[include(틀:다른 뜻1,from=BHA, other1=제주에 위치한 국제학교 Branksome hall Asia, rd1=브랭섬 홀 아시아)]

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[include(틀:유기화합물/카복실산)]
[include(틀:탄화수소와 유도체)]

[목차]
== 개요 ==
Carboxylic acid. 일반식 R-COOH([[카르복시기]])[* 유기화학, 생화학 등에서는 R-CO,,2,,H 형태로 표기되기도 한다.].

유기화합물의 종류로 액성은 대부분 [[산(화학)|산성]]이다. 이쪽 계열의 화합물은 대부분 국문으로 '-산(酸)', 영어로 '-ic acid'라는 접미사가 붙는다[* 짝염기, 즉 수소 이온이 해리된 형태는 접미사 -ic acid 대신 -ate가 붙는다.]. 다만 카복실기 외에 염기성을 띠는 다른 작용기를 가진 화합물은 다른 액성을 띠는 경우도 많다[* 대표적으로 [[아르기닌]], [[라이신]] 등은 카복실산에 속하지만 액성이 '''염기성'''이다.].

'''[[아미노산]]''', '''[[지방산]]''' 등 화학적/생물학적으로 의미를 가지는 분자 중 적지 않은 수가 카복실기를 가지고 있다.

생물학적으로는 [[알코올]]의 산화 과정 등을 통해 만들어질 수 있으며, '''생명 활동의 핵'''이기도 하다.

미생물의 경우 알코올과 카복실산을 같이 생산하는 미생물은 일반적으로 [[수소 이온 농도 지수|pH]]가 높으면 산발효(酸醱酵; Acidogenesis)를 통해 주로 카복실산을, [[수소 이온 농도 지수|pH]]가 낮아지면 용매발효(溶媒醱酵;Solventogenesis)를 통해 알코올과 아세톤등을 주로 생산한다. biorefinery로 주목받는 부티르산을 생산하는 주요 미생물들은 대부분 Clostridium에 속하며 카복실산만 생산하는 미생물로는 ''C. tyrobutyricum''이 대표적이며 알코올 및 아세톤등의 용매를 같이 생산하는 미생물로는 ''C. acetobutylicum''이나 ''C. beijerinckii'' 등이 있다.

탄소 수가 적은 [[포름산]]과 [[아세트산]]은 물에 잘 녹는다. 그리고 물에 녹아 일부만 수소 이온을 내놓으므로 약한 산성을 띤다. 수소결합하기 때문에 탄소 수가 비슷한 탄소화합물에 비해 끓는 점이 높다. 카복실산 두 분자가 수소 결합에 의한 이합체를 형성한다.

탄소 수가 같은 알카인의 이름 끝에 '-산'을 붙여서 명명한다. 대표적인 예시로는 포름산과 아세트산이 있는데, [[포름산]](HCOOH)은 H-의 관용명인 form-에서 따온 이름이고, [[아세트산]](CH,,3,,COOH)은 CH,,3,,의 관용명인 acet-에서 따온 이름이다.
== 제법 ==
가장 일반적이며 유용한 제법은 1차 [[알코올]]이나 [[알데하이드]]를 산화시키는 것이다. 이때 해당 반응의 메커니즘은 알데하이드가 [[수화]]되는 과정을 포함하기에, 반응이 진행되기 위해서는 반드시 물이 필요하다[* 역으로, 무수 조건에서 반응을 진행시키면 1차 알코올을 알데하이드까지만 산화시키는 것도 가능하다.].

RCH,,2,,OH → RCHO → RCOOH

당연하게도 카복실산 유도체의 가수분해를 통해서 카복실산을 만드는 것도 가능하다. 반응성이 비교적 높은 [[산 염화물]], [[산 무수물]] 등에서는 쉽게 반응이 진행되지만, [[에스터]]나 [[아마이드]] 등 치환기의 leaving group ability가 높지 않은 경우에는 비교적 격렬한 조건을 필요로 한다. [[나이트릴]]의 가수분해를 통해서도 만들 수 있다.

3차 이하의 [[알켄]]을 가오존 분해(ozonolysis)하거나, 산화성 분해할 경우에도 하나의 수소를 가지고 있는 쪽에서 카복실산이 만들어진다. 비슷하게 [[알카인]]의 가오존 분해에서도 카복실산이 만들어진다.

한쪽에 [[메틸기]]를 가진 [[케톤]]을 기질로 해 haloform reaction을 진행시키면 haloform과 함께 카복실산을 얻을 수 있다[* 해당 반응은 유튜브 등에서 [[클로로포름]]을 만들어내는 방법으로 알려져 있기도 하다.].

Aryl aldehyde 등 enolization이 진행되지 않는 [[알데하이드]]의 Cannizzaro reaction을 통해, 1:1 비율로 대응되는 [[알코올]]과 함께 카복실산을 얻을 수 있다[* 해당 반응은 LiAlH,,4,,가 발견되지 전까지 알데하이드의 마땅한 환원법이 얼마 없었던 과거에나 사용되었지, 현재에는 유기화학 실습 등이 아니면 실질적으로 사용할 일이 없는 반응이다.].

Grignard 시약, 유기[[리튬]] 시약 등 염기도가 높은 유기금속 시약과 [[이산화탄소]]의 반응을 통해서도 카복실산을 합성할 수 있다[* 학부 유기화학에서 이 반응을 배우기는 하지만, 합성적으로는 하등 쓸모가 없는 반응이다. 오히려 역으로 decarboxylate halogenation을 수행하는 일이 더 많다.]

== 반응 ==
예전 [[화1]]에서는 금속을 넣어주면 수소 기체가 발생하는 반응, 염기와 만나 중화되는 중화반응, 산 촉매 하에서 알코올과 반응하여 에스테르를 생성하는 에스테르화 반응을 배웠다. 또한 포름산(HCOOH)은 분자 내에 카복실시와 포르밀기를 동시에 갖고 있어서 은거울 반응과 펠링 반응을 한다.

2RCOOH + 2Na → 2RCOONa + H,,2,,⬆️
RCOOH + NaOH → RCOONa + H,,2,,O
RCOOH + R'OH → RCOOR' + H,,2,,O
=== 친핵성 아실 치환 반응 ===
카보닐 탄소가 친핵체에 의해 공격받은 후, 하이드록시기 자체 또는 양성자화되거나 다른 시약에 의해 변형된 하이드록시기가 이탈하는 과정을 통해 카복실산 유도체를 만들 수 있다. 

[[산 염화물]]의 경우, POCl,,3,,, SOCl,,2,,, PCl,,5,, 등의 시약을 처리하여 하이드록시기를 좋은 이탈기로 변환한 후, Cl^^-^^가 공격하는 메커니즘을 통해 만들어진다.

[[산 무수물]]은 TFAA, ethyl chloroformate 등 좋은 이탈기를 가진 카복실산 유도체와의 반응을 통해 얻을 수 있다. 또한 분자 내에 2개의 카복실기가 존재하는 경우, [[엔트로피]]적으로 충분한 driving force가 존재하기에 Ac,,2,,O 등과 반응시켜서 탈수시켜 산 무수물을 만들어내는 것도 가능하다.

[[에스터]]의 경우, 가장 단순한 제법은 Fischer esterification을 이용하는 것이다. 이는 산 촉매[* 염기를 이용하면 카복실산이 탈양성자화되어 반응성이 없어지기에 반드시 산을 이용해야 한다.]하에서 알코올와 카복실산을 가열하는 과정이다. 다만 해당 반응은 [[가역]]적이라는 문제점이 있기에, 수율을 높이기 위해서는 생성된 물을 제거해 주어야 한다[* 간단한 방법으로 알코올을 용매로 사용해 과량 투입하거나, 알코올의 분자량이 충분히 크다면 distilation을 이용할 수 있다.][* 또는 물만을 선택적으로 흡수할 수 있는 3 Å molecular sieve를 이용하는 것도 가능하다].

Methyl ester의 경우에는 CH,,2,,N,,2,,[* diazomethane]과의 반응을 통해 합성할 수 있다. 다만 다른 ester에는 이 방법을 적용하기 어렵다.

[[메틸기]] 또는 1차 알킬기를 가진 카복실산의 경우, 제한적으로 carboxylate와 alkyl (pseudo)halide의 S,,N,,2 반응을 통해 합성하는 것도 가능하다. 다만 해당 반응은 carboxylate의 nucleophilicity가 높지 않기에 제한적으로만 사용된다[* Ag^^+^^는 halogen-selective한 [[루이스 산염기|루이스 산]]으로 작용하기에, 이를 함께 처리해 주거나 silver carboxylate를 사용해 반응시키는 방법을 들 수 있다.]

카복실산을 ''in situ''로 만들어낼 수 있는 peptide coupling agent[* DCC/EDC/CDI 등의 stoichiometric한 reagent에 DMAP/NHS 등을 촉매량 넣어 주는 방식을 사용한다.]를 이용하는 방식도 널리 사용된다.

