Предельные одноосновные карбоновые кислоты
Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот СnH2n+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
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.
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
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.
|