КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Карбоновыми кислотами называют производные углеводородов, содержащие одну или несколько карбоксильных групп.
Число карбоксильных групп характеризует основность кислоты.
В зависимости от количества карбоксильных групп карбоновые кислоты подразделяются на одноосновные карбоновые кислоты (содержат одну карбоксильную группу), двухосновные (содержат две карбоксильные группы) и многоосновные кислоты.
В зависимости от вида радикала, связанного с карбоксильной группой, карбоновые кислоты делятся на предельные, непредельные и ароматические. Предельные и непредельные кислоты объединяют под общим названием кислоты алифатического или жирного ряда.
Одноосновные карбоновые кислоты
1.1 Гомологический ряд и номенклатура
Гомологический ряд одноосновных предельных карбоновых кислот (иногда их называют жирными кислотами) начинается с муравьиной кислоты
Формула гомологического ряда
Номенклатура ИЮПАК разрешает сохранять для многих кислот их тривиальные названия, которые обычно указывают на природный источник, из которого была выделена та или иная кислота, например, муравьиная, уксусная, масляная, валериановая и т.д.
Для более сложных случаев названия кислот производят от названия углеводородов с тем же числом атомов углерода, что и в молекуле кислоты, с добавлением окончания -овая и слова кислота. Муравьиная кислота Н-СООН называется метановой кислотой, уксусная кислота СН 3 -СООН - этановой кислотой и т. д.
Таким образом, кислоты рассматриваются как производные углеводородов, одно звено которых превращено в карбоксил:
При составлении названий кислот с разветвленной цепью по рациональной номенклатуре их рассматривают как производные уксусной кислоты, в молекуле которой атомы водорода замещены радикалами, например, триметилуксусная кислота (СН 3) 3 С – СООН.
1.2 Физические свойства карбоновых кислот
Только с чисто формальных позиций можно рассматривать карбоксильную группу как комбинацию карбонильной и гидроксильной функций. Фактически их взаимное влияние друг на друга таково, что полностью изменяет их свойства.
Обычная для карбонила поляризация двойной связи С=0 сильно возрастает за счет дополнительного стягивания свободной электронной пары с соседнего атома кислорода гидроксильной группы:
Следствием этого является значительное ослабление связи О-Н в гидроксиле и легкость отщепления атома водорода от него в виде протона (Н +). Появление пониженной электронной плотности (δ+) на центральном углеродном атоме карбоксила приводит также к стягиванию σ-электронов соседней связи С-С к карбоксильной группе и появлению (как у альдегидов и кетонов) пониженной электронной плотности (δ +) на α-углеродном атоме кислоты.
Все карбоновые кислоты обладают кислой реакцией (обнаруживается индикаторами) и образуют соли с гидроксидами, оксидами и карбонатами металлов и с активными металлами:
Карбоновые кислоты в большинстве случаев в водном растворе диссоциированы лишь в малой степени и являются слабыми кислотами, значительно уступая таким кислотам, как соляная, азотная и серная. Так, при растворении одного моля в 16 л воды степень диссоциации муравьиной кислоты равна 0,06, уксусной кислоты - 0,0167, в то время как соляная кислота при таком разбавлении диссоциирована почти полностью.
Для большинства одноосновных карбоновых кислот рК а = 4,8, только муравьиная кислота имеет меньшую величину рК а (около 3,7), что объясняется отсутствием электронодонорного эффекта алкильных групп.
В безводных минеральных кислотах карбоновые кислоты протонируются по кислороду с образованием карбкатионов:
Сдвиг электронной плотности в молекуле недиссоциированной карбоновой кислоты, о котором говорилось выше, понижает электронную плотность на гидроксильном атоме кислорода и повышает ее на карбонильном. Этот сдвиг еще больше увеличивается в анионе кислоты:
Результатом сдвига является полное выравнивание зарядов в анионе, который фактически существует в форме А - резонанс карбоксилат-аниона.
Первые четыре представителя ряда карбоновых кислот - подвижные жидкости, смешивающиеся с водой во всех отношениях. Кислоты, в молекуле которых содержится от пяти до девяти атомов углерода (а также изомасляная кислота), - маслянистые жидкости, растворимость их в воде невелика.
