Предельные одноосновные карбоновые кислоты

 

Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот С_nH_2n+1COOH.

 

Номенклатура карбоновых кислот

 

Для карбоновых кислот более приняты тривиальные названия, возникновение которых обычно связано с природным источникам, из которых они выделены или синтезированы. Так, муравьиная кислота содержится в выделениях муравьев, масляная – в коровьем масле, щавелевая – в ряде растений; никотиновая кислота получена впервые окислением никотина, янтарная – янтаря, о-фталевая – нафталина и т.д.

Международные названия карбоновых кислот образуются от названия соответствующего углеводорода с добавлением окончания “ – овая кислота”. Но такие названия употребляются довольно редко и лишь в тех случаях, когда тривиального названия кислота не имеет.

Таблица 16.4.

Гомологический ряд карбоновых кислот

 

Число атомов С	Карбоновая кислота	Название кислоты
Тривиальное	Номенклатура ИЮПАК
	НСООН	муравьиная	метановая
	СН3 – СООН	уксусная	этановая
	СН3 – СН2 – СООН	пропионовая	пропановая
	СН3 – СН2 – СН2 – СООН	масляная	бутановая
	СН3 – (СН2)2 – СН2 – СООН	валериановая	пентановая
	СН3 – (СН2)3 – СН2 – СООН	капроновая	гексановая
	СН3 – (СН2)4 – СН2 – СООН		гептановая
	СН3 – (СН2)5 – СН2 – СООН	каприловая	октановая
	СН3 – (СН2)6 – СН2 – СООН	пеларгоновая	нонановая
	СН3 – (СН2)7 – СН2 – СООН	каприновая	декановая
	СН3 – (СН2)8 – СН2 – СООН	ундециловая	ундекановая
	СН3 – (СН2)9 – СН2 – СООН	лауриновая	додекановая
	СН3 – (СН2)10 – СН2 – СООН	тридециловая	тридекановая
	СН3 – (СН2)11 – СН2 – СООН	миристиновая	тетрадекановая
	СН3 – (СН2)12 – СН2 – СООН	пентадециловая	пентадекановая
	СН3 – (СН2)13 – СН2 – СООН	пальмитиновая	гексадекановая
	СН3 – (СН2)14 – СН2 – СООН	маргариновая	гептадекановая
	СН3 – (СН2)15 – СН2 – СООН	стеариновая	октадекановая
	СН3 – (СН2)17 – СН2 – СООН	арахиновая	эйкозановая
	СН3 – (СН2)19 – СН2 – СООН	бегеновая
	СН3 – (СН2)21 – СН2 – СООН	лигноцериновая
	СН3 – (СН2)23 – СН2 – СООН	церотиновая
	СН3 – (СН2)25 – СН2 – СООН	монтановая
	СН3 – (СН2)27 – СН2 – СООН	мелиссиновая

 

Нумерацию цепи начинают от карбоксильной группы:

_{5 4 3 2 1}

СН₃ – СН – СН₂ – СН – С = О

½ ½ ½

СН₃ СН₃ ОН

2,4-диметилпентановая кислота

 

Кислотные остатки некоторых карбоновых кислот также имеют свои индивидуальные названия.

 

Карбоновая кислота	Кислотный остаток	Название кислотного остатка
НСООН муравьиная к-та	НСОО -	формиат (“форм” греч. - муравей)
СН3СООН уксусная к-та	СН3СОО -	ацетат (от лат. "кислый”)

 

Изомерия карбоновых кислот

 

1. Изомерия радикала

СН₃ – СН₂ – СН₂ – С = О СН₃ – СН – С = О

½ ½ ½

ОН СН₃ ОН

бутановая кислота 2-метилпропановая кислота

(масляная) (изомасляная)

 

2. Межклассовая изомерия со сложными эфирами

 

С₄Н₈О₂

 

СН₃ – СН₂ – СН₂ – С = О СН₃ – СН₂ – С = О

½ ½

ОН О – СН₃

бутановая кислота метиловый эфир пропановой кислоты

 

Физические свойства карбоновых кислот

Низшие представители карбоновых кислот (С₁ – С₃) – легкоподвижные жидкости с острым кислотным запахом, способные кристаллизоваться при охлаждении. С водой смешиваются во всех соотношениях. Начиная с масляной кислоты (С₄) – маслянистые жидкости, ограниченно растворимые в воде. Высшие кислоты (> С₁₀) – вещества твердые, не растворимые в воде, запаха не имеют. Все карбоновые кислоты растворимы в органических растворителях.

