11.2. Карбоновые кислоты: Способы получения

Карбоновые кислоты

Карбоновые кислоты – класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп COOH.

Имеют разнообразное промышленное применение и большое биологическое значение. Общая формула одноосновных карбоновых кислот CnH2nO2 .

Классификация карбоновых кислот

По количеству карбоксильных групп в молекуле карбоновые кислоты подразделяются на:

  • Одноосновные – 1 карбоксильная группа
  • Двухосновные – 2 карбоксильных группы
  • Трехосновные – 3 карбоксильных группы

Высшие карбоновые кислоты называют жирными кислотами. Более подробно мы изучим их теме, посвященной жирам, в состав которых они входят.

Номенклатура и изомерия карбоновых кислот

Названия карбоновых кислот формируются путем добавления суффикса “овая” к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода и слова кислота: метановая кислота, этановая кислота, пропановая кислота, и т.д.

Многие карбоновые кислоты имеют тривиальные названия. Наиболее известные:

  • Метановая – HCOOH – муравьиная кислота
  • Этановая – CH3-COOH – уксусная кислота
  • Пропановая – C2H5-COOH – пропионовая кислота
  • Бутановая – C3H7-COOH – масляная кислота
  • Пентановая – C4H9-COOH – валериановая кислота

Для предельных карбоновых кислот характерна структурная изомерия: углеродного скелета, межклассовая изомерия со сложными эфирами.

Получение карбоновых кислот
  • Окисление алканов

При повышенной температуре и в присутствии катализатора становится возможным неполное окисление алканов, в результате которого образуются кислоты.

При реакции спиртов с сильными окислителями, такими как подкисленный раствор перманганата калия, спирты окисляются до соответствующих кислот.

При окислении альдегиды образуют соответствующие карбоновые кислоты. Окисление можно проводить качественной реакцией на альдегиды – реакцией серебряного зеркала.

Обратите особое внимание, что при написании реакции с аммиачным раствором серебра в полном виде, правильнее будет указать не кислоту, а ее аммиачную соль. Это связано с тем, что выделяющийся аммиак, который обладает основными свойствами, реагирует с кислотой с образованием соли.

Окисление альдегидов также может быть успешно осуществлено другим реагентом – свежеосажденным гидроксидом меди II. В результате такой реакции образуется осадок кирпично-красного цвета оксида меди I.

Существует специфический способ получения муравьиной кислоты, который заключается в реакции твердого гидроксида щелочного металла с угарным газом под давлением и температуре 200°С – образуется формиат (соль муравьиной кислоты).

При дальнейшей обработке формиата серной кислотой образуется муравьиная кислота.

Специфичность синтеза уксусной кислоты заключается в реакции угарного газа с метанолом, в результате которой она образуется.

Также уксусную кислоту можно получить другим путем: сначала провести реакцию Кучерова, в ходе которой образуется уксусный альдегид. Окислить его до уксусной кислоты можно аммиачным раствором оксида серебра или гидроксидом меди II.

Химические свойства карбоновых кислот

Для карбоновых кислот не характерны реакции присоединения. Карбоновые кислоты обладают более выраженными кислотными свойствами, чем спирты.

Карбоновые кислоты вступают в реакции с металлами, которые способны вытеснить водород (стоят левее водорода в ряду напряжений металлов) из кислоты. Реагируют также с основаниями, с солями более слабых кислот, например, угольной кислоты.

Читайте также:
Разбор демо-варианта ЕГЭ-2018 по химии, вопросы 7-10

Галогенирование происходит по типу замещения в радикале, который соединен с карбоксильной группой. Напомню, что наиболее легко замещается водород у третичного, чуть сложнее – у вторичного, и значительно сложнее – у первичного атома углерода.

Сила карбоновых кислот тем выше, чем меньше электронной плотности сосредоточено на атоме углерода в карбоксильной группе. Поэтому самая слабая из трех кислот – уксусная, чуть сильнее – хлоруксусная, за ней – дихлоруксусная и самая сильная – трихлоруксусная.

Перераспределение электронной плотности в молекулах этих кислот для лучшего запоминания лучше увидеть наглядно. Это перераспределение обусловлено большей электроотрицательностью хлора, который притягивает электронную плотность.

Муравьиная кислота отличается от своих гомологов. За счет наличия у нее альдегидной группы, она, единственная из карбоновых кислот, способна вступать в реакцию серебряного зеркала.

В такой реакции идет ее окисление до нестойкой угольной кислоты, которая распадается на углекислый газ и воду.

При нагревании и в присутствии серной кислоты (водоотнимающего компонента) муравьиная кислота распадается на воду и угарный газ.