Высшие кислоты (от С 10) - твердые тела, практически нерастворимы в воде, при перегонке в обычных условиях они разлагаются.
Муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты имеют острый запах; средние члены ряда обладают неприятным запахом, высшие кислоты запаха не имеют.
На физических свойствах карбоновых кислот сказывается значительная степень ассоциации вследствие образования водородных связей. Кислоты образуют прочные водородные связи, так как связи О-Н в них сильно поляризованы. Кроме того, карбоновые кислоты способны образовывать водородные связи с участием атома кислорода карбонильного диполя, обладающего значительной электроотрицательностью. Действительно, в твердом и жидком состоянии карбоновые кислоты существуют в основном в виде циклических димеров:
Такие димерные структуры сохраняются в некоторой степени даже в газообразном состоянии и в разбавленных растворах в неполярных растворителях.
Химические свойства
Для кислот характерны три типа реакций: замещения иона водорода карбоксильной группы (образование солей); с участием гидроксильной группы (образование сложных эфиров, галогенангидридов, ангидридов кислот); замещения водорода в радикале.
Образование солей. Карбоновые кислоты легко образуют соли при взаимодействии с взаимодействии с металлами, их оксидами, со щелочами или основаниями, при действии аммиака или аминов:
Соли карбоновых кислот находят широкое применение в народном хозяйстве. Они используются в качестве катализаторов, стабилизаторов полимерных материалов, при изготовлении красок и т.д.
Образование сложных эфиров. Со спиртами кислоты дают сложные эфиры:
Образование галогенангидридов. При действии на кислоты галогенидов фосфора или SОС1 2 получаются галогенангидриды кислот:
Галогенангидриды – очень реакционноспособные вещества, которые применяются для разнообразных синтезов.
Образование ангидридов кислот. Если от двух молекул карбоновых кислот отнять одну молекулу воды (в присутствии водоотнимающих веществ Р 2 О 5 и др.), образуется ангидрид карбоновой кислоты:
Ангидриды кислот, подобно галогенангидридам, очень реакци-онноснособны; они разлагаются различными соединениями с активным водородом, образуя производные кислоты и свободную кислоту:
Галогенирование карбоновых кислот. Водородные атомы углеводородных радикалов в кислотах по реакционной способности подобны атомам водорода в алканах. Исключение составляют атомы водорода, расположенные у α-углеродного атома (непосредственно связанного с карбоксилом). Так, при действии хлора и брома в присутствии переносчиков галогенов (РС1 3 , 1 2 и др.) на карбоновые кислоты или на их хлорангидриды происходит замещение именно α -водородных атомов:
Действие окислителей. Одноосновные карбоновые кислоты, как правило, устойчивы к действию окислителей. Легко окисляются лишь муравьиная кислота (до СО 2 и Н 2 О) и кислоты с третичным атомом углерода в α -положении. При окислении последних получаются α -оксикислоты:
В животных организмах одноосновные карбоновые кислоты также способны окисляться, причем атом кислорода направляется всегда в β-положение. Так, например, в организме больных диабетом масляная кислота переходит в β -оксимасляную кислоту:
Образование кетонов Сухая перегонка кальциевых и бариевых солей карбоновых кислот (кроме муравьиной кислоты) приводит к образованию кетонов. Так, при перегонке ацетата кальция, полученного из СаСО 3 и СН 3 СООН, образуется диметилкетон, при перегонке пропионовокислого кальция - диэтилкетон:
Образование амидов. При нагревании аммониевых солей кислот получаются амиды:
Образование углеводородов. При сплавлении солей щелочных металлов карбоновых кислот со щелочами (пиролиз) происходит расщепление углеродной цепи и декарбоксилирование, в результате чего из углеводородного радикала кислоты образуется соответствующий углеводород, например:
Важнейшие представители
Муравьиная кислота - бесцветная жидкость с резким запахом. Является сильным восстановителем и окисляется до угольной кислоты. В природе свободная муравьиная кислота встречается в выделениях муравьев, в соке крапивы, в поте животных. Применяют муравьиную кислоту при крашении тканей в качестве восстановителя, при дублении кож, в медицине, в различных органических синтезах.
Уксусная кислота - бесцветная жидкость с резким запахом. Водный раствор (70 - 80 %) уксусной кислоты называется уксусной эссенцией, а 3 -5%-ный водный раствор - столовым уксусом.
Уксусная кислота широко встречается в природе. Она содержится в моче, поте, желчи и коже животных, растениях. Образуется при уксуснокислом брожении жидкостей, содержащих спирт (вино, пиво и др.).
Широко используется в химической промышленности для производства ацетатного шелка, красителей, сложных эфиров, ацетона, уксусного ангидрида, солей и т.д. В пищевой промышленности уксусная кислота используется для консервирования продуктов, некоторые сложные эфиры уксусной кислоты применяются в кондитерском производстве.
Масляная кислота представляет собой жидкость с неприятным запахом. Содержится в виде сложного эфира в коровьем масле. В свободном состоянии находится в прогоркшем масле.
2. Двухосновные карбоновые кислоты
Общая формула гомологического ряда предельных двухосновных кислот
Примерами могут служить:
Предельные двухосновные кислоты - твердые кристаллические вещества. Подобно тому, как это отмечалось для одноосновных кислот, предельные двухосновные кислоты с четным числом атомов углерода плавятся при более высокой температуре, чем соседние гомологи с нечетным числом атомов углерода. Растворимость в воде кислот с нечетным числом атомов углерода значительно выше растворимости кислот с четным числом атомов углерода, причем с возрастанием длины цепи растворимость кислот в воде уменьшается.
Двухосновные кислоты диссоциируют последовательно:
Они сильнее соответствующих одноосновных кислот. Степень диссоциации двухосновных кислот понижается с увеличением их молекулярной массы.
В молекуле двухосновных кислот содержатся две карбоксильные группы, поэтому они дают два ряда производных, например средние и кислые соли, средние и кислые сложные эфиры:
При нагревании щавелевой и малоновой кислот легко отщепляется СО 2:
Двухосновные кислоты с четырьмя и пятью атомами углерода в молекуле, т. е. янтарная и глутаровая кислоты, при нагревании отщепляют элементы воды и дают внутренние циклические ангидриды:
3. Непредельные карбоновые кислоты
Состав непредельных одноосновных кислот с одной двойной связью можно выразить общей формулой С n Н 2 n -1 СООН. Как и для любых бифункциональных соединений, для них характерны реакции как кислот, так и олефинов. α.β-Непредельные кислоты несколько превосходят по силе соответствующие жирные кислоты, так как двойная связь, находящаяся рядом с карбоксильной группой, усиливает ее кислотные свойства.
Акриловая кислота. Простейшая непредельная одноосновная кислота
Олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты.
Олеиновая кислота С 17 Н 33 СООН в виде глицеринового эфира чрезвычайно распространена в природе. Ее строение выражается формулой
Олеиновая кислота - бесцветная маслянистая жидкость, легче воды, на холоду затвердевает в игольчатые кристаллы, плавящиеся при 14 °С. На воздухе она быстро окисляется и желтеет.
Молекула
олеиновой кислоты способна присоединять
два атома галогена:
В присутствии катализаторов, например Ni, олеиновая кислота присоединяет два атома водорода, переходя в стеариновую кислоту.
Олеиновая кислота представляет собой цис-изомер (все природные непредельные высокомолекулярные кислоты, как правило, относятся к цис-ряду).
Линолевая С 17 Н 31 СООН и линоленовая С 17 Н 29 СООН кислоты еще более ненасыщены, чем олеиновая кислота. В виде сложных эфиров с глицерином - глицеридов - они являются главной составной частью льняного и конопляного масел:
В молекуле линолевой кислоты две двойные связи. Она может присоединять четыре атома водорода или галогена. В молекуле линолевой кислоты три двойные связи, поэтому она присоединяет шесть атомов водорода или галогена. Обе кислоты, присоединяя водород, переходят в стеариновую кислоту.
