कार्बोक्सिलिक अम्ल

कार्बनिक रसायन विज्ञान में, एक कार्बोक्जिलिक अम्ल एक कार्बनिक अम्ल होता है जिसमें एक आर-समूह से जुड़ा एक कार्बोक्सिल समूह (C(\dO)OH) होता है। एक कार्बोक्जिलिक अम्ल का सामान्य सूत्र R\sCOOH या R\sCO2H है, जिसमें R अल्काइल, एल्केनाइल, एरील या अन्य समूह को संदर्भित करता है। कार्बोक्जिलिक अम्ल व्यापक रूप से होते हैं। महत्वपूर्ण उदाहरणों में अमीनो अम्ल और वसा अम्ल सम्मिलित हैं। एक कार्बोक्जिलिक अम्ल का अवक्षेपण एक कार्बोक्सिलेट आयन देता है।

उदाहरण और नामकरण
कार्बोक्जिलिक अम्ल सामान्यतः उनके तुच्छ नामों से पहचाने जाते हैं। उनके पास प्रायः प्रत्यय -ic अम्ल होता है। IUPAC - अनुशंसित नाम भी उपलब्ध हैं; इस प्रणाली में, कार्बोक्जिलिक अम्ल में एक -oic अम्ल प्रत्यय होता है। उदाहरण के लिए, IUPAC दिशानिर्देशों के अनुसार ब्यूट्रिक अम्ल (C3H7CO2H)  द्वारा ब्यूटानोइक अम्ल है। कार्बोक्जिलिक अम्ल युक्त जटिल अणुओं के नामकरण के लिए, कार्बोक्सिल को मूल श्रृंखला में से एक माना जा सकता है, भले ही अन्य पदार्थ हों, जैसे कि 3-क्लोरोप्रोपेनोइक अम्ल। वैकल्पिक रूप से, इसे "कार्बोक्सी" या "कार्बोक्जिलिक अम्ल" के रूप में नामित किया जा सकता है, जैसे कि 2-कार्बोक्सीफ्यूरान जैसे अन्य मूल संरचना पर।

एक कार्बोक्जिलिक अम्ल के कार्बोक्जिलेट आयन (R-COO- या RCO2-) को क्रमशः एक संयुग्म अम्ल और इसके संयुग्म आधार के लिए -ic अम्ल और -ate के सामान्य पैटर्न को ध्यान में रखते हुए प्रत्यय के साथ नामित किया जाता है। उदाहरण के लिए, सिरका अम्ल का संयुग्म आधार एसीटेट है।

कार्बोनिक अम्ल, जो प्रकृति में बाइकार्बोनेट बफर सिस्टम में होता है, को सामान्यतः कार्बोक्जिलिक अम्ल में से एक के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जाता है, इसके अतिरिक्त इसमें एक अंश (रसायन विज्ञान) होता है जो एक COOH समूह की तरह दिखता है।

घुलनशीलता
कार्बोक्जिलिक अम्ल ध्रुवीय होते हैं। क्योंकि वे दोनों हाइड्रोजन- बंध स्वीकर्ता (carbonyl –C=O)) और हाइड्रोजन-बंध दाता (डोनर) (hydroxyl –OH) हैं, वे हाइड्रोजन बंध में भी भाग लेते हैं। साथ में, हाइड्रॉक्सिल और कार्बोनिल समूह मिलकर कार्यात्मक समूह कार्बोक्सिल बनाते हैं। कार्बोक्जिलिक अम्ल सामान्यतः गैर-ध्रुवीय मीडिया में स्व-सहयोगी की प्रवृत्ति के कारण मंदक के रूप में उपलब्ध होते हैं। छोटे कार्बोक्जिलिक अम्ल (1 से 5 कार्बन) पानी में घुलनशील होते हैं, जबकि एल्काइल श्रृंखला की बढ़ती  हाइड्रोफोबिक प्रकृति के कारण बड़े कार्बोक्जिलिक अम्ल में सीमित घुलनशीलता होती है। ये लंबी श्रृंखला के अम्ल ईथर और अल्कोहल जैसे कम-ध्रुवीय विलायक में घुलनशील होते हैं। जलीय सोडियम हाइड्रोक्साइड और कार्बोक्जिलिक अम्ल, यहां तक ​​​​कि हाइड्रोफोबिक अम्ल, पानी में घुलनशील सोडियम लवण उत्पन्न करने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं। उदाहरण के लिए,  एनैन्थिक अम्ल  की पानी में कम घुलनशीलता (0.2 g/L) होती है, लेकिन इसका सोडियम नमक पानी में बहुत घुलनशील होता है।

