13.2: 카르복실산의 물리적 특성

분자량이 낮은 카르복실산은 날카롭고 불쾌한 냄새를 풍깁니다. 또한 알데히드, 케톤, 알코올과 같은 유사한 화합물보다 끓는점과 녹는점이 더 높습니다.

극성 카르보닐 결합과 수산기 결합의 쌍극자-쌍극자 상호작용 외에도 카르복실산 분자 사이의 강한 분자간 수소 결합은 여러 물리적 특성을 결정합니다.

강한 상호작용으로 인해 카르복실산 분자는 안정한 이량체로 존재하게 되어 분자량이 2배 증가합니다. 결과적으로 끓는점이 더 높습니다. 이러한 카르복실산 이량체는 알코올 이합체(11 M^−1)보다 훨씬 더 높은 평형 상수(10^6~10^7 M^−1)를 갖습니다.

카르복실산의 녹는점에서도 비슷한 경향이 관찰됩니다. 탄화수소 사슬 길이가 증가함에 따라 융점도 증가합니다. 탄소수가 8개 이상인 포화 카르복실산은 일반적으로 실온에서 고체입니다. 그러나 불포화 카르복실산은 녹는점이 더 낮습니다. 예를 들어, 포화 카르복실산인 스테아르산(C_18H_36O_2)은 70°C에서 녹는 반면, 두 개의 시스 이중 결합을 보유한 리놀레산(C_18H_32O_2)은 -5°C에서 녹습니다.

용해도 측면에서 저분자량 카르복실산은 물 분자와의 수소 결합 상호 작용으로 인해 물에 용해됩니다. 대조적으로, 고분자량 카르복실산은 분자 사이의 반 데르 발스 상호작용이 더 높기 때문에 알코올에 더 잘 용해됩니다. 특히 카르복실산은 CCl_4와 같은 비극성 용매에 잘 녹습니다. 흥미롭게도 일부 디카르복실산은 상당한 수소 결합 상호 작용으로 인해 상당히 수용성입니다.

카르복실산은 극성 –C=O 및 –OH 그룹을 가지고 있어 두 분자 간의 쌍극자-쌍극자 상호 작용을 보장합니다.

또한, 극성 그룹은 두 개의 강력한 분자간 수소 결합에 관여하여 안정적인 이량체를 형성하여 분자량을 효과적으로 두 배로 늘립니다.

그 결과 유사 화합물보다 카르복실산에 대해 더 높은 끓는점이 나타납니다.

일반적으로 저분자량 카르복실산은 액체인 반면 고분자량 카르복실산은 실온에서 고체입니다.

긴 무극성 탄화수소 사슬을 갖는 포화 카르복실산은 증가된 런던 힘과 밀착 보압으로 인해 불포화산보다 녹는점이 높습니다.

두 개의 추가 수소 결합이 있는 디카르복실산은 상대적으로 더 높은 융점을 갖습니다.

카르복실산은 또한 물과 수소 결합을 형성합니다. 저분자량 카르복실산은 물에 쉽게 용해됩니다.

소수성 탄화수소 사슬이 증가함에 따라 수용성이 감소합니다. 이러한 장쇄 카르복실산은 수소 결합 외에도 런던의 힘으로 인해 알코올 용매에 쉽게 용해될 수 있습니다.

용매가 무극성인 경우 산은 이량체 형태로 존재하여 매우 용해됩니다.