)5CH3

Acetic anhydride Benzoic anhydride Benzoic heptanoic
anhydride

แอนไฮไดรด์วงแหวน (Cyclic anhydride) ซึ่งมโี ครงสรา้ ง -COOCO- เป็นส่วนหนึง่ ของวง
แหวน การอา่ นชอ่ื คล้ายกบั กรดไดคาร์บอกซลิ ิก

OO O

OO O

OO O

Succinic anhydride Maleic anhydride Phthalic anhydride

หมู่แอลคลิ และหมเู่ อซลิ ของเอสเทอร์มีความจาํ เพาะอิสระตอ่ กัน เอสเทอร์อา่ นชอื่ เป็น
Alkyl alkanoate โดยอา่ นชื่อหม่อู ัลคิล R่ ของ RCOOR่ ก่อน แล้วตามด้วยสว่ นเอซิล RCO- สว่ นเอ
ซิลอ่านชอื่ โดยการแทนที่คําลงท้าย –ic ของกรดคารบ์ อกซิลกิ ดว้ ย –ate

O O O
CH3COCH2CH3 CH3CH2COCH3 COCH2CH2Cl

Ethyl acetate Methyl propanoate 2-Chloroethyl benzoate

สารประกอบแอรลิ เอสเทอรอ์ ่านชื่อในทาํ นองเดยี วกัน
การอ่านช่ือของเอไมด์ชนดิ RCONH2 มาจากกรดคารบ์ อกซิลิกโดยการแทนทีค่ าํ ลงท้าย -
oic acid หรอื –ic acid ดว้ ย -amide

อนพุ นั ธ์กรดคารบ์ อกซลิ ิก 71

O O O
CH3CNH2 C6H5CNH2 (CH3)2CHCH2CNH2

Acetamide Benzamide 3-Methylbutanamide

เราอ่านชอื่ สารประกอบชนดิ RCONHR่ และ RCON R2่ เปน็ อนุพันธ์ที่แทนท่ีด้วย N-Alkyl
และ N,N-Dialkyl ของสายโซ่เอไมด์หลกั

O O O
HCN CH3 CH3CNHCH3 C6H5CN(CH2CH3)2

CH3

N,N-Dimethylformamide N-Methylacetamide N,N-Diethylbenzamide

O CH3 O
CH3CH2CH2CNCH(CH3)2
H2C CHCHCH CHCNHCH2CH3

CH3

N-Isopropyl-N-methyl N-Ethyl-4-methyl-2,5-hexandienamide
butanamide

สําหรบั การอ่านช่ือไนไตรล์ โดยการแทนคาํ ลงท้ายดว้ ย –nitrile การอ่านชือ่ ให้รวมถึงสาย
โซ่คาร์บอนหลกั ทอ่ี ย่ใู นหม่ไู ซยาไนด์ด้วย นอกจากน้ีอาจจะอา่ นโดยใช้ Alkyl cyanide

CH3CHCH3 CH3
CN CH3CHCH2CH2C N
4-Methylpentanenitrile
2-Methylpropanenitrile
(isopropyl cyanide)

ถ้าไนไตรลท์ ่ซี ับซ้อนขึน้ ให้อ่านชื่อเป็นอนุพนั ธข์ องกรด โดยเปลยี่ นคําลงทา้ ย –ic acid หรอื
–oic acid ของกรดดว้ ย -onitrile หรอื โดยการแทนทคี่ าํ ลงทา้ ย –carboxylic acid ดว้ ย –
carbonitrile

H3CC N C6H5C N

Acetonitrile Benzonitrile
(from acetic acid) (from benzoic acid)

CN

CH3
CH3

2,2-Dimethycyclohexanecarbonitrile
(from 2,2-dimethylcyclohexanecarboxylic acid)

3.3 โครงสร้างของอนพุ ันธ์กรดคารบ์ อกซิลิก (Structure of carboxylic acid derivatives)

เช่นเดยี วกบั สารประกอบที่ประกอบด้วยหมคู่ าร์บอนลิ อืน่ ๆ ที่กล่าวมาแลว้ เช่น แอลดไี ฮด์
คโี ตนและกรดคาร์บอกซลิ ิก คืออนุพันธ์กรดคาร์บอกซิลกิ มีการจัดตัวของพันธะในลักษณะ

72 เคมอี ินทรีย์ 2 (Organic Chemistry II)

สามเหล่ียมแบนราบกับหมคู่ ารบ์ อนิล (รปู ท่ี 3.1) ลกั ษณะโครงสรา้ งที่สําคัญของเอซิลคลอไรด์
แอนไฮไดรด์ เอสเทอรแ์ ละเอไมด์ คืออะตอมทเ่ี กาะอยู่กับหมู่เอซิลมีคู่อิเล็กตรอนท่ยี งั ไม่ได้เกิดพันธะ
สามารถเกดิ อนั ตรกริยากับ -system ของคารบ์ อนิล

O O O
RC RC RC

X X X

O

CX

R

X = OH : Carboxylic acid, OR : Ester
Cl : Acyl chloride, NR2 : Amide

OCOR : Acid anhydride
รปู ที่ 3.1: พันธะทุกพนั ธะของคารบ์ อนคารบ์ อนิลของอนุพนั ธก์ รดคาร์บอกซิลิกอยู่บน
ระนาบ

เดียวกัน

การปลดปล่อยอิเล็กตรอนจากหม่แู ทนทีช่ ว่ ยใหห้ มู่คาร์บอนลิ เสถยี รและลดความเป็นอิเล็ก
โทรไฟล์ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเกดิ ได้มากน้อยแค่ไหนขน้ึ อย่กู ับการให้อิเลก็ ตรอนของหมู่
แทนที่ X โดยท่ัวไป X ท่มี คี วามสามารถในการดงึ อเิ ล็กตรอนนอ้ ยกวา่ จะมคี วามสามารถในการให้
อเิ ลก็ ตรอนแก่หม่คู าร์บอนลิ ได้มากกวา่ และทําใหค้ วามเสถียรเพมิ่ ขนึ้

ความมีเสถียรภาพโดยเรโซแนนซใ์ นเอซิลคลอไรด์ ไมด่ ีเท่ากับอนพุ นั ธ์อ่ืนๆ ของกรดคาร์
บอกซิลิก

O O Weak resonance
RC RC stabilization

Cl Cl

เนอื่ งจากพันธะ C-Cl ยาวมาก โดยทว่ั ไปมคี วามยาวประมาณ 180 พิโคเมตร สาํ หรับเอ
ซิลคลอไรด์ การซ้อนเกยกนั (Overlap) ระหวา่ งออรบ์ ติ าล 3p ของ Cl และออรบ์ ติ าล ของหมู่

คารบ์ อนลิ เกิดขน้ึ น้อย ดังนนั้ คอู่ เิ ล็กตรอนของ Cl จงึ เคลอื่ นท่ีไปยงั ออรบ์ ติ าล ไดเ้ ลก็ นอ้ ย หมู่คาร์

บอนลิ ของเอซลิ คลอไรด์แสดง inductive effect ในการดงึ อิเลก็ ตรอนตามปกตขิ องหมู่แทนที่
คลอรีนโดยไม่ต้องชดเชยผลการปล่อยอเิ ลก็ ตรอน เน่ืองจากการให้อิเล็กตรอนคโู่ ดดโดยคลอรนี
ด้วยเหตนุ จ้ี งึ ทําให้คารบ์ อนคาร์บอนลิ ของเอซิลคลอไรดง์ ่ายต่อการเขา้ เกาะโดยนิวคลีโอไฟลไ์ ดด้ ีกว่า
อนุพนั ธ์กรดคารบ์ อกซลิ ิกอ่ืนๆ

กรดแอนไฮไดรด์ถูกทาํ ใหเ้ สถียรโดยการเคล่ือนยา้ ยของอิเล็กตรอนไดด้ ีกวา่ เอซลิ คลอไรด์
อิเล็กตรอนคู่โดดของออกซิเจนเคลื่อนยา้ ยเข้าไปในหมูค่ าร์บอนิลได้ดีกวา่ เรโซแนนซ์เก่ียวข้องกับทัง้
หมู่คาร์บอนิลและกรดแอนไฮไดรด์

อนุพนั ธ์กรดคารบ์ อกซลิ ิก 73

OO OO OO
CC CC CC
R OR ROR ROR

หม่คู ารบ์ อนิลของเอสเทอรถ์ ูกทําให้เสถียรไดด้ กี วา่ หมู่คาร์บอนิลของกรดแอนไฮไดรด์
เน่ืองจากหม่คู าร์บอนลิ ทัง้ สองของแอนไฮไดรด์แข่งขนั เพ่ือรับคู่อิเล็กตรอนจากออกซิเจน แต่ละคู่คาร์
บอนิลเสถียรนอ้ ยกวา่ หมู่คาร์บอนลิ เพยี งหมเู่ ดยี วในเอสเทอร์

O OO

RC is more effective than CC
ROR
OR' Acid anhydride

Ester

เอสเทอร์ถกู ทาํ ให้เสถยี รได้ดีพอๆกับกรดคารบ์ อกซิลิก แต่ไมม่ ากเท่ากับเอไมด์ ไนโตรเจนมี
ความสามารถในการดงึ อิเล็กตรอนไดต้ ํ่ากว่าออกซิเจน ดงั น้ันคอู่ เิ ล็กตรอนจึงมคี วามสามารถในการ
ให้อิเลก็ ตรอนแก่หม่คู ารบ์ อนิลไดด้ กี ว่า

O O Very effective
RC RC resonance stabilizer

NR'2 NR'2

เรโซแนนซข์ องเอไมดเ์ กดิ เสถียรภาพได้สงู มากและทาํ ใหจ้ ํานวน structural effect เพ่มิ ขน้ึ
พันธะท่ตี ่อกับไนโตรเจนในเอไมด์อยู่ในลกั ษณะแบนราบ เช่น ฟอรม์ าไมด์ (รปู ท่ี 3.2) เป็นโมเลกุลที่
มลี ักษณะแบนราบ พนั ธะคาร์บอน-ไนโตรเจนพิจารณาว่ามีลักษณะพนั ธะคู่ (มีความยาว 135 พิโค
เมตร) มคี วามยาวสั้นกวา่ ความยาวพันธะคารบ์ อนเดยี่ ว (ไนโตรเจนซึง่ มคี วามยาว 147 พิโคเมตร)
ซง่ึ พบในเอมีน

H 120o H 121.5o
CN

OH
118.5o

รูปที่ 3.2 ลกั ษณะโครงสรา้ งของฟอร์มาไมด์โมเลกลุ มีลักษณะแบนราบ

การปลดปลอ่ ยอิเล็กตรอนจากไนโตรเจนเกิดขึ้นได้ดมี าก ทําใหใ้ ห้เกดิ ความเสถยี รแกห่ มู่คาร์
บอนลิ ของเอไมด์และอตั ราเร็วการเข้าเกาะของนิวคลีโอไฟล์ท่คี าร์บอนคารบ์ อนิลลดลง รเี อเจนต์นิ
วคลีโอไฟลเ์ ข้าเกาะที่บรเิ วณอิเล็กโทรไฟลใ์ นโมเลกลุ ถา้ อิเลก็ ตรอนถูกปลอ่ ยใหแ้ ก่บริเวณอิเล็กโทร
ไฟลใ์ นโมเลกลุ โดยหมู่แทนทีห่ มู่หน่ึงๆ แลว้ แนวโนม้ ของโมเลกลุ ท่ีจะทําปฏิกริ ิยากับนิวคลีโอไฟล์
ภายนอกจะอยู่ในระดบั ปานกลาง

ตัวอยา่ งความเสถยี รท่พี บในคาร์บอกซิเลทแอนไอออน

74 เคมีอินทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

O O
RC RC

O O

หมทู่ ่อี อกซิเจนซ่งึ มีประจุลบเปน็ ตัวให้อิเลก็ ตรอนแก่หมูค่ ารบ์ อนลิ ที่ดมี าก เรโซแนนซใ์ น
คาร์บอกซิเลทแอนไอออนมีประสิทธภิ าพสงู กวา่ เรโซแนนซ์ในกรดคาร์บอกซิลกิ เอซิลคลอไรด์
แอนไฮไดรด์ เอสเทอรแ์ ละเอไมด์

ตารางท่ี 3.1 สรปุ ผลความเสถยี รของหมูแ่ ทนที่บนหมู่คาร์บอนลิ ทเี่ ขา้ มาเกาะ นอกจากยัง
แสดงการ
เรียงลาํ ดับเชิงคณุ ภาพ การประมาณการในเชิงปริมาณของอตั ราเร็วไฮโดรลิซิสสัมพนั ธข์ องอนุพันธ์
เอซิลประเภทต่างๆ อนุพนั ธก์ รดคาร์บอกซิลกิ ที่มคี วามเสถียรน้อย จะทาํ ปฏิกริ ยิ ากบั นาํ้ ได้เรว็ กวา่
อนุพนั ธ์กรดคาร์บอกซลิ ิกที่มีความเสถยี รมาก

อนพุ นั ธ์กรดคาร์บอกซลิ ิกหน่ึงสามารถเปลย่ี นไปเป็นอีกประเภทหน่งึ ได้ ถ้าปฏิกริ ิยาทาํ ให้
เกดิ หมู่คาร์บอนิลท่ีมีความเสถียรมากกวา่ หรือกลา่ ววา่ อนุพนั ธ์กรดคาร์บอกซิลิกที่มคี วามวอ่ งไว
มากกวา่ สามารถเปลีย่ นเป็นอนุพนั ธ์ทม่ี คี วามว่องไวนอ้ ยกว่า จงึ เปน็ วธิ ที ีใ่ ชก้ นั มากทส่ี ุดในการเตรยี ม
เพ่ือเปลยี่ นอนพุ ันธ์กรดคาร์บอกซิลิกประเภทหน่ึงเป็นอีกประเภทหนึ่ง ลาํ ดบั ความเสถยี รของ
อนพุ ันธ์กรดคาร์บอกซลิ ิก แสดงในตารางที่ 3.1

ตารางท่ี 3.1 ความเสถยี รสมั พนั ธ์และความว่องไวต่อปฏกิ ิรยิ าของอนุพนั ธ์กรดคารบ์ อกซลิ ิก

Carboxylic acid Stabilization Relative rate of hydrolysis*

derivatives 1011

Acyl chloride Very small
Anhydride Small 107

Ester Moderate 1.0
Large <10-2
Amide

Carboxylate anion Very large

* อตั ราเรว็ เป็นคา่ ประมาณและสัมพันธ์กับเอสเทอรเ์ ป็นสับสเตรทมาตรฐานท่ี pH 7.0

อาจสรุปลําดับความว่องไวของอนุพันธ์กรดคารบ์ อกซิลิกได้ดังน้ี

OO OO O

R C NH2 < R C OR' < R C O C R < R C Cl

ความวอ่ งไวของอนุพันธ์กรดคารบ์ อกซิลิกและการเปลีย่ นจากอนุพนั ธ์ทวี่ อ่ งไวมากกว่าเป็น

อนุพันธท์ ี่มคี วามวอ่ งไวน้อยกว่า อาจแสดงได้ดังน้ี

อนพุ นั ธก์ รดคาร์บอกซลิ ิก 75

More reactive O
O R C OR'

R C Cl O
OO R C NH2

RCOCR

Less reactive

3.4 การเตรยี มเอซิลคลอไรด์
(Preparation of acyl chloride)

เอซิลคลอไรด์สามารถเตรียมไดง้ ่ายจากกรดคารบ์ อกซิลิกโดยทําปฏกิ ิริยากบั ไธโอนิลคลอไรด์

OO

RCOH + SOCl2 RCCl + SO2 + HCl

Carboxylic Thionyl Acyl Sulfur Hydrogen
acid chloride choride dioxide chloride

O SOCl2 O
heat (CH3)2CHCCl
(CH3)2CHCOH

2-Methylpropanoic 2-Methylpropanoyl
acid chloride (90%)

3.5 ปฏิกริ ิยาของเอซลิ คลอไรด์ (Reaction of acyl chloride)

3.5.1 ปฏกิ ิริยากับกรดคารบ์ อกซิลิก
เอซิลคลอไรด์ทําปฏกิ ิรยิ ากบั กรดคาร์บอกซิลกิ เกิดกรดแอนไฮไดรดเ์ มอื่ ใชป้ ฏกิ ิริยานเี้ พื่อ
การเตรยี มสาร เรามักเตมิ เบสอ่อนลงไปด้วย เชน่ ไพรดิ นี ซ่ึงทาํ หนา้ ทีเ่ ปน็ ตวั เร่งปฏิกิรยิ าและยงั ทํา
หนา้ ท่เี ป็นเบสเพื่อทําให้ไฮโดรเจนคลอไรด์ที่เกดิ ขึน้ เป็นกลางอกี ดว้ ย

OO OO
RCCl + R'COH RCOCR' + HCl

Acyl Carboxylic Acid Hydrogen
chloride acid anhydride chloride

เชน่

O O Pyridine OO

CH3(CH2)5CH2Cl + CH3(CH2)5COH CH3(CH2)5COC(CH2)5CH3

Heptanoyl Heptanoic Heptanoic
chloride acid anhydride

76 เคมอี นิ ทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

3.5.2 ปฏิกริ ยิ ากับแอลกอฮอล์

เอซิลคลอไรด์ทําปฏกิ ริ ยิ ากบั แอลกอฮอล์เกิดเอสเทอร์ ปกติปฏกิ ิริยาทําโดยการใช้ไพริดีน

เปน็ ตัวเรง่ อยดู่ ว้ ย

OO

RCCl + R'OH RCOR' + HCl

Acyl Alcohol Ester Hydrogen
chloride (CH3)3COH choride

เชน่ Pyridine O +
C6H5COC(CH3)3
O HCl

C6H5CCl +

Benzoyl tert-Butyl tert-Butyl benzoate (80%)
chloride alcohol

3.5.3 ปฏิกิริยากบั แอมโมเนยี และเอมนี
เอซลิ คลอไรดท์ ําปฏิกริ ยิ ากับแอมโมเนียและเอมนี ได้รวดเรว็ เกดิ เอไมด์ สามารถใช้ไดท้ ้ังเอ
มนี ปฐมภมู ิและทุติยภูมิ เนอ่ื งจากปฏกิ ริ ยิ าน้ีเกิด HCl ในระหว่างเกดิ ปฏกิ ริ ิยา จึงมักใชเ้ อมนี 2 โมล
โดยโมเลกุลหนึ่งทาํ ปฏกิ ิริยากับเอซลิ คลอไรด์ และอีกโมเลกุลหนึ่งทาํ ปฏกิ ริ ิยากับ HCl ทีเ่ กิดขึน้ หรอื
อาจจะเติมเบสลงไป เช่น โซเดยี มไฮดรอกไซด์ เพ่ือทําปฏิกิรยิ ากับไฮโดรเจนคลอไรด์ที่เกิดขนึ้

OO

RCCl + R'2NH + HO RCNR'2 + H2O + Cl

Acyl Ammonia Hydroxide Amide Water Chloride
chloride or ion ion

เช่น amine

O O
(CH3)CHCCl + 2NH3 (CH3)CHCNH2 + NH4+Cl-

2-Methylpropanoyl 2-Methylpropanamide
chloride O
C N(CH3)2 + +NH2(CH3)2Cl-
O

C
Cl + 2HN(CH3)2

Benzoyl Dimethylamine N,N-Dimethylbenzamide
chloride
NaOH O
O H2O C6H5C N

C6H5CCl + HN N-Benzoylpiperidine
(87-91%)
Benzoyl Piperidine
chloride

อนุพันธก์ รดคารบ์ อกซลิ ิก 77

3.5.4 ไฮโดรลซิ สิ
เอซลิ คลอไรดท์ ําปฏกิ ริ ยิ ากับนา้ํ เกดิ กรดคาร์บอกซลิ กิ ถ้ามีเบสอยู่ด้วยกรดจะเปลยี่ นเป็น
เกลือคาร์บอกซเิ ลท ปฏิกริ ยิ านมี้ ีความสาํ คัญน้อยในแง่การเตรียม เพราะว่าเรามกั เตรียมเอซลิ คลอ
ไรดจ์ ากกรดคารบ์ อกซลิ ิก แทนทีจ่ ะเตรยี มกรดคาร์บอกซิลิกจากเอซลิ คลอไรด์

OO

RCCl + H2O RCOH + HCl

Acyl Water Carboxylic Hydrogen
chloride acid chloride

เชน่

O O Cl
C6H5CH2CCl + H2O C6H5CH2COH +

Phenylacetyl Water Phenylacetic Chloride
chloride acid ion

กลไกปฏกิ ริ ิยาไฮโดรลิซิสของเอซลิ คลอไรด์เปน็ ดังนี้
ขัน้ ท่ี 1 : นํา้ เขา้ เติมแบบนวิ คลีโอไฟล์ (Nucleophilic addition) ทห่ี มู่คารบ์ อนิลเกดิ
สารมัธยันตร์ เตตระฮดี ราล (Tetrahedral intermediate)

H R slow HR fast R
O CO HO CO H
O+ CO

H Cl H Cl Cl

ขน้ั ท่ี 2 : การแตกตวั ของสารมธั ยันตรโ์ ดยกรดดึงไฮโดรเจนคลอไรด์ออก

RH H RH
HOCO fast
+ C O + H O + Cl
Cl O
H HO H

3.5.5 ปฏิกิรยิ ากับออรก์ าโนเมทัลลิก

กรดคลอไรด์ทําปฏิกริ ยิ ากบั รเี อเจนตก์ รนิ ยาดเ์ กิดแอลกอฮอลต์ ตยิ ภูมิ ซ่ึงมหี ม่แู ทนท่ี 2 มา
จากรเี อเจนต์กรินยาด์ เชน่

O CH3MgBr O CH3MgBr, ether
C ether C
H3O+
Cl CH3

Benzoyl Acetophenone H3C CH3
chloride (not isolate) C
OH

2-Phenyl-2-propanol

อยา่ งไรก็ตาม ถา้ เอซิลคลอไรดท์ าํ ปฏกิ ิรยิ ากับรีเอเจนตล์ เิ ธียมไดออร์กาโนคอปเปอร์ หรือ
เรยี กวา่ ลเิ ธียมไดแอลคิลคิวเปรท ซ่งึ มสี ูตร LiR2Cu- หรือ R2CuLi (Gilman reagent) จะเกดิ คี
โตน เชน่

78 เคมอี ินทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

O (CH3)2CuLi O
C C

Cl CH3

ether

Benzoyl Acetophenone
chloride

การแทนทน่ี ิวคลีโอไฟลใ์ นเอซิลคลอไรด์เกดิ ขึน้ ไดเ้ ร็วกว่าการแทนทน่ี ิวคลีโอไฟลใ์ นแอลคิล
คลอไรด์มาก เช่น เบนโซอลิ คลอไรด์เกดิ ปฏกิ ิริยาโซลโวลิซสิ (80% เอทานอล : 20% น้าํ ) ที่ 25oC
ได้เรว็ กวา่ เบนซลิ คลอไรด์ถึง 1,000 เทา่ การแทนทีเ่ อซลิ ด้วยนิวคลีโอไฟลไ์ มเ่ กี่ยวข้องกับสารมธั
ยันตรค์ าร์โบแคทไอออนดังเช่นกรณีทเี่ กิดขึน้ ในปฏิกริ ยิ า SN1 ของแอลคิลเฮไลด์ และไมเ่ กิดสถานะ
เปลยี่ นในลกั ษณะ 5 เหล่ยี มของกลไก SN2 ของการแทนท่ีแอลคิลดว้ ยนิวคลโี อไฟล์ สถานะเปลยี่ น
สาํ หรบั การแทนทเ่ี อซลิ ดว้ ยนิวคลีโอไฟลท์ ําให้เกดิ สารมัธยนั ตร์โดยตรงซ่งึ มีการจดั ตัวใหมข่ องพนั ธะ

3.6 การเตรยี มแอนไฮไดรด์ (Preparation of anhydride)

อนุพันธ์กรดคารบ์ อกซลิ ิกทีถ่ ัดจากเอซลิ คลอไรด์ คือ กรดแอนไฮไดรด์ (หรอื เรยี กวา่ แอนไฮ
ไดรด์) แอนไฮไดรด์ท่สี าํ คัญที่สดุ คือ แอซิติกแอนไฮไดรด์ ในแต่ละปีมีการผลติ แอซติ กิ แอนไฮไดรด์
หลายล้านตนั จากปฏกิ ริ ยิ าระหว่างกรดแอซติ ิกกบั คีตนี (Ketene)

O OO

H2C C O + CH3COH CH3COCCH3

Ketene Acetic acid Acetic anhydride

แอซติ ิกแอนไฮไดรด์มกี ารประยกุ ต์ใชใ้ นทางการค้ากนั อยา่ งกว้างขวาง เช่น การสงั เคราะห์
แอสไพริน เตรยี มเซลลโู ลสแอซเิ ตทเพ่ือใชใ้ นงานพลาสติกและเส้นใย นอกจากน้มี ีแอนไฮไดรด์วง
แหวนทมี่ คี วามสําคัญในทางอุตสาหกรรม ไดแ้ ก่ พทาลกิ แอนไฮไดรด์ (Phthalic anhydride) และ
มาเลอกิ แอนไฮไดรด์ (Maleic anhydride)

OO

OO

OO

Phthalic anhydride Maleic anhydride

การสงั เคราะห์แอนไฮไดรด์ในหอ้ งปฏิบัติการไดจ้ ากปฏิกริ ยิ าของเอซิลคลอไรด์กบั กรดคาร์

บอกซลิ ิก มักใช้ไพรดิ นี เปน็ ตัวเรง่ ปฏกิ ริ ิยา

OO OO + HCl
RCCl + R'COH + RCOCR'

Acyl Carboxylic N Carboxylic Hydrogen
chloride acid Pyridine anhydride chloride

วธิ ีการน้สี ามารถนาํ ไปใช้เตรียมไดท้ ั้งแอนไฮไดรด์สมมาตร (Symmetric anhydride) คอื R
และ R่ เหมือนกนั และแอนไฮไดรด์ผสม (Mixed anhydride) คอื R และ R่ แตกต่างกนั

อนุพันธ์กรดคาร์บอกซลิ ิก 79

แอนไฮไดรดว์ งแหวนซงึ่ มีวงแหวน 5 เหลย่ี ม หรือ 6 เหลี่ยมอาจเตรียมไดจ้ ากการให้ความ
รอ้ นกรดไดคารบ์ อกซิลกิ ในตัวทําละลายเฉ่ือย

HH Tetrachloroethane

CC 130oC O O O + H2O

HOOC COOH

Maleic acid Maleic anhydride Water
(89%)

3.7 ปฏิกริ ิยาแอนไฮไดรด์ (Reaction of anhydrides)

ปฏกิ ริ ิยาท่สี าํ คญั ทสี่ ดุ ของแอนไฮไดรดเ์ ก่ยี วข้องกับการแตกสลายพันธะระหว่างออกซิเจน
กบั หมู่คาร์บอนลิ หนึง่ หมเู่ อซิลหน่ึงถูกย้ายให้แก่นวิ คลีโอไฟลท์ เ่ี ขา้ มาเกาะ ส่วนท่ีเหลืออยู่ท่ีมีพันธะ
เดี่ยวกับออกซิเจน และกลายเปน็ หม่เู อซิลของกรดคาร์บอกซิลิก ปฏกิ ริ ยิ าทว่ั ไปเปน็ ดังนี้

OO HY OO
RC O CR + RCY + HOCR

Bond cleavage Nucleophile Product of Carboxylic
occurs here in
an acid anhydride nucleophilic acid

acyl substitution

ปฏิกริ ิยาของแอนไฮไดรด์มดี ังน้ี
3.7.1 ปฏิกริ ยิ ากับแอลกอฮอล์
แอนไฮไดรดท์ าํ ปฏิกิรยิ ากับแอลกอฮอลเ์ กิดเอสเทอร์ ปฏกิ ิริยาอาจทาํ โดยใช้ไพริดนี หรือ
กรดเป็นตัวเรง่ ปฏิกริ ยิ า เช่น หมู่เอซิลของแอซิติกแอนไฮไดรดเ์ ขา้ ไปอยู่ในเอสเทอร์ อีกตัวหนงึ่
กลายเป็นแอซิตลิ ของโมเลกลุ แอซิติกแอนไฮไดรด์

OO OO
RCOCR + R'OH RCOR' + RCOH

Acid anhydride Alcohol Ester Carboxylic acid

เช่น

OO H2SO4 O
CH3COCHCH2CH3
CH3COCCH3 + HOCHCH2CH3
CH3
Acetic anhydride CH3 sec-Butyl acetate (60%)
sec-Butyl alcohol

3.7.2 ปฏกิ ริ ยิ ากบั แอมโมเนยี และเอมีน
แอนไฮไดรด์ทําปฏกิ ริ ิยากบั แอมโมเนียหรือเอมนี เกดิ เอไมด์ ปฏกิ ริ ิยาจะต้องใช้เอมนี 2 โมล
ในตวั อยา่ งที่แสดงขา้ งล่างจะเหน็ ได้วา่ หมหู่ นงึ่ ของแอซติ ิกแอนไฮไดรด์เขา้ ไปอยู่ในเอไมด์ และหมแู่ อ
ซติ ิลอีกหมูห่ นึ่งอยู่ในเกลอื เอมีนของกรดแอซิติก

80 เคมีอนิ ทรีย์ 2 (Organic Chemistry II)

OO O O
RCOCR + 2R'2NH RCNR'2 + RCO N+ NH2R'2

Acid anhydride Amine Amide Ammonium
carboxylate salt

เช่น

OO + H2N CH(CH3)2
CH3COCCH3

Acetic anhydride p-Isopropylaniline
O
CH(CH3)2
CH3CNH

p-Isopropylacetanilide (98%)

3.7.3 ไฮโดรลซิ สิ แอนไฮไดรด์
แอนไฮไดรดท์ าํ ปฏิกริ ยิ ากบั น้ําไดก้ รดคาร์บอกซลิ กิ สว่ นแอนไฮไดรดว์ งแหวนได้กรดคาร์
บอกซิลิกท่ีมหี มู่ฟงั ก์ชนั 2 หมู่

OO H+ O

RCOCR + H2O 2RCOH

Acid anhydride Water Carboxylic acid

เช่น

OO + H2O H+ O
CH3COCCH3 2CH3COH

Acetic anhydride Water Acetic acid
OO H+ OO
CH3COCC6H5 + H2O CH3COH + C6H5COH

Benzoic acetic Water Acetic acid Benzoic acid
anhydride

O H+ O
O + H2O COH

O Water COH
Phthalic anhydride
O
Phthalic acid

กลไกปฏกิ ริ ิยา
แอนไฮไดรด์มคี วามว่องไวตอ่ การเตมิ นวิ คลีโอไฟลโ์ ดยการเติมโปรตอนที่หมู่คาร์บอนิลหน่ึง

ของแอนไฮไดรด์

อนพุ นั ธ์กรดคาร์บอกซลิ กิ 81

OO fast OHO
RCOCR + H2O RCOCR

Acid anhydride Water Protonated form of
acid anhydride

รูปทถ่ี กู เติมโปรตอน (Protonated form) ของกรดแอนไฮไดรดท์ ่ีมีอยู่มีปริมาณน้อยมาก
แตค่ อ่ นขา้ งเป็นอิเล็กโทรไลท์ นํ้าและนวิ คลีโอไฟล์อน่ื ๆ เขา้ เติมท่ีหมู่คาร์บอนลิ ท่ีถูกเติมโปรตอนได้
รวดเรว็ กวา่ หมู่คารบ์ อนิลที่เป็นกลาง ดงั น้นั ขัน้ ตอนกําหนดอัตราเรว็ ปฏกิ ิรยิ าการเติมนวิ คลีโอไฟล์
ของน้าํ เกดิ สารมธั ยันตร์เตตระฮดี ราลเกดิ ขึน้ ได้รวดเร็วกวา่ ในเมอ่ื มกี รดอยู่ด้วย

R rate determining R fast, -H+
CO step
R
H2O + O H2O C OH HO C OH
Water CO
O
R CO

Protonated form of R
acid anhydride

O
CO

R

Tetrahedral
intermediate

สารตวั เรง่ ปฏกิ ิริยาที่เปน็ กรดยงั ชว่ ยใหเ้ กดิ การแตกตวั ของสารมัธยันตรเ์ ตตระฮีดราล การ
เติมโปรตอนของหมู่คารบ์ อนิลชว่ ยให้หม่ทู ่ีหลดุ ออก (Leaving group) เพื่อหลดุ ออกเปน็ โมเลกลุ
ของกรดคารบ์ อกซลิ ิกท่เี ป็นกลางซง่ึ เป็นหมู่ท่ีมคี วามเป็นเบสนอ้ ยกว่าคาร์บอกซเิ ลทแอนไอออน

R fast RH fast O
HO C OH + H+ HO C O 2R C + H+

O O OH
CO C OH

R R

Tetrahedral Two carboxylic
intermediate acid molecules

3.8 เอสเทอร์ (Esters)

เอสเทอร์หลายชนดิ เป็นสารที่พบในธรรมชาติ เอสเทอรท์ ่ีมีน้ําหนักโมเลกุลตาํ่ ค่อนข้าง
ระเหยงา่ ย และมหี ลายชนดิ ท่ีมกี ลน่ิ หอม เอสเทอร์มักประกอบด้วยส่วนทท่ี าํ ให้เกิดน้าํ มันหอมของ
ผลไมแ้ ละดอกไม้

O

O COCH3

CH3COCH2CH2CH(CH3)2 OH

2-Methylbutyl acetate Methyl salicylate
(odor of banana) (oil of wintergreen)

82 เคมีอนิ ทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

O O
CH2COCH2CH3 CH3COCH2

Ethyl phenylacetate Benzyl acetate
(honey) (Jasmine

สารเคมีมีอกี หลายชนิดทส่ี รา้ งขึ้นในแมลงเพ่ือใช้สื่อสารกันและกัน ตวั อย่างเชน่

H

C C COCH2CH3
H
O

Ethyl cinnamate
(sex hormone of male

oriental fruit moth)

เอสเทอร์ของกลเี ซอรอล (เรยี กวา่ glycerol triesters, triacylglycerols หรือ
triglycerides) เป็นผลติ ภัณฑ์ทีเ่ กดิ ข้ึนมากในธรรมชาติ หมู่ท่ีสําคัญทสี่ ดุ ของ glycerol triester
ไดแ้ ก่ หมู่เอซิลที่มอี ะตอมคาร์บอนโซ่ตรงและมจี ํานวนคาร์บอน 14 อะตอม หรือมากกวา่ เช่น

O O Tristearin เป็น trioctadecanoyl
CH3(CH2)16CO ester ของกลเี ซอรอลพบในไขมันสตั ว์
OC(CH2)16CH3 และพชื หลายชนิด
OC(CH2)16CH3

O

ไขมันและนํ้ามัน (Fats and oils) เป็นสารผสมที่เกิดขนึ้ ตามธรรมชาตขิ องกลเี ซอรอลไตร
เอสเทอร์ ไขมนั เป็นของแข็งที่อณุ หภูมหิ ้อง สว่ นน้ํามันเป็นของเหลวทอ่ี ุณหภูมหิ ้อง กรดคาร์บอกซิ
ลกิ ที่มีปลายโซย่ าวทไ่ี ดจ้ ากการไฮโดรลซิ สิ ไขมันและน้ํามนั เรยี กว่า กรดไขมัน (Fatty acid)

3.9 การเตรียมเอสเทอร์ (Preparation of Ester)

3.9.1 เตรยี มจากกรดคาร์บอกซิลกิ
กรดคาร์บอกซิลิกทาํ ปฏิกริ ิยากับแอลกอฮอล์โดยมีกรดเปน็ ตัวเรง่ ปฏกิ ริ ิยาเกดิ เอสเทอร์และ
นํา้ ปฏกิ ิรยิ าน้อี าจเรียกวา่ Fischer esterification

O + R'OH H+ O + H2O
RCOH
RCOR'

Carboxylic acid Alcohol Ester Water

เช่น

อนุพันธ์กรดคาร์บอกซลิ ิก 83

O H2SO4 O

CH3CH2COH + CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2COCH2CH2CH2CH3

Propionic 1-Butanol Butyl propionate
acid (85%)

+ H2O

Water

3.9.2 เตรียมจากเอซลิ คลอไรด์
เอซลิ คลอไรดท์ ําปฏิกริ ิยากบั แอลกอฮอลโ์ ดยการแทนท่ีเอซิลนิวคลโี อไฟล์ (Nucleophilic
acyl substitution) เกิดเอสเทอร์

O O
RCOR' +
RCCl + R'OH + Cl-

Acyl Alcohol N Ester N
chloride Pyridine H
Pyridinium
chloride

เชน่

O2N

O Pyridine
CCl + (CH3)2CHCH2OH

O2N Isobutyl alcohol
O2N
3,5-Dinitrobenzoyl
chloride O
COCH2CH(CH3)2

O2N Isobutyl
3,5-dinitrobenzoate
(85%)

3.9.3 เตรยี มจากแอนไฮไดรด์
หม่เู อซิลถา่ ยโอนจากแอนไฮไดรด์ให้แกแ่ อลกอฮอล์เปน็ วธิ ีมาตรฐานในการเตรียมเอสเทอร์
ปฏกิ ิรยิ าน้ีใช้กรดซัลฟิวริกเป็นตวั เร่งปฏิกริ ยิ า

OO O O
RCOCR + R'OH RCOR' + RCOH

Acid anhydride Alcohol Ester Carboxylic acid

เชน่

84 เคมีอนิ ทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

OO H3CO Pyridine
CH3COCCH3 + CH2OH

Acetic anhydride m-Methoxybenzyl
alcohol

H3CO

O
CH2OCCH3 + CH3CO2H

m-Methoxybenzyl
acetate (99%)

3.9.4 เตรยี มจาก Baeyer-Villiger oxidation ของคีโตน
คโี ตนเปล่ียนเป็นเอสเทอร์เม่ือทําปฏกิ ิรยิ ากับกรดเปอร์ออกซี ปฏกิ ิรยิ าดําเนินไปโดยการ
เคลื่อนย้าย (Migration) ของหมู่ R่ จากคาร์บอนให้แก่ออกซิเจน หมู่ทีม่ ีการแทนที่เกิดการ
เคลื่อนยา้ ยไดด้ กี ว่า เมทิลคโี ตนเกดิ แอซเิ ตทเอสเทอร์

O O OO
RCR' + R''COOH RCOR' + R"COH

Ketone Peroxy acid Ester Carboxylic acid

เชน่

O CH3CO3H O
CH3C CH3CO

Cyclopropyl Cyclopropyl
methyl ketone acetate (53%)

กลไกปฏกิ ิรยิ าทีเ่ กิดข้นึ เปน็ ดังน้ี

O O H
+ CH3C O O H
CH3C O

CH3C
O O CCH3

O
O

CH3CO + CH3CO2H

3.10 ปฏิกริ ยิ าของเอสเทอร์ (Reaction of esters)

ปฏิกริ ยิ าของเอสเทอรก์ บั รีเอเจนต์กรินยาด์และกับลเิ ธยี มอลูมเิ นยี มไฮไดรด์มี 2 วธิ ีทส่ี าํ คญั
ในการเตรยี มแอลกอฮอล์ (ได้กล่าวมาแล้วในเร่ืองแอลกอฮอล)์

3.10.1 ปฏกิ ิริยากับรีเอเจนต์กรนิ ยาด์
เอสเทอร์ทําปฏิกริ ิยากับ 2 โมลของรีเอเจนต์กรนิ ยาด์เกิดแอลกอฮอล์ตติยภมู ิ หมู่ 2

หมเู่ กดิ พันธะกบั คารบ์ อนทีเ่ กาะกบั หมไู่ ฮดรอกซิลในแอลกอฮอลต์ ตยิ ภมู ิมาจากรเี อเจนต์กรินยาด์

อนพุ ันธก์ รดคาร์บอกซลิ กิ 85

O 2R"MgX 1) Diethyl ether OH
RCOR' + 2) H3O+ RCR" + R'OH

R"

Ester Grignard reagent Tertiary Alcohol
alcohol

เชน่

O 1) Diethyl ether OH
C CH3 + CH3CH2OH
COCH2CH3 + 2CH3MgI 2) H3O+ CH3

Ethyl cyclopropane Methylmagnesium 2-Cyclopropyl-2- Ethanol
propanol (93%)
carboxylate iodide

3.10.2 ปฏิกริ ิยากับลิเธียมอลูมเิ นยี มไฮไดรด์
ลเิ ธียมอลมู เิ นยี มไฮไดรดส์ ามารถตัดสลายเอสเทอรไ์ ด้แอลกอฮอล์ 2 โมเลกุล

O LiAlH4 RCH2OH + R'OH
RCOR' H2O

Ester Primary Alcohol
alcohol

เช่น

O LiAlH4 CH2OH + CH3CH2OH
COCH2CH3 H2O

Ethyl benzoate Benzoyl Ethyl
alcohol (90%) alcohol
O

1) LiAlH4, ether HOCH2CH2CH2CH2OH
O 1,4-Butanediol

2) H3O+

γ -Lactone

3.10.3 เปลย่ี นเปน็ อนุพนั ธ์กรดคาร์บอกซิลิกอ่นื ๆ
เอสเทอร์ทําปฏกิ ิริยากบั แอมโมเนียและเอมนี เกดิ เอไมด์ เมทิลเอสเทอร์และเอทิล

เอสเทอร์มคี วามว่องไวมากท่สี ุด

OO

RCOR' + R2"NH RCNR2" + R'OH

Ester Amine Amide Alcohol

เชน่

O O
FCH2CNH2 + CH3CH2OH
FCH2COCH2CH3 + NH3

Ethyl Ammonia Fluoroacetamide Ethyl
fluoroacetate alcohol

86 เคมอี นิ ทรีย์ 2 (Organic Chemistry II)

3.10.4 ไฮโดรลซิ ิสเอสเทอร์
ไฮโดรลซิ ิสเอสเทอร์อาจจะถูกเร่งปฏิกิรยิ าด้วยกรดหรอื เบส ไฮโดรลซิ ิสทีเ่ รง่

ปฏกิ ิริยาดว้ ยกรด (Acid-catalyzed hydrolysis) เปน็ กระบวนการควบคมุ สมดุล (Equilibrium
controlled process) ซ่งึ เป็นปฏิกริ ยิ าย้อนกลับของ Fischer esterification ไฮโดรลิซิสโดยใชเ้ บส
เปน็ ตวั เรง่ ปฏกิ ิริยา (Based-catalyzed hydrolysis) เปน็ ปฏกิ ิริยาไม่ผนั กลบั (Irreversible
reaction) และเปน็ วธิ ีที่มักจะเลือกใช้ในการเตรยี มสาร

O O
RCOR' + H2O RCOH + R'OH

Ester Water Carboxylic acid Alcohol

เช่น O2N
1) H2O, NaOH
O2N
2) H+
O O + CH3OH
COCH3 COH

Methyl m-nitrobenzoate m-Nitrobenzoic acid Methanol
(90-99%)

เอสเทอร์ค่อนขา้ งเสถยี รในตัวกลางสารละลายทเ่ี ปน็ กลาง แตจ่ ะแตกสลายเมือ่ ใหค้ วามร้อน
กบั นํา้ โดยมีกรดแกแ่ ละเบสแกอ่ ยดู่ ้วย ไฮโดรลิซสิ เอสเทอร์ในสารละลายกรดเจือจางเป็นปฏิกิรยิ า
ยอ้ นกลบั ของปฏิกิริยา Fischer esterification

O H+ O
RCOR' + H2O RCOH + R'OH

Ester Water Carboxylic acid Alcohol

เมอ่ื ทาํ เอสเทอริฟิเคชนั ต้องดงึ นํ้าออกจากสารผสมปฏกิ ริ ิยาเพ่อื ช่วยให้สมดลุ เกิดขึน้ ไป
ในทางเกิดเอสเทอร์ แตเ่ มือทําไฮโดรลซิ สิ ปฏิกริ ยิ าทําโดยมีปริมาณน้าํ ในปริมาณท่ีมากเกินพอ

O O
CHCOCH2CH3 + H2O HCl
Cl
Ethyl-2-chloro-2-phenylacetate Water CHCOH
heat Cl

Ethyl-2-chloro-2-phenylacetic acid

+ CH3CH2OH

Ethyl
alcohol

กลไกปฏกิ ิริยาไฮโดรลิซิสเอสเทอร์โดยใชก้ รดเป็นตัวเรง่ ปฏิกริ ิยา เป็นดงั น้ี
ขนั้ ที่ 1 : การเตมิ โปรตอนของคาร์บอนลิ ออกซเิ จนของเอสเทอร์

อนุพันธก์ รดคารบ์ อกซลิ กิ 87

O H +OH H
RC + H O+ RC + O

OR' H OR' H

Ester Hydronium ion Protonated form Water
of ester

ขั้นท่ี 2 : การเติมนาํ้ ซ่ึงเปน็ นวิ คลีโอไฟล์ที่เอสเทอรท์ ่ีถกู เติมโปรตอน

H +OH OH
O+ RC
RC OR'
H OR' O+

Water Protonated form HH
of ester Oxonium ion

ข้นั ที่ 3 : การดึงโปรตอน (Deprotonation) ของออกโซเนียมไอออน (Oxonium ion) เกิดสารมัธ
ยันตร์เตตระฮีดราล

OH + H OH H
O RC OR' + H O+
RC OR'
+O H OH H
HH

Oxonium ion Water Tetrahedral Hydronium ion
intermediate

ขั้นที่ 4 : การเตมิ โปรตอนของสารมัธยนั ตรเ์ ตตระฮีดราลทีแ่ อลคอกซีออกซเิ จน (Alkoxy oxygen)

OH H OH R' H
RC OR' + H O+
RC O+ + O
OH H
OH H H

Tetrahedral Hydronium ion Oxonium ion Water
intermediate

ขน้ั ท่ี 5 : การแตกตวั ของรูปที่เติมโปรตอนของสารมธั ยันตร์เตตระฮีดราลกลายเป็นแอลกอฮอล์และ
รูปกรดคาร์บอกซิลิกท่ถี ูกเตมิ โปรตอน

OH R' +OH
RC O + RC + R'OH

OH H OH

Oxonium ion Protonated form Alcohol
of carboxylic acid

ขัน้ ที่ 6 : การดงึ โปรตอนของกรดคารบ์ อกซิลิกทถี่ ูกเติมโปรตอน

+OH + H O H
RC O RC + H O+

OH H OH H

Protonated form Water Carboxylic Hydronium ion
of carboxylic acid acid

88 เคมอี นิ ทรีย์ 2 (Organic Chemistry II)

3.11 ไฮโดรลิซิสเอสเทอร์โดยเบสช่วยให้ปฏกิ ิริยาเกิดเร็วข้ึน : ซาพอนิฟิเคชนั
(Base-promoted ester hydrolysis : Saponification)

ปฏกิ ิริยาไฮโดรลิซสิ ในสารละลายเบสแตกตา่ งจากการไฮโดรลิซสิ โดยใช้กรดเปน็ ตัวเร่ง
ปฏกิ ริ ิยาเพราะว่าปฏิกิรยิ าไมเ่ กิดย้อนกลับ

OO

RCOR' + HO RCO + R'OH

Ester Hydroxide Carboxylate Alcohol
ion ion

เนื่องจากกรดคาร์บอกซิลิกถูกเปลี่ยนเปน็ คาร์บอกซเิ ลทแอนไอออน ภายใต้สภาวะเช่นน้ี

แอนไอออนดังกล่าวไมส่ ามารถถ่ายโอนหมเู่ อซิล (Acyl transfer) ใหแ้ กแ่ อลกอฮอล์ได้ เบสท่ีใช้

กล่าวได้เปน็ ตัวชว่ ยใหป้ ฏกิ ิรยิ าเกดิ เรว็ ขนึ้ (Base-promoted) แทนท่ีจะกล่าวว่าเปน็ ตัวเร่งปฏกิ ิรยิ า

(Base-catalyzed) อยา่ งไรก็ตาม ก็ยังมหี ลายตําราหลายเล่มท่ยี งั คงใช้วา่ เบสเปน็ ตัวเร่งปฏิกริ ยิ า

ในกรณีการเตรียมสารโดยไฮโดรลิซิสเอสเทอร์ มักเลือกใช้ในสภาวะทเ่ี ปน็ เบส

O O CH2OH
CH2OCCH3 + NaOH NaOCCH3 +

CH3 CH3

o-Methylbenzyl Sodium Sodium o-Methylbenzyl
acetate hydroxide acetate alcohol (95-97%)

ถา้ เราตอ้ งการแยกผลติ ภณั ฑ์ทเ่ี ปน็ กรดออก จาํ เป็นจะต้องแยกข้นั ตอนการทาํ ให้เปน็ กรด
แลว้ ตามดว้ ยไฮโดรลิซิส

O 1) NaOH, H2O, heat O
H2C CCOCH3 H2C CCOH + CH3OH
CH3 2) H2SO4
CH3

Methyl 2-methylpropenoate 2-Methyl propenoic Methyl
(methyl methacrylate) acid (87%) alcohol

(methacrylic acid)

ไฮโดรลิซิสโดยใชเ้ บสเปน็ ตวั ช่วย เรียกว่า ซาพอนิฟเิ คชัน หมายความว่า “การทําสบู่” ซงึ่
ทาํ กันมาเป็นเวลานานกว่า 2,000 ปมี าแล้ว ชาวโพลนิ เี ซียนทาํ สบู่โดยการให้ความร้อนไขมนั สัตว์
ด้วยข้ีเถา้ จากไม้ ไขมันสัตว์ซง่ึ ประกอบดว้ ยกลีเซอรอลไตรเอสเทอร์และขี้เถ้าไม้เป็นแหลง่ ของโปแต
สเซยี มคาร์บอเนท การแตกสลายไขมันโดยเบสเป็นตัวชว่ ย ทาํ ใหเ้ กดิ สารผสมของกรดไขมนั ที่มสี าย

โซย่ าวในรปู เกลือโพ
แตสเซียมและกลีเซอรอล

อนุพนั ธก์ รดคาร์บอกซลิ กิ 89

OO K2CO3,H2O

CH3(CH2)xCO OC(CH2)zCH3 heat HOCH2CHCH2OH +

OC(CH2)yCH3 OH

O

Glycerol triester (fat or oil) Glycerol

OO O

KOC(CH2)xCH3 + KOC(CH2)yCH3 + KOC(CH2)zCH3

Potassium carboxylate salts

เกลือโพแตสซยี มและโซเดียมของกรดคารบ์ อกซิลกิ สายโซ่ยาวเกิดไมเซลลท์ ่สี ามารถละลาย
พวกไขมันและมสี มบตั ิในการทาํ ความสะอาด กรดคารบ์ อกซลิ กิ ท่ไี ด้จากการซาพอนิฟเิ คชนั ของ
ไขมัน เรยี กว่า กรดไขมนั (Fatty acid)

การศึกษาจลนศาสตรช์ ่วงแรกของปฏกิ ิรยิ าเคมีซ่ึงศึกษามานานมากกว่าศตวรรษ คือ
อตั ราเรว็ ของไฮโดรลิซิสของเอทิลแอซเิ ตทในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์แสดงใหเ้ ห็นว่าเปน็
ปฏกิ ิรยิ าอันดับที่ 1 เมือ่ เทียบกับเอสเทอร์และเป็นปฏกิ ริ ิยาอนั ดับที่ 1 เมอื่ เทยี บกบั เบส

O O
CH3COCH2CH3 + NaOH CH3CONa + CH3CH2OH

Ethyl acetate Sodium Sodium Ethyl alcohol
hydroxide acetate

Rate = k[CH3COOCH2CH3][NaOH]

ปฏิกิริยาสุทธเิ ปน็ ปฏกิ ิรยิ าจลนศาสตร์อันดบั ท่ี 2 เม่อื เทยี บกับท้งั เอสเทอรแ์ ละเบส

เกย่ี วข้องในข้นั ตอนกําหนดอัตราเร็วปฏิกริ ยิ า

กระบวนการ 2 กระบวนการที่เก่ยี วข้องกบั ไฮดรอกไซด์ไอออนเป็นนวิ คลีโอไฟล์ แต่
แตกต่างกันทบ่ี รเิ วณท่ีเขา้ เกาะของนิวคลโี อไฟล์ กระบวนการหนง่ึ เป็นปฏกิ ิรยิ า SN2 ซ่ึง OH- แทนท่ี
คาร์บอกซเิ ลทไอออนจากหมู่แอลคลิ ของเอสเทอร์ เรากลา่ วไดว้ ่าวิถที างน้ีเกี่ยวข้องกบั Alkyl-

oxygen cleavage เพราะวา่ ออกซิเจน หรอื หมู่แอลคิลของเอสเทอร์ท่ีแตกสลายออก ส่วนอกี
กระบวนการหนง่ึ เกยี่ วข้องกบั Acyl-oxygen cleavage ที่ OH- เขา้ เกาะทหี่ ม่คู าร์บอนลิ

Alkyl-oxygen cleavage

OO

RCOR' + -OH RCO- + R'OH

Ester Hydroxide Carboxylate Alcohol
ion ion

90 เคมีอินทรยี ์ 2 (Organic Chemistry II)

Acyl-oxygen cleavage slow O
RCOH + RO
O
HO + RC O R' fast

Hydroxide Ester
ion

O + R'OH
RCO

Carboxylate Alcohol
ion

มหี ลักฐานเก่ียวกบั Based-promoted ester hydrolysis เกิดขนึ้ โดยวถิ ีที่ 2 คอื Acyl-
oxygen cleavage ได้จากหลายแหล่ง การทดลองหน่งึ โดยใช้เอทลิ โพรพาโนเอทที่ตดิ ป้าย (Label)
ดว้ ย 18O ในหมูเ่ อทอกซีแล้วไฮดรอกไซด์ด้วยเบส จากการแยกผลิตภัณฑท์ ี่ได้พบวา่ 18O ทั้งหมดอยู่
ในเอทลิ แอลกอฮอล์ ไมม่ ี 18O อย่ใู นโซเดียมโพรพาโนเอทเลย ดงั ปฏิกริ ิยา

OO

CH3CH2COCH2CH3 + NaOH CH3CH2CONa + CH3CH2OH

18O-labeled Hydroxide Sodium 18O-labeled
propanoate ethyl alcohol
ethyl propanoate ion

ดังนัน้ พันธะคารบ์ อน-ออกซเิ จนแตกออกในกระบวนการเป็นพนั ธะหน่งึ ระหว่างออกซเิ จน
และหมู่ โพรพาโนอลิ (Propanoyl group) พันธะระหว่างออกซเิ จนกับหมูเ่ อทลิ ยงั คงเกาะอยู่
ดว้ ยกัน

ในกลไกการเกิดปฏกิ ิริยา ไฮดรอกไซดไ์ อออนเข้าเกาะทห่ี มู่คารบ์ อนลิ การไฮโดรลซิ ิสเอส
เทอร์ที่มเี บสเป็นตวั ชว่ ยให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขน้ึ การแตกสลาย Acyl-oxygen ปฏิกริ ิยาข้ันตอนเดียว
(Concerted reaction) เกดิ ข้ึนพร้อมกบั ไฮดรอกไซด์ไอออนเข้าเกาะทหี่ มู่คาร์บอนลิ

O R O
HO + RCOR' HO C OR' RCOH + R'O

Hydroxide Ester O Carboxylic Alkoxide
ion Transition state for acid ion

concerted displacement

การไฮโดรลิซิสเอสเทอรโ์ ดยใชเ้ บสเป็นตวั ใหเ้ กิดปฏกิ ิริยาเร็วข้ึนไม่เปน็ ปฏิกิรยิ าขน้ั ตอน
เดียว เชน่ เดียวกับไฮโดรลซิ สิ โดยใช้กรดจะเกิดข้นึ โดยผ่านสารมัธยนั ตร์เตตระฮีดราล การทดลอง
สอดคลอ้ งกบั การศึกษาปฏิกริ ิยาเมอื่ กรดของเอทลิ เบนโซเอทซงึ่ ติดปา้ ยดว้ ย 18O ทอ่ี อกซิเจนของหมู่
คาร์บอนลิ เม่ือถูกไฮโดรไลซ์โดยการเร่งให้ปฏกิ ิริยาเกิดเรว็ ขึ้นดว้ ยเบส จะสงั เกตว่าเกิดสารมธั ยนั ตร์
เตตระฮีดราล

อนพุ นั ธก์ รดคาร์บอกซลิ กิ 91

18 O HO HO OH HO
C6H5 C OCH2CH3 +
H2O C6H5 C OCH2CH3

Ethyl benzoate Water Tetrahedral
(labeled with 18O) intermediate

18O

C6H5 C OCH2CH3 + 18

H2O

Ethyl benzoate Water

(labeled witnh 18O)

กลไกปฏกิ ิรยิ าไฮโดรลซิ สิ เอสเทอรท์ ่ีถกู ทําให้เรง่ ปฏิกิริยาเกิดเร็วข้ึนดว้ ยเบสประกอบด้วย

ขน้ั ตอนต่างๆ ดังน้ี

ข้ันที่ 1 : การเตมิ นวิ คลโี อไฟล์ของไฮดรอกไซด์ไอออนท่หี มู่คารบ์ อนิล

HO + O O
RC
Hydroxide RC OR'
ion OR'
OH
Ester Anionic form of
terahedral intermediate

ขน้ั ท่ี 2 : การย้ายโปรตอนให้แก่แอนไอออนเกิดสารมธั ยันตร์เตตระฮีดราล

O + H OH OH + OH
RC OR' Water
R C OR' Hydroxide
OH ion
OH
Anionic form of Tetrahedral
terahedral intermediate intermediate

ขน้ั ท่ี 3 : การแตกตวั ของสารมธั ยนั ตร์เตตระฮีดราล

HO + HO H O OR'
O+ RC +
Hydroxide RC OR'
ion OH H OH

Tetrahedral Water Carboxylic Alkoxide
intermediate acid ion

ข้นั ท่ี 4 : การยา้ ยโปรตอนเกิดแอลกอฮอล์และคารบ์ อกซเิ ลทแอนไอออน

R'O + H OH R'O H + OH

Alkoxide Water Alcohol Hydroxide
ion OH ion
O
O + RC H
RC +O
O
OH H

Carboxylic acid Hydroxide ion Carboxylate ion Water
(stronger acid) (stronger base) (weaker base) (weaker acid)