16. 카복실산과 나이트릴

카복실산(RCOOH)은 최대 산소를 가진 상태이고, RCYO는 카복실산 유도체라 부른다.
카복실산에 포함되는 탄소가 1번 탄소이고 -oic acid로 명명한다.
카복실산은 힘이 가장 강한 작용기이다.

유기물에 대해서 RCN은 나이트릴이라 부르고, 무기물인 경우 CN을 cyanide라 한다.
나이트릴은 나이트릴이 붙은 탄소를 1번이라 하고, -onitrile로 명명한다.
같은 분자 내에 다른 카복실산 유도체가 있으면 cyano-를 사용한다.

카복실산은 케톤처럼 sp2 혼성으로 결합각이 약 120도의 평면 구조다.
알콜처럼 수소 결합으로 강하게 회합되어 있고, 대부분 고리형 이합체로서 존재한다.
따라서 비슷한 알코올 화합물보다 훨씬 높은 끓는점을 갖고 있다.

R이 길수록 소수성을 띠고, OH기는 친수성을 나타낸다.
카복실산은 염기와 반응하여 금속 카복실산 염을 생성하고 이는 물에 잘 녹는다.
카복실산은 물에서 수소이온을 제공하며 pKa ~5일 정도로 강산이다.
무기산에 비해 약산이지만, 알코올과 페놀에 비해 훨씬 센 산이다.
카복실 이온이 공명 구조를 갖기 때문에 수소를 떼어내는 게 안정하다.
또, 다른 치환기가 수소로부터 전자를 끌수록 강한 산이다.

Henderson-Hasselbalch 식 : $pH = pK_{a} + \log{\frac{[A^{-}]}{[HA]}}$
산의 pKa와 용매의 pH를 알고 있다면 해리된 형태 및 해리되지 않은 형태의 %를 알 수 있다.

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1. 치환된 알킬벤젠을 KMnO4 혹은 Na2Cr2O7으로 산화시키면 치환된 benzoic acid가 생성된다.
    이때 1차, 2차 알킬기는 산화될 수 있지만, 삼차 알킬기는 영향을 받지 않는다.

2. 알켄이 최소 1개의 vinylic 수소를 가지고 있을 때 KMnO4와 함께 산화시키면 카복실산이 나온다.

3. 1차 알콜을 산화시키면 알데하이드가 되고, 알데하이드를 또 산화시키면 카복실산이 된다.
    2차 알콜을 산화시키면 ketone이 얻어진다.

4. 뜨거운 산성 혹은 염기 수용액에서 일,이차 할로젠화 알킬과 나이트릴의 가수분해로 카복실산을 만들 수 있다.
    결과적으로 할로젠 자리에 카복실산이 치환된 형태가 된다.

5. Grignard 시약과 CO2의 반응으로 카복실산 금속염을 생성하고, 양성자 첨가로 카복실산을 만들 수 있다.
    단, Grignard 시약과 산성 수용액 첨가는 독립된 반응으로 진행해야 한다.

카복실산은 알파치환으로 치환기 추가, 환원반응으로 케톤 없애기,
친핵성 아실치환으로 수산화기 없애기, 양성자 이탈 등의 반응이 가능하다.

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CN-와 일, 이차 할로젠화 알킬과 SN2 반응을 통해 나이트릴을 만들 수 있다.

이외에 일차 아마이드(RCONH2)와 SOCl2나 POCl3와의 탈수 반응으로도 만들 수 있다.
탈수 반응은 친핵성 아마이드 산소 원자에 SOCl2와의 반응이 일어나고
이후 양성자 이탈과 E2 유사한 제거 반응이 일어난다.

RCN은 편극이 심하기 때문에 탄소가 친전자체 역할을 하기 쉽다.

1. 가수분해 반응
   나이트릴이 산이나 염기를 통해 나이트릴을 만든 후 이어서 카복실산과 아민을 생성할 수 있다.

2. LiAlH4에 의한 나이트릴의 환원은 일차 아민(RNH2)을 생성한다.
   반응을 통해 결과적으로 탄소와의 삼중결합이 단일결합이 되고, 탄소에는 수소 2개가 붙는다.

3. Grignard 시약이 나이트릴에 첨가되어 이민 음이온 중간체(RCRN)가 생성되고,
    중간체는 물의 첨가에 의해 다시 가수분해되어 케톤과 암모니아를 형성한다.