[[아마이드]]의 경우에는 단순히 카복실산과 [[아민]]을 혼합해 고온으로 가열[* 저온에서는 산-염기 반응만 일어난다.]해 합성하는 것도 가능하지만, 일반적으로는 에스터의 합성과 동일하게 peptide coupling agent를 이용하는 것이 가장 깔끔하다.

다만 위에서 논한 것처럼 카복실산에서 직접 합성하는 방법도 가능하지만, 에스터와 아마이드, acyl azide 등 많은 카복실산 유도체는 산 염화물 등 반응성 높은 카복실산 유도체를 경유해 합성하는 방식이 일반적으로 사용된다.

=== 환원 반응 ===
1차 알코올로의 환원은 일반적으로 산 염화물, 에스터 등을 경유해 이루어진다. 다만 [[보레인|BH,,3,,]] 등을 이용하면 카복실산을 바로 1차 알코올로 환원시키는 것도 가능하다[* 해당 반응은 다른 카복실산 유도체에 대해 chemoselectivity를 가진다.].

알데하이드가 카복실산으로 쉽게 산화되는 것과 달리, 카복실산을 알데하이드로 환원시키는 것은 어렵다. 이 때문에 카복실산을 1차 알코올까지 환원시킨 후, 이를 다시 알데하이드로 산화시키는 2단계 반응이 가장 많이 이용된다. 하지만 한 단계로 반응시키는 것이 불가능하지는 않으며, 대표적으로 -78℃ 수준의 저온에서 안정한 중간체를 형성하는 DIBAL[* (^^''i''^^Bu),,2,,AlH]을 이용한 에스터의 환원이 있다[* 다만 -15℃ 정도의 고온에서는 중간체가 붕괴되기에, 과량의 DIBAL을 고온 조건에서 사용하면 에스터를 높은 수율로 알코올로 변환할 수 있다. LAH 등보다 상대적으로 사용이 편해서인지, 교과서에 나와 있는 것과 달리 DIBAL을 이런 식으로 사용해 에스터를 환원시킨 후 DMP 등으로 다시 산화시키는 전합성 논문을 자주 볼 수 있다. e.g. ''Angew. Chem. Int. Ed.'' '''2011''', ''50'', 7373. doi:10.1002/anie.201103088]. 2단계 반응을 이용하는 것이 안정적이고 대부분의 경우 수율도 나쁘지 않기에 합성에서 흔히 사용되지는 않지만, 카복실산을 알데하이드로 바로 산화시키는 다양한 methodology들이 개발되어 있다[* ''Org. Lett.'' '''2013''', ''15'', 496. doi:10.1021/ol303296a][* ''Org. Lett.'' '''2019''', ''21'', 7804. doi:10.1021/acs.orglett.9b02779].

=== 기타 반응 ===
카복실산에 LDA 등 2당량의 비친핵성 유기리튬 시약을 처리하는 식으로 만든, carboxylic acid의 dilithium derivative를 d^^2^^ synthon으로 사용할 수 있다. 또는 dilithium derivative에 silylation을 거쳐 사용할 수도 있다.

초기 형태인 Hunsdiecker reaction을 비롯해, 다양한 종류의 decarboxylate halogenation이 개발되어 합성에서 사용되고 있다.

카복실기에 결합되어 있는 탄소를 하나 늘릴 수 있는 유용한 homologation으로 Arndt-Eistert synthesis이 존재한다.

== 분류 ==
=== [[지방산]] ===
==== 포화 지방산 ====
이중결합이 없는 사슬 형태의 카복실산. [[알코올]]에서 하이드록시기(-OH)를 카복실기(-C(=O)OH)로 치환한 꼴.

보통은 펜탄산(C5) 이하는 short-chain fatty acid로 분류하는데, 헥산산(C6)부터 [[글리세롤]]과 지방 결합을 하기 때문. 또한 short-chain fatty acid은 증발될 수가 있어 휘발성 지방산(volatile fatty acid)라고도 불리기도 한다.

이들 중 대부분은 IUPAC명과 별개로 관용명을 가지고 있다.

