Монокарбонові кислоти приклади. Карбонові кислоти. Властивості та застосування карбонових кислот. У лабораторії можна отримати

ВИЗНАЧЕННЯ

Органічні речовини, молекули яких містять одну або кілька карбоксильних груп, з'єднаних із вуглеводневим радикалом, називають карбоновими кислотами.

Перші три члени гомологічного ряду карбонових кислот, включаючи пропіонову кислоту, - рідини, що мають різкий запах, добре розчиняються у воді. Наступні гомологи, починаючи з масляної кислоти, - також рідини, що мають різкий неприємний запах, але погано розчиняються у воді. Вищі кислоти, з числом атомів вуглецю 10 і більше, є твердими речовинами, без запаху, нерозчинними у воді. Загалом, у ряді гомологів зі збільшенням молекулярної маси зменшується розчинність у воді, зменшується щільність та зростає температура кипіння (табл. 1).

Таблиця 1. Гомологічний ряд карбонових кислот.

Одержання карбонових кислот

Карбонові кислоти отримують окисленням граничних вуглеводнів, спиртів, альдегідів. Наприклад, оцтову кислоту - окисленням етанолу розчином перманганату калію в кислому середовищі при нагріванні:

Хімічні властивості карбонових кислот

Хімічні властивості карбонових кислот зумовлені насамперед особливостями їхньої будови. Так, розчинні у воді кислоти здатні дисоціювати на іони:

R-COOH↔R-COO - + H + .

Завдяки наявності у воді іона H+ вони мають кислий смак, здатні змінювати забарвлення індикаторів та проводити електричний струм. У водному розчині ці кислоти – слабкі електроліти.

Карбонові кислоти мають хімічні властивості, характерні для розчинів неорганічних кислот, тобто. взаємодіють з металами (1), їх оксидами (2), гідроксидами (3) та слабкими солями (4):

2CH 3 -COOh + Zn → (CH 3 COO) 2 Zn + H 2 (1);

2CH 3 -COOH + CuO→ (CH 3 COO) 2 Cu + H 2 O (2);

R-COOH + KOH → R-COOK + H 2 O(3);

2CH 3 -COOH + NaHCO 3 → CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 (4).

Специфічна властивість граничних, а також ненасичених карбонових кислот, що виявляється за рахунок функціональної групи, - взаємодія зі спиртами.

Карбонові кислоти взаємодіють зі спиртами при нагріванні та у присутності концентрованої сірчаної кислоти. Наприклад, якщо до оцтової кислоти прилити етиловий спирт і трохи сірчаної кислоти, то при нагріванні з'являється запах етилового ефіру оцтової кислоти (етилацетату):

CH 3 -COOH + C 2 H 5 OH ↔CH 3 -C(O)-O-C 2 H 5 + H 2 O.

Специфічна властивість граничних карбонових кислот, що виявляється за рахунок радикалу, - реакція галогенування (хлорування).

Застосування карбонових кислот

Карбонові кислоти є вихідною сировиною для отримання кетонів, галогенангідридів, вінілових ефірів та інших важливих класів органічних сполук.

Мурашина кислота широко застосовується для отримання складних ефірів, що використовуються в парфумерії, у шкіряній справі (дублення шкір), текстильної промисловості (як протрава при фарбуванні), як розчинник і консервант.

Водний розчин (70-80%-ний) оцтової кислоти називається оцтовою есенцією, а 3-9%-ний водний розчин - столовим оцтом. Есенція нерідко використовується для отримання оцту в домашніх умовах шляхом розведення.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання

За допомогою яких хімічних реакцій можна здійснити такі перетворення:

а) CH 4 → CH 3 Cl → CH 3 OH → HCHO → HCOOH → HCOOK.

Напишіть рівняння реакцій, вкажіть умови їхнього протікання.

Відповідь

а) Хлорування метану на світлі призводить до одержання хлорметану:

CH 4 + Cl 2 →CH 3 Cl + HCl.

Галогенпохідні алканів піддаються гідролізу у водному або лужному середовищі з утворенням спиртів:

CH 3 Cl + NaOH→CH 3 OH + NaCl.

В результаті окислення первинних спиртів, наприклад, дихроматом калію в кислому середовищі у присутності каталізатора (Cu, CuO, Pt, Ag) утворюються альдегіди:

CH 3 OH+ [O] →HCHO.

Альдегіди легко окислюються до відповідних карбонових кислот, наприклад, перманганатом калію:

HCHO + [O] →HCOOH.

Карбонові кислоти, виявляють всі властивості, властиві слабким мінеральним кислотам, тобто. здатні взаємодіяти з активними металами з утворенням солей:

2HCOOH+ 2K→2HCOOK + H 2 .

ПРИКЛАД 2

Завдання

Напишіть рівняння реакцій між такими речовинами: а) 2-метилпропанової кислоти та хлору; б) оцтовою кислотою та пропанолом-2; в) акриловою кислотою та бромною водою; г) 2-метилбутановою кислотою та хлоридом фосфору (V). Вкажіть умови перебігу реакцій.

Відповідь

а) в результаті реакції взаємодії між 2-метилпропанової кислоти і хлором відбувається заміщення атома водню у вуглеводневому радикалі, що знаходиться в a-положення; утворюється 2-метил-2-хлорпропанова кислота

H 3 C-C(CH 3)H-COOH + Cl 2 → H 3 C-C(CH 3)Cl-COOH + HCl (kat = P).

б) в результаті реакції взаємодії між оцтовою кислотою та пропанолом-2 відбувається утворення складного ефіру - ізопропіловий ефір оцтової кислоти.

CH 3 -COOH + CH 3 -C(OH)H-CH 3 → CH 3 -C(O)-O-C(CH 3)-CH 3 .

в) внаслідок реакції взаємодії між акриловою кислотою та бромною водою приєднання галогену за місцем подвійного зв'язку відповідно до правила Марковникова; утворюється 2,3-дибромпропанова кислота

CH 2 = CH-COOH + Br 2 → CH 2 Br-CHBr-COOH

г) в результаті реакції взаємодії між 2-метилбутановою кислотою та хлоридом фосфору (V) утворюється відповідний хлорангідрид

CH 3 -CH 2 -C(CH 3)H-COOH + PCl 5 →CH 3 -CH 2 -C(CH 3)H-COOCl + POCl 3 + HCl.

Карбоновими кислотами називаються похідні вуглеводнів, у молекулі яких міститься одна або кілька карбоксильних груп -COOH.
Загальна формула карбонових кислот:
Залежно від природи радикала, пов'язаного з карбоксильною групою, кислоти поділяються на граничні, ненасичені та ароматичні.
Число карбоксильних груп визначає основність кислот.
Загальна формула граничних одноосновних кислот: СnH2n+1COOH (або СnH2nO2).

Номенклатура. Поширені тривіальні назви. За правилами IUPAC до назви вуглеводню додають "-ова кислота".

Ізомерія.

1. Для аліфатичних кислот – ізомеризація вуглеводневого радикалу.
2. Для ароматичних – ізомерія положення заступника при бензольному кільці.
3. Міжкласова ізомерія зі складними ефірами (наприклад, CH3COOH та HCOOCH3).

Таблиця. Основні карбонові кислоти (номенклатура, фізичні властивості)

Назва			Формула кислоти	tпл. °C	tкіп. °C	r г/см 3	Рождество- римість (г/100мол H 2 O ;25 °C)	Ka (При 25 ° С)
кислоти		її солі (ефіри)	Формула кислоти	tпл. °C	tкіп. °C	r г/см 3	Рождество- римість (г/100мол H 2 O ;25 °C)	Ka (При 25 ° С)
мурашина	метанова	форміат	HCOOH		100,5	1,22		1,77 . 10 -4
оцтова	етанова	ацетат	CH 3 COOH	16,8		1,05		1,7 . 10 -5
пропіонова	пропанова	пропіонат	CH 3 CH 2 COOH			0,99		1,64 . 10 -5
олійна	бутанова	бутират	CH 3 (CH 2 ) 2 COOH			0,96		1,54 . 10 -5
валеріанова	пентанова	валерат	CH 3 (CH 2 ) 3 COOH			0,94	4,97	1,52 . 10 -5
капронова	гексанова	гексанат	CH 3 (CH 2 ) 4 COOH			0,93	1,08	1,43 . 10 -5
каприлова	октанова	октаноат	CH 3 (CH 2 ) 6 COOH			0,91	0,07	1,28 . 10 -5
капрінова	деканова	деканоат	CH 3 (CH 2 ) 8 COOH			0,89	0,015	1,43 . 10 -5
акрилова	пропінова	акрилат	CH 2 =CH-COOH			1,05
бензойна	бензойна	бензоат	C 6 H 5 COOH			1,27	0,34	1,43 . 10 -5
щавлева	етандіова	оксалат	COOH I COOH	189,5 (З розп.)		1,65		K 1 = 5,9. 10 -2 K 2 = 6,4. 10 -5
пальмітинова	гексадеканова	пальмітат	CH 3 (CH 2 ) 14 COOH		219 (17мм)		0,0007	3,46 . 10 -7
стеаринова	октадеканова	стеарат	CH 3 (CH 2 ) 16 COOH				0,0003

