Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Основные карбоновые кислоты

Традиционное название Систематическое наименование Формула Нахождение в природе
Таблица 1. Основные карбоновые кислоты
Уксусная кислота Этаноловая кислота CH3-COOH Продукт брожения вина
Муравьиная кислота Метановая кислота H-COOH Рыжие муравьи, пчёлы, крапива и хвоя
Бензойная кислота C6H5-COOH Смола ладана (бензойная смола)
Янтарная кислота Этан-1,2-дикарбоновая кислота НООС-СН2-СН2-COOH В янтаре
Салициловая кислота 2-гидроксибензойная кислота С6Н4(ОН)СООН Кора ивы
Щавелевая кислота Этандиеновая кислота НООС-СООН В щавеле, ревене, карамболе и некоторых других растениях
Молочная кислота 2-гидроксипропановая кислота CH3-CH(OH)-COOH Образуется при молочнокислом брожении сахаров, в частности, в прокисшем молоке, при брожении вина и пива.
Яблочная кислота Гидроксибутандиовая кислота НООС-СН2-СН(ОН)-СООН Содержится в незрелых яблоках, винограде, рябине, барбарисе и малине.
Лимонная кислота 2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая кислота HOOC-CH2-C(OH)COOH-CH2-COOH Сок недозрелых лимонов
Ацетилсалициловая кислота 2-ацетилоксибензойная кислота C9H8O4 В коре молодых ветвей белой ивы

Химические свойства

Как мы уже обозначали выше, данные кислоты могут проявлять свойства разные. Реакции с их участием важны для промышленного синтеза многих соединений. Обозначим самые главные химические свойства, которые может проявлять одноосновная карбоновая кислота.

  1. Диссоциация: R-COOH = RCOO- + H+.
  2. Проявляет кислотные свойства, то есть взаимодействует с основными оксидами, а также их гидроксидами. С простыми металлами взаимодействует по стандартной схеме (то есть только с теми, что стоят до водорода в ряду напряжений).
  3. С более сильными кислотами (неорганические) ведет себя как основание.
  4. Способна восстанавливаться до первичного спирта.
  5. Особая реакция — этерификации. Это взаимодействие со спиртами с образованием сложного продукта — эфира.
  6. Реакция декарбоксилирования, то есть отщепления от соединения молекулы углекислого газа.
  7. Способна взаимодействовать с галогенидами таких элементов, как фосфор и сера.

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Очевидно, насколько многогранны карбоновые кислоты. Физические свойства, как и химические, достаточно разнообразны. Кроме того, следует сказать, что в целом по силе как кислоты все органические молекулы достаточно слабы по сравнению со своими неорганическими коллегами. Их константы диссоциации не превышают показателя 4,8.

Получение и применение кислот

Кислоты можно получить при помощи окисления соответствующего альдегида:

Задание 24.6. Какой альдегид нужно взять для получения уксусной кислоты? 2-метилпропановой кислоты? Составьте уравнения реакций.

Вопрос. В каких условиях происходят процессы окисления альдегидов? Являются ли эти реакции качественными на альдегидную группу?

Кислоты применяются для получения душистых веществ, растворителей, входят в состав лекарств. Наибольшее применение получила ледяная (безводная) уксусная кислота, которая используется в технических целях (для получения лекарств, ацетатного шёлка, растворителей). В магазине можно купить и пищевую уксусную кислоту (70 %-ный раствор), и уксус (6 %-ный раствор). Концентрированная уксусная кислота — яд! Она вызывает тяжёлые ожоги внутренних органов, разрушает кровь. Её следует разбавлять водой до безопасных 5–7 % (примерно 1:10). Столовый уксус используют при приготовлении пищи. Его получают из глюкозы по схеме:

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Некоторые (жирные) кислоты входят в состав жиров (см. урок 25).

