ВИЗНАЧЕННЯ

Карбонові кислоти– органічні сполуки, молекули яких містять одну або кілька функціональних карбоксильних груп –СООН, пов'язаних із вуглеводневим радикалом.

Карбоксильна група складається з карбонільної групи > C= Oта пов'язаної з нею гідроксильної групи -ОН.

Загальна формула карбонових кислот: R-COOH.

Кислотні властивості карбонових кислот обумовлені зміщенням електронної густини до карбонильного кисню, що зумовлює виникнення часткового заряду позитивного на атомі .

В результаті полярність зв'язку О-Н зростає, і стає можливим процес дисоціації:

Аніон, що утворюється, стабілізується за рахунок справакалізації заряду:

Нижчі карбонові кислоти, що містять до 3 атомів вуглецю – безбарвні рідини з характерним різким запахом, поєднуються з водою в будь-яких співвідношеннях. Більшість кислот, що містять 4-9 атомів, - маслянисті рідини з неприємним запахом. Кислоти, що містять більше 10 атомів водню, – тверді речовини, нерозчинні у воді.

Розчинність карбонових кислот у воді та високі температурикипіння пов'язані із заснуванням міжмолекулярних водневих зв'язків. У твердому стані карбонові кислоти існують головним чином у вигляді циклічних димерів, а в рідкому відбувається лінійна асоціація:

Види карбонових кислот

Залежно від будови вуглеводневого радикалу, карбонові кислоти поділяються на:

• ароматичні (бензойна кислота)
• аліфатичні (граничні (капронова кислота) та ненасичені (акрилова кислота))
• аліциклічні (хінна кислота)
• гетероциклічні (нікотинова кислота).

За кількістю карбоксильних груп карбонові кислоти поділяються на:

• одноосновні ()
• двоосновні (щавлева кислота)
• багатоосновні (лимонна кислота).

При введенні в молекулу кислоти інших функціональних груп (-ОН, =CO, -NH 2 та ін) утворюються інші класи сполук: окси-, кетокислоти, та ін.

Загальна формула граничних одноосновних карбонових кислот:

З n H 2n O 2 (n= 1,2,3…) або Cn H 2n+1 COOH (n = 0,1,2…)

Загальна формула ненасичених одноосновних карбонових кислот:

З n H 2 n –2 O 2 (n= 1,2,3…) або C n H 2 n –1 COOH (n = 0,1,2…)

Загальна формула граничних двоосновних карбонових кислот:

C n H 2n–2 O 4 (n = 2,3…)

Назви та формули деяких карбонових кислот

метанова

мурашина

етанова

оцтова

пропанова

пропіонова

бутанова

олійна

пентанова кислота

валеріанова кислота

гексанова кислота

капронова кислота

октадеканова

стеаринова

2-пропінова

акрилова

CH 3 -CH=CH-COOH

2-бутенова

кротонова

CH 2 =CH-CH 2 -COOH

3-бутенова

вінілоцтова

CH 2 =C(CH 3)COOH

2-метил-2-пропінова

метакрилова

етандіова

щавлева

COOH-CH 2 -COOH

пропандіова

малонова

COOH-(CH 2) 2-COOH

бутандіова

бурштинова

COOH-(CH 2) 3-COOH

пентандіова

глутарова

COOH-(CH 2) 4-COOH

гександіова

адипінова

Формула карбонової кислоти	Назва по ІЮПАК	Тривіальна назва
Граничні одноосновні карбонові кислоти
Ненасичені одноосновні карбонові кислоти
Двоосновні карбонові кислоти

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання

У трьох однакових пробірках без підписів знаходяться три кислоти: мурашина, оцтова та соляна. Як на підставі різниці їх хімічних властивостей визначити, яка кислота знаходиться у кожній пробірці?

Рішення

Мурашина кислотавиявляє також деякі властивості (відновлювальні). Тому її можна визначити, наприклад, щодо реакції з гідроксидом міді (II), у разі мурашиної кислоти утворюється оксид міді (I) червоного кольору: Розрізнити кислоти, що залишилися, можна по реакції з нітратом срібла. У разі соляної кислоти випадає білий осад хлориду срібла: Ацетат срібла розчиняється у воді, тому у пробірці зі змін не відбудеться. Таким чином, в пробірці, що залишилася, - оцтова кислота.

ПРИКЛАД 2

Завдання

Визначити якщо при гідролізі його зразка масою 2,64 г виділяється 1,38 г спирту і 1,8 г одноосновної карбонової кислоти.

Рішення

Загальна формула складного ефіру, що складається зі спирту та кислоти з різним числом атомів вуглецю: Таким чином, формула спирту: а формула кислоти: Запишемо рівняння гідролізу складного ефіру: Відповідно до закону збереження маси речовин, маса продуктів реакції дорівнює масі вихідних речовин. Розрахуємо масу: M(кислоти) + m(спирту) – m(ефіру) г Розрахуємо кількість речовини води: За рівнянням реакції n(кислоти) = n(спирту) моль

1.Карбонові кислоти - це органічні кисневмісні речовини, молекули яких містять одну або кілька карбоксильних груп

(-З OOH ), з'єднаних з вуглецевим радикалом або водневим атомом.