Отримання

1. Окислення первинних спиртів та альдегідів (киснем на каталізаторі; KMnO4; K2Cr2O7):

-[O]® R-
- C

OH
первинний
спирт

альдегід

2. Промисловий синтез мурашиної кислоти:
a) каталітичне окислення метану

2CH4 + 3O2 --t°® 2H-COOH + 2H2O

B) нагріванням оксиду вуглецю (II) з гідроксидом натрію

CO + NaOH --p;200°C® H-COONa --H2SO4® H-COOH

3. Промисловий синтез оцтової кислоти:
a) каталітичне окиснення бутану

2CH3-CH2-CH2-CH3 + 5O2 --t°® 4CH3COOH + 2H2O

B) нагріванням суміші оксиду вуглецю (II) та метанолу на каталізаторі під тиском

CH3OH + CO ® CH3COOH

4. Ароматичні кислоти синтезують окисленням гомологів бензолу:

5 + 6KMnO4 + 9H2SO4 --t°® 5 + K2SO4 + 6MnSO4 + 14H2O

5. Гідроліз функціональних похідних (складних ефірів, ангідридів, галогенангідридів, амідів).

Хімічні властивості

1. Через зміщення електронної щільності від гідроксильної групи O-H до сильно поляризованої карбонільної групи C=O молекули карбонових кислот здатні до електролітичної дисоціації:

R-COOH «R-COO- + H+

Сила карбонових кислот у водному розчині невелика.

2. Карбонові кислоти мають властивості, характерні для мінеральних кислот. Вони реагують з активними металами, основними оксидами, основами, солями слабких кислот.

2СH3COOH + Mg ® (CH3COO)2Mg + H2-
2СH3COOH + СaO ® (CH3COO)2Ca + H2O
H-COOH + NaOH ® H-COONa + H2O
2СH3CH2COOH + Na2CO3 ® 2CH3CH2COONa + H2O + CO2-
СH3CH2COOH + NaHCO3 ® CH3CH2COONa + H2O + CO2-

Карбонові кислоти слабші від багатьох сильних мінеральних кислот (HCl, H2SO4 і т.д.) і тому витісняються ними із солей:

СH3COONa + H2SO4(конц.) --t°® CH3COOH + NaHSO4

3. Освіта функціональних похідних:
a) при взаємодії зі спиртами (у присутності концентрованої H2SO4) утворюються складні ефіри. Утворення складних ефірів при взаємодії кислоти та спирту у присутності мінеральних кислот називається реакцією етерифікації (ester з латинського "ефір").
Дану реакцію розглянемо на прикладі утворення метилового ефіру оцтової кислоти з оцтової кислоти та метилового спирту:

CH3-OH(оцтова кислота) + HO-CH3(метиловий спирт) ®
® CH3-OCH3(метиловий ефір оцтової кислоти) + H2O

Загальна формула складних ефірів R-OR' де R і R" - вуглеводневі радикали: у складних ефірах мурашиної кислоти - форміат -R=H.
Зворотною реакцією є гідроліз (омилення) складного ефіру:

CH3--OCH3 + HO-H ® CH3--OH + CH3OH

Як видно, процес етерифікації оборотний:

CH3--OH + HO-CH3 « CH3--OCH3 + H2O

Тому при настанні хімічної рівноваги в реакційній суміші будуть як вихідні, так і кінцеві речовини.
Каталізатор (іони водню) - однаково прискорюють пряму та зворотну реакції, тобто досягнення рівноваги. Щоб зрушити рівновагу у бік утворення ефіру, слід брати надлишку вихідну кислоту або спирт, або видаляти один із продуктів реакції зі сфери взаємодії - наприклад, відганяючи ефір або зв'язуючи воду водовіднімними засобами.
Методом "мічених атомів" за допомогою важкого ізотопу кисню показано, що вода при етерифікації утворюється за рахунок атома водню спирту та гідроксилу кислоти:

O-R' --H+® R-

З огляду на цей факт запропоновано наступний механізм реакції етерифікації.
Кисень карбонільної групи кислоти захоплює протон, утворюючи оксонієвий катіон (I), який знаходиться в рівновазі з карбкатіоном (II).
Молекула спирту атакує далі каркатіон (II), приєднується до нього за рахунок неподіленої пари електронів кисневого атома і утворює оксонієвий катіон (III), який знаходиться в рівновазі з оксонієвим катіоном (IV).
Від катіону (IV) відщеплюється молекула води, в результаті чого утворюється каркатіон (V), який знаходиться в рівновазі з оксонієвим катіоном (VI).
Оксонієвий катіон (VI) викидає протон, що є каталізатором реакції, приводячи до молекули кінцевого продукту - складного ефіру.
b) при дії водовіднімних реагентів у результаті міжмолекулярної дегідратації утворюються ангідриди

CH3--OH + H-O--CH3 --(P2O5)® CH3--O--CH3 + H2O

C) при обробці карбонових кислот п'ятихлористим фосфором одержують хлорангідриди.

