Карбоновые кислоты

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
это органические соединения содержащие одну или несколько карбоксильных групп, соединённым с углеродным радикалом
O
R C
OH
CnH2n+1COOH
или
CnH2nO2

Классификация карбоновых кислот
По природе радикала
предельные
непредельные
ароматические
По числу карбоксильных групп
двухосновные
OH
O H2C CH – C
CH3 CH2 C
OH
O
C
O
OH
одноосновные
OH
O
O
C – C
HO
акриловая кислота
пропионовая кислота
бензойная кислота
уксусная кислота
щавелевая кислота
лимонная кислота
многоосновные

НОМЕНКЛАТУРА
В соответствии с номенклатурой ИЮПАК названия карбоновых кислот образуются из названия алкана с тем же числом атомов углерода в молекуле с помощью суффикса –ов, окончания –ая и слова кислота
Нумерацию атомов углерода главной цепи начинают с атома углерода
карбоксильной группы.
Количество карбоксильных групп указывается в названии префикса –ди,
-три, -тетра.
Многие кислоты имеют исторически сложившиеся или тривиальные названия.
2-метилбутановая кислота
4 3 2 1
CH3 CH2 CH C
OH
O
CH3

ГОМОЛОГИЧЕСКИЙ РЯД КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

ИЗОМЕРИЯ
углеродного скелета
пентановая кислота (валерьяновая кислота)
2-метилбутановая кислота (α-метилмасляная кислота)
OH
O
CH3 CH2 CH2 CH2 C
CH3 CH2 CH C
OH
O
CH
3
OH
O
CH3 CH CH2 C
CH3
3-метилбутановая кислота (β-масляная кислота)
OH
O
CH3 H3C C C
CH3
2,2-диметилпропановая кислота (пивалиновая кислота, триметилуксусная кислота)

ИЗОМЕРИЯ
межклассовая
O
CH3 CH2 CH2 C
OH
бутановая кислота
(масляная кислота)
CH3 CH2 C
O
CH3
O
метиловый эфир
пропановой кислоты
CH3 C
O
O CH2 CH3
этиловый эфир этановой кислоты

ИЗОМЕРИЯ
Положения кратной связи
H2C CH CH2 C
OH
O
O
CH3 CH CH C
OH
бутен-2-овая кислота (кротоновая кислота)
бутен-3-овая кислота (винилуксусная кислота)
ИЗОМЕРИЯ пространственная
H3C COOH H3C H
C C C C
H H H COOH
цис-бутен-2-овая кислота транс-бутен-2-овая кислота

СТРОЕНИЕ
Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы – карбонил и гидроксил, взаимно влияющие друг на друга.

КИСЛОТНОСТЬ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Кислотные свойства карбоновых кислот проявляются в их способности отщеплять протон. Повышенная подвижность водорода обусловлена полярностью связи О-Н.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Низшие кислоты (первые четыре) – легкоподвижные бесцветные жидкости с характерным резким запахом, смешиваются с водой в любых соотношениях. Кислоты С4 – С9 - маслянистые жидкости с неприятным запахом, малорастворимы в воде. Высшие кислоты (С10) - твёрдые вещества без запаха, нерастворимые в воде, при перегонке разлагаются.
Температура кипения возрастает по мере увеличения молекулярной массы, при одном и том же числе углеродных атомов кислоты нормального строения кипят при более высокой температуре, чем кислоты изостроения.
Все карбоновые кислоты обладают кислой реакцией (обнаруживается индикаторами).
В большинстве случаев в водном растворе карбоновые кислоты диссоциированы лишь в малой степени и являются слабыми кислотами, значительно уступая таким кислотам как соляная, азотная, серная.

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

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

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

Синтез муравьиной кислоты
Существует специфический способ получения муравьиной кислоты, который заключается в реакции щелочи с угарным газом - образуется формиат (соль муравьиной кислоты). В результате добавления раствора серной кислоты к формиату получается муравьиная кислота.

Синтез уксусной кислоты
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.

Для карбоновых кислот не характерны реакции присоединения. Карбоновые кислоты обладают более выраженными кислотными свойствами, чем спирты.
Химические свойства карбоновых кислот
Кислотные свойства
Карбоновые кислоты проявляют все типичные свойства кислот, они взаимодействуют с металлами левее водорода, с основными оксидами, основаниями:
2СН3 СООН + МgО = (СН3 СОО)2Мg + Н2О,
Соли уксусной кислоты называются ацетатами

Галогенирование
Галогенирование происходит по типу замещения в радикале, который соединен с карбоксильной группой.
Разложение муравьиной кислоты
При нагревании и в присутствии серной кислоты (водоотнимающего компонента) муравьиная кислота распадается на воду и угарный газ.

Образование сложных эфиров со спиртами

ПРИМЕНЕНИЕ
Муравьиная кислота – в медицине, в пчеловодстве, в органическом синтезе, при получении растворителей и
консервантов, в качестве сильного восстановителя.
Уксусная кислота – в пищевой и химической промышленности (органическое стекло, кинопленка), для синтеза красителей, медикаментов и сложных эфиров.
Масляная кислота – для получения ароматизирующих добавок, пластификаторов. Стеариновая и пальмитиновая кислота – в качестве поверхностно-активных веществ, смазочных материалов в металлообработке.

Муравьи рода Formika используют различные кислоты как средство общения друг с другом, точно так же, как многие общественные насекомые. Муравьиная кислота, выделяемая муравьями в момент опасности, служит сигналом для всех остальных особей этого вида и является средством защиты при нападении хищников. Благодаря этой кислоте муравьи имеют не так уж много врагов.
Муравьиная кислота полезна для крупных млекопитаю­щих, так, медведи после зимней спячки избавляются от па­разитов, ложась на муравейник. Муравьи, кусая его, впрыс­кивают муравьиную кислоту.
Муравьиная кислота ши­роко встречается в природе. Она содержится в соке крапивы, хвое, фруктах, а также в небольших ко­личествах в поте и моче.

Молочная кислота (С3Н6О3) является промежуточным про­дуктом обмена веществ у теплокровных животных. Запах этой кислоты улавливается кровососущими насекомыми, в част­ности комарами, на значительном расстоянии. Это позволяет насекомым находить свою жертву.
Она содержится в квашеной капусте, соленых огурцах, образуется при созревании сыра.
Конкуренция среди особей различных видов встречается не только среди животных, но и у растений. Многие сорные растения выделяют вещества, угнетающие рост культурных растений. Некоторые дикорастущие растения выделяют ук­сусную и масляную кислоту, которая подавляет рост или вызывает гибель других растений.

Лимонную кислоту получают не только из лимонов (25 кг на тонну лимонов), но и из плесневого гриба Aspergillus niger.

Пчеловоды применяют раствор щавелевой кислоты с массовой долей 3,2 % в сахарном сиропе для борьбы с паразитическим клещом. При завершении мраморных структур ею обрабатывают поверхности для уплотнения и придания им блеска. Щавелевая кислота и оксалаты присутствует во многих растениях, в том числе в черном чае, встречаются в организме животных.