Строение карбоксильной группы

Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы - карбонил и гидроксил, взаимно влияющие друг на друга:

Кислотные свойства карбоновых кислот выражены достаточно ярко. Это объясняется взаимным влиянием атомов в карбоксильной группе. Электронная плотность в которой смещена на более электроотрицательному кислороду гидроксигруппы, что ослабляет связь О-Н и облегчает отделение атома водорода, т. е.облегчает диссоциацию кислоты (это обусловлено тем, что +М-эффект ОН-группы преобладает перед –I-эффектом). Подвижность протонов расположенных в α-положении также определяется строением СООН-группы (подробные объяснения изложены в лекции «Альдегиды и кетоны»).

1) Кислотные свойства

Диссоциация кислот. В водном растворе карбоновые кислоты распадаются на ионы и обладают кислой реакцией. Это можно обнаружить с помощью индикатора, что считается качественным определением кислот. Например, лакмус приобретает красный цвет.

В водных растворах диссоциация протекает с образованием мезомерного аниона стабилизированного делокализацией заряда.

граничные резонансные структуры связи С-О выравниваются

Мезомерия – это явление выравнивания электронной плотности между двумя атомами кислорода.

Карбоновые кислоты более сильные кислоты, чем спирты.

Муравьиная кислота – самая сильная, это связано с отсутствием электронодонорного эффекта алкильных групп. Заместители с положительным индуктивным эффектом (электронодонорные – СН3, С2Н5) понижают кислотность, оторвать водород от кислорода в ОН-группе сложнее.

Образование солей. Кислоты способны образовывать соли с металлами, их оксидами и гидроксидами.

а) при взаимодействии с металлами:

2RCOOH + Mg ® (RCOO)2Mg + H2

б) в реакциях с гидроксидами металлов:

2RCOOH + NaOH ® RCOONa + H2O

2) Реакции по ОН-группе

Образование сложных эфиров (R'–COOR") – реакция этерификации. Это реакция взаимодействия кислот со спиртами в присутствии минеральных кислот. Реакция обратима.

уксусная кислота этиловый спирт этиловый эфир уксусной кислоты

Кислоты линейного строения, типа R-CH2-COOH скорее вступают в реакцию, чем кислоты разветвленного строения:R2CH-COOH, R3C-COOH. Роль катализатора в реакции этерификации играют ионы Н+:

 

Реакция протекает по следующему механизму: кислород карбонильной группы захватывает протон и образует карбкатион I. Этот карбкатион присоединяет молекулу спирта за счет неподеленной пары атома кислорода с образованием комплекса II. Комплекс II способен обратимым образом распадаться и образовывать карбкатион III, при диссоциации которого образуется сложный эфир (катализатор – протон при этом освобождается).

Большой интерес в этой реакции представлял вопрос: кислота или спирт отщепляют гидроксил в реакции эфирообразования. С помощью «меченых атомов» (тяжелого изотопа 18О) было показано, что вода образуется за счет водорода спирта и гидроксила кислоты.

(если меченый кислород находится в спирте, то образующаяся вода содержит обычный кислород)