Как получить карбоновую кислоту. Физические, химические свойства и формула карбоновых кислот

Урок поможет вам получить представление о теме «Химические свойства предельных одноосновных карбоновых кислот» (школьная программа по химии 10 класса). В ходе занятия вы узнаете про химические свойства предельных карбоновых кислот, которые обусловлены наличием в их молекуле карбоксиловой группы.

Тема: Карбонильные соединения. Карбоновые кислоты

Урок: Химические свойства предельных одноосновных карбоновых кислот

Из названия этих соединений можно предположить, что им характерны кислотные свойства.

Кислотные свойства

Кислотные свойства - способность к отщеплению иона водорода.

⇆ +H +

В чем проявляются кислотные свойства карбоновых кислот?

1. Наличие свободного иона водорода в растворах кислот обуславливает их кислый вкус и взаимодействие с индикаторами.

2. Кислоты взаимодействуют с активными металлами, выделяя водород:

2СН 3 СOOH + Mg →(СН 3 СOO) 2 Mg + H 2 .

этанат магния

(ацетат магния)

3. Реакции c основаниями:

СН 3 СOOH + NaOH → СН 3 СOONa + H 2 O.

4. Реакции с основными оксидами:

2СН 3 СOOH + ZnO → (СН 3 СOO) 2 Zn + H 2 O.

5. Реакции с солями более слабых кислот:

Электролит - вещество, диссоциирующее на ионы в растворе или расплаве.

Сильный электролит - электролит, диссоциирующий на ионы полностью.

Слабый электролит - электролит, диссоциирующий на ионы частично.

Карбоновые кислоты → слабые электролиты:

СН 3 СООН СН 3 СОО - + Н +

От чего зависит сила карбоновой кислоты?

1. От строения

Чем больше положительный заряд на атоме водорода в молекуле кислоты, тем более сильным электролитом она будет. Наличие электронодонорных углеводородных радикалов рядом с карбоксильной группой уменьшает способность кислоты диссоциировать.

2. От наличия других групп в молекуле

Введение электроноакцепторных заместителей увеличивает положительный заряд на атоме водорода и силу кислоты.

Нуклеофильное замещение (реакция этерификации)

Карбоновые кислоты взаимодействуют со спиртами в присутствии катализатора - серной кислоты, образуя сложные эфиры .

Декарбоксилирование - удаление карбоксильной группы.

1. При нагревании с твердыми щелочами соли карбоновых кислот дают алкан с числом атомов углерода на единицу меньше, а карбоксильная группа удаляется в виде карбоната:

RCOONa тв + NaOH тв RH + Na 2 CO 3 .

2. Твердые соли карбоновых кислот со щелочноземельными металлами при нагревании дают кетон и карбонат:

(СН 3 СОО) 2 Са СН 3 -СО-СН 3 + СаСО 3 .

3. Бензойная кислота при прокаливании разлагается на бензол и углекислый газ:

Ph-COOH PhH + CO 2 .

4. При электролизе водных растворов солей карбоновых кислот на аноде выделяется углекислый газ, а углеводородные радикалы объединяются в алкан (реакция Кольбе):

2RCOONa + Н 2 О → R-R + 2CO 2 + 2NaOH.

При электролизе без диафрагмы (с неразделенным катодным и анодным пространством) гидроксид натрия взаимодействует с углекислым газом, и одним из продуктов является гидрокарбонат:

2RCOONa + Н 2 О →R-R + 2NaHCO 3 .

Подведение итога урока

При помощи данного урока вы смогли самостоятельно изучить тему «Химические свойства предельных одноосновных карбоновых кислот» (школьная программа по химии 10 класса). В ходе занятия вы узнали химические свойства предельных карбоновых (органических) кислот, которые обусловлены наличием в их молекуле карбоксильной группы.

Список литературы

1. Рудзитис Г.Е. Химия. Основы общей химии. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - 14-е издание. - М.: Просвещение, 2012.

2. Химия. 10 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин и др. - М.: Дрофа, 2008. - 463 с.

3. Химия. 11 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин и др. - М.: Дрофа, 2010. - 462 с.

4. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. - 4-е изд. - М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2012. - 278 с.

Домашнее задание

1. №№ 2, 4 (с. 113) Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия: Органическая химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень/ Г. Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - 14-е издание. - М.: Просвещение, 2012.

2. Какие две кислоты имеют общую молекулярную формулу С 4 Н 8 О 2. Назовите их.

3. Какая из кислот монохлоруксусная или уксусная должна быть сильнее? Почему?

Химические соединения, которые состоят в том числе и из карбоксильной группы COOH, получили от ученых название карбоновые кислоты. Существует большое количество наименований этих соединений. Они классифицируются по разным параметрам, например, по количеству функциональных групп, наличию ароматического кольца и так далее.

Строение карбоновых кислот

Как уже упоминалось, для того чтобы кислота была карбоновой, она должна иметь карбоксильную группу, которая, в свою очередь, имеет две функциональные части: гидроксил и карбонил. Их взаимодействие обеспечивается ее функциональным сочетанием одного атома углерода с двумя кислородными. Химические свойства карбоновых кислот зависят от того, какое строение имеет эта группа.

За счет карбоксильной группы эти органические соединения можно называть кислотами. Их свойства обуславливаются повышенной способностью иона водорода H+ притягиваться к кислороду, дополнительно поляризуя связь O-H. Также благодаря этому свойству органические кислоты способны диссоциировать в водных растворах. Способность к растворению уменьшается обратно пропорционально росту молекулярной массы кислоты.

Разновидности карбоновых кислот

Химики выделяют несколько групп органических кислот.

Моноосновные карбоновые кислоты состоят из углеродного скелета и только одной функциональной карбоксильной группы. Каждый школьник знает химические свойства карбоновых кислот. 10 класс учебной программы по химии включает в себя непосредственно изучение свойств одноосновных кислот. Двухосновные и многоосновные кислоты имеют в своей структуре две и более карбоксильных групп соответственно.

Также по наличию или отсутствию двойных и тройных связей в молекуле бывают ненасыщенные и насыщенные карбоновые кислоты. Химические свойства и их отличия будут рассмотрены ниже.

Если органическая кислота имеет в составе радикала замещенный атом, то в ее название включается наименование группы-заместителя. Так, если атом водорода замещен галогеном, то в названии кислоты будет присутствовать наименование галогена. Такие же изменения претерпит наименование, если произойдет замещение на альдегидную, гидроксильную или аминогруппы.

Изомерия органических карбоновых кислот

В основе получения мыла лежит реакция синтеза сложных эфиров вышеперечисленных кислот с калиевой или натриевой солью.

Способы получения карбоновых кислот

Способов и методов получения кислот с группой COOH существует множество, но наиболее часто применяются следующие:

Выделение из природных веществ (жиров и прочего).
Окисление моноспиртов или соединений с COH-группой (альдегидов): ROH (RCOH) [O] R-COOH.
Гидролиз тригалогеналканов в щелочи с промежуточным получением моноспирта: RCl3 +NaOH=(ROH+3NaCl)=RCOOH+H2O.
Омыление или гидролиз эфиров кислоты и спирта (сложных эфиров): R−COOR"+NaOH=(R−COONa+R"OH)=R−COOH+NaCl.
Окисление алканов перманганатом (жесткое окисление): R=CH2 [O], (KMnO4) RCOOH.

Значение карбоновых кислот для человека и промышленности

Химические свойства карбоновых кислот имеют большое значение для жизнедеятельности человека. Они чрезвычайно необходимы для организма, так как в большом количестве содержатся в каждой клетке. Метаболизм жиров, белков и углеводов всегда проходит через стадию, на которой получается та или иная карбоновая кислота.

Кроме того, карбоновые кислоты используют при создании лекарственных препаратов. Ни одна фармацевтическая промышленность не может существовать без применения на деле свойств органических кислот.

Немаловажную роль соединения с карбоксильной группой играют и в косметической промышленности. Синтез жира для последующего изготовления мыла, моющих средств и бытовой химии основан на реакции этерификации с карбоновой кислотой.

Химические свойства карбоновых кислот находят отражение в жизнедеятельности человека. Они имеют большое значение для человеческого организма, так как в большом количестве содержатся в каждой клетке. Метаболизм жиров, белков и углеводов всегда проходит через стадию, на которой получается та или иная карбоновая кислота.

Карбоновыми кислотами называются производные углеводородов, в молекуле которых содержится одна или несколько карбоксильных групп –COOH.

Общая формула карбоновых кислот:

В зависимости от природы радикала, связанного с карбоксильной группой, кислоты подразделяются на предельные, непредельные и ароматические.

Число карбоксильных групп определяет основность кислот.

Общая формула предельных одноосновных кислот: С n H 2 n +1 COOH (или С n H 2 n O 2).

По женевской номенклатуре названия кислот составляются из названий углеводородов с тем же общим числом атомов углерода, что и в кислоте, с прибавлением окончания овая и слова кислота.

Ниже приведены названия некоторых кислот в следующем порядке: исторически сложившееся название, название по рациональной, затем по женевской номенклатуре (слово «кислота» везде опущено):

НСООН - муравьиная (карбоновая, метановая);

СН 3 СООН - уксусная (метанкарбоновая, этановая);

С 2 Н 5 СООН - пропионовая (этанкарбоновая, пропановая);

С 3 Н 7 СООН - масляная (пропанкарбоновая, бутановая).

Наиболее часто в практике встречаются исторически сложившиеся названия кислот. Лишь для сложно построенных кислот пользуются женевской номенклатурой:

2-метилпентановая-1 кислота

4-этилгептановая-1 кислота

Изомерия карбоновых кислот, как и в случае альдегидов, обусловлена изомерией углеводородных радикалов.

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

Кислотные свойства карбоновых кислот обусловлены смещением электронной плотности к карбонильному кислороду и вызванной этим дополнительной (по сравнению со спиртами) поляризации связи О–Н.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:

Растворимость в воде и высокие температуры кипения кислот обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей.

С увеличением молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается.

Физические свойства .

Низшие представители предельных одноосновных кислот (до пропионовой кислоты включительно) представляют собой при обычных условиях весьма подвижные жидкости с резким запахом, смешивающиеся с водой в любых соотношениях. Легко перегоняются сами и с водяным паром. Следующие представители (начиная с масляной) – маслянистые жидкости с неприятным запахом, ограниченно растворимые в воде. Высшие кислоты – твердые вещества, нерастворимые в воде. Все кислоты жирного ряда растворимы в спирте и эфире.

Химические свойства .

Кислотные свойства. Если сравнить между собой формулы строения спиртов и карбоновых кислот

то может показаться, что вследствие наличия у спиртов и кислот одинаковой группы (гидроксильной) свойства их должны быть весьма сходны.

Спирты обладают настолько слабыми кислотными свойствами, что кислую реакцию спиртов не могут обнаружить даже самые чувствительные индикаторы. Кислотные свойства спиртов (как и воды) проявляются, например, в реакции со свободными щелочными металлами. Следовательно, кислотные свойства гидроксильного водорода в спиртах очень слабы.

В тоже время органические кислоты, аналогично неорганическим кислотам, обладают ярко выраженными кислотными свойствами. Водные растворы их окрашивают лакмус в красный цвет, что свидетельствует о диссоциации органических кислот на ионы:

Водород карбоксильной группы в отличие от водорода спиртового гидроксила замещается на металл не только при взаимодействии с металлами, но и при действии щелочей, с образованием солей карбоновых кислот:

натриевая соль пропионовой к-ты

Таким образом, свойства гидроксильного водорода в спиртах заметно отличаются от его свойств в карбоновых кислотах.

Карбоновые кислоты обычно значительно слабее минеральных.

Восстановление кислот. При восстановлении кислот образуются соответствующий альдегид, который при дальнейшем восстановлении превращается в спирт:

Обычно восстанавливают на сами кислоты, а их хлорангидриды, ангидриды или сложные эфиры.

Также карбоновые кислоты взаимодействуют с:

1.Взаимодействие с металлами

2CH 3 COOH+Ca →(CH 3 COO) 2 Ca+H 2

2.Взаимодействие с оксидами металлов

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

3.Реакция нейтрализации

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

4.Взаимодействие с солями

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

5.Действие галогенирующих агентов

6.Галогенирование кислот

CH 3 COOH+Br 2 →CH 2 BrCOOH

Применение карбоновых кислот

Муравьиная кислота применяется в качестве восстановителя, в медицине-муравьиный спирт (1,25% спиртовой раствор муравьиной кислоты.

Уксусная кислота применяется для синтеза красителей, медицинских препаратов, сложных эфиров, при производстве ацетатных волокон. В домашнем хозяйстве-как вкусовое и консервирующее вещество.

Способы получения.