Сложные эфиры

Получение сложных эфиров происходит в реакции этерификации (лат. aether – эфир), заключающейся во взаимодействии карбоновой кислоты и спирта.

Названия сложных эфиров формируются в зависимости от того, какой кислотой и каким спиртом эфир образован. Примеры:

  • Метановая кислота + метанол = метиловый эфир метановой кислоты (метилформиат)
  • Этановая кислота + этанол = этиловый эфир уксусной кислоты (этилацетат)
  • Метановая кислота + этанол = этиловый эфир метановой кислоты (этилформиат)
  • Пропановая кислота + бутанол = бутиловый эфир пропионовой кислоты (бутилпропионат)

Для сложных эфиров характерной реакцией является гидролиз – их разложение. Возможен щелочной гидролиз, при котором образуется соль кислоты и спирт, и кислотный гидролиз, при котором образуются исходные спирт и кислота.

Кислотный гидролиз протекает обратимо, щелочной – необратимо. Реакция щелочного гидролиза по-другому называется реакция омыления, и напомнит о себе, когда мы дойдем до темы жиров.

Ангидриды

Ангидриды – химические соединения, производные неорганических и органических кислот, образующиеся при их дегидратации.

Хлорангидриды карбоновых кислот образуются в реакции карбоновых кислот с хлоридом фосфора V.

Следующая реакция не имеет отношения к ангидридам, однако (из-за их схожести) вы увидите ее здесь для наилучшего запоминания. Это реакция галогенирования гидроксикислот, в результате которой гидроксогруппа в радикале меняется на атом галогена.

Непредельные карбоновые кислоты

Распределение электронной плотности в молекулах творит чудеса: иногда реакции идут против правила Марковникова. Так происходит в непредельной акриловой кислоте.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Читайте также:
4.3. Алкадиены (диены): Химические свойства

Карбоновые кислоты — номенклатура, получение, химические свойства

Карбоновыми кислотами называются органические соединения, содержащие одну или несколько карбоксильных групп –СООН, связанных с углеводородным радикалом.

Классификация карбоновых кислот

По числу карбоксильных групп кислоты подразделяются на:
одноосновные (монокарбоновые) СН3СООН (уксусная),
многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т.д.) НООССН2СООН (малоновая).

По характеру углеводородного радикала различают кислоты:
предельные (например, CH3CH2CH2COOH);
непредельные (CH2=CH-COOH);
ароматические (C6H5COOH).

Номенклатура карбоновых кислот

Систематические названия кислот даются по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса —овая и слова кислота: HCOOH — метановая (муравьиная) кислота, CH3COOH – этановая (уксусная) кислота.

Изомерия карбоновых кислот

Для карбоновых кислот характерная структурная изомерия:
а) изомерия скелета в углеводородном радикале (начиная с C4);
б) межклассовая изомерия, начиная с C2.

Возможна цис-транс изомерия в случае непредельных карбоновых кислот.

Строение карбоксильной группы:

Электронная плотность π-связи в карбонильной группе смещена в сторону атома кислорода. Вследствие этого у карбонильного углерода создается недостаток электронной плотности, и он притягивает к себе неподеленные пары атома кислорода гидроксильной группы, в результате чего электронная плотность связи О-Н смещается в сторону атома кислорода, водород становится подвижным и приобретает способность отщепляться в виде протона.

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.

Способы получения карбоновых кислот

Химические свойства карбоновых кислот

Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность и вступают в реакции с различными веществами и образуют разнообразные соединения, среди которых большое значение имеют функциональные производные: сложные эфиры, амиды, нитрилы, соли, ангидриды, галогенангидриды.

Влияние заместителей на силу карбоновых кислот

  1. Донорные группы увеличивают прочность связи кислород-водород или дестабилизируют карбоксилат анион, подавая ещё больше электронной плотности, это приводит к уменьшению силы кислот.
  1. Акцепторные группы уменьшают электронную плотность связи кислород-водород или стабилизируют карбоксилат анион, это приводит к увеличению силы кислот (значение рКа уменьшается).

11.2. Карбоновые кислоты: Способы получения

Некоторые карбоновые кислоты встречаются в природе в свободном состоянии (муравьиная, уксусная, масляная, валериановая и др.). Однако, основным источником карбоновых кислот является органический синтез. Рассмотрим основные способы получения карбоновых кислот

Общие способы получения карбоновых кислот

1. Окисление первичных спиртов и альдегидов под действием различных окислителей

В качестве окислителей применяют KMnO4 и K2Cr2O7.

Например:

Для окисления альдегидов используются те же реагенты, что и для спиртов.

При окислении перманганатом калия происходит обесцвечивание фиолетово-розового раствора.

При окислении дихроматом калия — цвет меняется с оранжевого на зеленый.

А также для них характерны реакции «серебряного зеркала» и окисление гидроксидом меди (II) – качественные реакции альдегидов:

2. Гидролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих три атома галогена у одного атома углерода

Читайте также:
12.1. Амины: Строение, номенклатура, изомерия

В результате реакции образуются спирты, содержащие три группы ОН у одного атома углерода. Такие спирты неустойчивы и отщепляют воду с образованием карбоновой кислоты:

3. Получение карбоновых кислот из цианидов (нитрилов)

Этот способ позволяет наращивать углеродную цепь при получении исходного цианида. Дополнительный атом углерода вводят в состав молекулы, используя реакцию замещения галогена в молекуле галогенуглеводорода цианидом натрия:

Образующийся нитрил уксусной кислоты CH3-CN (ацетонитрил, метилцианид) при нагревании гидролизуется с образованием ацетата аммония:

При подкислении раствора выделяется кислота:

4. Использование реактива Гриньяра (по схеме)

5. Гидролиз галогенангидридов кислот

С водой низшие хлорангидриды реагируют чрезвычайно энергично, образуя соответствующую карбоновую кислоту и соляную кислоту:

В промышленности

1. Выделяют из природных продуктов

(жиров, восков, эфирных и растительных масел)

2. Окисление алканов кислородом воздуха ( в присутствии катализаторов – солей марганца или при нагревании под давлением)

Обычно образуется смесь кислот. При окислении бутана единственным продуктом является уксусная кислота:

3. Окисление алкенов и алкинов

При жестком окислении алкенов кипящим раствором KMnO4 в кислой среде происходит полный разрыв двойной связи:

При жестком окислении (нагревание, концентрированные растворы, кислая среда) происходит расщепление углеродного скелета молекулы алкина по тройной связи и образуются карбоновые кислоты:

4. Окисление гомологов бензола (получение бензойной кислоты)

Для получения бензойной кислоты можно использовать окисление монозамещенных гомологов бензола кислым раствором перманганата калия:

В лаборатории

1. Гидролиз сложных эфиров

При кислотном гидролизе получают карбоновые кислоты и спирты (реакция обратная этерификации):

2. Из солей карбоновых кислот

3. Гидролиз ангидридов кислот

При легком нагревании с водой ангидриды образуют соответствующие карбоновые кислоты:

4. Щелочной гидролиз галоген производных карбоновых кислот

Специфические способы получения важнейших кислот

Способы получения НСООН

1. Взаимодействие оксида углерода (II) с гидроксидом натрия

Муравьиную кислоту получают нагреванием под давлением гидроксида натрия и оксида углерода (II) под давлением и обработкой полученного формиата натрия серной кислотой:

2. Каталитическое окисление метана

3. Декарбоксилирование щавелевой кислоты

Муравьиную кислоту можно получить при нагревании щавелевой кислоты:

Способы получения СН3СООН

Получение уксусной кислоты для химических целей

1. Синтез из ацетилена

Данный способ получения уксусной кислоты основан на окислении уксусного альдегида, который в свою очередь получают из ацетилена по реакции Кучерова (ацетилен получают из очень доступного сырья — метана):

2. Каталитическое окисление бутана

Большое значение имеет способ получения уксусной кислоты, основанный на окислении бутана кислородом воздуха:

Процесс получения уксусной кислоты из метана является многостадийным (метан – ацетилен – уксусный альдегид – уксусная кислота). Ее получение окислениям будана сокращает число стадий, что дает большой экономический эффект.

3. Каталитическое карбонилирование метанола

Получение уксусной кислоты для пищевых целей

4. Уксуснокислое брожение этанола

Уксусную кислоту для пищевых целей получают уксуснокислым брожением жидкостей, содержащих спирт (вино. пиво):

Читайте также:
10.3. Альдегиды и кетоны: Химические свойства

Химия

Лучшие условия по продуктам Тинькофф по этой ссылке

Дарим 500 ₽ на баланс сим-карты и 1000 ₽ при сохранении номера

. 500 руб. на счет при заказе сим-карты по этой ссылке

Лучшие условия по продуктам
ТИНЬКОФФ по данной ссылке

План урока:

Строение карбоновых кислот

Карбоксил, или карбоксильная группа, – сложная функциональная группа, содержащая карбонильную С=О и гидроксильную – ОН группы. Электронная плотность в молекуле стягивается на кислородный атом. Для карбонильного углерода характерно состояние sp 2 -гибридизации. Он образует три σ-связи и одну π-связь.

Виды карбоновых кислот

Номенклатура карбоновых кислот

Согласно международной номенклатуре в карбоновых кислотах к названию углеводородного радикала прибавляется суффикс «-овая» и слово «кислота». Например, метанОВАЯ КИСЛОТА.

Алгоритм названия соединения

  • Нахождение главной цепи.
  • Нумерация углеродных атомов, включая углеродный атом функциональной группы.
  • Название радикала.
  • Прибавление к названию суффикса «-овая» при наличии одной карбоксильной группы, суффикса «-диовая» при наличии двух функциональных групп. В любом случае добавляется слово «кислота».

Схема названия карбоновой кислоты.

Гомологический ряд

Первое соединение гомологического ряда – метановая кислота. Она входит в состав выделений муравьев. Медведи после зимней спячки часто ложатся на муравейник, чтобы муравьи своей кислотой убивали паразитов, скопившихся в мехе за зиму.

Гомологический ряд карбоновых кислот.

Смесь капроновой, каприловой и каприновой кислот содержится в козьем молоке.

Виды изомерии карбоновых кислот

Для соединений этого класса свойственны оба вида изомерии.

Структурная изомерия

Для непредельных представителей класса характерна изомерия положения двойной или тройной связи.

Пространственная изомерия

Оптическая изомерия возможна при наличии ассиметричного атома углерода. Цис-транс-изомерия свойственна для соединений, содержащих двойную связь.

Методы получения карбоновых кислот

Представители класса нередко встречаются в природе, но также есть промышленные и лабораторные методы их получения.

Реакции окисления

Карбоновые кислоты получают путем окисления первичных спиртов. В этом случае окислителями могут выступать перманганат или дихромат калия.

Также их синтезируют путем окисления альдегидов. Окислители – перманганат или дихромат калия.

CH3CHO + Ag2O (аммиачный раствор) → CH3COOH + Ag↓

Карбоновые кислоты могут быть синтезированы путем неполного окисления алканов. Данная реакция возможна только при высоких температурах и наличии катализатора.

С помощью окисления бутана в присутствии катализатора в промышленности синтезируют уксусную кислоту.

Из гомологов бензола получают бензойную кислоту.

Щелочной гидролиз тригалогенидов

Представителей класса получают взаимодействием водного раствора щелочи и тригалогеналкана, в котором атомы галогена расположены при одном углеродном атоме. При этой реакции галогены замещаются на гидроксильные группы.

Реакция соли и минеральной кислоты

Карбоновые кислоты получают действием минеральной кислоты на соли.

R-COOK + HCl→ R-COOH + KCl

Взаимодействие сложных кислот и воды

При наличии минеральной кислоты и при нагревании из сложных эфиров можно синтезировать карбоновые кислоты.

Синтез муравьиной кислоты путем взаимодействия щелочи и угарного газа

Реакция проводится при повышенном давлении.

Читайте также:
2.1. Алкены: Строение, номенклатура, изомерия

Синтез карбоновых кислот с помощью реактивов Гриньяра

Из реактивов Гриньяра (алкилгалогенидов магния)при взаимодействии с углекислым газом и дальнейшем гидролизе получают карбоновые кислоты.

R-COO-MgBr + H2O →R-COOH + Mg(OH)Br

Физические свойства карбоновых кислот

Карбоновые кислоты с одним, двумя и тремя атомами углерода в цепи в нормальных условиях –легкоподвижные жидкости с резким запахом. Соединения с четырьмя-девятью атомами углерода в цепи – жидкости с неприятным запахом, а последующие по гомологическому ряду соединения – твердые вещества без запаха. Агрегатное состояние всех ненасыщенных карбоновых кислот в обычных условиях – жидкое, а дикарбоновых и ароматических – кристаллическое.

Первые три представителя гомологического ряда растворяются с водой в любых соотношениях. По мере увеличения углеродной цепи эта способность падает. Также по гомологическому ряду карбоновых кислот температура кипения и плавления увеличивается, а запах ослабевает. Наличие кратных связей характеризуется меньшими температурами плавления и кипения.

Высокие температуры плавления и кипения связаны с тем, что между молекулами формируются водородные связи. Такая связь более прочная, т.к. она образуется между водородом гидроксильной группы одного соединения и карбонильным кислородом другого.

Физические свойства представителей карбоновых кислот

Муравьиная кислота (НСООН) – прозрачная жидкость с характерным запахом. Температура кипения – +101˚С. Она содержится в выделениях муравьев, соке крапивы и хвое ели. На листьях крапивы находятся иголки с муравьиной кислотой, которые при соприкосновении с кожей ломаются и кислота проникает в организм. Муравьиная кислота оказывает раздражающее действие.

