कार्‌बॉक्सिलिक अम्ले

कार्‌बॉक्सिलिक अम्ले :  (सामान्यत: – COOH असे लिहितात) असा एक किंवा अनेक कार्‌बॉक्सिल गट असलेल्या व निसर्गात विस्तृत प्रमाणात आढळणाऱ्या कार्बनी अम्लांना कार्‌बॉक्सिलिक अम्ले म्हणतात. अशा अम्लांतील कार्‌बॉक्सिल गटातील हायड्रोजन अणू क्रियाशील असून तो मुक्त हायड्रोजनासारखा असतो. कार्‌बॉक्सिलिक अम्लांचे (R – COOH; R म्हणजे अल्किल किंवा अरिल गट) वर्गीकरण करण्याच्या काही पद्धती पुढीलप्रमाणे आहेत : (१) ॲलिफॅटिक (कार्बन अणू साखळी स्वरूपात असलेली कार्बनी संयुगे), ॲलिसायक्लिक (रासायनिक दृष्ट्या ॲलिफॅटिक असणारी पण संरचनेतील आवश्यक कार्बन अणू साखळीऐवजी वलयाने जोडणारी कार्बनी संयुगे), ॲरोमॅटिक (कार्बन अणूंचे वलय असणारी व सह्य वासाची कार्बनी संयुगे) आणि विषमवलयी (कार्बन व इतर मूलद्रव्यांचे अणू ज्यांच्या संरचनेत आहेत अशी संयुगे) (२) तृप्त (ज्यांच्या संरचनेतील कार्बन अणू एकमेकांस एका बंधाने जोडलेले असतात अशी) व अतृप्त (काही संयुजा म्हणजे अणूंची परस्परांशी संयोग पावण्याची क्षमता मोकळी असणारी) (३) प्रतिष्ठापित (एक अणू वा अणुगट काढून तेथे दुसरा अणू वा अणुगट बसवलेली) अगर (४) एक, दोन अथवा अधिक कार्‌बॉक्सिल गट असलेली. कार्‌बॉनिक, क्लोरोकार्‌बॉनिक आणि कार्बामिक अम्लांचा समावेश कार्‌बॉक्सिलिक अम्लांत करीत नाहीत.

नामकरण : कार्‌बॉक्सिलिक अम्लांचे नामकरण तीन पद्धतींनी करतात. (१) नैसर्गिक पदार्थांपासून मिळणाऱ्या अम्लांची नावे, ती ज्या पदार्थापासून मिळतात त्या पदार्थाच्या नावातील पूर्वपदाला ‘इक’ (ic) हे पद जोडून बनविण्याची पद्धत आहे. जसे बेंझॉइनपासून मिळणारे बेंझॉइक अम्ल, निकोटिनपासून मिळणारे निकोटिनिक अम्ल. (२) इंटरनॅशनल युनियन ऑफ केमिस्ट्री या संस्थेने सुधारलेली  जिनिव्हा पद्धत : या पद्धतीनुसार अम्ल व तत्सम हायड्रोकार्बन यांमध्ये समान कार्बन अणू असल्यास हायड्रोकार्बनाच्या नावापुढे ‘ऑइक’ (oic) अम्ल अगर ‘डायॉइक’ (dioic) अम्ल हे शब्द लावून जसे, एथेनापासून एथॅनॉइक अम्ल (ॲसिटिक अम्ल) किंवा (३) याच संस्थेने पुरस्कृत केलेली ‘कार्‌बॉक्सिलिक अम्ल’ हे शब्द अंती लावण्याची नामकरण पद्धत : या पद्धतीत हायड्रोकार्बनामधील हायड्रोजनाच्या जागी COOH गट प्रतिष्ठापित करून मिळणाऱ्या अम्लाला मूळ हायड्रोकार्बनाच्या नावापुढे कार्‌बॉक्सिलिक अम्ल हे शब्द लावून नामकरण करतात. जसे CH₃COOH म्हणजे मिथेन कार्‌बॉक्सिलिक अम्ल. मोनो व डाय ॲलिफॅटिक कार्‌बॉक्सिलिक अम्लांसाठी जिनिव्हा पद्धत वापरतात. वलयाला सरळ जोडलेल्या कार्‌बॉक्सिल गटाच्या ॲलिसायक्लिक, ॲरोमॅटिक आणि विषमवलयी संयुगांना व ॲलिफॅटिक पॉलिकार्‌बॉक्सिलिक अम्लांना कार्‌बॉक्सिलिक अम्ल हे नाव वापरले जाते. वलयी अम्लात जर कर्‌बॉक्सिलिक गट पार्श्वशृंखलेत असेल, तर समावेशक नावे वापरणे सोयीचे ठरते. उदा., C₁₀H₇CH₂COOH यास नॅप्थॅलिन-ॲसिटिक अम्ल अशी संज्ञा वापरतात. प्रतिष्ठापित गटांची अथवा अणूंची स्थाने कार्‌बॉक्सिल गटाशेजारच्या कार्बन अणूपासून सुरूवात करून अनुक्रमे α, β, γ इ. चिन्हांनी किंवा COOH गट धरून १, २, ३ या आकड्यांनी दर्शवितात.

