Лекция №24: «КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ»
План
1. Общая характеристика
2. Номенклатура
3. Получение
4. Физические свойства
5. Химические свойства
1
Карбо́новые кисло́ты — класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных карбоксильных групп -COOH. Кислые свойства объясняются тем, что данная группа может сравнительно легко отщеплять протон. За редкими исключениями карбоновые кислоты являются слабыми. Например, у уксусной кислоты CH3COOH константа кислотности равна 1,75·10−5. Ди- и трикарбоновые кислоты более сильные, чем монокарбоновые.
2
Номенклатура
По международной номенклатуре ИЮПАК, карбоновые кислот называют, выбирая за основу наиболее длинную углеродную цепочку, содержащую группу -СООН, и добавляя к названию соответствующего углеводорода окончание " овая " и слово " кислота ". При этом атому углерода, входящему в состав карбоксильной группы, присваивается первый номер. Например СН3-СН2-СООН - пропановая кислота, СН3-С(СН3)2-СООН - 2,2-диметилпропановая кислота.
По рациональной номенклатуре к названию углеводорода добавляют окончание " карбоновая " и слово " кислота ", не включая при этом в нумерацию цепи атом углерода карбоксильной группы. Например, С5Н9СООН - циклопентанкарбоновая кислота, СН3-С(СН3)2-СООН - трет -бутилкарбоновая кислота.
Многие из карбоновых кислот имеют тривиальные названия (некоторые из них приведены в таблице).
Названия одноосновных карбоновых кислот
Тривиальное название | Название по ИЮПАК | Формула | Название солей |
Муравьиная кислота | Метановая кислота | HCOOH | формиаты |
Уксусная кислота | Этановая кислота | CH3COOH | ацетаты |
Пропионовая кислота | Пропановая кислота | C2H5COOH | пропионаты |
Масляная кислота | Бутановая кислота | C3H7COOH | бутираты |
Валериановая кислота | Пентановая кислота | C4H9COOH | валераты |
В зависимости от радикала, связанного с карбоксилом, различают следующие группы карбоновых кислот:
· ароматические (бензойная кислота)
· алифатические (в том числе предельные (капроновая кислота) и непредельные (акриловая кислота))
· алициклические (хинная кислота)
· гетероциклические (гем).
По числу карбоксильных групп кислоты могут быть:
· одноосновными (уксусная кислота)
· двухосновными щавелевая кислота)
· многоосновными (лимонная кислота)
3
Получение одноосновных предельных кислот
· Окисление спиртов
· Окисление альдегидов
· Гидролиз тригалогеналканов
· Карбоксилирование металлорганических соединений
· Гидролиз сложных эфиров
· Гидролиз нитрилов
Катализируется кислотой или основанием; первоначально образуется амид, который гидролизуется до кислоты; лишь в редких случаях амид устойчив к гидролизу; удобный лабораторный метод (если нитрил доступен)
· Реакция Арндта-Эйстерта
Используется для получения высших гомологов кислот из низших.
4
Физические свойства
Низшие карбоновые кислоты — жидкости с острым запахом, хорошо растворимые в воде. С повышением относительной молекулярной массы растворимость кислот в воде и их плотность уменьшаются, а температура кипения повышается. Высшие кислоты, начиная с пеларгоновой (н-нонановой) СН3-(СН2)7-СООН, — твердые вещества, без запаха, нерастворимые в воде. Низшие карбоновые кислоты в безводном виде и в виде концентрированных растворов раздражают кожу и вызывают ожоги, особенномуравьиная кислота и уксусная кислота.
На физических свойствах карбоновых кислот сказывается значительная степень ассоциации вследствие образования водородных связей. Кислоты в отличие от спиртов, образуют более прочные водородные связи, вследствие того что связи в них в большей степени поляризованы по типу Кроме того, у карбоновых кислот имеется возможность образования водородных связей с кислородом карбонильного диполя, обладающим значительной электроотрицательностью, а не только с кислородом другой гидроксильной группы. Действительно, в твердом и жидком состояниях карбоновые кислоты существуют в основном в виде циклических димеров.
5
Химические свойства
Наиболее важные химические свойства, характерные для большинства карбоновых кислот:
1. Карбоновые кислоты при реакции с металлами, их оксидами или их осно́вными гидроксидами дают соли соответствующих металлов:
2. Карбоновые кислоты могут вытеснять более слабую кислоту из её соли, например:
3. Карбоновые кислоты в присутствии кислого катализатора реагируют со спиртами, образуя сложные эфиры (реакция этерификации):
4. При нагревании аммонийных солей карбоновых кислот образуются их амиды:
5. Под действием карбоновые кислоты превращаются в соответствующие хлорангидриды: