ДИКАРБОНОВИМІ КИСЛОТАМИ називають похідні вуглеводнів, які містять в своєму складі дві карбоксильні групи

Лекція № 12

Карбонові кислоти

Загальна формула карбонових кислот:

Класифікація карбонових кислот

Залежно від природи радикала, пов'язаного з карбоксильною групою, кислоти ділять на:

· аліфатичні	ароматичні
бензойна кислота
насичені	ненасичені
оцтова СН3-СОOH	акрилова CH2=CH–COOH
стеаринова С17Н35-СОOH	олеїнова С17Н33-СОOH

Число карбоксильних груп визначає основність кислот:

· одноосновні	· двохосновні
оцтова (етанова) СН3-СОOH	щавлева (етандіова)	COOH I COOH

Загальна формула насичених одноосновних кислот: С_nH_2n+1COOH (або С_nH_2nO₂).

Номенклатура

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

Ізомерія карбонових кислот

1. Для аліфатичних кислот – ізомерія вуглеводневого радикалу.

2. Для ароматичних - ізомерія положення замісника при бензольному кільці.

3. Міжкласова ізомерія з естерами (наприклад, CH₃COOH і HCOOCH₃).

Одержання

1) окиснення первинних спиртів і альдегідів киснем в присутності каталізаторів KMnO₄; K₂Cr₂O₇:

2) промисловий синтез мурашиної кислоти:

a) каталітичне окиснення Метану

2CH₄ + 3O₂ ––^t°® 2H–COOH + 2H₂O

б) 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

б) нагріванням суміші оксиду вуглецю (II) і метанолу на каталізаторі під тиском

CH₃OH + CO ® CH₃COOH

4) окисненням гомологів бензолусинтезують ароматичні кислоти:

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

толуол бензойна

кислота

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

СH₃COOС₂Н₅ ––^{t°, Н2О}® СH₃COOН + С₂Н₅ОН

етилацетат етанова кислота етанол

Хімічні властивості

1. Через зсув електронної густини 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 володіють властивостями, характерними 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 слабшіі за багато сильних мінеральних кислот (HCl, H₂SO₄ і т.д.) і тому витісняються ними з солей:

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

3. Утворення функціональних похідних:

a) при взаємодії із спиртами (у присутності концентрованої H₂SO₄) утворюються складні ефіри. Утворення складних ефірів при взаємодії кислоти і спирту у присутності мінеральних кислот називається реакцією ЕСТЕРИФІКАЦІЇ (ester з латинського "ефір"). Дану реакцію розглянемо на прикладі утворення метилового ефіру оцтової кислоти з оцтової кислоти і метилового спирту:

CH₃– –OH оцтова кислота + HO–CH₃ метиловый спирт ®

® CH₃– –OCH₃ метиловиий ефір оцтової кислоти + H₂O

Загальна формула складних ефірів (естерів) R– –OR’ , де R і R' – вуглеводневі радикали в складних ефірах.

Зворотною реакцією є гідроліз складного ефіру (ОМИЛЕННЯ):

CH₃– –OCH₃ + HO–H ® CH₃– –OH + CH₃OH

метилацетат етанова кислота метанол

Як видно, процес етерифікації оборотний:

CH₃– –OH + HO–CH₃ « CH₃– –OCH₃ + H₂O

При настанні хімічної рівноваги в реакційній суміші знаходитимуться як початкові, так і кінцеві речовини. Каталізатор (іони водню) – однаково прискорюють пряму і зворотну реакції, тобто досягнення рівноваги. Щоб зсунути рівновагу у бік утворення естеру, слід брати в надлишку початкові кислоту або спирт, або видаляти один з продуктів реакції зі сфери взаємодії – наприклад, відганяючи естер або зв'язуючи воду водовіднімаючими засобами.

б) при дії водовіднімаючих реагентів в результаті міжмолекулярної дегідратації утворюються ангідриди:

CH₃– –OH + H–O– –CH₃ ––^(P2O5)® CH₃– –O– –CH₃ + H₂O

оцтовий ангідрид

c) при обробці карбонових кислот п'ятихлористим фосфором одержують хлорангідриди

CH₃– –OH + PCl₅ ® CH₃– –Cl + POCl₃ + HCl

хлорангідрид

оцтової кислоти

Гідроліз всіх функціональних похідних карбонових кислот (ангидридів, хлорангидридів, складних ефірів і ін.) приводить в кислому середовищі до початкових карбонових кислот, а в лужному середовищі – до їх солей.

4. Галогенування. При дії галогенів (у присутності червоного фосфору) утворюються
a-галогензаміщені кислоти:

a- Галогензаміщені кислоти – більш сильні кислоти, ніж карбонові, за рахунок електроноакцепторних властивостей атома галогену.