Карбоксильна група містить дві функціональні групи – карбоніл >С=О та гідроксил -OH, безпосередньо пов'язані один з одним:

2. Класифікація

А) За кількістю карбоксильних груп у молекулі

Назва	Приклади
1) Одноосновні	Метан ова , мурашина кислота Етан ова , оцтова кислота
2) Двоосновні	HOOC – COOH Щавелева кислота
3) Багатоосновні

Б) За природою вуглеводневого радикалу

Назва	Приклади
1) Граничні (насичені)	HCOOH Метан ова , мурашина кислота CH 3 COOH Етан ова , оцтова кислота
2) Ненасичені	Акрилова кислота СН 2 = СНСООН Кротонова кислота СН 3 -СН = СН-СООН Олеїнова СН 3 –(СН 2) 7 –СН=СН–(СН 2) 7 –СООН Лінолева СН 3 –(СН 2) 4 –(СН=СН–СН 2) 2 –(СН 2) 6 –СООН Ліноленова СН 3 –СН 2 –(СН=СН–СН 2) 3 –(СН 2) 6 –СООН
3) Ароматичні	З 6 Н 5 СООН – бензойна кислота НООС-З 6 Н 4 -СООН Пара-терефталева кислота

3. Ізомерія та номенклатура

I . Структурна

А) Ізомерія вуглецевого скелета (починаючи з C 4 )

Б) Міжкласова зі складними ефірами R - CO - O - R 1 (починаючи з C 2 )

Наприклад: для З 3 Н 6 Про 2

CH 3 -CH 2 -COOH пропіонова кислота

З H 3 -CO -OCH 3 метиловий ефір оцтової кислоти

II . Просторова

А) Оптична

Наприклад:

Б) Цис-транс - ізомерія для ненасичених кислот

Приклад:

4. Номенклатура карбонових кислот

Систематичні назви кислот даються за назвою відповідного вуглеводню з додаванням суфіксу -овата слова кислота.

Щоб вказати положення заступника (або радикала), нумерацію вуглецевого ланцюга починають від вуглецю атома карбоксильної групи. Наприклад, з'єднання з розгалуженим вуглецевим ланцюгом (CH 3) 2 CH-CH 2 -COOH називається 3-метилбутанова кислота. Для органічних кислот широко використовуються також тривіальні назви, які, як правило, відображають природне джерело, де були вперше виявлені ці сполуки.

Деякі одноосновні кислоти

Формула	Назва кислоти R-COOH		Назва залишку RCOO -
	систематичне	тривіальне
HCOOH	метанова	мурашина	форміат
CH 3 COOH	етанова	оцтова	ацетат
C 2 H 5 COOH	пропанова	пропіонова	пропіонат
C 3 H 7 COOH	бутанова	олійна	бутират
C 4 H 9 COOH	пентанова	валеріанова	валерат
C 5 H 11 COOH	гексанова	капронова	капрат
C 15 H 31 COOH	гексадеканова	пальмітинова	пальмітат
C 17 H 35 COOH	октадеканова	стеаринова	стеарат
C 6 H 5 COOH	бензолкарбонова	бензойна	бензоат
CH 2 =СH-COOH	пропінова	акрилова	акрилат

Для багатоосновних кислот застосовують суфікси -діова, -тріоваі т.д.

Наприклад:

HOOC-COOH - етандіова (щавлева) кислота;

HOOC-CH 2 -COOH - пропандіова (малонова) кислота.

Граничні одноосновні карбонові кислоти

C n H 2 n +1 - COOHабоC n H 2 nO 2

Гомологічний ряд

Назва		Формула кислоти	t пл. °C	t кіп. °C	ρ г/см 3
кислоти
мурашина	метанова	HCOOH		100,5	1,22
оцтова	етанова	CH 3 COOH	16,8		1,05
пропіонова	пропанова	CH 3 CH 2 COOH			0,99
олійна	бутанова	CH 3 (CH 2) 2 COOH			0,96

Будова карбоксильної групи

Карбоксильна група поєднує у собі дві функціональні групи – карбоніл >C =O і гідроксил -OH , що взаємно впливають одна на одну:

Кислотні властивості карбонових кислот обумовлені зміщенням електронної щільності до карбонільного кисню і викликаної цим додаткової (порівняно зі спиртами) поляризації зв'язку О-Н.
У водному розчині карбонові кислоти дисоціюють на іони:

Розчинність у воді та високі температури кипіння кислот обумовлені утворенням міжмолекулярних водневих зв'язків.

Зі збільшенням молекулярної маси розчинність кислот у воді зменшується.

Фізичні властивостіграничних одноосновних кислот

Нижчі члени цього ряду за звичайних умов є рідини, що мають характерний гострий запах. Наприклад, етанова (оцтова) кислота має характерний "оцтовий" запах. Безводна оцтова кислота при кімнатній температурі є рідиною; при 17 °С вона замерзає, перетворюючись на крижину речовину, яка отримала назву "крижана" оцтова кислота. Середні представники цього гомологічного ряду - в'язкі, "маслоподібні" рідини; починаючи з 10 - тверді речовини.

Найпростіший представник – мурашина кислота НСООН – безбарвна рідина з т. кіп. 101 °С, а чиста безводна оцтова кислота CH 3 COOH при охолодженні до 16,8 °С перетворюється на прозорі кристали, що нагадують лід (звідси її назва крижана кислота).
Найпростіша ароматична кислота - бензойна C 6 H 5 COOH (т. пл. 122,4 ° С) - легко виганяється, тобто. переходить у газоподібний стан, минаючи рідке. При охолодженні її пари сублімуються в кристали. Ця властивість використовується для чищення речовини від домішок.

Майже у всіх будинку є оцет. І більшість людей знають, що його основу складає. Але що вона є з хімічної точки зору? Які ще цього ряду існують та які їх характеристики? Спробуємо розібратися у цьому питанні та вивчити граничні одноосновні карбонові кислоти. Тим більше що в побуті застосовується не тільки оцтова, а й деякі інші, а похідні цих кислот взагалі часті гості в кожному будинку.

Клас карбонових кислот: загальна характеристика

З точки зору науки хімії, до цього класу сполук відносять кисневмісні молекули, які мають особливе угруповання атомів - карбоксильну функціональну групу. Вона має вигляд СООН. Таким чином, загальна формула, яку мають усі граничні одноосновні карбонові кислоти, виглядає так: R-COOH, де R - це частка радикал, яка може включати будь-яку кількість атомів вуглецю.

Відповідно до цього, визначення даного класу сполук можна дати таке. Карбонові кислоти - це органічні кисневмісні молекули, до складу яких входить одне або кілька функціональних угруповань -СООН - карбоксильні групи.

Те, що ці речовини ставляться саме до кислот, пояснюється рухливістю атома водню в карбоксилі. Електронна щільність розподіляється нерівномірно, тому що кисень - найбільш електронегативний у групі. Від цього зв'язок О-Н сильно поляризується, і атом водню стає дуже вразливим. Він легко відщеплюється, вступаючи у хімічні взаємодії. Тому кислоти у відповідних індикаторах дають таку реакцію:

Завдяки атому водню, карбонові кислоти виявляють окисні властивості. Однак наявність інших атомів дозволяє їм відновлюватись, брати участь у багатьох інших взаємодіях.

Класифікація

Можна виділити кілька основних ознак, якими ділять на групи карбонові кислоти. Перший - це природа радикала. За цим фактором виділяють:

• Аліциклічні кислоти.Приклад: хінна.
• Ароматичні.приклад: бензойна.
• Аліфатичні.Приклад: оцтова, акрилова, щавлева та інші.
• Гетероциклічні.Приклад: нікотинова.

Якщо говорити про зв'язки в молекулі, то також можна виділити дві групи кислот:

Також ознакою класифікації може бути кількість функціональних груп. Так, виділяють такі категорії.

1. Одноосновні -лише одна-СООН-група. Приклад: мурашина, стеаринова, бутанова, валеріанова та інші.
2. Двоосновні- відповідно, дві групи -СООН. Приклад: щавлева, малонова та інші.
3. Багатоосновні- лимонна, молочна та інші.

Історія відкриття

Виноробство процвітало з давніх-давен. А, як відомо, один із його продуктів - оцтова кислота. Тому історія популярності даного класу з'єднань бере своє коріння ще з часів Роберта Бойля та Йоганна Глаубера. Однак при цьому хімічну природу цих молекул з'ясувати тривалий час не вдавалося.

Адже довгий час панували погляди віталістів, котрі заперечували можливість утворення органіки без живих істот. Але вже в 1670 році Д. Рей зумів отримати найпершого представника - метанову або мурашину кислоту. Зробив він це, нагріваючи у колбі живих мурах.

Пізніше роботи вчених Берцеліуса та Кольбе показали можливість синтезу цих сполук із неорганічних речовин (перегонкою деревного вугілля). В результаті була отримана оцтова. Таким чином були вивчені карбонові кислоти (фізичні властивості, будова) і започатковано для відкриття всіх інших представників низки аліфатичних сполук.

Фізичні властивості

Сьогодні докладно вивчені всі їхні представники. Для кожного з них можна знайти характеристику за всіма параметрами, включаючи застосування в промисловості та перебування в природі. Ми розглянемо, що являють собою карбонові кислоти, їх та інші параметри.

Отже, можна назвати кілька основних характерних параметрів.

1. Якщо кількість атомів вуглецю в ланцюзі вбирається у п'яти, це різко пахнуть, рухливі і леткі рідини. Вище п'яти – важкі маслянисті речовини, ще більше – тверді, парафіноподібні.
2. Щільність у перших двох представників перевищує одиницю. Решта легша за воду.
3. Температура кипіння: що більше ланцюг, то вище показник. Чим розгалуженіша структура, тим нижче.
4. Температура плавлення: залежить від парності кількості атомів вуглецю в ланцюзі. У парних вона вища, у непарних нижча.
5. У воді розчиняються дуже добре.
6. Здатні утворювати міцні водневі зв'язки.

Такі особливості пояснюються симетрією будови, а отже, і будовою кристалічних ґрат, її міцністю. Чим простіші і структуровані молекули, тим вищі показники, які дають карбонові кислоти. Фізичні властивості даних сполук дозволяють визначати галузі та способи використання їх у промисловості.

Хімічні властивості

Як ми позначали вище, дані кислоти можуть виявляти властивості різні. Реакції з участю важливі для промислового синтезу багатьох сполук. Позначимо найголовніші Хімічні властивості, які може виявляти одноосновна карбонова кислота

1. Дисоціація: R-COOH = RCOO - + H +.
2. Виявляє тобто взаємодіє з основними оксидами, а також їх гідроксидами. З простими металами взаємодіє за стандартною схемою (тобто лише з тими, що стоять до водню у ряді напруг).
3. З сильнішими кислотами (неорганічні) поводиться як основа.
4. Здатна відновлюватись до первинного спирту.
5. Особлива реакція – етерифікація. Це взаємодія зі спиртами з утворенням складного продукту – ефіру.
6. Реакція декарбоксилювання, тобто відщеплення від сполуки молекули вуглекислого газу.
7. Здатна взаємодіяти з галогенідами таких елементів, як фосфор та сірка.

Очевидно, наскільки багатогранними є карбонові кислоти. Фізичні властивості, як і хімічні, досить різноманітні. З іншого боку, слід зазначити, що загалом за силою як кислоти всі органічні молекули досить слабкі проти своїми неорганічними колегами. Їхні константи дисоціації не перевищують показника 4,8.

Способи отримання

Існує кілька основних способів, якими можна отримувати граничні карбонові кислоти.

1. У лабораторії це роблять окисленням:

• спиртів;
• альдегідів;
• алкінів;
• алкілбензолів;
• деструкцією алкенів.

2. Гідроліз:

• складних ефірів;
• нітрилів;
• амідів;
• тригалогеналканів.

4. У промисловості синтез здійснюють окисленням вуглеводнів з великою кількістю атомів вуглецю в ланцюзі. Процес здійснюється у кілька стадій із виходом безлічі побічних продуктів.

5. Деякі окремі кислоти (мурашина, оцтова, масляна, валеріанова та інші) одержують специфічними способами, використовуючи природні інгредієнти.

Основні сполуки граничних карбонових кислот: солі

Солі карбонових кислот - важливі сполуки, які у промисловості. Вони виходять в результаті взаємодії останніх з:

• металами;
• основними оксидами;
• лугами;
• амфотерними гідроксидами.

Особливо важливе значення серед них мають ті, що утворюються між лужними металами натрієм та калієм та вищими граничними кислотами – пальмітиновою, стеариновою. Адже продукти подібної взаємодії – мила, рідкі та тверді.

Мила

Так, якщо йдеться про подібну реакцію: 2C 17 H 35 -COOH + 2Na = 2C 17 H 35 COONa + H 2 ,

то продукт, що утворюється - стеарат натрію - це є за своєю природою звичайне господарське мило, що використовується для прання білизни.

Якщо замінити кислоту на пальмітинову, а метал на калій, то вийде пальмітат калію – рідке мило для миття рук. Тому можна з упевненістю заявляти, що солі карбонових кислот – це насправді важливі сполуки органічної природи. Їхнє промислове виробництво та використання просто колосальне у своїх масштабах. Якщо уявити, скільки мила витрачає кожна людина на Землі, то нескладно уявити й ці масштаби.

Ефіри карбонових кислот

Особлива група сполук, що має місце у класифікації органічних речовин. Це клас утворюються вони при реакції карбонових кислот зі спиртами. Назва таких взаємодій – реакції етерифікації. Загальний виглядможна уявити рівнянням:

R, -COOH + R"-OH = R, -COOR" + H 2 O.

Продукт із двома радикалами і є складний ефір. Очевидно, що в результаті реакції карбонова кислота, спирт, складний ефір і вода зазнали значних змін. Так, водень від молекули кислоти йде у вигляді катіону і зустрічається з гідроксо-групою, що відщепився від спирту. Через війну формується молекула води. Угруповання, що залишилося від кислоти, приєднує себе радикал від спирту, утворюючи молекулу складного ефіру.

Чим же такі важливі ці реакції і в чому промислове значення їх продуктів? Вся справа в тому, що складні ефіри використовуються як:

• харчові добавки;
• ароматичні добавки;
• складовий компонент парфуму;
• розчинники;
• компоненти лаків, фарб, пластмас;
• медикаментів та інше.

Зрозуміло, що їх використання досить широкі, щоб виправдати обсяги виробництва, у промисловості.

Етанова кислота (оцтова)

Це гранична одноосновна карбонова кислота аліфатичного ряду, яка є однією з найпоширеніших за обсягами виробництва у всьому світі. Формула її – СН 3 СООН. Такої поширеності вона завдячує своїм властивостям. Адже сфери її використання вкрай широкі.

1. Вона є харчовою добавкою під кодом Е-260.
2. Використовується у харчовій промисловості для консервації.
3. Застосовується у медицині для синтезу лікарських засобів.
4. Компонент при отриманні запашних сполук.
5. Розчинник.
6. Учасник процесу друкарства, фарбування тканин.
7. Необхідний компонент у реакціях хімічних синтезів безлічі речовин.

У побуті її 80% розчин прийнято називати оцтовою есенцією, а якщо розбавити його до 15%, то вийде просто оцет. Чиста 100% кислота називається крижаною оцтовою.

Мурашина кислота

Найперший і найпростіший представник даного класу. Формула – НСООН. Також є харчовою добавкою під кодом Е-236. Її природні джерела:

• мурахи та бджоли;
• кропива;
• хвоя;
• фруктів.

Основні галузі використання:

Також у хірургії розчини цієї кислоти використовують як антисептичні засоби.

Класифікація

а) По основності (тобто числу карбоксильних груп у молекулі):

Одноосновні (монокарбонові) RCOOH; наприклад:

СН 3 СН 2 СН 2 СООН;

НООС-СН 2 -СООН пропандіова (малонова) кислота

Триосновні (трикарбонові) R(COOH) 3 і т.д.

б) За будовою вуглеводневого радикала:

Аліфатичні

граничні; наприклад: СН 3 СН 2 СООН;

ненасичені; наприклад: СН 2 =СНСООН пропінова(акрилова) кислота

Аліциклічні, наприклад:

Ароматичні, наприклад:

Граничні монокарбонові кислоти

(Одноосновні насичені карбонові кислоти) - карбонові кислоти, в яких насичений вуглеводневий радикал з'єднаний з однією карбоксильною групою -COOH. Усі вони мають загальну формулу C n H 2n+1 COOH (n ≥ 0); або CnH 2n O 2 (n≥1)

Номенклатура

Систематичні назви одноосновних граничних карбонових кислот даються за назвою відповідного алкану з додаванням суфікса - ова та слова кислота.

1. НСООН метанова (мурашина) кислота

2. СН 3 СООН етанова (оцтова) кислота

3. СН 3 СН 2 СООН пропанова (пропіонова) кислота

Ізомерія

Ізомерія скелета у вуглеводневому радикалі проявляється, починаючи з бутанової кислоти, яка має два ізомери:

Міжкласова ізомерія проявляється, починаючи з оцтової кислоти:

CH 3 -COOH оцтова кислота;

H-COO-CH 3 метилформіат (метиловий ефір мурашиної кислоти);

HO-CH 2 -COH гідроксиетаналь (гідроксиоцтовий альдегід);

HO-CHO-CH 2 гідроксиетиленоксид.

Гомологічний ряд

Тривіальна назва	Назва по ІЮПАК
Мурашина кислота	Метанова кислота
Оцтова кислота	Етанова кислота
Пропіонова кислота	Пропанова кислота
Олійна кислота	Бутанова кислота
Валеріанова кислота	Пентанова кислота
Капронова кислота	Гексанова кислота
Енантова кислота	Гептанова кислота
Каприлова кислота	Октанова кислота
Пеларгонова кислота	Нонанова кислота
Капринова кислота	Деканова кислота
Ундецилова кислота	Ундеканова кислота
Пальмітінова кислота	Гексадеканова кислота
Стеаринова кислота	Октадеканова кислота

Кислотні залишки та кислотні радикали

	Кислотний залишок	Кислотний радикал (ацил)
НСООН мурашина	НСОО- форміат
СН 3 СООН оцтова	СН 3 СОО- ацетат
СН 3 СН 2 СООН пропіонова	СН 3 СН 2 СОО- пропіонат
СН 3 (СН 2) 2 СООН олійна	СН 3 (СН 2) 2 СОО- бутират
СН 3 (СН 2) 3 СООН валеріанова	СН 3 (СН 2) 3 СОО- валеріат
СН 3 (СН 2) 4 СООН капронова	СН 3 (СН 2) 4 СОО- капронат

Електронна будова молекул карбонових кислот

Показане у формулі зміщення електронної щільності у бік карбонільного атома кисню обумовлює сильну поляризацію зв'язку О-Н, внаслідок чого полегшується відрив атома водню у вигляді протона - у водних розчинах відбувається процес кислотної дисоціації:

RCOOH ↔ RCOO - + Н +

У карбоксилат-іоні (RCOO -) має місце р, π-сполучення неподіленої пари електронів атома кисню гідроксильної групи з р-хмарами, що утворюють π- зв'язок, в результаті відбувається справакалізація π-зв'язку та рівномірний розподіл негативного заряду між двома атомами кисню:

У зв'язку з цим для карбонових кислот, на відміну альдегідів, не характерні реакції приєднання.

Фізичні властивості

Температури кипіння кислот значно вищі за температури кипіння спиртів і альдегідів з тим самим числом атомів вуглецю, що пояснюється утворенням циклічних та лінійних асоціатів між молекулами кислот за рахунок водневих зв'язків:

Хімічні властивості

I. Кислотні властивості

Сила кислот зменшується у ряду:

НСООН → СН 3 СООН → C 2 H 6 COOH → ...

1. Реакції нейтралізації

СН 3 СООН + КОН → СН 3 СООК + н 2 O

2. Реакції з основними оксидами

2HCOOH + СаО → (НСОО) 2 Са + Н 2 O

3. Реакції із металами

2СН 3 СН 2 СООН + 2Na → 2СН 3 СН 2 COONa + H 2

4. Реакції із солями слабших кислот (у т. ч. з карбонатами та гідрокарбонатами)

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)

5. Реакції з аміаком

СН 3 СООН + NH 3 → CH 3 COONH 4

ІІ. Заміщення групи-ОН

1. Взаємодія зі спиртами (реакції етерифікації)

2. Взаємодія з NH 3 при нагріванні (утворюються аміди кислот)

Аміди кислот гідролізуються з утворенням кислот:

або їх солей:

3. Утворення галогенангідридів

Найбільше значення мають хлорангідриди. Хлоруючі реагенти - PCl 3, PCl 5, тіонілхлорид SOCl 2 .

4. Утворення ангідридів кислот (міжмолекулярна дегідратація)

Ангідриди кислот утворюються також при взаємодії хлорангідридів кислот із безводними солями карбонових кислот; при цьому можна одержувати змішані ангідриди різних кислот; наприклад:

ІІІ. Реакції заміщення атомів водню у α-вуглецевого атома

Особливості будови та властивостей мурашиної кислоти

Будова молекули

Молекула мурашиної кислоти, на відміну інших карбонових кислот, містить у структурі альдегідну групу.

Хімічні властивості

Мурашина кислота входить у реакції, характерні як кислот, так альдегідів. Виявляючи властивості альдегіду, вона легко окислюється до вугільної кислоти:

Зокрема, НСООН окислюється аміачним розчином Ag 2 O і гідроксидом міді (II) Сu(ОН) 2 , тобто дає якісні реакції на альдегідну групу:

При нагріванні з концентрованою H 2 SO 4 мурашина кислота розкладається на оксид вуглецю (II) та воду:

Мурашина кислота помітно сильніша за інші аліфатичні кислоти, оскільки карбоксильна група в ній пов'язана з атомом водню, а не з електроно-донорним алкільним радикалом.

Способи отримання граничних монокарбонових кислот

1. Окислення спиртів та альдегідів

Загальна схема окислення спиртів та альдегідів:

Як окислювачів використовують KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , HNO 3 та інші реагенти.

Наприклад:

5С 2 Н 5 ВІН + 4KMnO 4 + 6H 2 S0 4 → 5СН 3 СООН + 2K 2 SO 4 + 4MnSO 4 + 11Н 2 O

2. Гідроліз складних ефірів

3. Окислювальне розщеплення подвійних і потрійних зв'язків в алкенах та в алкінах

Способи отримання НСООН (специфічні)

1. Взаємодія оксиду вуглецю (II) з гідроксидом натрію

СO + NaOH → HCOONa форміат натрію

2HCOONa + H 2 SO 4 → 2НСООН + Na 2 SO 4

2. Декарбоксилювання щавлевої кислоти

Способи одержання СН 3 СООН (специфічні)

1. Каталітичне окиснення бутану

2. Синтез із ацетилену

3. Каталітичне карбонілювання метанолу

4. Оцтовокисле бродіння етанолу

Так одержують харчову оцтову кислоту.

Отримання вищих карбонових кислот

Гідроліз природних жирів

Ненасичені монокарбонові кислоти

Найважливіші представники

Загальна формула алкенових кислот: C n H 2n-1 COOH (n ≥ 2)

CH 2 =CH-COOH пропінова (акрилова) кислота

Вищі ненасичені кислоти

Радикали цих кислот входять до складу рослинних олій.

C 17 H 33 COOH - олеїнова кислота, або цис-октадієн-9-ова кислота

Транс-ізомер олеїнової кислоти називається елаїдинової кислоти

C 17 H 31 COOH - лінолева кислота, або цис, цис-октадієн-9,12-ова кислота

C 17 H 29 COOH - ліноленова кислота, або цис, цис, цис-октадекатрієн-9,12,15-ова кислота

Крім загальних властивостей карбонових кислот, для ненасичених кислот характерні реакції приєднання по кратним зв'язкам у вуглеводневому радикалі. Так, ненасичені кислоти, як і алкени, гідруються і знебарвлюють бромну воду, наприклад:

Окремі представники дикарбонових кислот

Граничні дикарбонові кислоти HOOC-R-COOH

HOOC-CH 2 -COOH пропандіова (малонова) кислота, (солі та ефіри - малонати)

HOOC-(CH 2) 2 -COOH бутадіова (бурштинова) кислота, (солі та ефіри - сукцинати)

HOOC-(CH 2) 3 -COOH пентадіова (глутарова) кислота, (солі та ефіри - глуторати)

HOOC-(CH 2) 4 -COOH гексадіова (адипінова) кислота, (солі та ефіри - адипінати)

Особливості хімічних властивостей

Дикарбонові кислоти багато в чому подібні до монокарбонових, проте є сильнішими. Наприклад, щавлева кислота сильніша за оцтову майже в 200 разів.

Дикарбонові кислоти поводяться як двоосновні і утворюють два ряди солей - кислі та середні:

HOOC-COOH + NaOH → HOOC-COONa + H 2 O

HOOC-COOH + 2NaOH → NaOOC-COONa + 2H 2 O

При нагріванні щавлева та малонова кислоти легко декарбоксилюються:

Класифікація

Органічні карбонові кислоти характеризуються наявністю карбоксильної групи -СООН. Карбонові кислоти класифікують за кількістю карбоксильних груп та за будовою вуглеводневого радикалу. Залежно від числа карбоксильних груп кислоти ділять на одно-, двох, трьох та багатоосновні. Залежно від будови вуглеводневого радикалу кислоти ділять на граничні, ненасичені та ароматичні. Радикали, що входять до складу кислот, можуть бути циклічні та ациклічні.

Граничні одноосновні кислоти

Одноосновні граничні карбонові кислоти утворюють гомологічний ряд із загальною формулою З n H 2n O 2 (n= 1,2,3...) або C n H 2n+1 COOH (n= 0,1,2...). Ізомерія граничних одноосновних карбонових кислот зумовлена ​​лише ізомерією вуглеводневого радикалу. Формули та назви деяких кислот наведені в таблиці:

Граничні карбонові кислоти
Формула	Назва
	Тривіальне	по ІЮПАК
	мурашина	метанова
	оцтова	етанова
	пропіонова	пропанова
	олійна	бутанова
	ізомасляна, диметилоцтова	бутанова
	валеріанова	пентанова
	ізовалеріанова	3-метилбутанова
	триметилоцтова	2,2-диметилпропанова

Фізичні властивості

Нижчі кислоти (мурашина, оцтова, пропіонова) – безбарвні остропахні рідини, кислоти з кількістю атомів вуглецю від 4 до 9 – маслянисті рідини з неприємним запахом, з кількістю атомів вуглецю більше 10 – тверді речовини. Розчинність кислот у воді різко зменшується зі збільшенням числа атомів вуглецю в молекулі. Температури кипіння кислот зростають у міру збільшення молекулярної маси, при цьому температури кипіння кислот, що містять однакове число атомів вуглецю і мають нерозгалужений радикал, вище, ніж у кислот із розгалуженим радикалом. Кислоти киплять при значно вищих температурах, ніж відповідні спирти. Це з значно більшою асоціацією молекул кислот.

Хімічні властивості

Реакції кислот, зумовлені карбоксильною групою

Перерозподіл електронної щільності в карбоксильній групі показано на малюнку:

В результаті полярність зв'язку О-Н настільки велика, що порівняно легко протікає дисоціація кислоти:

Аніон, що утворюється, має підвищену стабільність за рахунок резонансу:

Сила карбонових кислот залежить від радикала, пов'язаного з карбоксильною групою та визначається величиною позитивного заряду на карбоксильному вуглеці. Зі збільшенням цього заряду сила кислоти зростає, зі зменшенням – зменшується. У свою чергу величина цього заряду визначається знаками ефектів (індуктивного та мезомерного), що діють з боку радикала. Так як позитивний індуктивний ефект вуглеводневого радикалу збільшується зі збільшенням числа атомів вуглецю та зі збільшенням розгалуженості радикала, сила відповідних карбонових кислот зменшується. Мурашина кислота належить до кислот середньої сили, решта одноосновні граничні кислоти – слабкі. Розчинні у воді кислоти створюють у розчині кисле середовище, достатнє для зміни забарвлення індикаторів.

1. Карбонові кислоти взаємодіють з металами, оксидами та гідроксидами металів, утворюючи солі:

2CH 3 COOH + Zn = (CH 3 COO) 2 Zn + H 2 2CH 3 COOH + CaO = (CH 3 COO) 2 Ca + H 2 O CH 3 COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2 O

Карбонові кислоти сильніші за вугільну кислоту, тому вони здатні розкладати карбонати:

CH 3 COOH + Na 2 CO 3 = CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O

2. При дії на карбонові кислоти галогенідів фосфору або хлористого тіонілу гідроксил карбоксильної групи заміщується на галоген і утворюються галогенангідриди кислот:

3. Зі спиртами карбонові кислоти вступають у реакцію етерифікації, в результаті якої утворюються складні ефіри Реакція протікає оборотно в кислому середовищі. Каталізатором етерифікації є мінеральні кислоти, наприклад, сірчана. На першій стадії реакції протонується кисень карбоксильної групи:

Потім катіон, що утворився, піддається нуклеофільній атаці молекулою спирту:

Проміжний комплекс може оборотно втрачати молекулу води та протон, перетворюючись в результаті на складний ефір:

У лужному середовищі складний ефір незворотно гідролізується з утворенням спирту та солі вихідної кислоти. Ця реакція називається омиленнямскладного ефіру

4. Карбонові кислоти утворюють функціональні похідні, до яких належать галогенангідриди, складні ефіри, ангідриди, аміди та нітрили кислот. Ангідриди, аміди та нітрили безпосередньо з кислот найчастіше отримати неможливо, тому використовують непрямі методи.

Ангідриди кислот отримують нагріванням галогенангідриду та натрієвої солі кислоти, наприклад:

Аміди утворюються при обробці галогенангідридів кислот аміаком:

при сухій перегонці (нагріванні) амонієвих солей карбонових кислот:

або при неповному гідролізі нітрилів кислот:

Нітрили утворюються в результаті нуклеофільного заміщення атома галогену ціаногрупою:

або при зневодненні аміду кислоти оксидом фосфору (V) при нагріванні:

Більшість реакцій за участю функціональних похідних карбонових кислот протікає механізмом нуклеофільного заміщення S N 1 і S N 2, в якому функціональні похідні є субстратами. Наприклад, у розведених водних розчинах гідроліз хлорангідридів кислот проходить переважно за механізмом S N 1, на першій, найповільнішій стадії якого (саме ця стадія і визначає швидкість всього процесу) відбувається дисоціація вихідного хлорангідриду:

На другій стадії слідує швидка нуклеофільна атака молекули води на карбоксильний вуглець, і після відходу протона утворюється кінцевий продукт гідролізу - карбонова кислота:

При бімолекулярному заміщенні S N 2 нуклеофільна атака та догляд іону хлору відбуваються одночасно:

Бімолекулярний механізм переважає за низького вмісту води в реакційній системі. Нижче наведено деякі реакції нуклеофільного заміщення у функціональних похідних кислот.

Галогенангідриди кислот розкладаються водою (гідроліз):

реагують зі спиртами з утворенням складних ефірів (алкоголіз):

Складні ефіри виходять при взаємодії галогенангідридів з алкоголятами:

В результаті взаємодії галогенангідридів з солями карбонових кислот утворюються ангідриди, таким шляхом можна отримати і змішані ангідриди, що містять залишки різних кислот:

При дії на галогенангідриди кислот аміаку (амоноліз) утворюються аміди:

Під дією пероксидів галогенангідриди кислот утворюють перекиси ацилів:

Ангідриди кислот при нагріванні з водою гідролізуються:

піддаються алкоголізу при нагріванні зі спиртом, при цьому утворюється складний ефір та кислота:

Під дією аміаку відбувається амоноліз ангідриду, в результаті виходить амід та сіль кислоти:

Аміди кислот гідролізуються при кип'ятінні з водними розчинами кислот та лугів:

Атом водню в аміногрупі аміду може заміщуватися металом, наприклад:

Отримання кислот

Кислоти можна отримати такими способами:

1. Окисленням первинних спиртів, наприклад:

2. Окисленням альдегідів різними окислювачами, такими як хромова суміш, перманганат калію, гідроксид діамінсеребра, кисень - у схемі реакції окислювач показаний як [O]:

3. Гідролізом ангідридів, галогенангідридів та нітрилів кислот.

4. За допомогою металоорганічних сполук, наприклад:

5. За допомогою магнійорганічних сполук:

Особливості властивостей мурашиної кислоти

Мурашина кислота виявляє властивості альдегіду та кислоти, т.к. містить як карбоксильну групу (обведена синім кольором), так і альдегідну (обведена червоним):

Мурашина кислота - добрий відновник:

HCOOH + OH Ag + CO 2 + H 2 O- реакція срібного дзеркала HCOOH + HgCl 2 Hg + CO 2 + 2HCl

При нагріванні з концентрованою сірчаною кислотою мурашина кислота дегідратується з утворенням СО:

Мурашина кислота утворює ортоефіри - складні ефіри нестабільної ортоформи кислоти:

Етиловий ефір ортрумуравьїної кислоти називається ортомуравячий ефір:

Отримують ортомуравячий ефір кип'ятінням етилату натрію з хлороформом за реакцією:

Складноефірна конденсація

Складноефірна конденсація (за Кляйзеном) протікає при дії алкоголятів лужних металівскладні ефіри карбонових кислот. Алкоголь-аніони, що утворюються в результаті дисоціації:

відривають протони з положення кислотного радикалу складного ефіру:

Аніон, що утворився, нуклеофільно атакує карбоксильний атом вуглецю іншої молекули складного ефіру:

Аніон, що утворився, відщеплює алкоголят-іон і переходить у продукт конденсації:

який є складним ефіром (у даному прикладі - етиловий) 3-оксокислоти. Таким способом з етилацетату можна отримати ацетооцтовий ефір (етиловий ефір 3-оксобутанової кислоти). У подібних умовах протікає конденсація складних ефірів і кетонів, в якій кетон виступає як метилекнова компонента, а складний ефір - як карбонільна. При конденсації Кляйзену етилацетату і ацетону утворюється ацетилацетон - пентандион-2,4.