Карбоновые кислоты. Номенклатура. Строение. Способы получения карбоновых кислот. Химические свойства. Механизм этерификации. Отдельные представители и их применение.

Органические соединения, содержащие карбоксильную группу СООН. По кол-ву этих групп различают одно-, двух- и многоосновные кислоты. Могут содержать Hal, а также группы NH₂, С=О, ОН. Алифатические кислоты, у которых число атомов С в молекуле больше 6, относят к высшим жирным кислотам.

По номенклатуре ИЮПАК, кислоты называют, выбирая за основу наибольшую длинную цепь, содержащую группу СООН, и добавляя к названию соединения-основы окончание "овая" и слово "кислота"; атому С карбоксильной группы приписывают номер 1, например СН₃(СН₂)₄СН(СН₃)СООН - 2-метилгептановая кислота. Часто к названию соединения-основы добавляют слова "карбоновая кислота", например С₆Н₁₁СООН - циклогексанкарбоновая кислота. При использовании этого способа наименования в алифатическому ряду атом С карбоксильной группы в нумерацию цепи не включается. Многие кислоты имеют тривиальные названия. В свободном состоянии кислоты находятся в плодах некоторых растений, крови, выделениях животных; они входят в состав жиров, эфирных и растительных масел, восков. Важную роль карбоновые кислоты играют в обмене веществ.

 

Свойства. Карбоксильная группа имеет строение, промежуточное между двумя предельными структурами:

Группа планарна; длина связи С=О в различных кислотах составляет 0,118-0,126 нм, связи С=О - 0,121-0,137 нм; угол ОСО 118-125,5°; m 5,4.10^-30 Кл.м. В твердом и жидком состоянии кислоты в результате возникновения водородных связей образуют устойчивые циклические димеры.

Атомы, образующие цикл, лежат практически в одной плоскости, а водородные связи (энергия 29 кДж/моль) почти линейны.

 

Получение:

1) Окисление альдегидов и первичных спиртов. В ка­честве окислителей применяются KМnО₄ и K₂Сr₂О₇.

R-CH₂-OH → R-CH=O → R-CO-OH

спирт альдегид кислота

2) Гидролиз галогензамещенных угле­водородов:

 

R-CCl₃ + 3 NaOH → [R-C(OH)₃] → R-COOH + Н₂О + 3NaCl

 

3) Получение карбоновых кислот из цианидов (нитрилов)

CH₃CN + 2Н₂О → CH₃COONH₄.

CH₃COONH₄ + HCl → СН₃СООН + NH₄Cl

4) Использование реактива Гриньяра по схеме:

R-MgBr + СО₂ → R-COO-MgBr + H₂O → R-COOH + Mg(OH)Br

5) Гидролиз сложных эфиров:

R-COOR¹ + КОН → R-COOK + R'OH,

R-COOK + HCl → R-COOH + KCl.

6) Получение бензойной кислоты:

Химические свойства.

1) В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют:

RCOOH RCOO^- + Н⁺

2) Образование солей:

2RCOOH + Мg → (RCOO)₂Mg + Н₂,

2RCOOH + СаО → (RCOO)₂Ca + Н₂О,

RCOOH + NaOH → RCOONa + Н₂О,

RCOOH + NaHCO₃→ RCOONa + Н₂О + СО₂↑.

3) Сложные эфиры:

4) Действие галогенов:

СН₃-СН₂-СООН + Вr₂ → СН₃-СНВr-СООН + НВr

5) Непредельные кислоты:

СН₂=СН-СООН + Н₂ → СН₃-СН₂-СООН,

СН₂=СН-СООН + Сl₂ → СН₂Сl-СНСl-СООН,

СН₂=СН-СООН + HCl → СН₂Сl-СН₂-СООН,

СН₂=СН-СООН + Н₂O → НО-СН₂-СН₂-СООН,

 

6) Реакции декарбоксширования:

CH₃-CH₂-COONa + NaOH → С₂Н₆↑ + Na₂CO₃

 

Механизм этерификации:

 

Представители:

Карбоновые кислоты	Формула	Ka
Пропионовая	CH3CH2COOH	1,3*10^-5
Масляная	CH3CH2CH2COOH	1,5*10^-5
Уксусная	CH3COOH	1,7*10^-5
Кротоновая	CH3-CH=CH-COOH	2,0*10^-5
Винилуксусная	CH2=CH-CH2COOH	3,8*10^-5
Акриловая	CH2=CH-COOH	5,6*10^-5
Муравьиная	HCOOH	6,1*10^-4
Бензойная	C6H5COOH	1,4*10^-4
Хлоруксусная	CH2ClCOOH	2,2*10^-3
Тетроновая	CH3-C≡C-COOH	1,3*10^-3
Дихлоруксусная	CHCl2COOH	5,6*10^-2
Щавелевая	HOOC-COOH	5,9*10^-2
Трихлоруксусная	CCl3COOH	2,2*10^-1

 

Кислоты исходные соединения для получения промежуточных продуктов органического синтеза, в частности кетенов, галогенангидридов, виниловых эфиров, галогенкислот. Соли карбоновых кислот и щелочных металлов применяют как мыла, эмульгаторы, смазочные масла; соли тяжелых металлов - сиккативы, инсектициды и фунгициды, катализаторы. Эфиры кислот - пищевые добавки, растворители; моно- и диэфиры гликолей и полигликолей пластификаторы, компоненты лаков и алкидных смол; эфиры целлюлозы - компоненты лаков и пластмассы. Амиды кислот эмульгаторы и флотоагенты.