Сорбиновая кислота
Она имеет две сопряженные друг с другом и с карбоксильной группой двойные связи, имеющие транс-конфигурацию; является прекрасным консервантом для многих пищевых продуктов: овощных консервов, сыра, маргарина, фруктов, рыбных и мясных продуктов.
Малеиновая и фумаровая кислоты. Простейшими из двухосновных кислот, содержащих этиленовую связь, являются два структурных изомера:
Кроме того, для второй из этих кислот возможны две пространственные конфигурации:
Фумаровая кислота содержится во многих растениях: особенно часто она встречается в грибах. Малеиновая кислота в природе не найдена.
Обе кислоты обычно получают при нагревании яблочной (оксиянтарной) кислоты:
При медленном, осторожном нагревании получается главным образом фумаровая кислота; при более сильном нагревании и при перегонке яблочной кислоты получается малеиновая кислота.
Как фумаровая, так и малеиновая кислота при восстановлении дают одну и ту же янтарную кислоту.
Карбоновыми кислотами называют соединения, в которых содержится карбоксильная группа:
Карбоновые кислоты различают:
В зависимости от строения карбоновые кислоты различают:
Примеры карбоновых кислот.
1. Окисление первичных спиртов перманганатом калия и дихроматом калия:
2. Гибролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих 3 атома галогена у одного атома углерода:
3. Получение карбоновых кислот из цианидов:
При нагревании нитрил гидролизуется с образованием ацетата аммония:
При подкисления которого выпадает кислота:
4. Использование реактивов Гриньяра:
5. Гидролиз сложных эфиров:
6. Гидролиз ангидридов кислот:
7. Специфические способы получения карбоновых кислот:
Муравьиная кислота получается при нагревании оксида углерода (II) с порошкообразным гидроксидом натрия под давлением:
Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана кислородом воздуха:
Бензойную кислоту получают окислением монозамещенных гомологов раствором перманганата калия:
Реакция Каннициаро . Бензальдегид обрабатывают 40-60% раствором гидроксида натрия при комнатной температуре.
В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют:
Равновесие сдвинуто сильно влево, т.к. карбоновые кислоты являются слабыми.
Заместители влияют на кислотность вследствие индуктивного эффекта. Такие заместители оттягивают электронную плотность на себя и на них возникает отрицательный индуктивный эффект (-I). Оттягивание электронной плотности приводит к повышению кислотности кислоты. Электронодонорные заместители создают положительный индуктивный заряд.
1. Образование солей. Реагирование с основными оксидами, солями слабых кислот и активными металлами:
Карбоновые кислоты - слабые, т.к. минеральные кислоты вытесняют их из соответствующих солей:
2. Образование функциональных производных карбоновых кислот:
3. Сложные эфиры при нагревании кислоты со спиртом в присутствие серной кислоты - реакция этерификации:
4. Образование амидов, нитрилов:
3. Свойства кислот обуславливаются наличием углеводородного радикала. Если протекает реакция в присутствие красного фосфора, то образует следующий продукт:
4. Реакция присоединения.
8. Декарбоксилирование. Реакцию проводят сплавлением щелочи с солью щелочного металла карбоновой кислоты:
9. Двухосновная кислота легко отщепляет СО 2
при нагревании:
Калькуляторы по химии |
|
Химия онлайн на нашем сайте для решения задач и уравнений. | |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Карбоновые кислоты – органические соединения, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных карбоксильных групп –СООН, связанных с углеводородным радикалом.
Карбоксильная группа состоит из карбонильной группы > C = O и связанной с ней гидроксильной группы –ОН.
Общая формула карбоновых кислот: R–COOH.
Кислотные свойства карбоновых кислот обусловлены смещением электронной плотности к карбонильному кислороду, что обусловливает возникновение частичного положительного заряда на атоме .
В результате полярность связи О–Н возрастает, и становится возможным процесс диссоциации:
Образующийся анион стабилизируется за счет делокализации заряда:
Низшие карбоновые кислоты, содержащие до 3 атомов углерода – бесцветные жидкости с характерным резким запахом, смешиваются с водой в любых соотношениях. Большинство кислот, содержащих 4–9 атомов – маслянистые жидкости с неприятным запахом. Кислоты, содержащие больше 10 атомов водорода – твёрдые вещества, нерастворимые в воде.