Молекула муравьиной кислоты

Пальмитиновая и стеариновая кислоты – твердые белые вещества. Они нерастворимы в воде, но немного растворимы в органических растворителях.

Молекулы пальмитиновой и стеариновой кислот

Бензойная кислота (С6Н5СООН) – ароматическая кислота, которая легко возгоняется, без превращения в жидкое состояние. Температура плавления – 122,4˚С. При понижении температуры ее пары преобразуются в кристаллы. Для бензойной кислоты характерна низкая растворимость в холодной воде, но высокая – в органических растворителях. Применяется для очистки веществ от примесей от загрязнений.

Молекула бензойной кислоты

Химические свойства карбоновых кислот

Для карбоновых кислот не свойственны реакции присоединения.

Кислотные свойства

  • Взаимодействие с основаниями
  • Взаимодействие с металлами
  • Реакция с основными оксидами
  • Реакция с солями более слабых кислот

Реакция замещения гидроксильной группы карбоновой кислоты

  • Образование галогенангидридов
  • Взаимодействие с аммиаком
  • Образование сложных эфиров

Для проведения реакции необходима минеральная кислота.

  • Образование ангидридов

Замещение атома водорода при ближайшем к карбоксильной группе углеродном атоме

Для взаимодействия карбоновых кислот с галогенами необходим красный фосфор.

Применение карбоновых кислот

Для муравьиной кислоты характерны антибактериальные свойства, поэтому она применяется в промышленном производстве. Например, потребителям она известна как добавка Е236. Она используется в консервации кондитерских изделий, молочных продуктов, безалкогольной продукции.

Применение муравьиной кислоты

Уксусная кислота применяется при получении красителей, лекарственных препаратов, растворителей лаков. В пищевой промышленности она известна как добавка Е260. Часто она используется при консервации различной продукции.

Читайте также:
1.1. Алканы: Строение, номенклатура, изомерия

Применение уксусной кислоты

Масляная (бутановая) кислота используется при лечении заболеваний ЖКТ. Она в кишечнике образует кислую среду, которая подавляет развитие патогенных бактерий. Соли бутановой кислоты применяются в качестве кормовых добавок для животных. Они улучшают иммунную систему, пищеварение, подавляют деятельность многих вредных кишечных микроорганизмов, уменьшают необходимость применения антибиотиков и лекарственных средств.

Молекула масляной кислоты

Щавелевая кислота – непредельная двухосновная карбоновая кислота. Она применяется в синтезе красителей, чернил, пластмасс и т.д. Обладает дезинфицирующими и отбеливающими свойствами, поэтому часто добавляется в синтетические моющие средства. Соли щавелевой кислоты можно синтезировать из листьев щавеля, кислицы, ревеня. В пищевой промышленности практически не используется, т.к. щавелевая кислоты образует в организме человека труднорастворимые соли, которые откладываются в виде камней в почках и мочевом пузыре.

Карбоновые кислоты: свойства, получение

Урок 28. Химия 10 класс (ФГОС)

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока “Карбоновые кислоты: свойства, получение”

Рассмотрим физические свойства карбоновых кислот. В целом, в ряду гомологов с увеличением молекулярной массы уменьшается растворимость кислот в воде и плотность, а температуры кипения возрастают. Первые три члена гомологического ряда – жидкости, которые имеют резкий запах, начиная с масляной кислоты, идут кислоты, которые являются жидкостями, они обладают неприятным запахом и плохо растворимы в воде.

Для карбоновых кислот характерны более высокие температуры кипения, чем для спиртов и альдегидов с чем же числом атомов углерода. Это объясняется образованием ассоциатов за счёт межмолекулярных водородных связей. Причём у метановой и этановой кислоты прочность водородной связи такова, что даже в газообразном состоянии они существуют в виде димеров.

Например, муравьиная кислота представляет собой летучую жидкость с резким неприятным запахом. При попадании на кожу вызывает ожоги. Смешивается с водой в любых соотношениях.

В старину раздражающее действие муравьиной кислоты использовали для лечения ревматизма и подагры. В настоящее время её также применяют для растирания при ревматизме в виде 1 %-го спиртового раствора, который называют муравьиным спиртом. Раньше для его получения муравьёв настаивали на спирту.

Уксусная кислота известна издавна. Впервые концентрированную уксусную кислоту путём перегонки винного и древесного уксуса в 1537 году получил Парацельс. Парацельс – немецкий естествоиспытатель, врач, философ, один из основателей ятрохимии. Считается одним из основателей современной науки.

Уксусная кислота – бесцветная жидкость. При охлаждении ниже 17 0 C она превращается в бесцветную кристаллическую массу, похожую на лёд, поэтому её называют «ледяной» уксусной кислотой.

