Одноосновные карбоновые кислоты

Одноосновные карбоновые кислоты – производные углеводородов, получаемые путем замещения атома водорода на карбоксильную группу –СООН.

 

Общая формула: С_nH_2n+1COOH ( n ≥ 0) или C_nH_2nO₂ (n ≥ 1)

 

 

Гомологический ряд, изомерия, номенклатура

НСООН - метановая (муравьиная) кислота

СН₃СООН – этановая (уксусная) кислота

 

СН₃СН₂СООН – пропановая (пропионовая) кислота

- бутановая (масляная)кислота

- 2-метилпропановая (изомасляная) кислота

 

Одноосновные карбоновые кислоты изомерны другому классу соединений – сложным эфирам

 

Способы получения

a) окисление спиртов и альдегидов

Последовательное окисления первичных спиртов и альдегидов приводит к получению карбоновых кислот. Общую схему превращений можно представить следующим образом:

 

b) щелочной гидролиз трихлорпроизводный углеводородов

c) гидролиз нитрилов карбоновых кислот

d) окислительное расщепление кратных связей в алкенах и алкинах

 

 

Физические свойства

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.

 

Химические свойства

Электронное строение молекул карбоновых кислот

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:

карбоксилат-ион

В карбоксилат-ионе 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 раномерное распределение отрицательного заряда между двумя атомами кислорода:

 

 

 

Если в состав карбоновой кислоты входит атом или группа атомов, являющиеся акцепторами электронной плотности, то в этом случае происходит перераспределение электронной плотности в молекуле кислоты, и при этом увеличивается сила кислот, так как связь О—Н становится более поляризованной.

 

Реакции по карбоксильной группе

I. Кислотные свойства

a) реакция нейтрализации

Карбоновые кислоты с основаниями вступают в реакцию нейтрализации, протекающую с образованием солей и воды:

 

b) реакция с основными оксидами

Карбоновые кислоты, взаимодействуя с основными оксидами, образуют соли.

 

 

c) реакция с металлами

Активные металлы взаимодействуют с карбоновыми кислотами с образованием солей и выделением водорода:

 

d) реакция с солями

Карбоновые кислоты взаимодействуют с солями более слабых кислот (в т.ч. с карбонатами и гидрокарбонатами) с образованием солей:

 

E) реакция с аммиаком

Карбоновые кислоты, взаимодействуя с аммиаком, образуют соли аммония.

 

 

II. Замещение группы – ОН

a) взаимодействие со спиртами

При рассмотрении химических свойств спиртов мы уже обсуждали реакцию этерификации, протекающую между карбоновыми кислотами и спиртами с образованием сложных эфиров и воды. Следует подчеркнуть, что вода образуется за счет взаимодействия функциональных групп: карбоксильной (карбоновые кислоты) и гидроксильной (спирты). При этом от карбоксильной группы отщепляется группа – ОН, а от молекулы спирта – атом водорода.

 

 

b) взаимодействие с NH₃

При нагревании карбоновые кислоты реагируют с аммиаком с образованием амидов кислот. Схема данной реакции протекает аналогично вышеуказанной: от карбоксильной группы отщепляется группа – ОН, а от молекулы аммиака – атом водорода.

 

 

c) образование галогенангидридов

Наибольшее значение имеют хлорангидриды. Хлорирующими агентами выступают – РCl₃, PCl₅ и тионилхлорид SOCl₂.

 

 

 

 

d) образование ангидридов кислот

Реакция образования ангидридов кислот – это реакция межмолекулярной дегидратации, протекающая между молекулами карбоновых кислот с отщеплением воды.