Растворимость карбоновых кислот в воде и высокие температуры кипения связаны с образованием межмолекулярных водородных связей. В твердом состоянии карбоновые кислоты существуют главным образом в виде циклических димеров, а в жидком происходит и линейная ассоциация:
В зависимости от строения углеводородного радикала, карбоновые кислоты разделяются на:
По числу карбоксильных групп карбоновые кислоты разделяются на:
При введении в молекулу кислоты других функциональных групп (–ОН, =CO, –NH 2 и др.) образуются другие классы соединений: окси-, кетокислоты, и др.
Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот:
С n H 2n O 2 (n = 1,2,3…) или Cn H 2n+1 COOH (n = 0,1,2…)
Общая формула непредельных одноосновных карбоновых кислот:
С n H 2 n –2 O 2 (n = 1,2,3…) или C n H 2 n –1 COOH (n = 0,1,2…)
Общая формула предельных двухосновных карбоновых кислот:
C n H 2n–2 O 4 (n = 2,3…)
Формула карбоновой кислоты |
Название по ИЮПАК |
Тривиальное название |
---|---|---|
Предельные одноосновные карбоновые кислоты |
||
Непредельные одноосновные карбоновые кислоты |
||
Двухосновные карбоновые кислоты |
||
ПРИМЕР 1
Задание | В трех одинаковых пробирках без подписей находятся три кислоты: муравьиная, уксусная и соляная. Как на основании различия их химических свойств определить, какая кислота находится в каждой пробирке? |
Решение | Муравьиная кислота проявляет также некоторые свойства (восстановительные). Поэтому ее можно определить, например, по реакции с гидроксидом меди
(II), в случае муравьиной кислоты образуется оксид меди (I) красного цвета:
Различить оставшиеся кислоты можно по реакции с нитратом серебра. В случае соляной кислоты выпадает белый осадок хлорида серебра: Ацетат серебра растворяется в воде, поэтому в пробирке с изменений не произойдет. Таким образом, в оставшейся пробирке – уксусная кислота. |
ПРИМЕР 2
Задание | Определить , если при гидролизе его образца массой 2,64 г выделяется 1,38 г спирта и 1,8 г одноосновной карбоновой кислоты. |
Решение | Общая формула сложного эфира, состоящего из спирта и кислоты с разным числом атомов углерода:
Таким образом, формула спирта: а формула кислоты: Запишем уравнение гидролиза сложного эфира: В соответствии с законом сохранения массы веществ, масса продуктов реакции равна массе исходных веществ. Рассчитаем массу : M(кислоты) + m(спирта) – m(эфира) г Рассчитаем количество вещества воды: По уравнению реакции n(кислоты) = n(спирта) моль |
Карбоновые кислоты - это органические соединения, которые характеризуются присутствием в их молекулах карбоксильной группы -СООН .
Является функциональной (характеристической) группой этого класса соединений. Примерами карбоновых кислот могут служить:
Кислотный характер этих соединений является результатом того, что атом водорода гидроксильной группы способен диссоциировать с образованием иона водорода, например:
Взаимодействуя с основаниями карбоновые кислоты образуют соли:
Карбоновые кислоты являются слабыми кислотами, поэтому их соли подвергаются обратимоми гидролизу. Наиболее сильные из карбоновых кислот – муравьиная и уксусная .
Карбоновые кислоты со спиртами образуют сложные эфиры . Сложные эфиры – чрезвычайно важное соединение, очень часто встречающееся в продуктах животного и растительного мира.
Карбоновые кислоты можно классифицировать по различным признакам:
Карбоновые кислоты делятся одноосновные и двухосновные в зависимости от кличества в их составе гидроксильных групп ОН.
Все карбоновые кислоты , рассмотренные выше – это примеры одноосновных кислот. В их сотавах содержится по одной гидроксильной группе.
Соответственно, в молекулах двухосновных кислот содержится по две гидроксильных группы. К двухосновным карбоновым кислотам относятся, например, щавелевая или терефталиевая кислоты.