क्वथनांक
कार्बोक्जिलिक अम्ल में पानी की तुलना में उच्च क्वथनांक होते है, क्योंकि उनके अधिक सतह क्षेत्र और हाइड्रोजन बंध के माध्यम से स्थिर डिमर बनाने की उनकी प्रवृत्ति होती है। उबलने के लिए, या तो डिमर बंध को तोड़ना चाहिए या पूरी डिमर व्यवस्था को वाष्पीकृत करना चाहिए, जिससे वाष्पीकरण की तापीय धारिता (थैलीपी) में काफी वृद्धि होती है।

अम्लता
कार्बोक्जिलिक अम्ल ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल होते हैं क्योंकि वे प्रोटॉन (H+) दाता होते हैं। वे सबसे आम प्रकार के कार्बनिक अम्ल हैं।

कार्बोक्जिलिक अम्ल सामान्यतः कमजोर अम्ल होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे तटस्थ जलीय घोल में H3O+ cations और RCOO− anions में आंशिक रूप से पृथक्करण हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, कमरे के तापमान पर, एसिटिक अम्ल के 1-molar घोल में, केवल 0.001% वियोजित होता है (अर्थात 10−5 moles out of 1 mol)। इलेक्ट्रॉन निकालने वाले पदार्थ, जैसे -CF3 समूह, मजबूत अम्ल देते हैं (pKa फॉर्मिक अम्ल की मात्रा 3.75 होती है जबकि ट्राइफ्लोरोएसिटिक अम्ल, ट्राइफ्लोरोमेथाइल समूह के साथ, एक pKa 0.23 का)। इलेक्ट्रॉन-दान करने वाले पदार्थ कमजोर अम्ल देते हैं (pKa फार्मिक अम्ल का मान 3.75 होता है जबकि  मिथाइल समूह  वाले एसिटिक अम्ल में pKa 4.76 का। कार्बोक्जिलिक अम्ल का अवक्षेपण कार्बोक्जिलेट आयन देता है; ये अनुनाद स्थिर होते हैं, क्योंकि ऋणात्मक आवेश दो ऑक्सीजन परमाणुओं के ऊपर स्थित होता है, जिससे आयनों की स्थिरता बढ़ जाती है। कार्बोक्जिलेट आयन में प्रत्येक कार्बन-ऑक्सीजन बंधन में आंशिक डबल-बंध चरित्र होता है। कार्बोनिल कार्बन का आंशिक धनात्मक आवेश भी 2 ऑक्सीजन परमाणुओं पर -1/2  पर ऋणात्मक आवेशों से कमजोर हो जाता है।

गंध
कार्बोक्जिलिक अम्ल में प्रायः तेज खट्टी गंध होती है। कार्बोक्जिलिक अम्ल के एस्टर  में फल, सुखद गंध होती है, और कई का उपयोग इत्र में उपयोग किए जाते हैं।

विशेषता
अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा कार्बोक्जिलिक अम्ल आसानी से पहचाने जाते हैं। वे1680 और 1725 cm−1 के बीच C=O कार्बोनिल बंध (νundefined) के कंपन से जुड़े एक तेज बैंड को प्रदर्शित करते हैं एक विशेषता νO–H बैंड 2500 से 3000 cm−1 क्षेत्र में एक व्यापक चोटी के रूप में प्रकट होता है। 1H NMR स्पेक्ट्रोमेट्री, द्वारा  हाइड्रॉकसिल  हाइड्रोजन 10-13 ppm क्षेत्र में प्रकट होता है, हालांकि यह प्रायः या तो चौड़ा होता है या पानी के निशान के साथ आदान-प्रदान के कारण नहीं देखा जाता है।

घटना और अनुप्रयोग
कई कार्बोक्जिलिक अम्ल औद्योगिक रूप से बड़े पैमाने पर उत्पादित किए जाते हैं। वे प्रायः प्रकृति में भी पाए जाते हैं। फैटी अम्ल के एस्टर लिपिड के मुख्य घटक हैं और अमीनोकार्बोक्सिलिक अम्ल के पॉलियामाइड प्रोटीन के मुख्य घटक हैं।

कार्बोक्जिलिक अम्ल का उपयोग बहुलक, औषधीय, विलायक और खाद्य योजक के उत्पादन में किया जाता है। औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण कार्बोक्जिलिक अम्ल में एसिटिक अम्ल (सिरका का घटक, विलायक और लेपन के अग्रदूत), एक्रिलिक अम्ल (बहुलक, चिपकने वाले के अग्रदूत),  एडिपिक अम्ल (बहुलक),  साइट्रिक अम्ल (भोजन और पेय पदार्थों में एक स्वाद और संरक्षक),  एथिलीनडायमिनेटेट्राएसेटिक अम्ल सम्मिलित हैं। (चेलेटिंग एजेंट), फैटी अम्ल (कोटिंग),  मेलिइक अम्ल (बहुलक), प्रोपियोनिक अम्ल (खाद्य संरक्षक), टेरेफ्थेलिक अम्ल (बहुलक)। महत्वपूर्ण कार्बोक्जिलेट लवण साबुन हैं।

औद्योगिक मार्ग
सामान्य तौर पर, कार्बोक्जिलिक अम्ल के औद्योगिक मार्ग छोटे पैमाने पर उपयोग किए जाने वाले से भिन्न होते हैं क्योंकि उन्हें विशेष उपकरण की आवश्यकता होती है।
 * ऐसीटिक अम्ल के उत्पादन के लिए कैटिवा प्रक्रिया द्वारा दर्शाए अनुसार ऐल्कोहॉलों का कार्बोनिलीकरण। फॉर्मिक अम्ल एक अलग कार्बोनिलीकरण मार्ग द्वारा तैयार किया जाता है, जो मेथनॉल से भी शुरू होता है।
 * कोबाल्ट और मैंगनीज उत्प्रेरक का उपयोग करके हवा के साथ एल्डिहाइड  का ऑक्सीकरण। आवश्यक एल्डिहाइड आसानी से अल्केन्स से  हाइड्रोफॉर्माइलेशन द्वारा प्राप्त किए जाते हैं।
 * हवा का उपयोग करके हाइड्रोकार्बन का ऑक्सीकरण। साधारण अल्केन्स के लिए, यह विधि सस्ती है लेकिन उपयोगी होने के लिए पर्याप्त चयनात्मक नहीं है। एलिलिक और बेंजाइलिक यौगिक अधिक चयनात्मक ऑक्सीकरण से गुजरते हैं। बेंजीन वृत्त पर उपलब्ध एल्काइल समूहों को कार्बोक्जिलिक अम्ल में ऑक्सीकृत किया जाता है, इसकी श्रृंखला की लंबाई की परवाह किए बिना। टोल्यूनि से बेंज़ोइक अम्ल, पैरा-ज़ाइलिन से टेरेफ्थेलिक अम्ल, और ऑर्थो-ज़ाइलिन से फ़ेथलिक अम्ल बड़े पैमाने पर रूपांतरण हैं। एक्रिलिक अम्ल प्रोपेन से उत्पन्न होता है।
 * सिलिकोटुंगस्टिक अम्ल उत्प्रेरक का उपयोग करके एथीन का ऑक्सीकरण।
 * अल्कोहल का बेस-उत्प्रेरित डिहाइड्रोजनीकरण।
 * कार्बोनाइलेशन पानी के अलावा युग्मित। यह विधि द्वितीयक और तृतीयक कार्बोकेशन  उत्पन्न करने वाले अल्केन्स के लिए प्रभावी और बहुमुखी है, उदा।  आइसोब्यूटिलीन  से पाइवलिक अम्ल।  कोच प्रतिक्रिया  में, एल्केन्स में पानी और  कार्बन मोनोआक्साइड के योग को मजबूत अम्ल द्वारा उत्प्रेरित किया जाता है। हाइड्रोकार्बोक्सिलेशन में पानी और कार्बन मोनोऑक्साइड का एक साथ जोड़ सम्मिलित है। ऐसी प्रतिक्रियाओं को कभी-कभी "रेपे केमिस्ट्री" कहा जाता है।
 * HCCH + CO + H2O → CH2=CHCO2H


 * पौधे या पशु तेलों से प्राप्त ट्राइग्लिसराइड्स का हाइड्रोलिसिस। कुछ लंबी-श्रृंखला वाले कार्बोक्जिलिक अम्ल को संश्लेषित करने की ये विधियाँ साबुन बनाने से संबंधित हैं।
 * इथेनॉल का किण्वन (जैव रसायन) । इस विधि का उपयोग सिरका के उत्पादन में किया जाता है।
 * कोल्बे-श्मिट प्रतिक्रिया सैलिसिलिक अम्ल, एस्पिरिन  के अग्रदूत के लिए एक मार्ग प्रदान करती है।

प्रयोगशाला के तरीके
अनुसंधान के लिए या ठीक रसायनों के उत्पादन के लिए छोटे पैमाने पर प्रतिक्रियाओं के लिए प्रारंभिक तरीके प्रायः महंगे उपभोज्य अभिकर्मकों को नियोजित करते हैं।
 * पोटेशियम डाइक्रोमेट, जोन्स अभिकर्मक, पोटेशियम परमैंगनेट, या सोडियम क्लोराइट जैसे मजबूत ऑक्सीकरण के साथ प्राथमिक अल्कोहल या एल्डिहाइड का ऑक्सीकरण। यह विधि हवा के औद्योगिक उपयोग की तुलना में प्रयोगशाला स्थितियों के लिए अधिक उपयुक्त है, जो "हरियाली" है क्योंकि यह क्रोमियम या मैंगनीज ऑक्साइड जैसे कम अकार्बनिक पक्ष उत्पादों का उत्पादन करती है।
 * ओजोनोलिसिस, पोटैशियम परमैंगनेट, या पोटैशियम डाइक्रोमेट द्वारा ओलेफिन का ऑक्सीडेटिव क्लीवेज।
 * सामान्यतः अम्ल- या बेस-कैटेलिसिस के साथ नाइट्राइल, एस्टर या एमाइड्स का हाइड्रोलिसिस।
 * ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक और ऑर्गेनोलिथियम अभिकर्मकों का कार्बोनेशन:
 * RLi + CO2 → RCO2Li

RCO2Li + HCl → RCO2H + LiCl
 * हेलोफॉर्म प्रतिक्रिया में मिथाइल कीटोन के हाइड्रोलिसिस के बाद हलोजनीकरण
 * गैर-एनोलिज़ेबल केटोन्स, विशेष रूप से एरिल केटोन्स का बेस-उत्प्रेरित क्लेवाज:
 * RC(O)Ar + H2O → RCO2H + ArH

कम आम प्रतिक्रियाएं
कई प्रतिक्रियाएं कार्बोक्जिलिक अम्ल उत्पन्न करती हैं लेकिन केवल विशिष्ट मामलों में ही उपयोग की जाती हैं या मुख्य रूप से अकादमिक हित में होती हैं।
 * कैनिजारो अभिक्रिया में एल्डिहाइड का अनुपातहीन होना
 * बेंज़िलिक अम्ल पुनर्व्यवस्था में डाइकेटोन की पुनर्व्यवस्था
 * बेंजोइक अम्ल की पीढ़ी को सम्मिलित करना नाइट्रोबेंजीन से वॉन रिक्टर प्रतिक्रिया और फिनोल से कोल्बे-श्मिट प्रतिक्रिया है।

प्रतिक्रियाएं
सबसे व्यापक रूप से प्रचलित प्रतिक्रियाएं कार्बोक्जिलिक अम्ल को एस्टर, एमाइड, कार्बोक्जिलेट लवण, अम्ल क्लोराइड और अल्कोहल में परिवर्तित करती हैं। कार्बोक्जिलिक अम्ल क्षार (रसायन विज्ञान) के साथ अभिक्रिया कर कार्बोक्जाइलेट लवण बनाते हैं, जिसमें हाइड्रॉक्सिल (-OH) समूह के हाइड्रोजन को धातु के धनायन से बदल दिया जाता है। उदाहरण के लिए, सिरका में पाया जाने वाला एसिटिक अम्ल सोडियम बाइकार्बोनेट (बेकिंग सोडा) के साथ प्रतिक्रिया करके सोडियम एसीटेट, कार्बन डाइआक्साइड  और पानी बनाता है:
 * CH3COOH + NaHCO3 → CH3COO−Na+ + CO2 + H2O

एस्टर देने के लिए कार्बोक्जिलिक अम्ल अल्कोहल (रसायन) के साथ प्रतिक्रिया करता है। इस प्रक्रिया का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, उदा। पॉलिएस्टर के उत्पादन में। इसी तरह, कार्बोक्जिलिक अम्ल एमाइड में परिवर्तित हो जाते हैं, लेकिन यह रूपांतरण सामान्यतः कार्बोक्जिलिक अम्ल और एमाइन की सीधी प्रतिक्रिया से नहीं होता है। इसके बजाय एस्टर एमाइड के विशिष्ट पूर्ववर्ती हैं। अमीनो अम्ल का पेप्टाइड्स में रूपांतरण एक महत्वपूर्ण जैव रासायनिक प्रक्रिया है जिसके लिए एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट (ATP) की आवश्यकता होती है।

एसाइल क्लोराइड देने के लिए कार्बोक्जिलिक अम्ल पर हाइड्रॉक्सिल समूह को थियोनील क्लोराइड का उपयोग करके क्लोरीन परमाणु से बदला जा सकता है। प्रकृति में, कार्बोक्जिलिक अम्ल थायोएस्टर में परिवर्तित हो जाते हैं।

घटाव
एस्टर की तरह, अधिकांश कार्बोक्जिलिक अम्ल को हाइड्रोजनीकरण द्वारा या लिथियम एल्यूमीनियम हाइड्राइड जैसे हाइड्राइड ट्रांसफरिंग एजेंटों का उपयोग करके अल्कोहल में कम किया जा सकता है। मजबूत एल्काइल स्थानांतरित कारक, जैसे ऑर्गेनोलिथियम अभिकर्मक यौगिक लेकिन ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक नहीं, अल्काइल समूह के हस्तांतरण के साथ-साथ कार्बोक्जिलिक अम्ल को कीटोन्स में कम कर देंगे।

N,N-डाइमिथाइल(क्लोरोमेथिलीन) अमोनियम क्लोराइड (ClHC=N+(CH3)2Cl−) कार्बोक्जिलिक अम्ल की कमी के लिए एक अत्यधिक रासायनिक चयनात्मक कारक है। यह कार्बोक्सी मेथिलीन अमोनियम नमक देने के लिए कार्बोक्जिलिक अम्ल को चुनिंदा रूप से सक्रिय करता है, जिसे एक पॉट प्रक्रिया में एल्डिहाइड को वहन करने के लिए लिथियम ट्रिस(t-ब्यूटॉक्सी) एल्यूमीनियम हाइड्राइड जैसे हल्के अपचायक द्वारा कम किया जा सकता है। इस प्रक्रिया को प्रतिक्रियाशील कार्बोनिल कार्यात्मकताओं जैसे किटोन के साथ-साथ मध्यम प्रतिक्रियाशील एस्टर, ओलेफ़िन, नाइट्राइल और हैलाइड मौएट्स को सहन करने के लिए जाना जाता है।

विशिष्ट प्रतिक्रियाएं

 * जैसा कि सभी कार्बोनिल यौगिकों के साथ होता है, α-कार्बन पर प्रोटॉन कीटो-एनोल टॉटोमेराइज़ेशन के कारण अस्थिर होते हैं। इस प्रकार, हेल-वोल्हार्ड-ज़ेलिंस्की हलोजन में α-कार्बन आसानी से हैलोजेनेटेड होता है।
 * श्मिट अभिक्रिया कार्बोक्सिलिक अम्लों को ऐमीन में परिवर्तित करती है।
 * हुन्सडीकर प्रतिक्रिया में कार्बोक्जिलिक अम्ल डीकार्बोक्सिलेटेड होते हैं।
 * डाकिन-पश्चिम प्रतिक्रिया एक अमीनो अम्ल को संबंधित अमीनो कीटोन में परिवर्तित करती है।
 * बारबियर-वाइलैंड अवक्रमण में, अल्फा स्थिति में एक साधारण मेथिलीन ब्रिज वाले एलीफैटिक श्रृंखला पर एक कार्बोक्जिलिक अम्ल में एक कार्बन श्रृंखला को छोटा किया जा सकता है। उलटा प्रक्रिया आर्न्ट आईस्टर्ट संश्लेषण है, जहां एक अम्ल एसाइल हैलाइड में परिवर्तित हो जाता है, जिसे फिर स्निग्ध श्रृंखला में एक अतिरिक्त मेथिलीन देने के लिए  डायज़ोमिथेन  के साथ प्रतिक्रिया की जाती है।
 * कई अम्ल ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेज  से गुजरते हैं। इन प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करने वाले एनजाइम को  कार्बोज़ाइलेस  (EC 6.4.1) और डिकारबॉक्साइलेस (EC 4.1.1) के रूप में जाना जाता है।
 * कार्बोक्जिलिक अम्ल एस्टर और डायसोब्यूटाइललुमिनियम हाइड्राइड के माध्यम से एल्डिहाइड में कम हो जाते हैं, रोसेनमंड कमी में अम्ल क्लोराइड के माध्यम से और फुकुयामा कमी में थियोस्टर के माध्यम से।
 * केटोनिक डीकार्बाक्सिलेशन में कार्बोक्जिलिक अम्ल कीटोन में परिवर्तित हो जाते हैं।
 * ऑर्गेनोलिथियम अभिकर्मक (>2 समतुल्य) कार्बोक्जिलिक अम्ल के साथ एक डाइलिथियम 1,1-diolate, एक स्थिर टेट्राहेड्रल मध्यवर्ती देता है जो अम्लीय जुटाना पर कीटोन देने के लिए विघटित होता है।
 * कोल्बे इलेक्ट्रोलिसिस एक इलेक्ट्रोलाइटिक, डीकार्बोक्साइलेटिव  द्वितयन प्रतिक्रिया है। यह दो अम्ल अणुओं के कार्बोक्सिल समूहों से छुटकारा दिलाता है, और शेष टुकड़ों को एक साथ जोड़ता है।

कार्बोक्सिल विलक्षण
कार्बोक्सिल विलक्षण, •COOH, केवल संक्षिप्त रूप में उपलब्ध होता है। •COOH के अम्ल वियोजन स्थिरांक  को  इलेक्ट्रॉन अनुचुंबकीय अनुनाद  स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके मापा गया है। कार्बोक्सिल समूह ऑक्सालिक अम्ल बनाने के लिए मंद हो जाता है।

यह भी देखें

 * अम्ल एनहाइड्राइड
 * अम्ल क्लोराइड*
 * अमाइड
 * एमिनो अम्ल
 * एस्टर
 * कार्बोक्जिलिक अम्ल की सूची
 * डाइकारबॉक्सिलिक अम्ल
 * पॉलीहाइड्रॉक्सी कार्बोक्जिलिक अम्ल (PHC)। स्यूडोअम्ल
 * थियोकारबॉक्सी

बाहरी संबंध

 * Carboxylic acids pH and titration – freeware for calculations, data analysis, simulation, and distribution diagram generation
 * PHC.