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Реакции

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислотОрганические реакции карбоновых кислот

Наиболее широко применяемые реакции превращают карбоновые кислоты в сложные эфиры, амиды, карбоксилатные соли, хлорангидриды и спирты. Карбоновые кислоты реагируют с основаниями с образованием карбоксилатных солей, в которых водород гидроксильной (–ОН) группы замещен катионом металла . Например, уксусная кислота, содержащаяся в уксусе, реагирует с бикарбонатом натрия (пищевой содой) с образованием ацетата натрия, диоксида углерода и воды:

CH 3 COOH + NaHCO 3 → CH 3 COO — Na + + CO 2 + H 2 O

Карбоновые кислоты также реагируют со спиртами с образованием сложных эфиров . Этот процесс широко используется, например, при производстве полиэфиров . Аналогичным образом карбоновые кислоты превращаются в амиды , но это превращение обычно не происходит в результате прямой реакции карбоновой кислоты и амина. Вместо этого сложные эфиры являются типичными предшественниками амидов. Превращение аминокислот в пептиды — важный биохимический процесс, для которого требуется АТФ .

Гидроксильная группа в карбоновых кислотах может быть заменена атомом хлора с использованием тионилхлорида с получением ацилхлоридов . В природе карбоновые кислоты превращаются в тиоэфиры .

Сокращение

Подобно сложным эфирам , большая часть карбоновой кислоты может быть восстановлена до спиртов путем гидрирования или использования гидридных или алкил-переносящих агентов (поскольку они будут депротонировать кислоты вместо этого без переноса), таких как литийалюмогидрид или реагенты Гриньяра ( литийорганические соединения).

Хлорид N , N- диметил (хлорметилен) аммония (ClHC = N + (CH 3 ) 2 Cl — ) является хемоселективным агентом для восстановления карбоновой кислоты. Он селективно активирует карбоновую кислоту с образованием соли карбоксиметиленаммония, которая может быть восстановлена ​​мягким восстановителем, таким как трис ( трет- бутокси) алюмогидрид лития, с получением альдегида в одной емкости. Эта процедура, как известно, допускает использование реакционноспособных карбонильных функциональных групп, таких как кетон, а также умеренно реакционноспособных сложноэфирных, олефиновых, нитрильных и галогенидных фрагментов.

Специализированные реакции

  • Как и все карбонильные соединения, протоны на α-углероде лабильны из-за кето-енольной таутомеризации . Таким образом, α-углерод легко галогенируется при галогенировании Хелла – Волхарда – Зелинского .
  • Реакция Шмидта превращает карбоновые кислоты в амины .
  • Карбоновые кислоты декарбоксилируются в реакции Хунсдикера .
  • Реакция Дакина – Веста превращает аминокислоту в соответствующий аминокетон.
  • При деградации Барбье-Виланда карбоновая кислота в алифатической цепи, имеющей простой метиленовый мостик в альфа-положении, может иметь цепь, укороченную на один атом углерода. Обратной процедурой является синтез Арндта-Эйстерта , где кислота превращается в ацилгалогенид, который затем реагирует с диазометаном с образованием одного дополнительного метилена в алифатической цепи.
  • Многие кислоты подвергаются окислительному декарбоксилированию . Ферменты , катализирующие эти реакции, известны как карбоксилазы ( EC  6.4.1) и декарбоксилазы (EC 4.1.1).
  • Карбоновые кислоты восстанавливаются до альдегидов через сложный эфир и DIBAL , через хлорангидрид при восстановлении Розенмунда и через тиоэфир при восстановлении Фукуямы .
  • При декарбоксилировании кетонов карбоновые кислоты превращаются в кетоны.
  • Литийорганические реагенты (> 2 экв.) Реагируют с карбоновыми кислотами с образованием 1,1-диолата дилития, стабильного тетраэдрического промежуточного соединения, которое при кислотной обработке разлагается с образованием кетона.
  • Электролиз Кольбы является электролитической, decarboxylative реакции димеризации. Он избавляется от карбоксильных групп двух молекул кислоты и соединяет оставшиеся фрагменты вместе.

Химические свойства

Таблица основных свойств карбоновых кислот.