По числу атомов углерода в молекуле карбоновые кислоты делят на:
Низшие (С1-С3 ),
Средние (С4-С8 ) и
Высшие (С9-С26 ).
Высшие карбоновые кислоты называют высшими жирными кислотами, по причине того, что они входят в состав природных жиров.
Но иногда жирными называют все ациклические карбоновые кислоты. Таким образом, термины «жирные кислоты » и «карбоновые кислоты » часто используются как синонимы .
Предельные карбоновые кислоты в своём составе, содержат радикал предельных углеводородов, т.е. радикал только с простыми, одинарными связями.
И наоборот, непредельные карбоновые кислоты в своём составе содержат радикал непредельных углеводородов, т.е. радикал, в котором присутствуют кратные (двойные и тройные) связи.
Напомним, что высшим карбоновым кислотам относят такие карбоновые кислоты, молекулы которых содержат сравнительно большое число атомов углерода (С9-С26 ).
По причине того, что высшие карбоновые кислоты входят в состав животных и растительных жиров их называют высшими жирными кислотами.
Примеры предельных высших жирных кислот:
Примеры непредельных высших жирных кислот:
Структурные формулы соединений, в которых присутствуют длинные углеводородный радикалы, часто изображают следующим образом:
В углеводородной цепи атомы углерода расположены не по прямой линии, а виде «змейки». Угол между двумя соседними отрезками такой «змейки» 109 градусов 28 минут. В случае двойной связи угол другой.
В структурной формуле каждая вершина такой «змейки» означает атом углерода, соединённый с двумя атомами водорода. Последний атом углерода соединён с тремя атомами водорода. При этом сами символы углерода (С ) и водорода(Н ) не изображаются.
Предельные и непредельные жирные кислоты имеют в значительной степени различные свойства.
Высшие предельные кислоты – воскообразные вещества, непредельные – жидкости (напоминающие растительное масло).
Натриевые и калиевые соли высших жирных кислот называют мылами .
Например:
C 17 H 35 COONa – стеарат натрия,
С – пальмитат калия.
Натриевые мыла – твёрдые, калиевые – жидкие.
– жилкость с острым раздражающим запахом.
Температура кипения 118,5 градусов С, при +16,6 градусах С застывает в кристаллическую массу, похожую на лёд.
Смешивается с водой в любых соотношениях.
Широко применяется как прправа к пище и консервирующее средство. В продаже встречается в виде уксусной эссенции (80%) и уксуса (9,3%).
Натуральный или винный уксус – продукт, содержащий уксусную кислоту и получающийся при скисании виноградного вина.
Используется также при синтезе многих органических веществ и в качестве растворителя.
Уксусную кислоту получают преимущественно синтезом из ацетилена – присоединением к нему воды и окислением образующегося уксусного альдегида.
Бензойная кислота простейшая одноосновная кислота ароматического ряда. Формула С 6 Н 5 -СООН .
На вид – бесцветные кристаллы.
– антисептик. Применяется для консервирования пищевых продуктови во многих органических синтезах.
– простейшая двухосновная карбоновая кислота.
Формула НООС-СООН.
– кристаллическое вещество, растворяется в воде, ядовита.
В виде кислой калиевой соли содержится во многих растениях.
Применяется для крашения тканей.
Терефталевая кислота НООС-С 6 Н 4 -СООН
Двухосновная карбоновая кислота ароматического ядра.
Её структурная формула:
Из терефталевой кислоты и этиленгликоля получают синтетическое волокно лавсан.
Может служить примером соединения со смешанными функциями – проявляет свойства кислоты и спирта (спиртокислота )
Она образуется при молочнокислом брожении сахаристых веществ, вызываемых особыми бактериями. Содержится в кислом молоке, рассоле квашеной капусты, силосе.
– аналог молочной кислоты в ароматическом ряду. Имеет строение:
Относится к соединениям со смешанными функциями – проявляет свойства кислоты и фенола (фенолокислота ).
– антисептик. Её используют (особенно её соли и эфиры) как лекарственное вещество.
Также салициловую кислоту используют при синтезе других продуктов.