1. Окисление альдегидов и первичных спиртов - общий способ получения карбоновых кислот. В качестве окислителей применяются KМnО 4 и K 2 Сr 2 О 7 . [O] [O]

R-CH 2 -OH → R-CH=O → R-CO-OH

спирт альдегид кислота

2. Получение карбоновых кислот из цианидов (нитрилов) - это важный способ, позволяющий наращивать углеродную цепь при получении исходного цианида. Дополнительный атом углерода вводят в состав молекулы, используя реакцию замещения галогена в молекуле галогенуглеводорода цианидом натрия, например:

СН3-Вr + NaCN → CH3 - CN + NaBr.

Образующийся нитрил уксусной кислоты (метилцианид) при нагревании легко гидролизуется с образованием ацетата аммония:

CH 3 CN + 2Н 2 О → CH 3 COONH 4 .

При подкислении раствора выделяется кислота:

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

3. Использование реактива Гриньяра по схеме:

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

4. Гидролиз сложных эфиров:

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

CH 3 -COOK + HCl → CH 3 -COOH + KCl

Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана кислородом воздуха:

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

5. Для получения бензойной кислоты можно использовать окисление монозамешенных гомологов бензола кислым раствором перманганата калия:

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) Одноосновные непредельные кислоты - производные ненасыщенных углеводородов, у которых один атом водорода замещен карбоксильной группой.

А) В группе непредельных кислот наиболее часто используют эмпирические названия: СН 2 =СН-СООН - акриловая (пропеновая) кислота, СН 2 =С(СН 3)-СООН - метакриловая (2-метилпропеновая) кислота

С 17 Н 33 СООН – олеиновая кислота (содержит в молекуле одну двойную связь), С 17 Н 31 СООН – линолевая кислота (в молекуле две двойные связи), С 17 Н 29 СООН – линоленовая кислота (в молекуле три двойные связи).

Б) Двухосновные предельные карбоновые кислоты (двухосновные насыщенные карбоновые кислоты) – карбоновые кислоты, в которых насыщенный углеводородный радикал соединен с двумя карбоксильными группами –COOH. Все они имеют общую формулу HOOC(CH2)nCOOH, где n = 0, 1, 2, …

С 2 Н 2 О 4 – щавелевая кислота, С 3 Н 4 О 4 – малоновая кислота

В) Ароматические карбоновые кислоты - в большинстве ароматических кислот содержится по крайней мере одно бензольное кольцо. Многие ароматические карбоновые кислоты имеют тривиальные названия: С 6 Н 5 СООН – бензойная кислота, СН 3 С 6 Н 4 СООН – орто-, мета- и пара-толуиловые кислоты, пара-НООС–С 6 Н 4 –СООН – терефталевая кислота. Все эти кислоты – кристаллические соединения, слабо растворимые в воде и хорошо – в спирте. Бензойная кислота содержится в некоторых природных смолах, входит в состав многих эфирных масел, найдена в ягодах брусники и клюквы, которые могут долго храниться, так как бензойная кислота – природный консервант. Бензойная кислота применяется также в производстве красителей и лекарственных веществ.

54) Уксусная кислота - СН3СООН.

Уксусная кислота представляет собой бесцветную жидкость с характерным резким запахом и кислым вкусом. Гигроскопична. Неограниченно растворима в воде. Смешивается со многими растворителями; в уксусной кислоте хорошо растворимы органические соединения и газы, такие как HF, HCl, HBr, HI и другие.

Химические свойства

Как и минеральные кислоты, уксусная кислота взаимодействует с металлами, основными оксидами, основаниями и солями:

Применение

Уксусная (метанкарбоновая, этановая) кислота СН3-СООН.

В обычных условиях (18-20ºС) представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом, кипящую при 118,5ºС. При температуре ниже +16,6ºС (температура плавления уксусной кислоты) безводная уксусная кислота затвердевает в виде кристаллов, похожих на лед; вследствие этого безводная уксусная кислота получила название ледяной уксусной кислоты.

Уксусная кислота имеет большое народнохозяйственное значение. Она широко применяется в самых различных отраслях промышленности и в быту. В химической промышленности уксусная кислота используется для получения винилацетата, ацетата целлюлозы, красителей и многих других веществ. В виде солей она применяется в текстильной промышленности в качестве протравных веществ, служащих для закрепления красителя на волокне. В пищевой промышленности уксусная кислота используется для консервирования продуктов; некоторые сложные эфиры уксусной кислоты применяются в кондитерском производстве и т.д.

Уксусная кислота легко растворяется в воде. В быту применяют 3-5%-ный раствор уксусной кислоты, известный под названием уксус.

Получение

Уксусная кислота была известна еще в глубокой древности. Ее получали в виде уксуса из прокисшего виноградного вина. В настоящее время основным промышленным способом получения уксусной кислоты является ее синтез из ацетальдегида.

Реакция окисления ацетальдегида в уксусную кислоту протекает в несколько стадий. На первой стадии процесса происходит присоединение одной молекулы кислорода к молекуле ацетальдегида с образованием так называемой «надуксусной кислоты» (гидроперекиси ацетила):

Надуксусная кислота очень нестойкое соединение, легко распадающееся на уксусную кислоту и кислород с выделением значительного количества тепла. Разложение больших количеств надуксусной кислоты может привести к взрыву. В связи с этим в процессе производства уксусной кислоты стремятся к тому, чтобы в системе не скапливалось большого количества надуксусной кислоты.

В промышленности процесс окисления ацетальдегида обычно проводят в жидкой среде (в среде уксусной кислоты) в присутствии катализатора – ацетата марганца. Наиболее удобным окислителем является кислород. Процесс проводится в колонне непрерывного действия, снабженной охлаждающими змеевиками. Ацетальдегид, содержащий растворенный катализатор, поступает вниз колонны, по высоте которой расположены четыре патрубка. Через патрубки поступает кислород. Процесс протекает при температуре 65-70ºС и давлении в нижней части колонны около 3 ат, а верхней части около 2 ат. Уксусная кислота из верхней части колонны поступает на ректификацию и очистку.

Для предупреждения взрыва надуксусной кислоты и образования взрывоопасных смесей кислорода с парами органических веществ в газовое пространство верхней части колонны непрерывно падает азот.

Перспективным методом получения уксусной кислоты является жидкофазное окисления бутана кислородом воздуха при 165-170ºС и давлении 50 ат:

Реакция протекает по значительно более сложной схеме, чем это изображено выше, причем в этом процессе происходит образование целого ряда побочных продуктов.

Карбоновые кислоты (2 лекции)

1. Определение. Классификация.

2. Изомерия и номенклатура одноосновных карбоновых кислот

3. Физические свойства кислот

4. Химические свойства. Строение карбонильной группы.

Карбоновые кислоты – это производные углеводородов, содержащие карбоксильную группу (-СООН).

Классификация карбоновых кислот

Карбоновые кислоты классифицируют по двум структурным признакам.

1) По числу карбоксильных групп кислоты подразделяются на:

Ø одноосновные (монокарбоновые)

Ø многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т. д.)

2) По характеру углеводородного радикала различают кислоты:

Ø предельные (например, CH3CH2CH2COOH)

Ø непредельные (CH2=CHCH2COOH)

Ø ароматические (RC6H4COOH)

Одноосновные предельные карбоновые кислоты

Общая формула таких кислот – CnH2nO2 или CnH2n+1COOH

Номенклатура и изомерия карбоновых кислот

Кислоты с числом углеродных атомов меньше четырех не имеют изомеров. Если число атомов равно четырем, кислоты имеют два изомера, если число атомов равно пяти – пять изомеров.

Для названия кислот используются следующие типы номенклатуры:

ü тривиальная

ü рациональная.

Названия карбоновых кислот строятся с использованием в качестве основы названия уксусной кислоты. Остальные кислоты рассматриваются как ее производные с замещением атомов водорода в метильной группе на более сложные радикалы. Остальные правила полностью соответствуют правилам рациональной номенклатуры для углеводородов (подробно они изложены в начале лекционного курса).

При составлении названия карбоновой кислоты за основу берут наиболее длинную цепь, включающую карбоксильную группу. Нумерацию начинают с атома углерода карбоксильной группы (цифру, указывающую на положение функциональной группы, не ставят). К названию углеводорода по числу атомов углерода в главной цепи прибавляют суффикс –овая кислота . Цифрами и приставками указывают положение и число заместителей.

Номенклатура карбоновых кислот идентична номенклатуре альдегидов. что значительно облегчает ее понимание и изучение.

Названия отдельных представителей карбоновых кислот

	Тривиальное название	Рациональное
	муравьиная	муравьиная	метановая
	уксусная	уксусная	этановая
СН3-СН2-СООН	пропионовая	метилуксусная	пропановая
СН3-СН2-СН2-СООН	масляная	этилуксусная	бутановая
СН3-СН2-СН2-СН2-СООН	валерьяновая	пропилуксусная	пентановая
		метилвторбутил-уксусная	2,3-диметил-пентановая

Получение карбоновых кислот

Многие способы получения одноосновных кислот были рассмотрены в предыдущих лекциях:

1) окисление спиртов

2) озонолиз алкенов

3) окисление карбонильных соединений (альдегидов и кетонов)

4) гидролиз геминальных тригалогенпроизводных углеводородов (аналогичен гидролизу дигалогенпроизводных в получении альдегидов, способ 5):

5) гидролиз производных кислот (галогенпроизводных, сложных эфиров, нитрилов)

6) карбоксилирование металлоорганических соединений

Это универсальный способ получения карбоновых кислот, является лабораторным методом.

Физические свойства

Низшие кислоты с числом атомов С1-С3 – бесцветные жидкости, с характерным острым запахом.

Кислоты состава С4-С9 – это маслянистые жидкости с неприятным запахом, плохо растворимые в воде.

Кислоты состава С10 и выше – твердые вещества не растворимые в воде.

Таким образом, с увеличением молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается.

Высокие температуры кипения кислот обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей, с этим связана и хорошая растворимость в воде (происходит образование водородных связей с молекулами воды).

https://pandia.ru/text/78/506/images/image008_0.gif" alt="990 байт" width="195" height="91 src=">

Химические свойства кислот

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.

https://pandia.ru/text/78/506/images/image011_0.gif" width="476 height=87" height="87">

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)

Реакции с полным замещением ОН-группы.

Получение производных карбоновых кислот.

1) галогенангидриды кислот можно получить действием пентахлорида фосфора (PCl5), хлористого тионила (SOCl2).

2) галоген в галогенангидридах обладает большой реакционной способностью, поэтому галогенангидриды используют в качестве ацилирующих средств. Так получают ангидриды кислот.

Например, уксусный ангидрид (R= CH3) используется в органическом синтезе как сильное водоотнимающее средство.

3) образование амидов осуществляется действием аммиака .

Жирам как сложным эфирам свойственна обратимая реакция гидролиза, катализируемая минеральными кислотами. При участии щелочей гидролиз жиров происходит необратимо. Продуктами в этом случае являются мыла - соли высших карбоновых кислот и щелочных металлов.

https://pandia.ru/text/78/506/images/image023_0.gif" width="103" height="53">

Акриловая кислота поучается синтетическим способом. Представляет собой жидкость с резким запахом. Легко полимеризуется с образованием полиакриловой кислоты.

Значительное практическое значение имеют эфиры акриловой кислоты, а точнее продукты их полимеризации:

этиловый эфир акриловой кислоты

Полиакрилаты прозрачны и применяются для изготовления различных пластмасс и органического стекла. Большей твердостью по сравнению с полиакрилатами обладают метакрилаты – эфиры метакриловой кислоты.

Лучшим органическим стеклом является плексиглас – метиловый эфир полиметакриловой кислоты. Плексиглас применяется в медицине для изготовления протезов.

метиловый эфир метакриловой кислоты

В целом для непредельных кислот характерны многие реакции, характерные для алкенов: присоединение галогенов, водорода по кратной связи, окисление перманганатом калия, диеновый синтез.

Двухосновные карбоновые кислоты.

Простейшая двухосновная кислота – щавелевая (впервые была найдена в щавеле) или этандиовая кислота. Следующий представитель – малоновая или пропандиовая кислота. Двухосновная кислота с четырьмя атомами углерода называется янтарной или бутандиовой.

Важнейшие реакции таких кислот – получение конденсационных полимеров.

Реакции этерификации и получения амидов дикарбоновых кислот лежат в основе промышленного производства исключительно важных в практическом отношении конденсационных полимеров.

Конденсация дикарбоновой кислоты и алкандиола ведет к образованию полиэфира. Полиэфиры широко используют в производстве синтетических волокон.

Один из наиболее важных полиэфиров – лавсан – получают поликонденсацией терефталевой кислоты и этиленгликоля.

Конденсация дикарбоновой кислоты с диамином ведет к образованию полиамида . Полиамиды служат для получения синтетических материалов (синтетическая шерсть ). Важный в практическом отношении полиамид – найлон-6,6 – получают поликонденсацией адипиновой кислоты и гексаметилендиамина.

В развернутом виде это выглядит следующим образом:

В названии «найлон-6,6» первая цифра указывает на число атомов углерода в дикарбоновой кислоте, а вторая – число углеродных атомов в диамине.

Если процессу поликонденсации подвергают смесь ароматической дикарбоновой кислоты (например, терефталевой кислоты) и ароматического диамина, то получают полиамидные материалы, сравнимые по прочности с изделиями из стали:

Физические свойства предельных одноосновных кислот

Низшие члены этого ряда при обычных условиях представляют собой жидкости, обладающие характерным острым запахом. Например, этановая (уксусная) кислота имеет характерный «уксусный» запах. Безводная уксусная кислота при комнатной температуре представляет собой жидкость; при 17 °С она замерзает, превращаясь в льдистое вещество, которое получило название «ледяная» уксусная кислота. Средние представители этого гомологического ряда - вязкие, «маслообразные» жидкости; начиная с С 10 - твердые вещества.

Простейший представитель – муравьиная кислота НСООН – бесцветная жидкость с т. кип. 101 °С, а чистая безводная уксусная кислота CH 3 COOH при охлаждении до 16,8 °С превращается в прозрачные кристаллы, напоминающие лед (отсюда ее название ледяная кислота).

Простейшая ароматическая кислота — бензойная C 6 H 5 COOH (т. пл. 122,4°С) — легко возгоняется, т.е. переходит в газообразное состояние, минуя жидкое. При охлаждении её пары сублимирутся в кристаллы. Это свойство используется для очистки вещества от примесей.

Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы – карбонил >C =O и гидроксил —OH , взаимно влияющие друг на друга:

С увеличением молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается.

Химические свойства карбоновых кислот

Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность. Они вступают в реакции с различными веществами и образуют разнообразные соединения, среди которых большое значение имеют функциональные производные , т.е. соединения, полученные в результате реакций по карбоксильной группе.

Названия солей составляют из названий остатка RCOO – (карбоксилат-иона) и металла. Например, CH 3 COONa – ацетат натрия, (HCOO) 2 Ca – формиат кальция, C 17 H 35 COOK – стеарат калия и т.п.

I . Общие с другими кислотами

1. Диссоциация:

R —COOH ↔ RCOO — + H +

-Сила кислот уменьшается в ряду:

H-COOH > CH 3 -COOH > CH 3 -CH 2 -COOH

2. Взаимодействие с активными металлами:

2R-COOH + 2Na → 2R-COONa + H 2

3. Взаимодействие с основными оксидами и основаниями:

2R-COOH + CaO → (R-COO) 2 Ca + H 2 O

R-COOH + NaOH → R-COONa + H 2 O

4. Взаимодействие с солями слабых кислот:

R-COOH + NaHCO 3 → R-COONa + H 2 O + CO 2

Соли карбоновых кислот разлагаются сильными минеральными кислотами:

R-COONa + H С l → NaCl + R-COOH

В водных растворах гидролизуются:

R — COONa + H 2 O ↔ R — COOH + NaOH

5. Образование сложных эфиров со спиртами:

II . Специфические свойства

1. Образование функциональных производных R — CO — X

(свойства гидроксильной группы)

Получение хлорангидридов:

R-COOH + PCl 5 → R-CO-Cl + POCl 3 + HCl

2 . Образование амидов

CH 3 COOH + NH 3 →CH 3 COONH 4 t˚C → CH 3 CONH 2 + H 2 O

Вместо карбоновых кислот чаще используют их галогенангидриды:

Амиды образуются также при взаимодействии карбоновых кислот (их галогенангидридов или ангидридов) с органическими производными аммиака (аминами):

Амиды играют важную роль в природе. Молекулы природных пептидов и белков построены из a-аминокислот с участием амидных групп — пептидных связей

3. Реакции замещения с галогенами

(свойства углеводородного радикала, образуется а-хлорпроизводное карбоновой кислоты ):

4. Особенности муравьиной кислоты H — COOH :

· Даёт реакцию «Серебряного зеркала»:

H-COOH + 2OH → 2Ag↓ + (NH 4) 2 CO 3 + 2NH 3 + H 2 O

· Окисление хлором:

H-COOH + Cl 2 → CO 2 + 2HCl

· Вступает в реакцию с гидроксидом меди(II ):