Кислотные свойства
Характерные кислотные свойства проявляются в реакциях с металлами, гидроксидами и основными оксидами, а также при вытеснении кислоты (более слабой) из соли. 2CH3COOH + Mg ⟶ (CH3COO)2Mg + H2 CH3COOH + koh ⟶ CH3COO К + H2O CH3COOH + NH4OH ⟶ CH3COONH4 + H2O 2CH3COOH + CaO ⟶ (CH3COO)2C a + H2O 2CH3COOH + Na2SiO3 ⟶ H2SiO3 + 2CH3COONa
Диссоциация
В водных растворах поведение монокарбоновых аналогично поведению одноосновных: происходит ионизация молекулы с образованием иона водорода и карбоксилат иона. RCOOH ⟶ RCOO — + Н+
Восстановление
Восстановление до спирта происходит при помощи литийалюминийгидрида ( LiAlH4), а также при кипячении в тетрагидрофуране. Плюсом восстановления в диборане (B2H4) является то, что процесс идёт в более мягких условиях и восстановление других функциональных групп не происходит (NO2, COOR и СN). CH3(CH2)4COOH + H2 → CH3(CH2)4CH2OH + H2O
Окисление
В атмосфере кислорода происходит окисление с выделением углекислого газа и воды. CH3COOH + 2O2 ⟶ 2СO2 + 2H2O
Декарбоксилирование
Насыщенные одноосновные огранические соединения сложно подвергаются декарбоксилированию даже при нагревании из-за прочности связи углерод-углерод:
  1. Отделить карбоксильную группу можно сплавлением соли щелочного металла со щёлочью.
  2. А также получение углеводородов электрохимическим методом по реакции Кольбе.
  1. CH3COONa + NaOH ⟶ C2H6 + Na2CO3
  2. 2RCOO— ⟶ 2CO2 + R–R +2е
Реакция этерификации
Нагревание в присутствии H2SO4 спирта и карбоновой кислоты приводит к сложным эфирам CH3COOH + CH3CH2OH ⟶ CH3COOCH2CH3 + H2O
Образование производных
Замещение гидроксильной группы другой функциональной группой (Х) приводит к образованию веществ с общей формулой RCO — X . Это могут быть, например:
  1. Хлорангидриды – при взаимодействии с хлоридом фосфора ( PCl 5), а также с тионилхлоридом ( SOCL 2).
  2. Амиды – при взаимодействии с аммиаком при нагревании.
  1. CH3COOH + PCl5 ⟶ CH3COCl + POCl3 + HCl или CH3COOH + SOCl2 ⟶ CH3COCl + HCl + SO2
  2. CH3COOH + NH3 ⟶ CH3CONH2 + H2O
Получение ангидридов
Производные общей формулой R-C(O)-O-C(O)-R получают межмолекулярной дегидратацией карбоновых органических соединений. Реакция проходит в присутствии водоотнимающего агента (P2O5). CH3COOH + CH3COOH ⟶ CH3 -C(O)-O-C(O)- CH3
Галогенирование
Взаимодействие с галогенами на свету приводит к образованию галогензамещённых (α-галогенкарбоновых) кислот. C2H5COOH + Br2 ⟶ CH3CH(Br)COOH + HBr или CH3COOH + 3Cl2 ⟶ C(Cl)3COOH + 3HCl

https://youtube.com/watch?v=2JqtfyJ0Rxo

Карбоновые считаются слабыми кислотами. При этом монокарбоновые слабее ди- и трикарбоновых кислот. Заместители, являющиеся донорами электронов, ослабляют кислотные свойства, а электроноакцепторные заместители их усиливают, как и кратные связи. Чем дальше заместитель от карбоксильной группы, тем слабее его влияние.

К важным свойствам таких производных, как соли относится реакция получения кетонов методом пиролиза. Кальциевые, ториевые или бариевые соли при нагревании до температуры около 300 °С превращаются в кетоны.

Химические свойства

Химические свойства карбоновых кислот такие же, что и у неорганических;

  1. Диссоциация в воде. Образуется ион водорода и карбоксилат ион. Наиболее сильной является метановая. Другие соединения имеют среднюю силу. Она уменьшается по мере роста атомов С.
  2. Реакция с металлами: 2НСООН + → ()2 + 2.
  3. Реакция с щелочами: → 3 + 2.
  4. Реакция с основным оксидом: 2НСООН +СаО → ()2 + 2.
  5. Реакция с солями слабых кислот: 2СН3СН + 23 → 23 + 23. В этом случае образуется натрия ацетат, а 23 выпадает в осадок.
  6. Реакция с аммиаком: С2Н5СООН + 3 → 254. В этом случае образуется пропионат аммония.
  7. Взаимодействие со спиртами: СН3СН + С2Н5ОН → СН3СС2Н5 + Н2О.
  8. Вступают в реакции с галогенами с синтезом хлопроизводных карбоновой кислоты и хлористого водорода. Эта реакция происходит вместе с катализатором — красного фосфора. При окислении хлором НСООН разлагается до углекислого газа и хлористого водорода.
  9. При воздействии чистого кислорода уксус окисляется до углекислого газа и воды.

Химические свойства

Общие свойства, характерные для класса кислот (как органических, так и неорганических), обусловлены наличием в молекулах гидроксильной группы, содержащей сильно полярную связь между атомами водорода и кислорода. Эти свойства вам хорошо известны. Рассмотрим их еще раз на примере растворимых в воде органических кислот.

1. Диссоциация с образованием катионов водорода и анионов кислотного остатка. Более точно этот процесс описывает уравнение, учитывающее участие в нем молекул воды.

Равновесие диссоциации карбоновых кислот смещено влево, подавляющее большинство их — слабые электролиты. Тем не менее кислый вкус, например, муравьиной и уксусной кислот объясняется диссоциацией на катионы водорода и анионы кислотных остатков.

Очевидно, что присутствием в молекулах карбоновых кислот «кислого» водорода, т. е. водорода карбоксильной группы, обусловлены и другие характерные свойства.

2. Взаимодействие с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода. Так, железо восстанавливает водород из уксусной кислоты:2СН3—СООН + Fe —> (CHgCOO)2Fe + Н2

3. Взаимодействие с основными оксидами с образованием соли и воды:2R—СООН + СаО —> (R—СОО)2Са + Н20

4. Взаимодействие с гидроксидами металлов с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):R—СООН + NaOH —> R—COONa + Н20 3R—СООН + Са(ОН)2 —> (R—СОО)2Са + 2Н20

5. Взаимодействие с солями более слабых кислот, с образованием последних. Так, уксусная кислота вытесняет стеариновую из стеарата натрия и угольную из карбоната калия.

6. Взаимодействие карбоновых кислот со спиртами с образованием сложных эфиров — уже известная вам реакция эте-рификации (одна из наиболее важных реакций, характерных для карбоновых кислот). Взаимодействие карбоновых кислот со спиртами катализируется катионами водорода.

Реакция этерификации обратима. Равновесие смещается в сторону образования сложного эфира в присутствии водоотни-мающих средств и удалении эфира из реакционной смеси.

В реакции, обратной этерификации, которая называется гидролизом сложного эфира (взаимодействие сложного эфира с водой), образуются кислота и спирт. Очевидно, что реагировать с карбоновыми кислотами, т. е. вступать в реакцию этерификации, могут и многоатомные спирты, например глицерин:Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Dсе карбоновые кислоты (кроме муравьиной) наряду с карбоксильной группой содержат в молекулах углеводородный остаток. Безусловно, это не может не сказаться на свойствах кислот, которые определяются характером углеводородного остатка.

7. Реакции присоединения по кратной связи — в них вступают непредельные карбоновые кислоты; например, реакция присоединения водорода — гидрирование. При гидрировании олеиновой кислоты образуется предельная стеариновая кислота.

Непредельные карбоновые кислоты, как и другие ненасыщенные соединения, присоединяют галогены по двойной связи. Так, например, акриловая кислота обесцвечивает бромную воду.

8. Реакции замещения (с галогенами) — в нее способны вступать предельные карбоновые кислоты; например, при взаимодействии уксусной кислоты с хлором могут быть получены различные хлорпроизводные кислоты:

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

При галогенировании карбоновых кислот, содержащих более одного атома углерода в углеводородном остатке, возможно образование продуктов с различным положением галогена в молекуле. При протекании реакции по свободнорадикальному механизму могут замещаться любые атомы водорода в углеводородном остатке. Если же реакцию проводить в присутствии небольших количеств красного фосфора, то она идет селективно — водород замещается лишь в а-положении (у ближайшего к функциональной группе атома углерода) в молекуле кислоты. Причины такой селективности вы узнаете при изучении химии в высшем учебном заведении.

Карбоновые кислоты образуют различные функциональные производные при замещении гидроксильной группы. При гидролизе этих производных из них вновь образуется карбоновая кислота.

Хлорангидрид карбоновой кислоты можно получить действием на кислоту хлорида фосфора(ІІІ) или тионилхлорида (SОСl2). Ангидриды карбоновых кислот получают взаимодействием хлор-ангидридов с солями карбоновых кислот. Сложные эфиры образуются в результате этерификации карбоновых кислот спиртами. Этерификация катализируется неорганическими кислотами.

Эту реакцию инициирует протонирование карбоксильной группы — взаимодействие катиона водорода (протона) с неподеленной электронной парой атома кислорода. Протонирование карбоксильной группы влечет за собой увеличение положительного заряда на атоме углерода в ней:

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Синтез

Промышленные маршруты

В целом, промышленные пути получения карбоновых кислот отличаются от тех, которые используются в меньших масштабах, поскольку они требуют специального оборудования.

  • Карбонилирование спиртов на примере процесса Cativa для производства уксусной кислоты. Муравьиная кислота получается другим путем карбонилирования, также исходя из метанола.
  • Окисление альдегидов воздухом с использованием кобальтовых и марганцевых катализаторов. Требуемые альдегиды легко получить из алкенов гидроформилированием .
  • Окисление углеводородов воздухом. Для простых алканов этот метод недорогой, но недостаточно селективный, чтобы быть полезным. Аллильные и бензильные соединения подвергаются более избирательному окислению. Алкильные группы бензольного кольца окисляются до карбоновой кислоты независимо от длины ее цепи. Бензойная кислота из толуола , терефталевой кислоты из пара — ксилол , и фталевой кислоты с орто — ксилол являются иллюстративными конверсиями крупномасштабных. Акриловая кислота образуется из пропена .
  • Окисление этена с использованием катализатора кремневольфрамовой кислоты .
  • Катализируемое основанием дегидрирование спиртов.
  • Карбонилирование сочетается с добавлением воды. Этот метод эффективен и универсален для алкенов, которые образуют вторичные и третичные карбокатионы , например изобутилен в пивалиновую кислоту . В реакции Коха добавление воды и окиси углерода к алкенам катализируется сильными кислотами. Гидрокарбоксилирование включает одновременное добавление воды и CO . Такие реакции иногда называют « химией Реппа ».
HCCH + CO + H 2 O → CH 2 = CHCO 2 H
  • Гидролиз триглицеридов, полученных из растительных или животных масел. Эти методы синтеза некоторых длинноцепочечных карбоновых кислот относятся к мыловарению .
  • Ферментация этанола. Этот метод используется при производстве уксуса .
  • Реакция Кольбе-Шмитта открывает путь к салициловой кислоте , предшественнику аспирина .

Лабораторные методы

В препаративных методах малых реакций для исследований или производства тонких химикатов часто используются дорогостоящие расходные реагенты.

  • Окисление первичных спиртов или альдегидов сильными окислителями, такими как дихромат калия , реактив Джонса , перманганат калия или хлорит натрия . Этот метод больше подходит для лабораторных условий, чем для промышленного использования воздуха, который является «зеленым», поскольку дает меньше неорганических побочных продуктов, таких как оксиды хрома или марганца.
  • Окислительное расщепление олефинов путем озонолиза , перманганата калия или дихромата калия .
  • Гидролиз нитрилов , сложных эфиров или амидов , обычно с кислотным или основным катализом.
  • Карбонизация реактива Гриньяра и литийорганических реагентов:
RLi + CO 2 → RCO 2 Li
RCO 2 Li + HCl → RCO 2 H + LiCl
  • Галогенирование с последующим гидролизом метилкетонов в галоформной реакции.
  • Катализируемое основанием расщепление неэнолизируемых кетонов, особенно арилкетонов:
RC (O) Ar + H 2 O → RCO 2 H + ArH

Менее распространенные реакции

Многие реакции производят карбоновые кислоты, но используются только в определенных случаях или представляют в основном академический интерес.

  • Диспропорционирование альдегида в реакции Канниццаро
  • Перегруппировка дикетонов в перегруппировке бензиловой кислоты с образованием бензойных кислот — это реакция фон Рихтера из нитробензолов и реакция Кольбе-Шмитта из фенолов .

Применение органических соединений

Применение карбоновых кислот широко распространено в промышленности и быту. Так, НСООН обладает выраженными антибактериальными свойствами. Применяется для изготовления клеев, лаков, красителей. Сложные эфиры вещества — это растворители для пахнущих веществ.

Известный всем муравьиный спирт применяется в медицине в качестве противовоспалительного, болеутоляющего средства. Рефлекторно действует как раздражитель. НСООН используется для повышения срока хранения сена, силоса, потому что это вещество замедляет процесс гниения и распада органических веществ.

Уксус находит широкое применение не только как добавка к пище и для приготовления консервов. С ее помощью можно легко синтезировать лаки, красители для тканей. Огромные количества СН3СООН расходуются для выработки широко используемого ацетатного волокна, пластмассы, кинопленки, устойчивой к воспламенению и возгоранию, ядов, органического стекла. Ацетаты широко используются в сельском хозяйстве как эффективные ядохимикаты.

Несмотря на отвратительный запах прогорклого масла, С3Н7СООН используется для терапии патологий пищеварительного тракта. Она регулирует кишечную перистальтику, способствует развитию полезных бактерий. Сложные эфиры этого вещества имеют приятный запах, а поэтому они применяются в качестве основы для парфюмерной композиции.

Стеарин и пальмитин используют в процессе реакций с глицерином и образует мыло. Косметические вещества быстро впитываются и не вызывают аллергии. В химии применяют одноосновные карбоновые кислоты с более высоким углеродным числом.

Щавелевая применяется почти во всех отраслях промышленности благодаря ее уникальным свойствам.

Свойства кислот

Физические свойства

Кислоты с небольшим числом атомов углерода (1–10) — жидкости с резким запахом. Вкус у них разный — уксусная кислота — кислая, а масляная — горькая. Низшие кислоты растворимы в воде, причём с увеличением длины радикала их растворимость ухудшается.

Например, уксусная кислота — бесцветная жидкость с резким запахом. Смешивается с водой в любых соотношениях. 60…90 %-ные растворы уксусной кислоты (уксусная эссенция) опасны для жизни, в то время как 6…8 %-ные растворы столового уксуса широко применяются при приготовлении пищи.

Высшие кислоты, например стеариновая кислота, твёрдые, нерастворимые в воде вещества, лишённые запаха. Смесь таких кислот называется «стеарин». Из стеарина делают свечи.

Химические свойства

Кислоты проявляют все свойства неорганических кислот.

Вопрос. Какие свойства кислот вам известны?

Кислоты реагируют с металлами, которые стоят в ряду напряжений до водорода:

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

При составлении таких реакций следует помнить, что

  • кислотный остаток — это часть молекулы кислоты без подвижного атома водорода; в данном случае это: С3Н7СОО;
  • валентность кислотного остатка равна числу замещённых атомов водорода, в данном случае замещается один атом водорода и валентность равна I;
  • исходя из этого, нужно переписать после реакции кислотный остаток, взять его в скобки и за скобками поставить цифру, равную валентности металла, а затем записать символ самого металла.

В результате такой реакции образуется соль и выделяется водород.

Кислоты реагируют с основными и амфотерными оксидами:

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

В этом случае образуется соль и вода. Такие же продукты реакции образуются при взаимодействии кислоты и основания:

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Большинство карбоновых кислот — слабые кислоты. Тем не менее они могут вытеснять более слабые кислоты из их солей:

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Итак, во всех этих реакциях образуются соли. Названия солей происходят от латинских названий кислот. Запомните эти названия!

Задание 24.5. Составьте для известных Вам карбоновых кислот таблицу по схеме:

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Названия солей см. выше (в уравнениях химических реакций).

Кислоты могут реагировать со спиртами, в результате получаются сложные эфиры:

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Это реакция этерификации. Она происходит в присутствии концентрированной серной кислоты. (Подробнее о названиях и свойствах сложных эфиров см. урок 25.)

Кислоты могут реагировать с галогенами за счёт углеводородного радикала, при этом на атом галогена замещается атом водорода у ближайшего к карбоксильной группе атома углерода (это α-углеродный атом):

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислотКарбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Разновидности карбоновых кислот

Химики выделяют несколько групп органических кислот.

Классификация карбоновых кислот

По числу функциональных групп

Монокарбоновые

Дикарбоновые

Поликарбоновые

По природе радикала

Алифатические

Ароматические

Циклические

По степени насыщенности радикала

Ненасыщенные

Насыщенные

По наличию функциональных групп в радикале, то есть по замещению одного атома водорода

Галоген (Cl2, F2, Br2, I2)

Оксогруппу (COH)

Оксигруппу (OH)

Аминогруппу (NH2)

Моноосновные карбоновые кислоты состоят из углеродного скелета и только одной функциональной карбоксильной группы. Каждый школьник знает химические свойства карбоновых кислот. 10 класс учебной программы по химии включает в себя непосредственно изучение свойств одноосновных кислот. Двухосновные и многоосновные кислоты имеют в своей структуре две и более карбоксильных групп соответственно.

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Также по наличию или отсутствию двойных и тройных связей в молекуле бывают ненасыщенные и насыщенные карбоновые кислоты. Химические свойства и их отличия будут рассмотрены ниже.

Если органическая кислота имеет в составе радикала замещенный атом, то в ее название включается наименование группы-заместителя. Так, если атом водорода замещен галогеном, то в названии кислоты будет присутствовать наименование галогена. Такие же изменения претерпит наименование, если произойдет замещение на альдегидную, гидроксильную или аминогруппы.

Названия

Все названия соединений с карбоксильной группой образуются по наименованию углеводорода, например:

  • метановая (от углеводорода метана СН4 образовалась кислота НСООН — метановая),
  • этановая — СН3COOH,
  • пропановая — С2Н5COOH,
  • ​2-этилбутановая — CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3СOOH.

Но некоторые кислотные соединения имеют исторические, то есть тривиальные названия:

  • муравьиная — HCOOH,
  • уксусная — CH3COOH,
  • пропионовая — C2H5СООН,
  • масляная — С3Н7СOOH,
  • капроновая — С6Н13COOH,
  • стеариновая — С17Н35СOOH,
  • CH2=CH CОOH — акриловая,
  • СH3 — (CH2)7 — CH=CН — (CH2)7 — COOН — олеиновая,
  • HООC — CООH — щавелевая.

Необходимо помнить, что такое название употребляется наряду с основным.

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислотНазвания

Физические свойства

Растворимость

Карбоновые кислоты полярны . Поскольку они одновременно являются акцепторами водородных связей (карбонил –C = O) и донорами водородных связей (гидроксил –OH), они также участвуют в образовании водородных связей . Вместе гидроксильная и карбонильная группы образуют функциональную группу карбоксил. Карбоновые кислоты обычно существуют в виде димеров в неполярных средах из-за их тенденции к «самоассоциации». Карбоновые кислоты меньшего размера (от 1 до 5 атомов углерода) растворимы в воде, тогда как карбоновые кислоты большего размера имеют ограниченную растворимость из-за возрастающей гидрофобной природы алкильной цепи. Эти кислоты с более длинной цепью обычно растворимы в менее полярных растворителях, таких как простые эфиры и спирты. Водный гидроксид натрия и карбоновые кислоты, даже гидрофобные, реагируют с образованием водорастворимых солей натрия. Например, энатовая кислота имеет низкую растворимость в воде (0,2 г / л), но ее натриевая соль хорошо растворяется в воде.

Карбоновые кислоты: физические свойства. соли карбоновых кислот

Точки кипения

Карбоновые кислоты имеют более высокие температуры кипения, чем вода, из-за их большей площади поверхности и их тенденции образовывать стабилизированные димеры за счет водородных связей . Для того, чтобы произошло кипение, либо димерные связи должны быть разорваны, либо вся структура димеров должна испариться, что значительно увеличивает требования к энтальпии испарения .

Карбоновые кислоты димеры

Кислотность

Карбоновые кислоты относятся к кислотам Бренстеда – Лоури, потому что они являются донорами протонов (H + ). Это наиболее распространенный тип органических кислот .

Карбоновые кислоты обычно являются слабыми кислотами , что означает, что они лишь частично диссоциируют на катионы H 3 O + и анионы RCOO в нейтральном водном растворе. Например, при комнатной температуре в 1- молярном растворе уксусной кислоты диссоциирует только 0,4% кислоты. Электроноакцепторные заместители, такие как группа -CF , дают более сильные кислоты (pKa муравьиной кислоты составляет 3,75, тогда как трифторуксусная кислота с трифторметильным заместителем имеет pK a 0,23). Электронодонорные заместители дают более слабые кислоты (pK a муравьиной кислоты составляет 3,75, тогда как у уксусной кислоты с метильным заместителем pK a составляет 4,76).

Карбоновая кислота p K a
Уксусная кислота (CH 3 CO 2 H) 4,76
Бензойная кислота (C 6 H 5 CO 2 H) 4.2
Муравьиная кислота (HCOOH) 3,75
Хлоруксусная кислота (CH 2 ClCO 2 H) 2,86
Дихлоруксусная кислота (CHCl 2 CO 2 H) 1,29
Щавелевая кислота (HO 2 CCO 2 H)

(первая диссоциация)

1,27
Щавелевая кислота (HO 2 CCO 2 — )

(вторая диссоциация)

4,14
Трихлоруксусная кислота (CCl 3 CO 2 H) 0,65
Трифторуксусная кислота (CF 3 CO 2 H) 0,23

Депротонирование карбоновых кислот дает карбоксилат-анионы; они стабилизированы резонансом , потому что отрицательный заряд делокализован по двум атомам кислорода, увеличивая стабильность аниона. Каждая из углерод-кислородных связей в карбоксилат-анионе имеет характер частичной двойной связи. Частичный положительный заряд карбонильного углерода также ослабляется отрицательными зарядами -1 / 2 на 2 атомах кислорода.

Запах

Карбоновые кислоты часто имеют сильный кисловатый запах. Сложные эфиры карбоновых кислот имеют приятный запах, и многие из них используются в парфюмерии .

Характеристика

Карбоновые кислоты как таковые легко идентифицируются с помощью инфракрасной спектроскопии . Они демонстрируют резкую полосу, связанную с колебанием колебательной связи C – O ( ν C = O ) между 1680 и 1725 см -1 . Характерная полоса ν O – H проявляется в виде широкого пика в области от 2500 до 3000 см –1 . По данным спектрометрии 1 H ЯМР , гидроксильный водород появляется в области 10–13 м.д., хотя часто он либо расширен, либо не наблюдается из-за обмена со следами воды.

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организацииМуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммыОтчетыпо упоминаниямДокументная базаЦенные бумагиПоложенияФинансовые документыПостановленияРубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датамРегламентыТерминыНаучная терминологияФинансоваяЭкономическаяВремяДаты2015 год2016 годДокументы в финансовой сферев инвестиционной