Το βαλερικό οξύ (αγγλικά valeric acid) είναι οργανική χημική ένωση με μοριακό τύπο C5H10O2, αν και συνηθέστερα παριστάνεται με τον ημισυντακικό του τύπο CH3(CH2)3CO2H. Πιο συγκεκριμένα, το βαλερικό οξύ είναι αλκανικό οξύ, δηλαδή αλειφατικό κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ, «ευθείας αλυσίδας». Όπως και τα υπόλοιπα (σχετικά) χαμηλής μοριακής μάζας καρβοξυλικά οξέα, το βαλερικό οξύ έχει πολύ δυσάρεστη οσμή. Βρίσκεται με φυσικό τρόπο στο πολυετές ανθοφόρο φυτό βαλεριάνα (Valeriana officinalis), από το οποίο προέρχεται και η εμπειρική ονομασία του (βαλερικό οξύ). Η κύρια εφαρμογή του είναι η σύνθεση εστέρων του, οι οποίοι έχουν ευχάριστες οσμές, αντίθετα από το «μητρικό» τους οξύ (βαλερικό οξύ), οπότε χρησιμοποιούνται σε αρώματα και κοσμητικά. Επίσης, ο βαλερικός αιθυλεστέρας (BuCOOEt) και ο βαλερικός πεντυλεστέρας (BuCOOCH2Bu) χρησιμοποιούνται ως προσθετικά τροφίμων, δίνοντάς τους φρουτώδη αρώματα.

Βαλερικό οξύ
Γενικά
Όνομα IUPAC Πεντανικό οξύ
Άλλες ονομασίες Βαλερικό οξύ
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C5H10O2
Μοριακή μάζα 102,13 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
CH3(CH2)3COOH
Συντομογραφίες BuCOOH
Αριθμός CAS 109-52-4
SMILES CCCCC(=O)O
Αριθμός RTECS YV6100000
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης >100
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης -34,5 °C
Σημείο βρασμού 186-187 °C
Πυκνότητα 930 kg/m3
Διαλυτότητα
στο νερό
49,7 kg/m3
Εμφάνιση άχρωμο ελαιώδες καυστικό υγρό
Χημικές ιδιότητες
pKa 4,82
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
86 °C
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το βαλερικό οξύ φαίνεται να έχει παρόμοια δομή με το 4-υδροξυβουτανικό οξύ και με το νευροδιαβιβαστή 4-αμινοβουτανικό οξύ, αντιστοίχως, στο ότι είναι ένα μικρής αλυσίδας καρβοξυλικό οξύ, παρόλο που το βαλερικό οξύ δεν περιέχει υδροξυλομάδα ή αμινομάδα, όπως το 4-υδροξυβουτανικό οξύ και το 4-αμινοβουτανικό οξύ, που συνεισφέρουν σε βιολογικές δραστηριότητες, αντίστοιχα. Διαφέρει, όμως, από το βαλπροϊκό οξύ, στο ότι δεν περιέχει διακλάδωση τριών ατόμων άνθρακα.

Το μεβαλονικό οξύ [HOCH2CH2C(OH)(CH3)CH2COOH] παράγεται από το βαλερικό οξύ, με μεθυλίωση [και δύο (2) υδροξυλιώσεις].

Δομή Επεξεργασία

Δεσμοί[1]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C#2-#5-H σ 2sp3-1s 109 pm 3% C- H+
C2#-C3 σ 2sp3-2sp3 154 pm
C#3-C4 σ 2sp3-2sp3 154 pm
C#4-C5 σ 2sp3-2sp3 154 pm
C#2-C1 σ 2sp3-2sp2 151 pm
C=O σ 2sp2-2sp2 132 pm 19% C+ O-
π 2p-2p
C-O σ 2sp2-2sp3 147 pm 19% C+ O-
O-H σ 2sp3-1s 96 pm 32% O- H+
Γωνίες
HCH 109°28'
HCC 109°28'
CCO 120°
COO 120°
OCO 120°
COH 104,45°
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο[2]
Ο (OH) -0,51
Ο (=O) -0.38
C#5 -0,09
C#2-#4 -0,06
Η (HC) +0,03
Η (OH) +0,32
C#1 +0,57

Παραγωγή Επεξεργασία

Με καρβοξυλίωση βουτυλαλογονιδίων Επεξεργασία

Με καρβοξυλίωση με διοξείδιο του άνθρακα (CO) βουτυλαλογονιδίων (CH3CH2CH2CH2X), μέσω οργανομαγνησιακών ενώσεων (αντιδραστήρια Grignard) παράγεται βαλερικό οξύ[3]:

 

Με υδρόλυση πεντανονιτριλίου Επεξεργασία

Με υδρόλυση πεντανονιτριλίου (CH3CH2CH2CH2CN) σε όξινο περιβάλλον παράγεται βαλερικό οξύ[4]:

 

Με οξείδωση 5-δεκενίου, 1-πεντανόλης ή πεντανάλης Επεξεργασία

1. Με οξείδωση 5-δεκενίου (CH3CH2CH2CH2CH=CHCH2CH2CH2CH3) παράγεται βαλερικό οξύ[5]:

 

2. Με οξείδωση 1-πεντανόλης (CH3CH2CH2CH2CH2OH) παράγεται βαλερικό οξύ[6]:

 

3. Με οξείδωση πεντανάλης (CΗ3CH2CH2CH2CHO) παράγεται βαλερικό οξύ[6]:

 

Από προπυλομηλονικό οξύ Επεξεργασία

Από προπυλομηλονικό οξύ [HOOCCH(CH2CH2CH3)COOH] παράγεται βαλερικό οξύ[7]:

 

  • Το προπυλομηλονικό οξύ μπορεί να παραχθεί από το μηλονικό οξύ ως εξής:

 
 

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα Επεξεργασία

΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα Επεξεργασία

Το βαλερικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ (pKa = 4,82), ασθενέστερο από τα περισσότερα ανόργανα οξέα. Τα εννέα (9) υδρογόνα του βουτυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα, αλλά παρόλα αυτά το βαλερικό οξύ αντιδρά με ορισμένα μέταλλα και βάσεις σχηματίζοντας άλατα με σύγχρονη έκλυση υδρογόνου ή νερού αντίστοιχα:

 

(Αντίδραση διάστασης)
 

(Επίδραση μετάλλων ηλεκτροθετικότερων του υδρογόνου)
 
(Αντίδραση εξουδετέρωσης)

Αποκαρβοξυλίωση Επεξεργασία

1. Με θέρμανση βαλερικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα και βουτάνιο[8]::

 

2. Με ηλεκτρόλυση βαλερικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), παράγονται διοξείδιο του άνθρακα και οκτάνιο[9]:

3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιοβάριο) παράγεται 5-εννεανόνη[10]:

 

4. Με επίδραση βρωμίου σε βαλερικό άργυρο παράγεται βουτυλοβρωμίδιο - Αντίδραση Hunsdiecker[11]:

 

Αναγωγή Επεξεργασία

Τo βαλερικό οξύ ανάγεται με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4) ή νατριοβοριοϋδρίδιο (NaBH4) προς 1-πεντανόλη[12]:

 

Οξείδωση Επεξεργασία

Τo βαλερικό οξύ οξειδώνεται σε βαλερικό υπεροξύ από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), σε όξινο περιβάλλον[13]:

 

Εστεροποίηση Επεξεργασία

 

Αλογόνωση Επεξεργασία

1. Με επίδραση αλογόνων, πσρουσία ερυθρού φωσφόρου, παράγεται α-αλοβαλερικό οξύ:

 

2. Με επίδραση αλογονωτικών μέσων παράγονται πεντανυλαλογονίδια[15]::

α. Με SOCl2:

 

β. Με PCl5:

 

γ. Με PX3:

 

 

Επίδραση καρβενίων Επεξεργασία

Με επίδραση καρβενίων παράγεται ένα μίγμα προϊόντων. Π.χ. με μεθυλένιο έχουμε περίπου την παρακάτω στοιχειομετρική εξίσωση:

 
 

  • Η παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση είναι άθροισμα κατά μέλη των ακόλουθων δράσεων:
  1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C#5-H. Παράγεται εξανικό οξύ, ένα καρβονικό οξύ.
  2. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#2-H. Παράγεται 2-μεθυλοβαλερικό οξύ, ένα καρβονικό οξύ.
  3. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#3-H. Παράγεται 3-μεθυλοβαλερικό οξύ, ένα καρβονικό οξύ.
  4. Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς C#4-H. Παράγεται 4-μεθυλοβαλερικό οξύ, ένα καρβονικό οξύ.
  5. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό O-H. Παράγεται βαλερικός μεθυλεστέρας, ο μεθυλεστέρας του βαλερικού οξέος.
  6. Προσθήκη στον ένα (1) δεσμό C=O. Παράγεται 2-βουτυλο-2-οξιρανόλη, μια ετεροκυκλική αλκοόλη.
  • Συνολικά δηλαδή εννέα (11) παράγωγα προϊόντα, που είναι πρακτικά ισοδύναμα (σ' αυτήν την περίπτωση) σε παραγωγή, εξαιτίας της μεγάλης δραστικότητας του μεθυλενίου, που ως δίριζα κάνει σχεδόν απόλυτα κινητικές (δηλαδή όχι εκλεκτικές) τις αντιδράσεις του.

Πηγές Επεξεργασία

  • Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
  • Πολυχρόνη Σ. Καραγκιοζίδη: Ονοματολογία οργανικών ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1991, Έκδοση Β΄.
  • Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, Έκδοση Β΄.
  • Δ. Νικολαΐδη: Ειδικά κεφάλαια Οργανικής Χημεία, Θεσσαλονίκη 1983.

Παραπομπές Επεξεργασία

  1. Τα δεδομένα προέρχονταιεν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
  2. Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
  3. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.1.
  4. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.2.
  5. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.3α.
  6. 6,0 6,1 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.3β.
  7. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.4.
  8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3α.
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3β.
  10. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3γ.
  11. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3δ.
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.4.
  13. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.5α.
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8α.
  15. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8β.