 * [[메탄산]](HCOOH) - [[포름산]](Formic acid), 개미산이라고도 불린다.
 * [[에탄산]](CH,,3,,COOH) - [[아세트산]](Acetic acid), 초산이라고도 불리며 [[식초]]의 주성분이 된다.
 * [[프로판산]](C,,2,,H,,5,,COOH) - [[프로피온산]](Propionic acid)이라고도 한다.
 * [[부탄산]](C,,3,,H,,7,,COOH) - 부티르산(Butyric acid)이라고도 한다.
 * [[펜탄산]](C,,4,,H,,9,,COOH) - 발레르산(Valeric acid)이라고도 한다.
 * [[헥산산]](C,,5,,H,,11,,COOH) - 카프로산(Caproic acid)이라고도 한다.
 * [[헵탄산]](C,,6,,H,,13,,COOH) - 에난트산(Enanthic acid)이라고도 한다.
 * [[옥탄산]](C,,7,,H,,15,,COOH) - 카프릴산(Caprylic acid)이라고도 한다.
 * [[노난산]](C,,8,,H,,17,,COOH) - 펠라곤산(Pelargonic acid)이라고도 한다.
 * [[데칸산]](C,,9,,H,,19,,COOH) - 카프르산(Capric acid)이라고도 한다.
 * [[운데칸산]](C,,10,,H,,21,,COOH) - 운데실산(Undecylic acid)이라고도 한다.
 * [[도데칸산]](C,,11,,H,,23,,COOH) - 라우르산(Lauric acid)이라고도 한다.
 * [[트리데칸산]](C,,12,,H,,25,,COOH)
 * [[테트라데칸산]](C,,13,,H,,27,,COOH) - 미리스트산(Myristic acid), 육두구산이라고도 한다.
 * [[펜타데칸산]](C,,14,,H,,29,,COOH)
 * [[헥사데칸산]](C,,15,,H,,31,,COOH) - 팔미트산(Palmitic acid)이라고도 한다.
 * [[헵타데칸산]](C,,16,,H,,33,,COOH) - 마르가르산(Margaric acid)이라고도 한다.
 * [[옥타데칸산]](C,,17,,H,,35,,COOH) - 스테아르산(Stearic acid)이라고도 한다.
 * [[노나데칸산]](C,,18,,H,,37,,COOH)
 * [[이코산산]](C,,19,,H,,39,,COOH) - 아라키드산(Arachidic acid)이라고도 한다.
 * [[도코산산]](C,,21,,H,,43,,COOH)- 베헨산(Behenic acid)이라고도 한다.
 * [[테트라코산산]](C,,23,,H,,47,,COOH) - 리그노세르산(Lignoceric acid)이라고도 한다.
 * [[헥사코산산]](C,,25,,H,,51,,COOH) - 세로트산(Cerotic acid)이라고도 한다.
 * [[옥타코산산]](C,,27,,H,,55,,COOH) - 몬탄산(Montanic acid)이라고도 한다.
 * [[트리아콘탄산]](C,,29,,H,,59,,COOH) - 멜리스산(Melissic acid)이라고도 한다.
 * [[헨트리아콘탄산]](C,,30,,H,,61,,COOH)
 * [[도트리아콘탄산]](C,,31,,H,,63,,COOH) - 라세릴산(Lacceroic acid)이라고도 한다.
 * [[트리트리아콘탄산]](C,,32,,H,,65,,COOH) - 프실린산(Psyllic acid)이라고도 한다.
 * [[테트라트리아콘탄산]](C,,33,,H,,67,,COOH) - 게딘산(Geddic acid)이라고도 한다.
 * [[펜타트리아콘탄산]](C,,34,,H,,69,,COOH) - 밀랍산(Ceroplastic acid)이라고도 한다.
 * [[헥사트리아콘탄산]](C,,35,,H,,71,,COOH)
 * [[테트라콘탄산]](C,,39,,H,,79,,COOH)
 * [[펜타콘탄산]](C,,49,,H,,99,,COOH)
 * [[헥사콘탄산]](C,,59,,H,,119,,COOH)

==== 불포화 지방산 ====
사슬 중간에 이중결합을 포함하고 있는 지방산. 흔히 말하는 [[트랜스 지방]]이 trans 이중 결합을 가진 지방산을 포함하는 중성 지방을 지칭하는 것이다.

오메가 명명법(Omega Nomenclature)에 의해 카복실기의 반대쪽 끝에서 세어 몇 번째에 이중결합이 있는지에 따라 [[오메가]]-3, [[오메가]]-6, [[오메가]]-7, [[오메가]]-9 등으로 지칭한다.

 * 오메가-3
  * '''[[DHA]]'''
  * [[EPA]]
  * [[알파리놀렌산]]
 * 오메가-6 
  * [[리놀레산]]
  * [[리놀렐라이드산]]
  * [[아라키돈산]]
 * 오메가-7
  * [[바크센산]]
  * [[파울린산]]
  * [[팔미톨레산]]
 * 오메가-9
  * [[에루크산]]
  * [[엘라이드산]]
  * [[올레산]]
 * 기타
  * [[미리스트올레산]]
  * [[사피엔산]]
  * [[프로펜산]] - [[아크릴산]]이라고도 한다.

=== [[아미노산]] ===
카복시기(-COOH)와 아미노기(-NH,,2,,)를 함께 가지고 있는 분자. 일반적으로는 카복실기의 α 탄소에 아미노기가 결합되어 있는 α-amino acid만을 지칭한다. 자세한 사항은 [[아미노산|해당 항목]] 참조. 카복시기와 아미노기가 만나서 [[펩타이드 결합|펩티드 결합]]을 형성하며, 이렇게 형성된 폴리펩타이드가 접히고 가공되어 입체적인 구조를 이루고 있는 것이 [[단백질]]이다.
 * [[글루타민]]
 * [[글루탐산]]
 * [[글리신]]
 * [[라이신]]
 * [[류신]]
 * [[메티오닌]]
 * [[발린]]
 * [[세린]]
 * [[셀레노메티오닌]]
 * [[셀레노시스테인]]
 * [[시스테인]]
 * [[시트룰린]]
 * [[아르기닌]]
 * [[아스파라긴]]
 * [[아스파르트산]]
 * [[알라닌]]
 * [[오르니틴]]
 * [[이소류신]]
 * [[티로신]]
 * [[테아닌]]
 * [[트레오닌]]
 * [[트립토판]]
 * [[페닐알라닌]]
 * [[프롤린]]
 * [[피롤라이신]]
 * [[히스티딘]]

=== 히드록시산 ===
카복실기와 하이드록시기가 함께 존재하는 분자. 카복실기를 이루는 탄소와 하이드록시기가 결합된 탄소의 상대적 위치에 따라, 알파 히드록시산[* 화장품 등에서는 AHA로 지칭한다.] 베타 히드록시산[* 화장품 등에서는 BHA로 지칭한다.] 등으로 나뉜다. 대응되는 모체 산에 비해 일반적으로 강한 산이며[* 유도 효과 및 분자내 [[수소 결합]] 등에 따른 것이다.], 이는 하이드록시기와 카복실기의 상대적 위치가 가까울수록 더 극적인 영향을 끼친다[* 다만 하이드록시기의 상대적 위치가 멀어지면 차이가 무시할 수 있을 정도로 작아진다.].

 * 알파 히드록시 산
  * [[시트르산]](구연산)
  * [[글루콘산]]
  * [[타타르산]]
  * [[젖산]]
  * [[이소시트르산]]
  * [[하이드록시시트르산]]
  * [[말산]]
 * 베타 히드록시 산
  * [[살리실산]]
  * [[세린]]
  * [[트레오닌]]
 * 감마 히드록시 산
  * [[GHB]]

=== 기타 ===
그 외에, 카복실산인 동시에 케톤인 분자를 지칭하는 케톤산 등의 하위 분류가 있다.

 * [[글루카르산]]
 * [[글루크론산]]
 * [[글리세린산]]
 * [[레불린산]]
 * [[말레산]]
 * [[말론산]]
 * [[벤조산]]
 * [[아디프산]]
 * [[아세토아세트산]]
 * [[알다르산]]
 * [[알돈산]]
 * [[옥살산]]
 * [[우론산]]
 * [[점액산]]
 * [[크실론산]]
 * [[탄산]]
 * [[피루브산]]
 * [[이부프로펜]]

== 관련 문서 ==
 * [[알케인]]
 * [[알켄]]
 * [[알카인]]
 * [[알코올]]
 * [[알데하이드]]
 * [[케톤]]
 * [[아세트산]] - [[식초]]
 * [[젖산]] - [[유산균]], [[김치]], [[요구르트]]
 * [[아미노산]] - [[단백질]]
 * [[지방산]] - [[지방(화학)|지방]], [[트랜스 지방]], [[DHA]]
 * [[탄산]] - [[탄산수]], [[탄산음료]]
 * [[구연산]]
 * [[벤조산]] - [[안식향산나트륨]]
 * [[살리실산]] - [[아스피린]]
 * [[나일론]]
 * [[비누]][* 지방산과 [[수산화나트륨]]의 화합물이다.]

[[분류:카복실산]]