а) По основности (т. е. числукарбоксильных групп в молекуле):
Одноосновные (монокарбоновые) RCOOH; например:
СН 3 СН 2 СН 2 СООН;
НООС-СН 2 -СООН пропандиовая (малоновая) кислота
Трехосновные (трикарбоновые) R(COOH) 3 и т. д.
б) По строению углеводородного радикала:
Алифатические
предельные; например: СН 3 СН 2 СООН;
непредельные; например: СН 2 =СНСООН пропеновая(акриловая) кислота
Алициклические, например:
Ароматические, например:
(одноосновные насыщенные карбоновые кислоты) – карбоновые кислоты, в которых насыщенный углеводородный радикал соединен с одной карбоксильной группой -COOH. Все они имеют общую формулу C n H 2n+1 COOH (n ≥ 0); или CnH 2n O 2 (n≥1)
Систематические названия одноосновных предельных карбоновых кислот даются по названию соответствующего алкана с добавлением суффикса - овая и слова кислота.
1. НСООН метановая (муравьиная) кислота
2. СН 3 СООН этановая (уксусная) кислота
3. СН 3 СН 2 СООН пропановая (пропионовая) кислота
Изомерия скелета в углеводородном радикале проявляется, начиная с бутановой кислоты, которая имеет два изомера:
Межклассовая изомерия проявляется, начиная с уксусной кислоты:
CH 3 -COOH уксусная кислота;
H-COO-CH 3 метилформиат (метиловый эфир муравьиной кислоты);
HO-CH 2 -COH гидроксиэтаналь (гидроксиуксусный альдегид);
HO-CHO-CH 2 гидроксиэтиленоксид.
Тривиальное название |
Название по ИЮПАК |
|
Муравьиная кислота |
Метановая кислота |
|
Уксусная кислота |
Этановая кислота |
|
Пропионовая кислота |
Пропановая кислота |
|
Масляная кислота |
Бутановая кислота |
|
Валериановая кислота |
Пентановая кислота |
|
Капроновая кислота |
Гексановая кислота |
|
Энантовая кислота |
Гептановая кислота |
|
Каприловая кислота |
Октановая кислота |
|
Пеларгоновая кислота |
Нонановая кислота |
|
Каприновая кислота |
Декановая кислота |
|
Ундециловая кислота |
Ундекановая кислота |
|
Пальмитиновая кислота |
Гексадекановая кислота |
|
Стеариновая кислота |
Октадекановая кислота |
Кислотный остаток |
Кислотный радикал (ацил) |
|
НСООН |
НСОО- |
|
СН 3 СООН |
СН 3 СОО- |
|
СН 3 СН 2 СООН |
СН 3 СН 2 СОО- |
|
СН 3 (СН 2) 2 СООН |
СН 3 (СН 2) 2 СОО- |
|
СН 3 (СН 2) 3 СООН |
СН 3 (СН 2) 3 СОО- |
|
СН 3 (СН 2) 4 СООН |
СН 3 (СН 2) 4 СОО- |
Показанное в формуле смещение электронной плотности в сторону карбонильного атома кислорода обусловливает сильную поляризацию связи О-Н, в результате чего облегчается отрыв атома водорода в виде протона - в водных растворах происходит процесс кислотной диссоциации:
RCOOH ↔ RCOO - + Н +
В карбоксилат-ионе (RCOO -) имеет место р, π-сопряжение неподеленной пары электронов атома кислорода гидроксильной группы с р-облаками, образующими π- связь, в результате происходит делокализация π- связи и равномерное распределение отрицательного заряда между двумя атомами кислорода:
В связи с этим для карбоновых кислот, в отличие от альдегидов, не характерны реакции присоединения.
Температуры кипения кислот значительно выше температур кипения спиртов и альдегидов с тем же числом атомов углерода, что объясняется образованием циклических и линейных ассоциатов между молекулами кислот за счет водородных связей:
Сила кислот уменьшается в ряду:
НСООН → СН 3 СООН → C 2 H 6 COOH → ...