Уксусная эссенция – это 70-80 % водный раствор уксусной кислоты. А 3-9 % раствор уксусной кислоты называется столовым уксусом.

Читайте также:
6.1. Ароматические углеводороды (бензол и его гомологи): Строение, номенклатура, изомерия

Высшие кислоты, у которых 10 и более атомов углерода, − твёрдые вещества, которые не имеют запаха и нерастворимы в воде.

В 1825 году французские учёные М. Э. Шеврель и Ж. Л. Гей-Люссак получили патент на производство стеариновых свечей. Эти свечи экономичнее восковых, давали яркое пламя и образовывали меньше копоти.

Олеиновая кислота является ненасыщенной одноосновной карбоновой кислотой, представляет собой маслянистую жидкость, которая легче воды, без запаха, нерастворима в воде, но хорошо растворяется в органических растворителях.

Химические свойства карбоновых кислот обусловлены карбоксильной группой. Как и любые кислоты, карбоновые кислоты способны отщеплять атом водорода в виде протона. Так, растворимые в воде кислоты диссоциируют обратимо с образованием иона водорода. При диссоциации уксусной кислоты образуется ацетат-ион и ион водорода. Именно поэтому, раствор уксусной кислоты изменяет окраску индикаторов. Лакмус изменяет окраску с фиолетовой на красную, метиловый оранжевый изменяет окраску с оранжевой на красную.

Кислотные свойства карбоновых кислот проявляются в реакциях с активными металлами. Например, в реакции магния с уксусной кислотой образуется соль – ацетат магния, или этаноат магния.

Кислотные свойства карбоновых кислот проявляются в реакциях нейтрализации, то есть в реакциях с сильными основаниями. Так, в реакции уксусной кислоты с гидроксидом калия образуется ацетат калия, или этаноат калия.

Карбоновые кислоты реагируют с основными оксидами. Так, в реакции уксусной кислоты с оксидом магния образуется ацетат магния, или этаноат магния.

Карбоновые кислоты реагируют с солями более слабых кислот. Например, в реакции уксусной кислоты с гидрокарбонатом натрия образуется ацетат натрия, или этаноат натрия, углекислый газ и вода.

Карбоновые кислоты вступают в реакции со спиртами – это реакции этерификации. В реакции уксусной кислоты с метанолом образуется сложный эфир – метиловый эфир уксусной кислоты, или метилэтаноат.

Карбоновые кислоты могут вступать в реакции замещения атома водорода у α-углеродного атома на атом галогена в присутствии красного фосфора. Так, в реакции уксусной кислоты с хлором в присутствии красного фосфора образуется хлоруксусная кислота.

Ненасыщенные карбоновые кислоты вступают в реакции присоединения по кратным связям. Акриловая кислота реагирует водородом, при этом образуется пропановая кислота. Акриловая кислота обесцвечивает бромную воду, при этом образуется 2,3-дибромпропановая кислота.

Кроме этого, акриловая кислота может вступать в реакцию полимеризации с образованием полимера.

Олеиновая кислота также является непредельной и вступает в реакции присоединения. Например, в реакции олеиновой кислоты с водородом образуется стеариновая кислота. Эта реакция имеет большое значение, так как лежит в основе производства маргарина.

В реакции олеиновой кислоты с бромной водой образуется 9,10-дибромоктадекановая кислота. При этом происходит обесцвечивание бромной воды.

Наиболее распространённым способом получения карбоновых кислот является каталитическое окисление насыщенных углеводородом. Например, при каталитическом окислении бутана образуется уксусная кислота.

В промышленности кислоты получают окислением соответствующих альдегидов. Так, при окислении уксусного альдегида образуется уксусная кислота.

Читайте также:
5.3. Циклоалканы: Химические свойства

Метановую кислоту в промышленности получают при взаимодействии оксида углерода (II) и горячего раствора гидроксида натрия при повышенном давлении. Сначала образуется соль муравьиной кислоты, которая под действием сильной кислоты превращается в муравьиную.

CO + NaOH → HCOONa

Высшие карбоновые кислоты в промышленности получают в результате гидролиза жиров.

В лаборатории карбоновые кислоты можно получить окислением первичных спиртов и альдегидов. Окислителями здесь могут выступать K2Cr2O7, KMnO4.

Таким образом, химические свойства карбоновых кислот обусловлены наличием карбоксильной группы. Кислотные свойства карбоновых кислот связаны со способностью атома водорода отщепляться в виде протона. Кислотные свойства карбоновых кислот проявляются в реакциях с металлами, основными оксидами, основаниями и солями слабых кислот. Ненасыщенные кислоты сочетают свойства и карбоновых кислот, и алкенов. Источниками получения карбоновых кислот являются насыщенные углеводороды и их производные.