सामान्य गुणधर्म : कार्बनी अम्ले सामान्यत: दुर्बल असतात असे मानले जाते, पण जवळजवळ सर्व कार्‌बॉक्सिलिक अम्ले ही अतिदुर्बल अकार्बनी अम्लांपेक्षा प्रबल असतात. कार्‌बॉक्सिल गटाच्या निकटच्या कार्बन अणूला क्लोरिनासारखे, इलेक्ट्रॉन आपल्याकडे ओढणारे, अणू अथवा गट जोडलेले असल्यास त्या अम्लाची प्रबलता वाढते. कार्‌बॉक्सिलिक अम्लांचे आयनीभवन (आयन म्हणजे विद्युत्‌ भारित अणू, रेणू वा अणुगट तयार होणे) अल्प प्रमाणात होते. उदा., ॲसिटिक अम्लाचे आयनीभवन पुढीलप्रमाणे दाखविता येते :

अम्लाचे बल, त्याचा आयनीभवन स्थिरांक (K_a) किंवा त्याच्या लॉगरिथमाचा व्यस्तांक (^₁ / logk_a = pK_a) यावरून समजते   [→ अम्ले व क्षारके]. pK_a चे मूल्य जास्त असले म्हणजे अम्ल दुर्बल व ते कमी असले म्हणजे अम्ल प्रबल असते. उदा., ॲसिटिक अम्लाचे pK_a  मूल्य ४⋅७६ आहे. क्लोरोॲसिटिक अम्लाचे २⋅८१ व बीटा क्लोरोप्रोपिऑनिक अम्लाचे ४⋅१ आहे.

कार्‌बॉक्सिलिक अम्लांची वायुस्थितीतील घनता, त्यांच्या विद्रावांचे गोठणबिंदू आणि उकळबिंदू यांवरून त्यांचे संगमन (वायुस्थितीतील रेणूंची दोन वा जास्त गटांमधील सापेक्षता: सैलसर बांधणी) झालेले असून एक कार्‌बॉक्सिल गट असलेल्या अम्लांचे दोन रेणू हायड्रोजनी बंधानी संगत झालेले असतात असे दिसून आले आहे आणि त्याला क्ष-किरण विवर्तनाने (अपारदर्शक पदार्थाच्या कडेवरून क्ष-किरणांचे त्याच्या छायेमध्ये वळण्याने) दुजोरा मिळाला आहे. हे खाली सूत्ररूपाने दर्शविले आहे.

पाणी, अल्कोहॉले, कीटोने इ. विद्रावकांत (विरघळविण्याच्या पदार्थांत) संगमन कमी असते व बेंझीन, कार्बनटेट्राक्लोराइड इ. विद्रावकांत ते जवळजवळ पूर्ण झालेले असते.

इतर अम्लांप्रमाणेच कार्‌बॉक्सिलिक अम्लांची RCOOM असे सूत्र असणारी (M=धातू) घन स्वरूपाची धातवीय लवणे बनतात. सोडियम व पोटॅशियम यांची लवणे मूळ अम्लांपेक्षा पाण्यात जास्त विद्राव्य व कार्बनी विद्रावकांत कमी विद्राव्य असतात. अम्ल-उत्प्रेरकाने (विक्रियेत भाग न घेता विक्रियेची गती वाढविणाऱ्या अम्लीय पदार्थाने) त्याचें एस्टरीकरण होते व RCOOR’ असे सूत्र असणारी एस्टरे बनतात. [ →एस्टरे एस्टरीकरण]. निर्जलीकरण केल्यास (RCO)₂O सारखी ॲनहायड्राइडे तयार होतात. डायकार्‌बॉक्सिलिक अम्लांपासून संपूर्ण एस्टरे किंवा लवणे व अम्ल एस्टरे किंवा अम्ल लवणे बनतात. उदा., सोडियम सक्सिनेट हे लवण व सोडियम-हायड्रोजन सक्सिनेट हे अम्ल लवण आणि मिथिल ऑक्झलेट हे संपूर्ण एस्टर व मिथिल- हायड्रोजन ऑक्झलेट हे अम्ल-एस्टर होय. तसेच अम्लातील COOH मधील OH गटाऐवजी निरनिराळे अणू अथवा गट प्रतिष्ठापित करून अम्ल-हॅलाइडे (RCOX), अमाइडे (RCONH₂) इ. अनुजात (मूळ संयुगापासून तयार केलेली इतर संयुगे) बनविता येतात.

आर्थो-अम्ले RC(OH)₃ ही त्यांच्या एस्टरांच्या स्वरूपात आढळतात. जसे एथिल ऑर्थोफॉर्मेट HC (OC₂H₅)_3. पर-अम्ले ही RCO (O₂) H या सूत्राने दाखविली जातात. कार्‌बॉक्सिल गटातील एक अगर दोन्ही ऑक्सिजन अणू गंधकाच्या अणूने प्रतिष्ठापित करून थायो-अम्ले मिळतात.

कार्‌बॉक्सिलिक अम्लातील कार्बन डाय-ऑक्साइडाचा निरास (काढून टाकणे) कमी अधिक सुकरतेने घडवून आणता येतो. काही अम्ले तापविल्याने या प्रकारे अपघटन (घटक द्रव्ये अलग होणे) पावतात, तर काहींना उष्णता व उत्प्रेरक यांची गरज लागते. ॲनिलाइडे, p – टोल्युडाइडे, फेनॅसील, p – ब्रोमो फेनॅसील किंवा तत्सम घन एस्टरे हे या अम्लांचे लाक्षणिक अनुजात होत.

कमी रेणुभाराची ॲलिफॅटिक अम्ले ही उग्र वासाची, गंजण्यास साहाय्य करणारी व पाण्यात विद्राव्य (विरघळणारी) अशी द्रवरूप असून त्यांचे वि. गु. जवळजवळ १ असते. अम्लाचा रेणुभार जसजसा वाढेल तसतसे वितळबिंदू व उकळबिंदू वाढतात आणि वि. गु. व पाण्यातील विद्राव्यता कमी होते. उच्च रेणुभाराची अम्ले मेणासारखी घन स्वरूपात आढळतात.

संरचना : आयनीभवन न झालेल्या कार्‌बॉक्सिल गटाची संरचना पुढीलप्रमाणे असते. यात C₂ हा O₁ शी द्विबंधाने जोडलेला

असून O₂ शी एक-बंधाने जोडलेलाआहे. भूमितीय दृष्टीने पाहता C₂ = O₁ हे अंतर C₂ – O₂ पेक्षा कमी असावे व C₁ – C₂ = O₁ हा कोन C₁ – C₂ – O₂ पेक्षा मोठा असावा. ही कल्पना स्फटिकीय अम्लांत खरी ठरते. पण C₂ – O₂  हा  एक-बंध कधीही ठराविक लांबी गाठू शकत नाही. म्हणजे  व            या दोन प्रकारांत अनुस्पंदन (सैद्धांतिक दृष्ट्या शक्य असलेल्या दोन बंधरूप सूत्रांनी दर्शविलेल्या रेणूच्या स्थितींच्या मधली स्थिती) आढळते. आयनीभूत स्थितीत घनायनाची (ऋण भारित आयनाची, विद्रावातून विद्युत्‌ प्रवाह नेला असता घन विद्युत्‌ अग्राकडे जाणाऱ्या आयनाची) दोन अनुस्पंदित स्वरूपे इलेक्ट्रॉन स्थितीत समान असतात. प्रत्यक्षात कार्‌बॉक्सिलेट आयनांची संरचना    यांच्या स्थिर संकरित स्वरूपाची असते.

संरचनात्मक बदल : हे बदल दोन प्रकारचे असतात : (१) कार्‌बॉक्सिल गटाव्यतिरिक्त इतरत्र असलेले  बदल व (२) कार्‌बॉक्सिल गटात झालेले बदल. पहिल्या प्रकारातील बदल हे COOH गटाला जोडलेल्या भागामध्ये असतात, या भागात कार्बनांच्या सरळ शृंखला असतील किंवा त्या सशाख असतील अथवा ॲलिसायक्लिक किंवा हॅलोजनाने प्रतिष्ठापित इ. असतील. ॲक्रिलिक CH₂ = CH.COOH व तत्सम अम्ले यांमध्ये द्विबंध आहेत. ती अस्थिर असून त्यांचे बहुवारिकीकरण (अनेक रेणूंच्या संयोगाने एक जटिल रेणू तयार होणे) लवकर होते. दुसऱ्या प्रकारात कार्‌बॉक्सिल गटात फरक करून मिळणारे अनुजात येतात. उदा., एस्टरे, अमाइडे इत्यादी.

ॲलिफॅटिक अम्लांमध्ये कार्बन अणूंच्या अशाख किंवा सशाख शृंखला COOH गटाला जोडलेल्या असतात.

विशेष गुणधर्म : वर दिलेल्या सर्वसामान्य गुणधर्मांशिवाय ॲलिफॅटिक अम्लांचे काही विशेष गुणधर्मही आहेत. सूर्यप्रकाश किंवा उत्प्रेरक (आयोडीन-फॉस्फरस ट्रायक्लोराइड) याच्या योगाने क्लोरीन व ब्रोमीन यांचे अणू प्रतिष्ठापन घडवून आणतात व क्लोरो आणि ब्रोमो-प्रतिष्ठापित अम्ले मिळतात. उदा.,

प्रतिष्ठापित अम्लांचे गुणधर्म, प्रतिष्ठापित अणू व त्यांचे कार्‌बॉक्सिल गटापासूनचे अंतर यांनुसार वेगवेगळे आढळतात. उदा., हॅलोजन, प्रतिष्ठापित अम्लापासून हायड्रॉक्सी अम्ले, सायनो अम्ले इ. बनविता येतात.

ॲलिसायक्लिक अम्लांमध्ये कार्‌बॉक्सिल गटाला बेंझिनेतर वलयी हायड्रोकार्बनी सांगाडे जोडलेले असतात. यांचे गुणधर्म सामान्यपणे ॲलिफॅटिक अम्लांसारखेच असतात.

महत्त्वाची कार्‌बॉक्सिलिक अम्ले, त्यांची रासायनिक सूत्रे, वितळबिंदू व उकळबिंदू

(संप्लवित म्हणजे घनरूपातून एकदम वायुरूपात गेलेले. समपक्ष म्हणजे रेणूतील अणू वा अणुगट द्विबंधाच्या एका बाजूस असलेले व विपक्ष म्हणजे रेणूतील अणू वा अणुगट द्विबंधाच्या विरुद्ध बाजूंस असलेले.)

ॲरोमॅटिक अम्लांमध्ये एक वा अधिक बेंझीन वलये किंवा इतर ॲरोमॅटिक वलये कार्‌बॉक्सिल गटाला जोडलेली असतात. कार्‌बॉक्सिल गटाच्या गुणधर्मांशिवाय ॲरोमॅटिक वलयांचे लाक्षणिक गुणधर्मही या अम्लांत आढळतात.

विषमवलयी अम्ले, दोन कार्‌बॉक्सिल गट असलेली तसेच घटनेत हायड्रॉक्सिल इ. गट किंवा द्विबंध अथवा त्रिबंध असलेल्या अम्लांचे गुणधर्म त्या त्या संरचनेशी सामान्यपणे सुसंगत असतात.

उपयोग : एस्टरे, अम्ल हॅलाइडे, अम्ल अमाइडे व ॲनहायड्राइडे या अनेक तऱ्हेने उपयुक्त संयुगांच्या निर्मितीसाठी ह्या अम्लांचा मोठ्या प्रमाणावर उपयोग करतात. अम्लांचे विकार्‌बॉक्सिलीकरण (कार्‌बॉक्सिल गट काढून टाकण्याची विक्रिया) करून नंतर सोडा-लाइम युक्त सोडियम किंवा बेरियम लवणाबरोबर उत्ताप विच्छेदन करतात (उच्च तापमानाने पदार्थाचे घटक सुटे करतात). प्लॅटिनम घनाग्रावर अम्लांचे पोटॅशियम लवण विद्युत्‌ विश्लेषित केल्यास (विद्युत प्रवाहाच्या साहाय्याने घटक सुटे केल्यास) R-CH₂. COO^–K⁺ पासून R – CH₂.CH₂.R यांसारखी हायड्रोकार्बने मिळतात.

काही अम्ले चरब्या व मेणे यांच्या अम्ल जलीय विच्छेदनाने (पाण्याच्या विक्रियेने घटक सुटे केल्याने) मिळतात. त्यांचे ⇨क्षपण केल्यास औद्योगिक दृष्ट्या उपयुक्त अल्कोहॉले मिळतात (उदा., लॉरिक अम्लापासून लॉरिक अल्कोहॉल इत्यादी).