СН 3 СООН + КОН → СН 3 СООК + н 2 O
2HCOOH + СаО → (НСОО) 2 Са + Н 2 O
2СН 3 СН 2 СООН + 2Na → 2СН 3 СН 2 COONa + H 2
2СН 3 СООН + Na 2 CO 3 → 2CH 3 COONa + CO 2 + Н 2 O
2НСООН + Mg(HCO 3) 2 → (НСОО) 2 Мg + 2СO 2 + 2Н 2 O
(НСООН + НСО 3 - → НСОО - + СO2 +Н2O)
СН 3 СООН + NH 3 → CH 3 COONH 4
Амиды кислот гидролизуются с образованием кислот:
или их солей:
Наибольшее значение имеют хлорангидриды. Хлорирующие реагенты - PCl 3 , PCl 5 , тионилхлорид SOCl 2 .
Ангидриды кислот образуются также при взаимодействии хлорангидридов кислот с безводными солями карбоновых кислот; при этом можно получать смешанные ангидриды различных кислот; например:
III. Реакции замещения атомов водорода у α-углеродного атома
Молекула муравьиной кислоты, в отличие от других карбоновых кислот, содержит в своей структуре альдегидную группу.
Муравьиная кислота вступает в реакции, характерные как для кислот, так и для альдегидов. Проявляя свойства альдегида, она легко окисляется до угольной кислоты:
В частности, НСООН окисляется аммиачным раствором Ag 2 O и гидроксидом меди (II) Сu(ОН) 2 , т. е. дает качественные реакции на альдегидную группу:
При нагревании с концентрированной H 2 SO 4 муравьиная кислота разлагается на оксид углерода (II) и воду:
Муравьиная кислота заметно сильнее других алифатических кислот, так как карбоксильная группа в ней связана с атомом водорода, а не с электроно-донорным алкильным радикалом.
Общая схема окисления спиртов и альдегидов:
В качестве окислителей используют KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , HNO 3 и другие реагенты.
Например:
5С 2 Н 5 ОН + 4KMnO 4 + 6H 2 S0 4 → 5СН 3 СООН + 2K 2 SO 4 + 4MnSO 4 + 11Н 2 O
СO + NaOH → HCOONa формиат натрия
2HCOONa + H 2 SO 4 → 2НСООН + Na 2 SO 4
Так получают пищевую уксусную кислоту.
Общая формула алкеновых кислот: C n H 2n-1 COOH (n ≥ 2)
CH 2 =CH-COOH пропеновая (акриловая) кислота
Радикалы этих кислот входят в состав растительных масел.
C 17 H 33 COOH - олеиновая кислота, или цис -октадиен-9-овая кислота
Транс -изомер олеиновой кислоты называется элаидиновой кислотой.
C 17 H 31 COOH - линолевая кислота, или цис, цис -октадиен-9,12-овая кислота
C 17 H 29 COOH - линоленовая кислота, или цис, цис, цис -октадекатриен-9,12,15-овая кислота
Кроме общих свойств карбоновых кислот, для непредельных кислот характерны реакции присоединения по кратным связям в углеводородном радикале. Так, непредельные кислоты, как и алкены, гидрируются и обесцвечивают бромную воду, например:
HOOC-CH 2 -COOH пропандиовая (малоновая) кислота, (соли и эфиры - малонаты)
HOOC-(CH 2) 2 -COOH бутадиовая (янтарная) кислота, (соли и эфиры - сукцинаты)
HOOC-(CH 2) 3 -COOH пентадиовая (глутаровая) кислота, (соли и эфиры - глутораты)
HOOC-(CH 2) 4 -COOH гексадиовая (адипиновая) кислота, (соли и эфиры - адипинаты)
Дикарбоновые кислоты во многом сходны с монокарбоновыми, однако являются более сильными. Например, щавелевая кислотасильнее уксусной почти в 200 раз.
Дикарбоновые кислоты ведут себя как двухосновные и образуют два ряда солей - кислые и средние:
HOOC-COOH + NaOH → HOOC-COONa + H 2 O
HOOC-COOH + 2NaOH → NaOOC-COONa + 2H 2 O
При нагревании щавелевая и малоновая кислоты легко декарбоксилируются:
mstone.ru - Творчество, стихи, подготовка к школе