Химические свойства карбоновых кислот

1. Карбоновые кислоты проявляют обычные свойства кислот: это связано с подвижностью атома Н в карбоксильной группе:

Так как метильные радикалы обладают положительным индуктивным эффектом и уменьшают отрицательный заряд на анионе

 

поэтому с увеличением углеводородного радикала сила кислот уменьшается.

 

Карбоновые кислоты относятся к слабым электролитам, и проявляют свойства кислот:

– диссоциируют в растворе с отщеплением Н+, их растворы имеют кислую среду;

см. опыты

https://www.youtube.com/watch?v=Kj5uQzqExkg&list=PLnbQh4j9gZkKZDdTU1xVdJZ8FQIvkJCWF&index=92&t=0s

https://www.youtube.com/watch?v=ezhjyC4YrZs&list=PLnbQh4j9gZkKZDdTU1xVdJZ8FQIvkJCWF&index=44&t=0s

 

– реагируют с металлами (с видимой скоростью реакция идет с активными металлами), например

 

2СН₃СООН + Са = Са(СН₃СОО)₂ + Н₂

                                                     ацетат кальция

см. опыт

https://youtu.be/cVQcBWVcuiI?list=PLnbQh4j9gZkKZDdTU1xVdJZ8FQIvkJCWF

– реагируют с оксидами и гидроксидами металлов, например

 

СН₃СООН + КОН = КСН₃СОО + Н₂О

 

см. опыт

https://youtu.be/9li-nxrYpkY?list=PLnbQh4j9gZkKZDdTU1xVdJZ8FQIvkJCWF

– солями еще более слабой кислоты – карбонатами и гидрокарбонатами:

 

СН₃СООН + NaHCO₃ = NaСН₃СОО + Н₂О + СО₂

 

https://youtu.be/NMAxOpsB7vI

– с аммиаком:

СН₃СООН + NH₃ = NH₄СН₃СОО

 

2. Особые свойства муравьиной кислоты. В отличие от всех остальных кислот, муравьиная кислота имеет кроме карбоксильной и карбонильную группу:

а значит, проявляет и свойства кислот, и некоторые свойства альдегидов. В частности, муравьиная кислота может окисляться (с образованием СО₂ или карбонатов).

В ЕГЭ есть задание: установите соответствие между исходными веществами и продуктами:

Исходные вещества:                                            Продукты:

Имеется в виду, что без нагревания слабый окислитель Cu(OH)₂ не может окислить муравьиную кислоту, идет обычное взаимодействие основание и кислоты, образуется соль формиат меди (II):

 

 

А при нагревании идет ОВР, муравьиная кислота окисляется до угольной (СО₂ + Н₂О), медь восстанавливается до Cu₂O:

 

Муравьиная кислота вступает в реакцию серебряного зеркала, запишем эту реакцию «в формате ЕГЭ» – образующийся углекислый газ переходит в карбонат аммония:

 

 

Муравьиная кислота окисляется до СО₂ и другими окислителями: бромной водой, азотной кислотой, хлором и др. Взаимодействие муравьиной кислоты с перманганатом калия см. здесь:

https://youtu.be/yUrQ_c11bX0?list=PLnbQh4j9gZkKZDdTU1xVdJZ8FQIvkJCWF

 

Другой особенностью муравьиной кислоты является отсутствие достаточно прочных связей С–С: эта кислота легко разрушается под действием концентрированной серной кислоты:

 

см. опыт

https://youtu.be/1aigiEjbTT0?list=PLnbQh4j9gZkKZDdTU1xVdJZ8FQIvkJCWF

 

В пункте 1 рассматривались «обычные» свойства карбоновых кислот, связанные с замещением подвижного Н⁺ в карбоксильной группе. Но карбоновые кислоты способны вступать в реакции замещения всей группы ОН (реакции нуклеофильного замещения), при этом образуются так называемые функциональные производные карбоновых кислот:

Рассмотрим подробно их образование.

3. Взаимодействие со спиртами с образованием простых эфиров – реакция этерификации – подробно рассмотрена в теме спирты.

4. Образование галогенангидридов кислот – соединений, в которых группа ОН в кислоте замещена на галоген.

Известные неорганические соединения SOCl₂ и SO₂Cl₂ также можно рассматривать как ангидриды сернистой и серной кислот соответственно:

 

Галогенангидриды карбоновых кислот можно получить действием галогенидов фосфора (РГ₃, РГ₅) или SOCl₂:

 

 

5. Образование ангидридов кислот. Можно провести межмолекулярную дегидратацию – под действием водоотнимающего агента (обычно Р₂О₅) от двух молекул карбоновой кислоты отнять одну молекулу воды. Приведем пример с уксусной кислотой:

Ангидриды кислот, как и галогенангидриды, более реакционноспособные соединения, чем сами карбоновые кислоты. Их часто используют в органических синтезах, когда нужно получить другие производные кислоты, например:

 + R2–ОН ®  + НГ

 

6. Образование амидов кислот. Амиды кислот получают в две стадии: сначала кислота реагирует с аммиаком с образованием соли аммония:

 

 

При нагревании этой соли образуется амид кислоты – соединение, в котором группа ОН кислоты заменена на группу NH₂:

 

 

Удобнее получать амиды из галогенангидридов.

 

 

7. Окисление (горение) кислот. Кроме муравьиной, карбоновые кислоты не окисляются обычными окислителями, но могут гореть: см. видео.

 

https://youtu.be/SmB8C4_y7hg

 

СН₃СООН + 2О₂ = 2H₂О + 2СО₂

 

8. Восстановление кислот. Карбоновые кислоты могут быть восстановлены до альдегидов и далее до спиртов по схеме

 

 

Но обычное каталитическое гидрирование для восстановления не подходит: предельные карбоновые кислоты практически не реагируют с Н₂. Но кислоты можно восстановить очень сильным восстановителем Li[AlH₄]:

 

 

или можно восстановить Н₂ хлорангидрид кислоты:

 

 

9. Галогенирование карбоновых кислот – реакции замещения водорода в углеводородном радикале.

Водородные атомы в углеводородной цепи карбоновой кислоты подобны по реакционной способности таковым у алканов, за исключением водорода при углероде в a-положении – т.е. при первом, не считая функциональную группу:

Из-за сильного влияния карбоксильной группы, водород при a-углероде может относительно легко замещаться на галоген. Реакция проходит в присутствии фосфора или его галогенидов. В ЕГЭ пишут: Г₂ (Р), Г₂ (РГ₃), например:

 

Таким образом получают a-галогенкарбоновые кислоты. Очень популярны хлоруксусные кислоты.

Появление галогена в цепочке увеличивает силу кислоты: трихлоуксусная кислота не уступает сильным неорганическим кислотам.