Карбоновые кислоты.

Карбоновыми кислотами называют соединения, в которых содержится карбоксильная группа:

.

Карбоновые кислоты различают:

  • одноосновные карбоновые кислоты;
  • двухосновные (дикарбоновые) кислоты (2 группы СООН).

В зависимости от строения карбоновые кислоты различают:

  • алифатические;
  • алициклические;
  • ароматические.

Примеры карбоновых кислот.

Если в радикале водород поменять на любую функциональную группу, то такие кислоты называются гетерофункциональными. Среди них: аминокислоты (протон замещен на амино-группу), нитрокислоты (атом водорода замещен на нитро-группу) и т.д.

Если число атомов углерода в кислоте больше 6, то такая кислота называется жирной.

Строение карбоновых кислот.

Карбоксильная группа состоит из С=О и ОН группы. На свойства кислоты влияют оба эти показателя. В группе С=О атом углерода обладает частично положительным зарядом и притягивает неподеленную пару атома кислорода из гидроксильной группы. При этом на кислороде электронная плотность понижается и связь О-Н ослабляется:

Группа ОН «нейтрализует» положительный заряд на группе С=О, которая перестает вступать в реакции присоединения, которые так характерны для карбонильных кислот.

Как называть карбоновых кислот?

Наличие СООН группы обозначается окончанием –овая кислота.

Нумеровать цепь начинают с атома углерода карбоксильной группы, например:

Карбоксильную группу рассматривают в качестве заместителя. Например,

Изомерия карбоновых кислот.

Для карбоновых кислот характерна изомерия углеродного скелета, положение кратной связи, межклассовая изомерия, пространственная изомерия и изомерия положения функциональной группы:

Физические свойства карбоновых кислот.

Общая формула кислот CnH2n+1COOH. Низшие кислоты в нормальных условиях представляют собой жидкости, которые обладают характерным запахом. Начиная с С10 – твердые вещества.

Твердые кислоты нерастворимы в воде, а кислоты с 1-3 количеством атомов углерода неограниченно смешиваются с водой.

Получение карбоновых кислот .

1. Окисление первичных спиртов перманганатом калия и дихроматом калия:

2. Гибролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих 3 атома галогена у одного атома углерода:

3. Получение карбоновых кислот из цианидов:

При нагревании нитрил гидролизуется с образованием ацетата аммония:

При подкисления которого выпадает кислота:

4. Использование реактивов Гриньяра:

5. Гидролиз сложных эфиров:

Читайте также:
2.4. Алкены: Решение цепочек. Часть 1

6. Гидролиз ангидридов кислот:

7. Специфические способы получения карбоновых кислот:

Муравьиная кислота получается при нагревании оксида углерода (II) с порошкообразным гидроксидом натрия под давлением:

Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана кислородом воздуха:

Бензойную кислоту получают окислением монозамещенных гомологов раствором перманганата калия:

Реакция Каннициаро. Бензальдегид обрабатывают 40-60% раствором гидроксида натрия при комнатной температуре.

Химические свойства карбоновых кислот.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют:

Равновесие сдвинуто сильно влево, т.к. карбоновые кислоты являются слабыми.

Заместители влияют на кислотность вследствие индуктивного эффекта. Такие заместители оттягивают электронную плотность на себя и на них возникает отрицательный индуктивный эффект (-I). Оттягивание электронной плотности приводит к повышению кислотности кислоты. Электронодонорные заместители создают положительный индуктивный заряд.

1. Образование солей. Реагирование с основными оксидами, солями слабых кислот и активными металлами:

Карбоновые кислоты – слабые, т.к. минеральные кислоты вытесняют их из соответствующих солей:

2. Образование функциональных производных карбоновых кислот:

3. Сложные эфиры при нагревании кислоты со спиртом в присутствие серной кислоты – реакция этерификации:

4. Образование амидов, нитрилов:

3. Свойства кислот обуславливаются наличием углеводородного радикала. Если протекает реакция в присутствие красного фосфора, то образует следующий продукт:

4. Реакция присоединения.

5. Окислительно-восстановительные реакции. При восстановлении в присутствие катализаторов:

Исключение: муравьиная кислота:

6. Реакция серебряного зеркала:

8. Декарбоксилирование. Реакцию проводят сплавлением щелочи с солью щелочного металла карбоновой кислоты:

9. Двухосновная кислота легко отщепляет СО2 при нагревании:

Методы получения карбоновых кислот

Для синтеза карбоновых кислот разработано большое количество промышленных и лабораторных методов. Многие карбоновые кислоты могут быть выделены из природных объектов.

Муравьиная кислота в свободном виде обнаружена в выделениях некоторых видов муравьев, а также в волосках листьев жгучей крапивы. В промышленности муравьиную кислоту получают на основе синтез-газа (процесс Фишера — Тропша) окислением образующегося формальдегида или используют следующую реакцию:

Уксусная кислота образуется в природных условиях в результате уксуснокислого брожения растительного сырья. 6-9% -ный раствор уксусной кислоты используют под названием «столовый уксус» в качестве вкусовой приправы и консерванта пищевых продуктов. В промышленных условиях уксусную кислоту получают на основе ацетальдегида, бутанола, алканов состава С4-С6 или карбонилированием метанола:

Изовалериановая кислота, которая содержится в корнях валерианы — придает этому растению характерный запах. Эту кислоту получают окислением изоамилового спирта или карбонилированием изобутилена:

Природным источником многих насыщенных кислот являются животные и растительные жиры и масла. В состав твердых жиров входят преимущественно остатки высших насыщенных карбоновых кислот, содержащих от 8 до 24 атомов углерода, в том числе значительные количества пальмитиновой (С15Н31СООН) и стеариновой (С17Н35СООН) кислот. В составе масел содержатся остатки высших ненасыщенных кислот, главным образом олеиновой (С17Н33СООН) и линолевой (С17Н31СООН).

Читайте также:
1.2. Алканы: Способы получения

Бензойная кислота является составной частью различных бальзамов (см. 17.15), а также одним из семи главных компонентов душистой смеси так называемой «бобровой струи» (см. 14.10). Эта кислота — хороший антисептик, она предохраняет пищевые продукты от брожения и гниения, широко применяется как консервант пищевых, парфюмерных и косметических изделий. Присутствие бензойной кислоты и ее производных в качестве консерванта в составе газированных вод, маринованных огурцов, консервов, кетчупов и др. обозначается индексами Е 210-213.

Щавелевая кислота найдена во многих растениях — щавеле, кислице, ревене и др. Малоновая и адипиновая кислоты встречаются в соке сахарной свеклы. Янтарная кислота обнаружена в продуктах перегонки янтаря. Она является промежуточным продуктом биологического расщепления белков, углеводов и жиров. Фумаровая кислота содержится в растениях, грибах, лишайниках, а также в живых клетках как промежуточный продукт углеводного обмена.

Методы получения карбоновых кислот в промышленности и органическом синтезе основаны на реакциях окисления, гидролиза, карбонилирования или карбоксилирования различных органических соединений (табл. 17.8). Выбор конкретного метода определяется доступностью исходного сырья, выходом конечного продукта и селективностью реакции.

Методы получения карбоновых кислот

Методы и уравнения реакций

Окислительные методы

Промышленный метод окисления высших алканов в газовой или жидкой фазах (см. 5.7).

Один из промышленных методов получения уксусной кислоты

В лабораторном синтезе в качестве окислителей используют соли Cr(VI) и Mn(VII), HN03 и др. (см. 9.А.7.1).

Фталевый ангидрид получают также окислением нафталина (см. 9.Б.2.3)

Происходит в присутствии сильных окислителей (КМп04, К2Сг27 в кислой среде) и при повышенных температурах (см. 7.11.7)

Продолжение табл. 17.8

Методы и уравнения реакций

Условия реакций и типы окислителей см. 14.9.1 и 16.9

Ацетальдегид, получаемый окислением этилена в присутствии PdCl2 (Вакер-про- цесс, см. 7.11.5), используется для синтеза уксусной кислоты

Двухстадийный процесс: га- логенирование по группе СН3 и окислительное расщепление связи С 2 С з в щелоч- ной среде (см. 16.7)

Гидролитические методы

Метод применим в тех случаях, когда возможно получение тригалогенопроизвод- ных углеводородов

Двухстадийный метод: синтез нитрила и его гидролиз при кипячении в водном растворе минеральной кислоты. Одно из достоинств метода — возможность увеличения длины углеродной цепи исходного соединения на один С-атом (см. 17.10)

Окончание табл. 17.8

Методы и уравнения реакций

Карбонилирование алкенов и алкинов

Промышленный метод синтеза насыщенных и ненасыщенных кислот с удлинением углеродной цепи исходного соединения на один С-атом (см. 7.5.6)

Карбоксилирование металлоорганических соединений

Один из универсальных методов получения карбоновых кислот, позволяющий удлинять углеродную цепь исходного соединения на один атом и получать кислоты с разветвленными углеводородными заместителями

Синтезы карбоновых кислот на основе малонового эфира — см. 17.11.3

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: