Основні реакції карбонових кислот. Отримання карбонових кислот

Основні методи наступні.

1. Окислення первинних спиртів.

1-я стадія - утворення альдегідів.

СН 3 СН 2 ОНCН 3 СНО

2-я стадія - отримання цільового продукту.

CН 3 СНО

CН 3 СООН

2. Гідроліз нітрилів.

R – C  N + 2HOH  R – COOH + NH 3

3. оксосинтезом з ненасичених вуглеводнів.

СН 3  СН = СН 2 + СО + Н 2 О

CН 3 СН 2 СН 2 СООН

В процесі оксосінтеза найчастіше молекули виходять продуктів містять на один атом вуглецю більше, ніж вихідних речовин.

Хімічні властивості карбонових кислот

1. Реакції з участііем водню карбоксильної групи.

1.1. Деякі кислоти істотно диссоциируют з відщепленням катіона Н +.

Н – СООН ⇄ НСОО  + Н +

Як зазначалося раніше, для карбонових кислот характерні відносно високі константи дисоціації. Для мурашиної кислоти маємо:

НСОО  форміат-іон; СН 3 СОО  ацетат-іон.

1.2. Взаємодія з металами

2RCOOH + Mg  (RCOO) 2  Mg + H 2

1.3. Взаємодія з лугами.

RCOOH + NaOH  RCOONa + H 2 O

1.4. Взаємодія з основними оксидами.

2СН 3 СООН + MgO (СН 3 СОО) 2 Mg + Н 2 О

1.5. Взаємодія з солями слабших (близьких по силі) кислот.

2СН 3 СООН + Na 2 CO 3  2СН 3 СООNa + H 2 CO 3

2. Реакції з участю карбоксильної групи.

2.1. Реакції з галогенідами фосфору.

2.2. Реакції з аміаком. При змішуванні кислоти і аміаку спочатку утворюється сіль амонію, яку потім піддають сухій перегонці:

Окремий випадок.

2.3. Реакції з спиртами

2.4. Димеризація з утворенням ангідридів кислот.

Ч аСТН випадок:

3. Реакції з участю водню -вуглецевого атома.

3.1. Галогенування.

Хлорування, як окремий випадок галогенування.

4. Реакції окислення.

НСООН + [O]  HO  COOH  H 2 O + CO 2 

Властивості окремих представників гомологічного ряду

Мурашина кислота НСООН міститься в хвої, кропиві, в виділеннях мурашок. Це - безбарвна рідина з різким неприємним запахом. Викликає опік шкіри, змішується з водою, ефірами, спиртами в будь-яких відносинах. d \u003d 1,21 г / см 3.

Оцтова (метанова, метілкарбоновая) кислота СН3СООН. При звичайній температурі - безбарвна рідина з різким запахом. Змішується з водою, етанолом, діетиловим і диметилового ефіру, бензолом в будь-яких відносинах. Нерастворима вCS 2. Оцтова есенція - 70-80% -ний розчин СН3СООН. Харчовий оцет - 5% -ний розчин. Т пл \u003d 17С, Т кип \u003d 118,1С, d \u003d 1,05 г / см 3. Застосовується при фарбуванні, в шкіряної промисловості, в харчовій промисловості, для отримання складних ефірів (ацетатів).

Оцтовий ангідрид. Т пл \u003d 73,1С, Т кип \u003d 139,5С. Володіє різким запахом, розчинний в бензолі, диметиловому ефірі, хлороформі. Дипольний момент2,82D, H 2 O1,84D. У великих масштабах використовується для отримання ацетату целюлози, фармацевтичних препаратів.

Завдання по темі

Завдання 1.Розрахувати масову частку солі в розчині одноосновної граничної карбонової кислоти з його вихідної масою 200 г і масовою часткою водню в кислоті 8,1%, якщо сіль отримана при поглинанні розчином 5,6 л аміаку (умови нормальні).

Запишемо рівняння реакції.

З k H 2k + 1 COOH + NH 3 \u003d С k H 2k + 1 COONH 4. (1)

Встановимо молекулярну формулу кислоти.

;

;

200k + 200 \u003d 113,4k + 372,6;

.

Уточнене рівняння реакції має вигляд:

З 2 H 5 COOH + NH 3 \u003d С 2 H 5 COONH 4,

з якого випливає:

n (NH 3) \u003d n (С 2 H 5 COONH 4);

m (С 2 H 5 COONH 4) \u003d n (С 2 H 5 COONH 4)  M (С 2 H 5 COONH 4) \u003d

N (NH 3)  M (С 2 H 5 COONH 4) \u003d

m (NH 3) \u003d n (NH 3)  M (NH 3) \u003d

m 2 (розчину) \u003d m 1 (розчину) + m (NH 3);

m 2 (розчину) \u003d 200 + 4,25 \u003d 204,25 м

Завдання 2.При взаємодії суміші одноосновних карбонових кислот загальною масою 50 г з надлишком оксиду срібла виділилося 16,8 л газу (умови нормальні). Потім через отриманий розчин пропустили надлишок аміаку. Знайти масу утворилася солі, якщо наведена масова частка кисню в еквімолярної суміші кислот дорівнює 60,4%.

Запишемо рівняння реакції взаємодії вихідних речовин з оксидом срібла, врахувавши, що з граничних одноосновних карбонових кислот з ним реагує тільки мурашина кислота.

НСООН + Ag 2 O \u003d CO 2 + H 2 O + 2Ag (1)

Для інших

З k H 2 k +1 COOH + Ag 2 Oреакція не йде. (2)

З використанням рівняння реакції (1) знайдемо масу мурашиної кислоти:

n (НСООН) \u003d n (CO 2); m (НСООН) \u003d n (НСООН) M (НСООН) \u003d

N (CO 2) M (НСООН) \u003d

м

Знайдемо молекулярну формулу невідомої карбонової кислоти.

;

;

6400 \u003d 845,6k + 5556,8;

.

Молекулярна формула кислоти СН 3 СООН.

В результаті взаємодії НСООН з оксидом срібла в розчині залишається тільки оцтова кислота, яка при взаємодії з надлишком аміаку і утворює сіль за рівнянням реакції:

СН3СООН + NH 3 \u003d СH 3 COONH 4. (3)

m (СН 3 СООН) \u003d m (суміші) -m (HCOOH) \u003d 50 - 34,5 \u003d 15,5 м

З рівняння реакції (3) маємо:

n (СН 3 СООН) \u003d n (СH 3 COONH 4);

m (СH 3 COONH 4) \u003d n (СH 3 COONH 4)  M (СH 3 COONH 4) \u003d

Науково доведено, що масляна кислота або бутират - одна з найкорисніших коротко жирних кислот для кишечника. Вона є важливим субстратом для енергетичного забезпечення клітин кишечника, нормалізує мікрофлору шляхом придушення розвитку патогенних бактерій і володіє ще рядом необхідних для здоров'я властивостей.

Що таке масляна кислота

Рослинної клітковини приписують багато чудодійних властивостей, починаючи від того, що вона сприяє схудненню і закінчуючи очищенням кишечника від шлаків. Мало хто обізнані, що клітковина грає ключову роль в здоров'я шлунково-кишкового тракту. Так, потрапляючи в товстий кишечник, вона розщеплюється кишковою мікрофлорою, внаслідок чого утворюються коротколанцюгові жирні кислоти (КЖК). До них відносяться:

пропіонова - пропіонат;
оцтова кислота або ацетат;
масляна - бутират.

Бактеріальний синтез бутирата в кишечнику відбувається за рахунок анаеробних бактерій. У нормі, для здоров'я товстого кишечника окислювальний процес, утворений мікрофлорою, повинен забезпечувати 5 г низкомолекулярной кислоти для підтримки гомеостазу товстого кишечника і постачання клітин його слизової - колоноцитов енергією. Виробляються КЖК бактеріями, постійно мешкають в кишечнику:

грамнегативними бактеріями роду Bacteroides, питома вага яких в кишечнику найзначніший;
роду clostridium, eubacterium;
грамнегативними бактеріями роду faecalibacterium і іншими.

Хімічні властивості

Анаеробні бактерії забезпечують виробництво бутирата в умовах без доступу кисню. Одноосновная бутанова кислота має ізомери, теж вироблені кишковими корисними бактеріями. До них відносяться:

ізомасляной кислота;
ізобутановая кислота.

По суті, отримані внаслідок ферментативної переробки рослинного матеріалу короткоцепочечние кислоти, в тому числі і масляна, є побічним продуктом анаеробного процесу розщеплення. Хімічні властивості даної речовини характерні для коротко карбонових кислот. Наприклад, взаємодія зі спиртами дає реакцію етерифікації (отримання за допомогою спирту ефіру).

Фізичні властивості

Бутират є рідиною, яка не має кольору, з яскраво вираженим запахом згірклого масла. Має молярну масу 81 г / моль, температуру плавлення - -5 ° С, кипіння - 173 ° С. При кімнатній температурі бутират добре розчиняється в воді і змішується з органічними окислювачами. Невеликі кількості бутанової кислоти знаходяться в нафти, коров'ячому вершковому маслі.

Склад масляної кислоти і структурна формула

Бутанова (масляна) кислота має дуже просту структуру: одну подвійну з киснем і одну карбоксильну групу, 2 молекули кисню і одну подвійну зв'язок. Ланцюжок, яка утворюється структурними зв'язками, створюється коротка і проста, звідси і назва групи жирних кислот - короткоцепочечние. Солі, утворені з натрієм і кальцієм, ефіри даної кислоти називаються бутират, вони широко використовуються в тваринництві.

Навіщо потрібні коротколанцюгові жирні кислоти

Існують наукові докази зв'язку між дефіцитом КЖК і захворюваннями кишечника. З усіх КЖК масляна кислота має найбільші корисними властивостями для здоров'я кишечника, які обумовлені її хімічними властивостями. Фізіологічний ефект, який чинить низькомолекулярними кислотами на слизову кишечника, виражається в наступному:

стимулюють кровообіг;
знижують рівень рН;
джерело енергії для клітин;
стимулюють всмоктування калію, магнію, води і утворення захисної слизу.

При порушенні мікрофлори виникає дефіцит КЖК, що може привести до діарейним синдрому, здуття. Стабільне порушення вироблення корисних кислот може спровокувати:

захворювання товстого кишечника;
окислювальний стрес;
активний розвиток умовно патогенних мікроорганізмів;
ризик появи пухлин, ракових новоутворень;
розвиток запальних процесів.

Підтримка кишкового гомеостазу

Сукупність властивостей бутирата забезпечує гомеостаз кишечника за рахунок підтримки нормального рівня рН і постачання кров'ю слизової. Гомеостаз підтримується до того ж за рахунок регуляції вироблення кишечником ряду рецепторів - компонентів вродженого імунітету, які перешкоджають виникненню запальних процесів слизової оболонки товстого кишечника.

протиракову дію

Присутність в кишечнику бутирата в фізіологічно необхідній кількості забезпечує протираковий захист слизової. За даними досліджень, дана КЖК здатна пригнічувати активність клітин, що викликають онкологію. Практичні висновки з цього приводу були зроблені за результатами змісту бутирата в слизовій здорових людей і у пацієнтів з новоутвореннями даного органу.

протизапальні властивості

Хвороби кишечника, які супроводжуються запаленням, можуть бути спровоковані дефіцитом коротко жирних кислот. При недостатній її виробленні мікрофлорою підвищується активність патогенних мікроорганізмів, порушується слизова оболонка і легко піддається згубному впливу. Якщо ж кількість бутирата знаходиться в нормі, знижується секреція прозапальних медіаторів, а підвищується вивільнення протизапального цитокіну.

Зниження рівня цукрів крові при діабеті

Точний механізм впливу коротко жирних кислот на механізм вироблення глюкози. Однак досвідченим шляхом доведено, що вживання клітковини в достатній кількості, яке сприяє вироблення КЖК, допомагає уникнути виникнення ожиріння і цукрового діабету. Клітини кишечника здатні продукувати глюкозу і цей процес контролюють корисні кислоти, перешкоджаючи виникненню цепочной реакції, яка провокує появу почуття голоду і надмірне вживання вуглеводів, цукрів.

Як калічити надходження в організм масляної кислоти

Одним з найдієвіших способів налагодити роботу кишечника - забезпечити їжу для корисної мікрофлори. Сьогодні існує три основних способи збільшити вироблення коротко ЖК в товстому кишечнику:

шляхом корекції щоденного раціону;
вживання спеціальних препаратів з готовими кислотами;
прийом харчових добавок.

Їжею для бактерій є харчові волокна, які не перетравлюються тонким кишечником, а розщеплюються на КЖК і вуглеводи в товстій кишці. Корисно вживати в їжу ферментовані продукти, які піддавалися процесу бродіння і резистентні крохмалі. Збільшення кількості ферментованих і багатих натуральної клітковиною, стійким крохмалем продуктів в раціоні - найдієвіший спосіб збільшити вироблення КЖК. До продуктів, що містять резистентний крохмаль, відносять:

картопля (приготований, охолоджений);
горох;
пшеничний, житній хліб;
сочевиця;
банан;
квасоля;
кукурудзяні пластівці;
повітряна пшениця.

На важливості вживання сталого (резистентного) крохмалю доведена науково: за даними перехресних досліджень вживання продуктів з таким видом крохмалю запобігає згубний вплив червоного м'яса на здоров'я слизової. Червоне м'ясо, перетравлюване без присутності стійкого крохмалю, провокує збільшення кількості онкогенних молекул. Результати даного дослідження зайвий раз доводять важливість раціонального і різноманітного харчування для здоров'я.

прийом біодобавок

Для нормальної роботи шлунково-кишкового тракту в різних відділах кишечника повинні бути присутніми бактерії, які допомагають травленню на різних етапах. Коригувати їх кількість можливо шляхом вживання спеціальних біодобавок, які можуть мати в своєму складі як самі бактерії, так і пробіотики - їжу для корисної мікрофлори. Пробіотичні препарати мають в своєму складі клітковину, інулін, часто - лактітол і інші важкозасвоюване дисахариди, які є їжею для мікрофлори.

Препарати масляної кислоти

При лікуванні таких захворювань, як дистальний виразковий коліт, поліпоз товстого кишечника, функціональних порушень і запальних процесів в кишечнику призначають препарати з бутират. Концентрація активної речовини в капсулах відповідає добової норми вироблення бутирата мікрофлорою у здорової людини. В капсули з корисною кислотою часто додають інулін або інші вуглеводи для того, щоб не тільки забезпечити лікувальний вплив, а й налагодити природну вироблення бутирата. Застосування таких ліків має здійснюватися після консультації лікаря.

Карбонові кислоти - органічні біосоедіненія, які в структурі своїх молекул містять одну або кілька карбоксильних груп. Клас об'єднує величезна кількість органічних речовин, які містять їх в структурі. Крім цих груп, в молекулах карбонових кислот можуть бути присутні й інші функціональні групи, які обумовлюють властивості, не характерні для сполук з тільки карбоксильними групами.

Одноосновні насичені карбонові кислоти - похідні алканів, в молекулі яких атом водню заміщений на СООН. Такі сполуки іноді називають кислотами алифатического, або жирного, ряду, оскільки деякі з них виділені з продуктів гідролізу жирів.

Карбонові кислоти в природі знаходяться у вільному (наприклад, мурашина - в виділеннях комах, в сечі і поті тварин, кропиві, деяких фруктах і овочах) і пов'язаному (наприклад, вищі жирні кислоти у вигляді тріацілгіцеролов) станах. Вищі жирні кислоти отримують внаслідок гідролізу і масел. Більшість органічних кислот отримують методами органічного синтезу.

Ізомасляной кислота виходить в процесі окислення изобутилового спирту. Для окислення ізобутанолу використовують лужний розчин марганцевокислого калію. У лабораторних умовах зазначену кислоту також можна отримати при окисленні ізомасляной альдегіду. У природних умовах вона міститься в нафті і коренях арніки. Зазначена кислота використовується в процесі виготовлення парфумерної продукції, виробництві пластифікаторів для лаків, емульгаторів.

Перші гомологи (мурашина, ацетатна, пропіонова і масляна кислоти) одноосновних насичених карбонових кислот мають різкий запах, добре змішуються з Н2О в різних співвідношеннях. Наступні три представника - кислоти з неприємним запахом, всі інші - тверді речовини.

Масляна кислота - рідина з різким неприємним запахом, кипить при температурі 163,5 С. \u200b\u200bЗустрічається у вільному стані (піт) і у вигляді ефірів (гліцериди коров'ячого масла).

Масляна кислота: формула - С3Н7СООН

Оскільки вказане з'єднання має в своїй структурі одну карбоксильну групу, його відносять до одноосновними Масляна кислота утворюється внаслідок олійно-кислого бродіння вуглеводів, в промисловості - окисленням н-бутану або масляного альдегіду. Ця кислота використовується при виробництві ароматичних речовин, синтезі медикаментів, виробництві пластифікаторів, ацетілбутірата целюлози і т.д.

Низькомолекулярні кислоти можуть також утворюватися в процесі бактеріального синтезу в товстому кишечнику. Однією з найважливіших низькомолекулярних кислот, які синтезуються в кишечнику, є масляна кислота. Науково доведено кореляційний зв'язок між дефіцитом низькомолекулярних кислот і частотою розвитку і загострення захворювань товстого кишечника (виразковий коліт, злоякісні новоутворення). Масляна кислота - основний енергетичний матеріал для епітеліоцитів, вона підтримує кишковий гомеостаз. Зазначена кислота проявляє антиканцерогенну та протизапальну дію, впливає на апетит, попереджає розвиток оксидативного стресу.

Для лікування деяких захворювань медики використовують цю кислоту в терапевтичних цілях. Спочатку зазначена кислота в організм вводилася ректально, оскільки при пероральному введенні вона швидко гідролізіровивалась в шлунку. Терапевтичний ефект в даному випадку був незначним. Зарубіжні фахівці розробили нову лікарську форму биоактивного речовини для перорального вживання. У структуру препарату входив бутират натрію і полімерна оболонка. Однак і цей препарат виявляв низьку ефективність. Кращий терапевтичний ефект отримали при використанні препарати, до складу яких входить бутират кальцію і пребиотик (засіб «Закофальк»).