CH3-OH + PCl5 ® CH3-Cl + POCl3 + HCl

Гідроліз усіх функціональних похідних карбонових кислот (ангідридів, хлорангідридів, складних ефірів та ін.) призводить в кислому середовищі до вихідних карбонових кислот, а в лужному середовищі - до їх солей.
4. Галогенування. При дії галогенів (у присутності червоного фосфору) утворюються a-галогензаміщені кислоти:

A
CH3-CH2-COOH --Br2;(P)® CH3- CH-COOH(a-бромпропіонова кислота(2-бромпропанова кислота)) + HBr
I
Br

A- Галогензаміщені кислоти - сильніші кислоти, ніж карбонові, за рахунок -I ефекту атома галогену.

Застосування

Мурашина кислота - в медицині, бджільництві, в органічному синтезі, при отриманні розчинників і консервантів; як сильний відновник.

Оцтова кислота - у харчовій та хімічній промисловості (виробництво ацетилцелюлози, з якої одержують ацетатне волокно, органічне скло, кіноплівку; для синтезу барвників, медикаментів та складних ефірів).

Масляна кислота - для отримання ароматичних добавок, пластифікаторів та флотореагентів.

Щавлева кислота - у металургійній промисловості (видалення окалини).

Стеаринова C17H35COOH і пальмітинова кислота C15H31COOH - як поверхнево-активні речовини, мастильні матеріали в металообробці.

Олеїнова кислота C17H33COOH - флотореагент та збирач при збагаченні руд кольорових металів.

КАРБОНОВІ КИСЛОТИ

Головною складовою рослинних і тваринних жирів є складні ефіри гліцерину та вищих жирних кислот (граничних - C15H31COOH пальмітинової, C17H35COOH - стеаринової; ненасичених C17H33COOH - олеїнової; C17H31COOH - лінолевої; C1.

O
II
CH2-O-
C-R
| O
II
CH-O- C-R’
| O
II
CH2-O- C-R’’

Фізичні властивості

Жири, утворені граничними кислотами – тверді речовини, а ненасиченими – рідкі. Усі жири дуже погано розчиняються у воді.
Перший синтез жиру здійснив Бертло (1854 р.) при нагріванні гліцерину та стеаринової кислоти:

O
II
CH2-O
H HO-
C-C17H35

CH2-O-
C-C17H35
|

|
| O
II
CH-O
H + HO-C-C17H35
-®

CH-O-
C-C17H35 + 3H2O
|

|
| O
II
CH2-O
H HO-C-C17H35

CH2-O-
C-C17H35

Тристеарин

Хімічні властивості

1. Гідроліз (омилення) в кислому або лужному середовищі, або під дією ферментів:

У лужному середовищі утворюються мила – солі вищих жирних кислот (натрієві – тверді, калієві – рідкі).
Усі забруднення гідрофобні, вода їх погано змочує, тому прати у чистій воді малоефективно. Молекула кислотного залишку складається з двох частин: радикалу R, який виштовхується водою, та групи -COO-, яка полярна, гідрофільна і легко прилипає до часток забруднення. У мильному розчині вода, виштовхуючи зі свого середовища, вуглеводневі радикали видаляє разом з ними і групу -СОО-, яка адсорбована на поверхні забруднюючої частинки, і тим самим забруднення видаляється разом з кислотним залишком.
Звичайне мило погано стирає в жорсткій воді і зовсім не стирає в морській воді, тому що містять іони кальцію і магнію дають з вищими кислотами нерозчинні у воді солі:

2RCOO- + Ca ® (RCOO)2Ca¯

У сучасних миючих засобах часто використовують натрієві солі вищих алкілсульфокислот, які не зв'язуються іонами Ca у нерозчинні солі.

2. Гідрування (гідрогенізація) – процес приєднання водню до залишків ненасичених кислот, що входять до складу жиру. При цьому залишки ненасичених кислот переходять в залишки граничних, і рідкі рослинні жири перетворюються на тверді (маргарин).

3. Кількісною характеристикою ступеня ненасиченості жирів служить йодне число, що показує скільки йоду може приєднатися по подвійним зв'язкам до 100 г жиру.
При контакті з повітрям відбувається прогоркання жирів, в основі якого лежить окислення по подвійним зв'язкам (утворюються альдегіди та кислоти з коротким ланцюгом) та гідроліз під дією мікроорганізмів.

Карбоновими кислотами називаються похідні вуглеводнів, у молекулі яких міститься одна або кілька карбоксильних груп –COOH.

Загальна формула карбонових кислот:

Залежно від природи радикала, пов'язаного з карбоксильною групою, кислоти поділяються на граничні, ненасичені та ароматичні.

Число карбоксильних груп визначає основність кислот.

Загальна формула граничних одноосновних кислот: n H 2 n +1 COOH (або n H 2 n O 2).

За женевською номенклатурою назви кислот складаються з назв вуглеводнів з тим самим загальним числом атомів вуглецю, що й у кислоті, з додаванням закінчення ова та слова кислота.

Нижче наведені назви деяких кислот у наступному порядку: назва, що історично склалася, назва за раціональною, потім за женевською номенклатурою (слово «кислота» скрізь опущено):

НСООН - мурашина (карбонова, метанова);

СН 3 СООН - оцтова (метанкарбонова, етанова);

З 2 Н 5 СООН - пропіонова (етанкарбонова, пропанова);

З 3 Н 7 СООН - олійна (пропанкарбонова, бутана).

Найчастіше у практиці зустрічаються назви кислот, що історично склалися. Лише для складно побудованих кислот користуються женевською номенклатурою:

2-метилпентанова-1 кислота

4-етилгептана-1 кислота

Ізомерія карбонових кислот, як і у разі альдегідів, зумовлена ізомерією вуглеводневих радикалів.

Карбоксильна групапоєднує в собі дві функціональні групи - карбоніл і гідроксил, 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 властивості.

Нижчі представники граничних одноосновних кислот (до пропіонової кислоти включно) являють собою за звичайних умов рухливі рідини з різким запахом, що змішуються з водою в будь-яких співвідношеннях. Легко переганяються самі і з водяною парою. Наступні представники (починаючи з масляної) – маслянисті рідини з неприємним запахом, що обмежено розчиняються у воді. Вищі кислоти – тверді речовини, нерозчинні у питній воді. Всі кислоти жирного ряду розчиняються у спирті та ефірі.

Хімічні властивості.

Кислотні властивості. Якщо порівняти між собою формули будови спиртів та карбонових кислот

то може здатися, що внаслідок наявності у спиртів і кислот однакової групи (гідроксильної) властивості їх мають бути подібними.

Спирти мають настільки слабкі кислотні властивості, що кислу реакцію спиртів не можуть виявити навіть найчутливіші індикатори. Кислотні властивості спиртів (як і води) виявляються, наприклад, реакції з вільними лужними металами. Отже, кислотні властивості гідроксильного водню у спиртах дуже слабкі.

У той же час органічні кислоти, аналогічно неорганічним кислотам, мають яскраво виражені кислотні властивості. Водні розчини їх забарвлюють лакмус у червоний колір, що свідчить про дисоціацію органічних кислот на іони:

Водень карбоксильної групи на відміну від водню спиртового гідроксилу заміщається на метал не тільки при взаємодії з металами, а й при дії лугів, з утворенням солей карбонових кислот:

натрієва сіль пропіонової к-ти

Таким чином, властивості гідроксильного водню у спиртах помітно відрізняються від його властивостей у карбонових кислотах.

Карбонові кислоти зазвичай значно слабші за мінеральні.

Відновлення кислот. При відновленні кислот утворюються відповідний альдегід, який при подальшому відновленні перетворюється на спирт:

Зазвичай відновлюють самі кислоти, які хлорангидриды, ангідриди чи складні ефіри.

Також карбонові кислоти взаємодіють із:

1.Взаємодія з металами

2CH 3 COOH+Ca →(CH 3 COO) 2 Ca+H 2

2.Взаємодія з оксидами металів

2CH 3 COOH+CaO → (CH 3 COO) 2 Ca+H 2 O

3.Реакція нейтралізації

2CH 3 COOH+Ca(OH) 2 →(CH 3 COO) 2 Ca+2H 2 O

4.Взаємодія із солями

2CH 3 COOH+CaCO 3 → (CH 3 COO) 2 Ca+H 2 O+CO 2

5.Дія галогенуючих агентів

6.Галогенування кислот

CH 3 COOH+Br 2 →CH 2 BrCOOH

Застосування карбонових кислот

Мурашина кислота застосовується як відновник, в медицині-мурашиний спирт (1,25% спиртовий розчин мурашиної кислоти.

Оцтова кислота застосовується для синтезу барвників, медичних препаратів, складних ефірів при виробництві ацетатних волокон. У домашньому господарстві-як смакова та консервуюча речовина.

Способи одержання.

1. Окислення альдегідів та первинних спиртів – загальний спосіб отримання карбонових кислот. Як окислювачів застосовуються KМnО 4 і K 2 Сr 2 Про 7 . [O] [O]

R-CH 2 -OH → R-CH = O → R-CO-OH

спирт альдегід кислота

2. Одержання карбонових кислот із ціанідів (нітрилів) - це важливий спосіб, що дозволяє нарощувати вуглецевий ланцюг при отриманні вихідного ціаніду. Додатковий атом вуглецю вводять до складу молекули, використовуючи реакцію заміщення галогену в молекулі галогенвуглеводню ціанідом натрію, наприклад:

СН3-Вr + NaCN → CH3 - CN + NaBr.

Нітрил оцтової кислоти (метилціанід), що утворюється, при нагріванні легко гідролізується з утворенням ацетату амонію:

CH 3 CN + 2Н 2 О → CH 3 COONH 4 .

При підкисленні розчину виділяється кислота:

CH 3 COONH 4 + HCl → СН 3 СООН + NH 4 Cl.

3. Використання реактиву Гриньяра за схемою:

CH 3 -MgBr + CO 2 → CH 3 -COO-MgBr → CH 3 -COOH + Mg(OH)Br

4. Гідроліз складних ефірів:

CH 3 -COO CH 3 + КОН → CH 3 -COOK + CH 3 OH ,

CH 3 -COOK + HCl → CH 3 -COOH + KCl

Оцтову кислоту одержують каталітичним окисленням бутану киснем повітря:

2С 4 Н 10 + 5O 2 → 4СН 3 СООН + 2Н 2 О

5. Для отримання бензойної кислоти можна використовувати окислення монозамішаних гомологів бензолу кислим розчином перманганату калію:

5С 6 Н 5 -СН 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 = 5С 6 Н 5 СООН + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 + 14H 2 O.

53) Одноосновні ненасичені кислоти- похідні ненасичених вуглеводнів, у яких один атом водню заміщений карбоксильною групою.

А) У групі ненасичених кислот найчастіше використовують емпіричні назви: СН 2 =СН-СООН - акрилова (пропеновая) кислота, СН 2 =С(СН 3)-СООН - метакрилова (2-метилпропеновая) кислота

З 17 Н 33 СООН – олеїнова кислота (містить в молекулі один подвійний зв'язок), З 17 Н 31 СООН – лінолева кислота (у молекулі два подвійні зв'язки), З 17 Н 29 СООН – ліноленова кислота (у молекулі три подвійні зв'язки).

Б) Двоосновні граничні карбонові кислоти (двоосновні насичені карбонові кислоти) - карбонові кислоти, в яких насичений вуглеводневий радикал з'єднаний з двома карбоксильними групами -COOH. Усі вони мають загальну формулу HOOC(CH2)nCOOH, де n = 0, 1, 2, …

З 2 Н 2 Про 4 – щавлева кислота, З 3 Н 4 Про 4 – малонова кислота

В) Ароматичні карбонові кислоти – у більшості ароматичних кислот міститься принаймні одне бензольне кільце. Багато ароматичних карбонових кислот мають тривіальні назви: С 6 Н 5 СООН – бензойна кислота, СН 3 С 6 Н 4 СООН – орто-, мета- та пара-толуїлові кислоти, пара-НООС–С 6 Н 4 –СООН – терефталева кислота. Всі ці кислоти – кристалічні сполуки, які слабо розчиняються у воді і добре – у спирті. Бензойна кислота міститься в деяких природних смолах, входить до складу багатьох ефірних олій, знайдена в ягодах брусниці та журавлини, які можуть довго зберігатись, оскільки бензойна кислота – природний консервант. Бензойна кислота застосовується також у виробництві барвників та лікарських речовин.

54) Оцтова кислота - СН3СООН.

Оцтова кислота є безбарвною рідиною з характерним різким запахом і кислим смаком. Гігроскопічна. Необмежено розчинна у воді. Змішується з багатьма розчинниками; в оцтовій кислоті добре розчиняються органічні сполуки та гази, такі як HF, HCl, HBr, HI та інші.

Хімічні властивості

Як і мінеральні кислоти, оцтова кислота взаємодіє з металами, основними оксидами, основами та солями:

Застосування

Оцтова (метанкарбонова, етанова) кислота СН3-СООН.

У звичайних умовах (18-20ºС) є безбарвною рідиною з різким запахом, що кипить при 118,5ºС. При температурі нижче +16,6ºС (температура плавлення оцтової кислоти) безводна оцтова кислота твердне у вигляді кристалів, схожих на лід; внаслідок цього безводна оцтова кислота отримала назву крижаної оцтової кислоти.

Оцтова кислота має велике народногосподарське значення. Вона широко застосовується в різних галузях промисловості і в побуті. У хімічній промисловості оцтова кислота використовується для одержання вінілацетату, ацетату целюлози, барвників та багатьох інших речовин. У вигляді солей вона застосовується в текстильній промисловості як протруйні речовини, що служать для закріплення барвника на волокні. У харчовій промисловості оцтова кислота використовується для консервування продуктів; деякі складні ефіри оцтової кислоти застосовують у кондитерському виробництві тощо.

Оцтова кислота легко розчиняється у воді. У побуті застосовують 3-5%-ний розчин оцтової кислоти, відомий під назвою оцет.

Отримання

Оцтова кислота була відома ще в давнину. Її отримували у вигляді оцту з кислого виноградного вина. В даний час основним промисловим способом отримання оцтової кислоти є синтез з ацетальдегіду.

Реакція окислення ацетальдегіду в оцтову кислоту протікає кілька стадій. На першій стадії процесу відбувається приєднання однієї молекули кисню до молекули ацетальдегіду з утворенням так званої «надуцтової кислоти» (гідроперекису ацетилу):

Надоцтова кислота дуже нестійка сполука, що легко розпадається на оцтову кислоту та кисень з виділенням значної кількості тепла. Розкладання великих кількостей надоцтової кислоти може призвести до вибуху. У зв'язку з цим у процесі виробництва оцтової кислоти прагнуть до того, щоб у системі не накопичувалося великої кількості надоцтової кислоти.

У промисловості процес окислення ацетальдегіду зазвичай проводять у рідкому середовищі (у середовищі оцтової кислоти) у присутності каталізатора – ацетату марганцю. Найбільш зручним окислювачем є кисень. Процес проводиться в колоні безперервної дії, з охолоджувальними змійовиками. Ацетальдегід, що містить розчинений каталізатор, надходить донизу колони, по висоті якої розташовані чотири патрубки. Через патрубки надходить кисень. Процес протікає при температурі 65-70ºС та тиску в нижній частині колони близько 3 ат, а верхній частині близько 2 ат. Оцтова кислота з верхньої частини колони надходить на ректифікацію та очищення.

Для запобігання вибуху надоцтової кислоти та утворення вибухонебезпечних сумішей кисню з парами органічних речовин у газовий простір верхньої частини колони безперервно падає азот.

Перспективним методом отримання оцтової кислоти є рідкофазне окиснення бутану киснем повітря при 165-170ºС та тиску 50 ат:

Реакція протікає за значно складнішою схемою, ніж це зображено вище, причому в цьому процесі відбувається утворення цілого ряду побічних продуктів.

Карбоновими кислотаминазивають сполуки, в яких міститься карбоксильна група:

Карбонові кислоти розрізняють:

одноосновні карбонові кислоти;
двоосновні (дикарбонові) кислоти (2 групи СООН).

Залежно від будови карбонові кислоти розрізняють:

аліфатичні;
аліциклічні;
ароматичні.

Приклади карбонових кислот.

Одержання карбонових кислот.

1. Окислення первинних спиртів перманганатом калію та дихроматом калію:

2. Гіброліз галогензаміщених вуглеводнів, що містять 3 атоми галогену в одного атома вуглецю:

3. Одержання карбонових кислот із ціанідів:

При нагріванні нітрил гідролізується з утворенням ацетату амонію:

При підкисленні якого випадає кислота:

4. Використання реактивів Гриньяра:

5. Гідроліз складних ефірів:

6. Гідроліз ангідридів кислот:

7. Специфічні способи одержання карбонових кислот:

Мурашина кислота виходить при нагріванні оксиду вуглецю (II) з порошкоподібним гідроксидом натрію під тиском:

Оцтову кислоту одержують каталітичним окисленням бутану киснем повітря:

Бензойну кислоту отримують окисленням монозаміщених гомологів розчином перманганату калію:

Реакція Канніціаро. Бензальдегід обробляють 40-60% розчином гідроксиду натрію за кімнатної температури.

Хімічні властивості карбонових кислот.

У водному розчині карбонові кислоти дисоціюють:

Рівнавага зрушено сильно вліво, т.к. карбонові кислоти є слабкими.

Заступники впливають кислотність внаслідок індуктивного ефекту. Такі заступники відтягують електронну щільність він і них виникає негативний індуктивний ефект (-I). Відтягування електронної густини призводить до підвищення кислотності кислоти. Електронодонорні замісники створюють позитивний індуктивний заряд.

1. Утворення солей. Реагування з основними оксидами, солями слабких кислот та активними металами:

Карбонові кислоти – слабкі, т.к. мінеральні кислоти витісняють їх із відповідних солей:

2. Утворення функціональних похідних карбонових кислот:

3. Складні ефіри при нагріванні кислоти зі спиртом у присутності сірчаної кислоти – реакція етерифікації:

4. Утворення амідів, нітрилів:

3. Властивості кислот зумовлюються наявністю вуглеводневого радикалу. Якщо протікає реакція у присутність червоного фосфору, утворює наступний продукт:

4. Реакція приєднання.

8. Декарбоксилювання. Реакцію проводять сплавленням лугу із сіллю лужного металу карбонової кислоти:

9. Двоосновна кислота легко відщеплює СО 2при нагріванні:

Додаткові матеріали на тему: Карбонові кислоти.

	Калькулятори з хімії
Хімія онлайн на нашому сайті для вирішення завдань та рівнянь.

Хімічні сполуки, які складаються у тому числі з карбоксильної групи COOH, отримали від учених назву карбонові кислоти. Існує велика кількість найменувань цих сполук. Вони класифікуються за різними параметрами, наприклад, за кількістю функціональних груп, наявність ароматичного кільця і так далі.

Будова карбонових кислот

Як уже згадувалося, для того, щоб кислота була карбоновою, вона повинна мати карбоксильну групу, яка, у свою чергу, має дві функціональні частини: гідроксил і карбоніл. Їхня взаємодія забезпечується її функціональним поєднанням одного атома вуглецю з двома кисневими. Хімічні властивості карбонових кислот залежать від того, яку будову має ця група.

За рахунок карбоксильної групи ці органічні сполуки можна називати кислотами. Їхні властивості обумовлюються підвищеною здатністю іона водню H+ притягуватися до кисню, додатково поляризуючи зв'язок O-H. Також завдяки цій властивості органічні кислоти здатні дисоціювати у водних розчинах. Здатність до розчинення зменшується обернено пропорційно зростанню молекулярної маси кислоти.

Різновиди карбонових кислот

Хіміки виділяють кілька груп органічних кислот.

Моноосновні карбонові кислоти складаються з вуглецевого скелета і лише однієї функціональної карбоксильної групи. Кожен школяр знає хімічні властивості карбонових кислот. 10 клас навчальної програми з хімії включає безпосередньо вивчення властивостей одноосновних кислот. Двоосновні та багатоосновні кислоти мають у своїй структурі дві і більше карбоксильних груп відповідно.

Також за наявності або відсутності подвійних та потрійних зв'язків у молекулі бувають ненасичені та насичені карбонові кислоти. Хімічні властивості та їх відмінності будуть розглянуті нижче.

Якщо органічна кислота має у складі радикала заміщений атом, то її назва включається найменування групи-заступника. Так, якщо атом водню заміщений галогеном, то в назві кислоти буде найменування галогену. Такі ж зміни зазнає найменування, якщо відбудеться заміщення на альдегідну, гідроксильну або аміногрупу.

Ізомерія органічних карбонових кислот

В основі отримання мила лежить реакція синтезу складних ефірів перерахованих вище кислот з калієвою або натрієвою сіллю.

Способи одержання карбонових кислот

Способів і методів отримання кислот із групою COOH існує безліч, але найчастіше застосовуються такі:

Виділення із природних речовин (жирів та іншого).
Окислення моноспиртів або сполук з COH-групою (альдегідів): ROH (RCOH) [O] R-COOH.
Гідроліз тригалогеналканів у лугу з проміжним одержанням моноспирту: RCl3 +NaOH=(ROH+3NaCl)=RCOOH+H2O.
Омилення або гідроліз ефірів кислоти та спирту (складних ефірів): R-COOR"+NaOH=(R-COONa+R"OH)=R-COOH+NaCl.
Окислення алканів перманганатом (жорстке окиснення): R=CH2 [O], (KMnO4) RCOOH.

Значення карбонових кислот для людини та промисловості

Хімічні властивості карбонових кислот мають значення для життєдіяльності людини. Вони надзвичайно необхідні для організму, тому що у великій кількості містяться у кожній клітині. Метаболізм жирів, білків та вуглеводів завжди проходить через стадію, на якій виходить та чи інша карбонова кислота.

Крім того, карбонові кислоти використовують під час створення лікарських препаратів. Жодна фармацевтична промисловість не може існувати без застосування властивостей органічних кислот.

Важливу роль з'єднання з карбоксильною групою грають і в косметичній промисловості. Синтез жиру для подальшого виготовлення мила, миючих засобів та побутової хімії заснований на реакції етерифікації з карбоновою кислотою.

Хімічні властивості карбонових кислот знаходять свій відбиток у життєдіяльності людини. Вони мають велике значення для людського організму, тому що у великій кількості містяться у кожній клітині. Метаболізм жирів, білків та вуглеводів завжди проходить через стадію, на якій виходить та чи інша карбонова кислота.