साबण व निर्मलक (डिटर्जंट) यांच्या निर्मितीसाठी, वंगणासाठी लागणारे ग्रीज घट्ट करण्यासाठी, प्लॅस्टिकांच्या निर्मितीत, घर्षक पदार्थ, खडू, डिक्टाफोनचे (सांगितलेला मजकूर नोंदविणाऱ्या यंत्राचे) मेणयुक्त दंडगोल, फोनोग्राफ रेकॉर्ड इत्यादींच्या निर्मितीत त्यांचा उपयोग मोठ्या प्रमाणात करतात. त्यांच्या विद्रावक गुणधर्मांमुळे कार्बन कागद व शाईच्या निर्मितीत व रबराच्या धंद्यात ही अम्ले उपयोगी पडतात. ऑक्सिडीकरणात [→ ऑक्सिडीभवन] तृप्त मेदाम्ले (फॅटी अम्ले) स्थिर राहत असल्याने अत्यंत संवेदनशील पदार्थाच्या ऑक्सिडीकरण विक्रियेत विद्रावक म्हणून त्यांचा उपयोग करतात.

प्राप्तिस्थान व उत्पादन : (१) ॲलिफॅटिक अम्ले : या प्रकारातील मोनो अम्ले निसर्गात सापडतात. कमी रेणुभार असलेली अम्ले वनस्पती व प्राणी यांमध्ये सापडतात. उच्च रेणुभाराची अम्ले चरबी, तेले व मेणे यांमध्ये एस्टरांच्या स्वरूपात आढळतात. काही डायकार्‌बॉक्सिलिक अम्ले वनस्पतींमध्ये आढळतात. निसर्गात आढळणारी प्रतिष्ठापित अम्ले आणि जीवरसायन प्रक्रियेत तयार होणाऱ्या अम्लांपैकी लॅक्टिक, रिसिनोलिइक, मॅलिक, टार्टारिक, सायट्रिक, ग्लायोक्सिलिक, पायरुव्हिक, ॲसिटोॲसिटिक आणि α ॲमिनो अम्ले ही महत्वाची अम्ले होत. ही अम्ले किण्वन (आंबवून), नैसर्गिक ग्लिसराइडांचे जलीय विच्छेदन, प्राथमिक अल्कोहॉलांचे किंवा आल्डिहाइडांचे ऑक्सिडीकरण, नायट्राइलाचे जलीय विच्छेदन, ग्रीन्यार विक्रियाकारकांवर (ग्रीन्यार यांच्या नावाने ओळखण्यात येणाऱ्या, मॅग्नेशियमाच्या विशिष्ट कार्बनी संयुगांवर) कार्बन डाय-ऑक्साइडाची विक्रिया करून संश्लेषित (कृत्रिम रीत्या) करता येतात.

(२) ॲलिसायक्लिक अम्ले : औद्योगिक दृष्ट्या महत्वाची असलेली ही अम्ले निसर्गात आढळतात. तसेच ॲरोमॅटिक अम्लांचे क्षपण करून मिळवितात.

(३) ॲरोमॅटिक अम्ले : बेंझॉइक, सॅलिसिलिक, गॅलिक, सिनॅमिक ही अम्ले निसर्गात स्वतंत्र रीत्या किंवा वनस्पतींमधून बाहेर पडणाऱ्या राळ, ऊद, धूप इ. उत्सर्जित द्रव्यांमध्ये आढळतात. ह्यांतील अम्लेसंश्लेषित करूनही मिळवितात. ॲलिफॅटिक अम्ले तयार करण्याच्या पद्धती वापरून व ॲरोमॅटिक हायड्रोकार्बनांचे ऑक्सिडीकरण करूनही ही अम्ले मिळवितात.

(४) विषमवलयी अम्ले : ही अम्ले संपूर्णपणे संश्लेषण करून किंवा इतर सोईस्कर विषमवलयी संयुगांचे ऑक्सिडीकरण करून बनवितात.

(५) डायकार्‌बॉक्सिलिक अम्ले : वलयी संयुगांच्या ऑक्सिडीकरणाने, क्लोरिनीकरणाने व जलीय विच्छेदनाने ग्लुटारिक, ॲडिपिक, पिमेलिक, सुबेरिक, ॲझेलिक व सेबॅसिक ही अम्ले बनवितात.

संदर्भ : 1. Beyer, H. Organic Chemistry, Bombay. 1963.

2. Fieser, L. F.; Fieser, M. Organic Chemistry, Bombay, 1962.

3. Finar, I. L. Organic Chemistry, London, 1962.

हेगिष्टे, म. द.