В классе кислот, так же как и в классе спиртов, встречается явление ассоциации молекул за счет образования водородных связей причем эти связи более прочные, чем в спиртах.

 

Таблица 16.5.

Показатели пожарной опасности предельных карбоновых кислот

Кислоты	Плотность r, кг/м3	tкип	tвспышки	tсамовосп	НТПР	ВТПР
Муравьиная НСООН		100,7
Уксусная СН3СООН		118,1
Пропионовая СН3 – СН2 –СООН		141,1
Масляная СН3 – (СН2)2 – СООН		163,5

 

Муравьиная кислота в свободном виде встречается в организме и едких выделениях муравьев, жгучей крапиве и в небольших количествах в моче и поте животных. Муравьиная кислота – едкое вещество: капли ее вызывают на коже пузыри.

Уксусная кислота известна в виде уксуса с глубокой древности. Безводная уксусная кислота может существовать в твердом состоянии в виде прозрачной массы или кристаллов, напоминающих лед, с температурой плавления 16,6⁰С. Поэтому безводную уксусную кислоту часто называют ледяной уксусной кислотой.

Масляная кислот в свободном состоянии содержится в прогоркшем масле и поте. Сложный эфир глицерина и масляной кислоты входит в состав коровьего масла. Так как другие жиры не содержат эфиров масляной кислоты, то в сомнительных случаях для доказательства подлинности коровьего масла производят анализ продукта на масляную кислоту.

Валериановая кислота содержится в валериановом корне, и в виде сложного эфира является компонентом лекарства валидола.

В названиях трех последующих четных кислот – капроновая, каприловая и каприновая есть общий корень. “Капра” по латыни – “коза”; эти кислоты действительно содержатся в жире козьего молока.

Пеларгоновая кислота содержится в летучем масле пеларгонии розовой и других растений семейства гераниевых, лауриновая кислота (в старых книгах ее называли лавровой) – в лавровом масле. Миристиновая кислота содержится в ароматных семенах мускатного дерева – мускатном орехе. Пальмитиновую кислоту выделяют из пальмового масла, выжимаемого из ядер кокосовых орехов. “Стеар” по-древнегречески означает “жир, сало”. Отсюда название стеариновой кислоты. Вместе с пальмитиновой она относится к наиболее важным жирным кислотам и составляет главную часть большинства растительных и животных жиров. Арахиновая кислота встречается в масле земляного ореха – арахиса.

 

Способы получения карбоновых кислот

1. Карбоновые кислоты встречаются в свободном виде в природе, так и в виде своих производных, например, сложных эфиров. Из сложных эфиров карбоновые кислоты могут быть получены гидролизом.

 

2. Окисление альдегидов (спиртов)

 

СН₃ – СН₂ – С = О + [O] ¾¾® СН₃ – СН₂ – С = О

½ ½

H ОН

пропаналь пропановая кислота

 

3. Промышленный способ – окисление предельных углеводородов

 

NaOH, MnCl₂

СН₄ + О₂ ¾¾® Н – С = О

метан ½

ОН муравьиная кислота

 

Аналогично окислением алканов получают другие кислоты.

 

4. Муравьиную кислоту получают из оксида углерода (II).

t

СО + NaOH ¾¾® HCOONa

формиат натрия

HCOONa + H₂SO₄ ¾¾® HCOOH + Na₂SO₄

муравьиная кислота

5. Получение уксусной кислоты из оксида углерода (II) и метанола

t, p

СН₃ОН + СО ¾¾® СН₃СООН

метанол уксусная кислота

 

6. Карбонилирование алкенов

 

СН₃ – СН = СН₂ + СО + Н₂О ¾¾® СН₃ – СН₂ – СН₂ – С = О

½

пропен ОН

бутановая (масляная) кислота

 

Химические свойства карбоновых кислот

 

1. Свойства гидроксильного водорода

 

1.1. Взаимодействие с активными металлами:

 

2СН₃ – СН₂ – С = О + 2Na ® 2СН₃ – СН₂ – С = О + H₂

½ ½

OH ONa

пропановая кислота натриевая соль пропановой кислоты

 

1.2. Взаимодействие с основными оксидами (металлов I –II групп):

 

2СН₃ – СН₂ – СООН + СаО ® (СН₃ – СН₂ – СОО)₂Са + H₂О

пропановая кислота кальциевая соль пропановой кислоты

 

1.3. Взаимодействие со щелочами:

 

СН₃ – СН₂ – СООН + КОН ® СН₃ – СН₂ – СООК + H₂О

пропановая кислота калиевая соль пропановой кислоты

 

1.4. Взаимодействие с карбонатом натрия – качественная реакция на карбоксильную группу (выделение углекислого газа).

 

СН₃ – СН₂ – СООН + Na₂СО₃ ® СН₃ – СН₂ – СООNa + H₂О + CO₂­

пропановая кислота натриевая соль пропановой кислоты

 

2. Свойства гидроксильной группы

 

2.1. Взаимодействие со спиртами – реакция этерификации – образование сложных эфиров:

 

Н₂SO₄ конц.

СН₃ – СН₂ – С – ОН + ОН – СН₂ – СН₃ ¾¾® СН₃ – СН₂ – С – О– СН₂ – СН₃ + Н₂О

ll ll

О О

пропановая кислота этанол этиловый эфир пропановой кислоты

(этилпропаноат)

 

3. Взаимодействие с галогенами. Происходит замещение атома водорода у второго углеродного атома цепи (в a-положении).

 

СН₃ – СН₂ – С – ОН + Br₂ ® СН₃ – СН – С – ОН + НBr

ll ½ ll

O Br O

пропановая кислота 2-бромпропановая кислота

(a-бромпропионовая кислота)

 

4. Реакции окисления. Полное окисление – горение:

 

С₃Н₆О₂ + 3,5О₂ ® 3СО₂ + 3Н₂О

 

5. Особые свойства муравьиной кислоты

 

Восстанавливающие свойства муравьиной кислоты обусловлены наличием альдегидной группы

 

Н – С = О

½

ОН

При окислении муравьиной кислоты образуется угольная кислота, которая разлагается на углекислый газ и воду:

 

Н – С = О + [О] ® Н₂СО₃ ® Н₂О + СО₂

½

ОН

Восстанавливающими свойствами муравьиной кислоты пользуются на практике для ее открытия (и отличия от других кислот).

 

Применение предельных карбоновых кислот

 

Наибольшее промышленное значение имеют муравьиная и уксусная кислоты.

Муравьиная кислота применяется в медицине (1,25 %-ный спиртовой раствор) как раздражающее средство при лечении ревматизма. Муравьиная кислота используется в больших количествах в ряде отраслей промышленности в качестве восстановителя, а также как наиболее сильная органическая кислота.

Уксусная кислота применяется в быту, в пищевой промышленности (например, для консервирования пищевых продуктов), для получения сложных эфиров для парфюмерной, медицинской промышленности, производства полимеров и ядохимикатов.

Широко используются соли уксусной кислоты. Разбавленные растворы уксуснокислого свинца (чрезвычайно ядовитое соединение) используются в медицине в виде свинцовых примочек. Уксуснокислые соли железа, алюминия и хрома имеют большое значение в текстильной промышленности для так называемого протравного крашения.

Основная уксуснокислая медь СН₃СОО(CuОН) часто называется ярь-медянкой и применяется как зеленая краска.

Фторацетат натрия СН₂F – COONa и фторацетат бария

(CH₂F – COO)₂Ba обладают высокой токсичностью, особенно для грызунов (крыс), и применяются поэтому для их истребления – дератизации.