До ненасичених карбонових кислот відносяться карбонові кислоти, які містять у вуглеводному радикалі кратний зв'язок. В номенклатурі ненасичених кислот широко використовують тривіальні назви. За ІЮПАК назви ненасичених кислот утворюють аналогічно насиченим, використовуючи суфікс –ен для позначення подвійного зв'язку і суфікси –ин для позначення потрійного.

Реакційна здатність ненасичених монокарбонових кислот зумовлена наявністю в їх структурі карбоксильної групи, зокрема, вони утворюють солі, галогенангідриди, ангідриди, естери, аміди. По кратному зв'язку у вуглеводневому радикалі ненасичені кислоти мають властивості алкенів (алкінів).

ВИЩІ КАРБОНОВІ КИСЛОТИ були виділені з жирів, тому одержали назву жирних. Ці з'єднання (ВЖК) входять до складу багатьох ліпідів – групи речовин, що містяться в тваринних і рослинних тканинах, що виконують ряд важливих функцій не розчинних у воді, але розчинних в малополярних розчинниках. ВЖК, в більшості, монокарбонові кислоти з нерозгалуженим вуглецевим ланцюгом і парним числом атомів Карбону (частіше всього 16 і 18 атомів). ВЖК проявляють хімічні властивості, характерні для карбонових кислот взагалі.

У ліпідах організму людини ВЖК можуть бути представлені насиченими (стеаринова, пальмітинова) і ненасиченими (олеїнова, лінолева, линоленова, арахідонова) кислотами, рідше – циклічними і гідроксикислотами. Особливо важлива роль поліненасичених лінолевої і ліноленової кислот як сполук, незамінних для людини. Вони сприяють зниженню в крові холестеролу – одного з чинників розвитку атеросклерозу.

Застосування

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

Оцтова кислота– в харчовій і хімічній промисловості (виробництво ацетилцелюлози, з якої одержують ацетатне волокно, органічне скло, кіноплівку; для синтезу фарбників, медикаментів і складних ефірів).

Масляна кислота– для отримання ароматизуючих добавок, пластификаторів і флотореагентів.

Щавлева кислота– в металургійній промисловості (видалення окалини).

СтеариноваC₁₇H₃₅COOH і пальмітинова кислоти C₁₅H₃₁COOH – як поверхнево-активні речовини, змащувальні матеріали в металообробці.

Олеїнова кислотаC₁₇H₃₃COOH – флотореагент і збирач при збагаченні руд кольорових металів.

ДИКАРБОНОВИМІ КИСЛОТАМИ називають похідні вуглеводнів, які містять в своєму складі дві карбоксильні групи.

НО– –R– –OН’

У номенклатурі дикарбонових кислот застосовують тривіальні назви. За номенклатурою ІЮПАК назви дикарбонових кислот утворюють з назв відповідних вуглеводнів з додаванням префікса – ди-, суфікса – ова і слова кислота.

COOH

½

COOH етандіова кислота (щавлева кислота)

Ізомерія дикарбонових кислот обумовлена різною структурою вуглецевого скелету.

Одержують дикарбонові кислоти тими ж методами, що і монокарбонові, використовуючи як початкові речовини біфункціональні сполуки.

За хімічними властивостями дикарбонові кислоти схожі до монокарбонових, але утворюють два ряди похідних (дисоціюють ступінчасто – утворюють солі кислі і середні, естери повні і неповні, галогенангідриди та аміди). Крім того, дикарбоновв кислоти проявляють ряд специфічних властивостей:

а) при нагріванні декарбоксилюються по одній карбоксильній групі і перетворюються на монокарбонові;

б) починаючи з янтарної кислоти при нагріванні утворюють циклічні ангідриди (янтарний та глутаровий, у випадку нагрівання гександіової кислоти - циклопентанон).

Ненасичені дикарбонові кислотимістять в своєму складі дві карбоксильні групи і кратний вуглець-вуглецевий зв'язок. Представниками даних кислот є малеїнова і фумарова кислоти, які є геометричними цис- і транс- ізомерами.

Так, малеїнова і фумарова кислоти відрізняються розташуванням карбоксильних груп відносно площини, яка проходить через середину π-звязку (рис.6)

Рис.6. Геометричні ізомери:

а) малеїнові кислота (цис-ізомер), б) фумарола кислота (транс-ізомер)

За хімічними властивостями ці кислоти схожі до насичених мононокарбонових кислот і ненасичених вуглеводнів.

Ароматичні дикарбонові кислоти містять дві карбоксильні групи безпосередньо сполучені з ароматичним ядром. Найважливішими представниками є фталева кислота і її ізомери.

Поиск по сайту: