б) тривиальная номенклатура.

Широко распространены также и тривиальные, исторически сложившиеся наименования:

Ниже представлен гомологический ряд дикарбоновых (диовых) кислот:

Реже встречается способ наименования с использованием обозначения положения заместителей буквами греческого алфавита. Обозначение начинается с атома углерода, соседнего с карбоксильной группой:

II. Физические свойства простейших представителей насыщенных карбоновых кислот.

Физические свойства карбоновых кислот:

1)не существуют в газообразном виде;

2) С₁-С₉ - жидкие вещества (жидкое состояние кислот обусловлено образованием межмолекулярных водородных связей);

3) высшие кислоты (от С₁₀) - твердые вещества

4) с характерным резким запахом;

5) имеют высокие температуры плавления и кипения; с повышением относительной молекулярной массы темпера­туры кипения и плавления повышаются;

6) хорошо растворимы в воде; с повышением относительной молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается;

7) с увеличением углеводородного радикала сила кислот уменьшается.

Детальнее рассмотрим физические свойства простейших представителей насыщенных карбоновых кислот.

Муравьиная кислота (метановая кислота) НСООН, молярная масса равна 46,03; бесцветная жидкость с резким запахом; t_пл = 8,4°С, t_кип = 100,7°С; смешивается во всех соотношениях с водой, диэтиловым эфиром, этанолом, умеренно растворима в бензоле, толуоле, ССl₄.

Муравьиная кислота - простейшая карбоновая кислота, заметно сильнее других кислот. Вступает в реакции окисления - восстановления, присоединения, циклизации.

Уксусная кислота (этановая кислота) CH₃COOH, молярная масса равна 60,05; бесцветная прозрачная жидкость с резким раздражающим запахом. Для безводной ("ледяной") t_пл = 16,64 ⁰C, t_кип = 117,8 ⁰C. Смешивается со многими растворителями, хорошо растворяет органические соединения, в ней растворяются газы HF, HCl, HBr, HI и др.

III. Химические свойства насыщенных карбоновых кислот.

1) сложная карбоксильная группа является сочетанием карбонильной и гидроксильной групп. Последняя под влиянием карбонильной группы существенно отличается от гидроксильной группы спиртов, и входящий в нее кислород в водных растворах отщепляется в виде катиона; карбоновые кислоты подвергаются электролитической диссоциации:

RCOOH = RCOO^- + H⁺.

Пример:

2) сила большинства карбоновых кислот достаточна, чтобы вытеснить угольную кислоту из ее солей:

В свою очередь угольная кислота распадается на воду и углекислый газ.

Карбоновые кислоты не реагируют с солями более сильных кислот - фосфорной, соляной серной и т.д.

3) получение ангидридов кислот.

Ангидриды кислот можно рассматривать как продукты дегидратации двух молекул кислоты. При отнятии воды от карбоновых кислот (которое удается осуществить только при помощи фосфорного ангидрида Р₂О₅) можно получать смешанные и моноангидриды:

Другой способ получения ангидридов - реакция солей карбоновых кислот с галогенангидридами кислот:

Уксусный ангидрид - жидкость, кипящая при 140 ^оС, обладающая неприятным резким запахом. Ангидрида муравьиной кислоты не существует.

4) получение галогенангидридов кислот.

Хлорангидриды кислот получают классическими реакциями замены гидроксильной группы на галоген (так же, как и в случае со спиртами):

5) получение сложных эфиров.

Этерификация кислот спиртами приводит к сложным эфирам с переменным успехом. Реакция протекает в кислой среде и обратима. Роль кислоты заключается в активации (усилении реакционной способности) карбоновой кислоты (но не спирта!) путем протонирования:

Протонированная по атому кислорода карбонильной группы кислота атакуется атомом кислорода спирта (на нем имеются две неподеленные пары электронов):

Реакция завершается переносом протона, отщеплением воды и, наконец, отщеплением самого протона (регенерация катализатора):

Пример:

Муравьиная кислота взаимодействует с этиловым спиртом. Образуется этиловый эфир муравьиной кислоты или этилформиат.

НСООН + С₂Н₅ОН = Н-С + Н₂О

С₂Н₅

Уксусная кислота реагирует с фенолом. В результате образуется фениловый эфир уксусной кислоты или фенил ацетат.

СН₃СООН + = СН₃-С +Н₂О

6) важное химическое свойство карбоновых кислот - способность превращаться в производные. При взаимодействии с металлами, оксидами, основаниями карбоновые кислоты дают соли:

НСООН + Mg = (НСОО)₂ Mg + Н_{2 (газ.)}

СН₃СООН + СаО = (СН3СОО)₂Са + Н₂О

СН₃СООН + NaOH = CH₃COONa + H₂O

7) реакции декарбоксилирования (общая схема):

Реакция взаимодействия ацетата натрия с NaOH протекает при сплавлении:

8) пиролиз карбоновых кислот и их солей:

9)При нагревании муравьиная кислота разлагается с образованием СО₂ и Н₂; H₂SO₄ расщепляет ее на СО и Н₂О; Н₂О₂ окисляет до надмуравьиной кислоты НСОООН.

IV. получение карбоновых кислот.

1. Каталитическое окисление ацетатальдегида в жидкой фазе в присутствии солей Mn или смеси солей Mn, Со, Ni и Fe при 56-75 ⁰С и давлении 0,2-0,3 МПа; окислитель - технический O₂, выход уксусной кислоты составляет 92-93%.

2. Жидкофазное окисление воздухом углеводородных фракций нефти C₅-C₆ при 140-180 ⁰C и давлении 5-8 МПа; наряду с уксусной кислотой получают муравьиную (15% по массе от суммы продуктов) и пропионовую кислоты (7-8%).

3. Уксуснокислое брожение спиртовых жидкостей (пищевая уксусная кислота).

4. Пиролиз древесины (наряду с метанолом и ацетоном). В лаборатории безводную уксусную кислоту получают перегонкой сухого CH₃COONa и H₂SO₄.

Промышленные способы:

1. Окисление первичных спиртов последовательно приводит к карбоновым кислотам:

в) окисление алканов:

Лабораторные способы получения карбоновых кислот:

1) окисление спиртов, алкенов, алкинов, альдегидов KMnO₄, K₂Cr₂O₇, H₂O₂ и другими окислителями;

2) гидролиз:

хлорангидрид уксусной кислоты

V. Применение карбоновых кислот. Их значение в жизни человека.

Карбоновые кислоты, их производные, имеют большое биологическое значение и находят разнообразное практическое применение. Муравьиную и уксусную кислоты, например, применяют при крашении и печатании тканей; уксусную кислоту и уксусный ангидрид - в производстве ацетилцеллюлозы. Аминокислоты входят в состав белков. В медицине используют салициловую кислоту, n-аминосалициловую кислоту и др.

Высшие жирные карбоновые кислоты широко применяют как сырьё для производства мыла, лаков и красок, поверхностно-активных веществ, в производстве каучуков, резин и др. Адипиновая кислота - один из исходных продуктов в производстве полиамидного волокна (нейлона), терефталевая - в производстве полиэфирного волокна (лавсана, терилена), полимерный нитрил акриловой кислоты (орлон) применяют как синтетическое волокно, близкое по свойствам к натуральной шерсти. Полимеры и сополимеры эфиров метакриловой кислоты используют как органическое стекло.

Соли карбоновых кислот и щелочных металлов применяют как мыла, эмульгаторы, смазочные масла; соли тяжелых металлов - сиккативы, инсектициды и фунгициды, катализаторы. Эфиры кислот - пищевые добавки, растворители.

В природе уксусная кислота распространена в свободном виде или в виде солей и сложных эфиров в растениях (в зеленых листьях), в выделениях животных (моче, желчи), образуется при гниении и брожении (в кислом молоке, сыре, вине). Брожение происходит под влиянием специфических бактерий "уксусного грибка". Уксусную кислоту применяют в пищевой промышленности, для получения лекарственных и душистых веществ, хлоруксусных кислот, как растворитель.

Муравьиную кислоту применяют как протраву при крашении и отделке текстиля и бумаги, обработке кожи; как консервант при силосовании зеленой массы, фруктовых соков, а также для дезинфекции бочек для пива и вина; для получения лек. средств, пестицидов, растворителей (например, диметилформамида), солей и эфиров. Метилформиат - растворитель жиров, и растительных масел, целлюлозы, жирных кислот. Этил-формиат - отдушка для мыла; применяют в производстве витаминов B1, A, E. Бензилформиат - растворитель лаков, красителей, душистых веществ.

Дата добавления: 2015-07-20