Химични свойства на карбоксилните киселини и методи за получаване. Производни на карбоксилни киселини Взаимодействие на мравчена киселина с хлор

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Наричат ​​се органични вещества, чиито молекули съдържат една или повече карбоксилни групи, свързани с въглеводороден радикал карбоксилни киселини.

Първите три члена на хомоложната серия от карбоксилни киселини, включително пропионовата киселина, са течности, които имат остра миризма и са силно разтворими във вода. Следните хомолози, като се започне с маслена киселина, също са течности, които имат силна неприятна миризма, но са слабо разтворими във вода. Висши киселини с 10 или повече въглеродни атома са твърди вещества, без мирис, неразтворим във вода. Като цяло, в поредицата от хомолози с нарастване молекулно теглоразтворимостта във вода намалява, плътността намалява и точката на кипене се повишава (Таблица 1).

Маса 1. Хомоложни сериикарбоксилни киселини.

Получаване на карбоксилни киселини

Карбоксилните киселини се получават чрез окисление на наситени въглеводороди, алкохоли и алдехиди. Например, оцетна киселина - чрез окисляване на етанол с разтвор на калиев перманганат в кисела среда при нагряване:

Химични свойства на карбоксилните киселини

Химични свойствакарбоксилни киселини се определят преди всичко от особеностите на тяхната структура. Така водоразтворимите киселини могат да се дисоциират на йони:

R-COOH↔R-COO - + H + .

Поради наличието на H + йон във водата, те имат кисел вкус, могат да променят цвета на индикаторите и провеждат електричество. Във воден разтвор тези киселини - слаби електролити.

Карбоксилните киселини имат химични свойства, характерни за разтвори на неорганични киселини, т.е. взаимодействат с метали (1), техните оксиди (2), хидроксиди (3) и слаби соли (4):

2CH 3 -COOh + Zn → (CH 3 COO) 2 Zn + H 2 (1);

2CH3-COOH + CuO→ (CH3COO) 2Cu + H2O (2);

R-COOH + KOH → R-COOK + H 2 O (3);

2CH 3 -COOH + NaHCO 3 → CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 (4).

Специфично свойство на наситени и ненаситени карбоксилни киселини, проявено от функционалната група, е взаимодействието с алкохоли.

Карбоксилните киселини реагират с алкохоли при нагряване и в присъствието на концентрирана сярна киселина. Например, ако към оцетната киселина се добавят етилов алкохол и малко сярна киселина, тогава при нагряване се появява миризмата на етил оцетна киселина (етилацетат):

CH 3 -COOH + C 2 H 5 OH ↔CH 3 -C(O)-O-C 2 H 5 + H 2 O.

Специфично свойство на наситените карбоксилни киселини, проявено от радикала, е реакцията на халогениране (хлориране).

Приложение на карбоксилни киселини

Карбоксилните киселини служат като суровина за производството на кетони, киселинни халиди, винилови естери и други важни класове органични съединения.

Мравчената киселина се използва широко за получаване на естери, използвани в парфюмерията, в кожарската промишленост (щавене на кожа), в текстилната промишленост (като оцветител за боядисване), като разтворител и консервант.

Воден разтвор (70-80%) на оцетна киселина се нарича оцетна есенция, а 3-9% воден разтвор се нарича трапезен оцет. Есенцията често се използва за получаване на оцет у дома чрез разреждане.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

.
О

//
Групата от -C атоми се нарича карбоксилна група или карбоксил.
\

ОХ
Органичните киселини, съдържащи една карбоксилна група в молекулата, са едноосновни. Общата формула на тези киселини е RCOOH.

Карбоксилните киселини, съдържащи две карбоксилни групи, се наричат ​​двуосновни. Те включват например оксалова и янтарна киселини.

Съществуват и многоосновни карбоксилни киселини, съдържащи повече от две карбоксилни групи. Те включват например триосновна лимонена киселина. В зависимост от естеството на въглеводородния радикал карбоксилните киселини се делят на наситени, ненаситени и ароматни.

Наситени или наситени карбоксилни киселини са например пропановата (пропионовата) киселина или вече познатата ни янтарна киселина.

Очевидно наситените карбоксилни киселини не съдържат П-връзки във въглеводороден радикал.

В молекулите на ненаситени карбоксилни киселини карбоксилната група е свързана с ненаситен, ненаситен въглеводороден радикал, например в молекули на акрил (пропенова) CH2=CH-COOH или олеинова CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2) 7-COOH и други киселини.

Както може да се види от формулата на бензоената киселина, тя е ароматна, тъй като съдържа ароматен (бензен) пръстен в молекулата.

Номенклатура и изомерия

Вече разгледахме общите принципи на формирането на имената на карбоксилните киселини, както и на други органични съединения. Нека се спрем по-подробно на номенклатурата на моно- и двуосновните карбоксилни киселини. Името на карбоксилна киселина се образува от името на съответния алкан (алкан със същия брой въглеродни атоми в молекулата) с добавяне на наставката -ов, окончанието -ая и думата киселина. Номерирането на въглеродните атоми започва с карбоксилната група. Например:

Много киселини също имат исторически установени или тривиални имена (Таблица 6).

След първото запознаване с разнообразните и интересен святорганични киселини, нека разгледаме по-подробно наситените едноосновни карбоксилни киселини.

Ясно е, че съставът на тези киселини ще бъде отразен обща формула C n H 2n O2, или C n H 2n +1 COOH, или RCOOH.

Физични свойства на наситени едноосновни карбоксилни киселини

Нисшите киселини, т.е. киселините с относително малко молекулно тегло, съдържащи до четири въглеродни атома на молекула, са течности с характерна остра миризма (помнете миризмата на оцетна киселина). Киселините, съдържащи от 4 до 9 въглеродни атома, са вискозни маслени течности с неприятна миризма; съдържащи повече от 9 въглеродни атома на молекула - твърди вещества, които не се разтварят във вода. Точките на кипене на наситените едноосновни карбоксилни киселини се повишават с увеличаване на броя на въглеродните атоми в молекулата и, следователно, с увеличаване на относителното молекулно тегло. Например точката на кипене мравчена киселинаравна на 101 °C, оцетна - 118 °C, пропионова - 141 °C.

Най-простата карбоксилна киселина, мравчена HCOOH, с малко относително молекулно тегло (46), при нормални условия е течност с точка на кипене 100,8 °C. В същото време бутанът (MR(C4H10) = 58) при същите условия е газообразен и има точка на кипене от -0,5 °C. Това несъответствие между точките на кипене и относителните молекулни тегла се обяснява с образуването на димери на карбоксилна киселина, в които две молекули на киселина са свързани с две водородни връзки. Появата на водородни връзки става ясна при разглеждане на структурата на молекулите на карбоксилната киселина.

Молекулите на наситените моноосновни карбоксилни киселини съдържат полярна група от атоми - карбоксил (помислете какво причинява полярността на тази функционална група) и практически неполярен въглеводороден радикал. Карбоксилната група се привлича от водните молекули, образувайки водородни връзки с тях.

Мравчената и оцетната киселина са неограничено разтворими във вода. Очевидно е, че с увеличаване на броя на атомите във въглеводороден радикал, разтворимостта на карбоксилните киселини намалява.

Познавайки състава и структурата на молекулите на карбоксилната киселина, няма да ни е трудно да разберем и обясним химичните свойства на тези вещества.

Химични свойства

Общите свойства, характерни за класа киселини (както органични, така и неорганични), се дължат на наличието в молекулите на хидроксилна група, съдържаща силна полярна връзкамежду водородни и кислородни атоми. Тези свойства са ви добре познати. Нека ги разгледаме отново на примера на водоразтворимите органични киселини.

1. Дисоциация с образуването на водородни катиони и аниони на киселинния остатък. По-точно този процес се описва с уравнение, което отчита участието на водните молекули в него.

Равновесието на дисоциация на карбоксилните киселини е изместено наляво; по-голямата част от тях са слаби електролити. Независимо от това, киселият вкус на, например, мравчена и оцетна киселина се обяснява с дисоциацията на водородни катиони и аниони на киселинни остатъци.

Очевидно е, че наличието на "киселинен" водород в молекулите на карбоксилните киселини, т.е. водородът на карбоксилната група, определя и други характерни свойства.

2. Взаимодействие с метали в електрохимичния диапазон на напрежение до водород. Така желязото редуцира водорода от оцетна киселина:

2CH3-COOH + Fe -> (CHgCOO)2Fe + H2

3. Взаимодействие с основни оксиди за образуване на сол и вода:

2R-COOH + CaO -> (R-COO)2Ca + H20

4. Реакция с метални хидроксиди за образуване на сол и вода (реакция на неутрализация):

R-COOH + NaOH -> R-COONa + H20 3R-COOH + Ca(OH)2 -> (R-COO)2Ca + 2H20

5. Взаимодействие със соли на по-слаби киселини, с образуването на последните. Така оцетната киселина измества стеариновата киселина от натриевия стеарат и въглеродната киселина от калиевия карбонат.

6. Взаимодействието на карбоксилни киселини с алкохоли за образуване на естери е вече известната ви реакция на естерификация (една от най-важните реакции, характерни за карбоксилните киселини). Взаимодействието на карбоксилни киселини с алкохоли се катализира от водородни катиони.

Реакцията на естерификация е обратима. Равновесието се измества към образуването на естер в присъствието на обезводняващи агенти и отстраняването на естера от реакционната смес.

При обратната реакция на естерификация, наречена естерна хидролиза (реакция на естер с вода), се образуват киселина и алкохол. Очевидно е, че поливалентните алкохоли, например глицерол, също могат да реагират с карбоксилни киселини, т.е. да влязат в реакция на естерификация:

Всички карбоксилни киселини (с изключение на мравчената киселина), заедно с карбоксилната група, съдържат въглеводороден остатък в своите молекули. Разбира се, това не може да не повлияе на свойствата на киселините, които се определят от естеството на въглеводородния остатък.

7. Реакции на присъединяване при кратна връзка - в тях влизат ненаситени карбоксилни киселини; например реакцията на добавяне на водород е хидрогениране. Когато олеиновата киселина се хидрогенира, се образува наситена стеаринова киселина.

Ненаситените карбоксилни киселини, подобно на други ненаситени съединения, добавят халогени чрез двойна връзка. Например акриловата киселина обезцветява бромната вода.

8. Реакции на заместване (с халогени) - в него могат да влязат наситени карбоксилни киселини; например чрез взаимодействие на оцетна киселина с хлор могат да се получат различни хлорирани киселини:

При халогениране на карбоксилни киселини, съдържащи повече от един въглероден атом във въглеводородния остатък, е възможно образуването на продукти с различни позиции на халогена в молекулата. Когато протича реакция чрез механизъм на свободните радикали, всички водородни атоми във въглеводородния остатък могат да бъдат заменени. Ако реакцията се извършва в присъствието на малки количества червен фосфор, тогава тя протича селективно - водородът се замества само в А-позиция (при въглеродния атом, който е най-близо до функционалната група) в киселинната молекула. Причините за тази избирателност ще научите, когато изучавате химия във висше учебно заведение.

Карбоксилните киселини образуват различни функционални производни при заместване на хидроксилната група. Когато тези производни се хидролизират, отново се образува карбоксилна киселина.

Хлоридът на карбоксилната киселина може да се получи чрез взаимодействие на фосфорен (III) хлорид или тионил хлорид (SOCl 2) с киселина. Анхидридите на карбоксилната киселина се получават чрез взаимодействие на хлорни анхидриди със соли на карбоксилна киселина. Естерите се образуват при естерификация на карбоксилни киселини с алкохоли. Естерификацията се катализира от неорганични киселини.

Тази реакция се инициира от протониране на карбоксилната група - взаимодействието на водороден катион (протон) с несподелената електронна двойка на кислородния атом. Протонирането на карбоксилна група води до увеличаване на положителния заряд на въглеродния атом в нея:

Методи за получаване

Карбоксилните киселини могат да бъдат получени чрез окисляване на първични алкохоли и алдехиди.

Ароматните карбоксилни киселини се образуват при окисление на бензенови хомолози.

Хидролизата на различни производни на карбоксилни киселини също произвежда киселини. По този начин хидролизата на естер произвежда алкохол и карбоксилна киселина. Както бе споменато по-горе, киселинно катализираните реакции на естерификация и хидролиза са обратими. Хидролизата на естера под въздействието на воден разтвор на алкали протича необратимо; в този случай от естера се образува не киселина, а нейната сол. При хидролизата на нитрилите първо се образуват амиди, които след това се превръщат в киселини. Карбоксилните киселини се образуват при взаимодействието на органични магнезиеви съединения с въглероден оксид (IV).

Отделни представители на карбоксилните киселини и тяхното значение

Мравчената (метанова) киселина HCOOH е течност с остра миризма и точка на кипене 100,8 °C, силно разтворима във вода. Мравчената киселина е отровна и причинява изгаряния при контакт с кожата! Жилната течност, отделяна от мравките, съдържа тази киселина. Мравчената киселина има дезинфекционни свойства и затова намира приложение в хранително-вкусовата, кожарската и фармацевтичната промишленост, както и в медицината. Използва се и при боядисване на тъкани и хартия.

Оцетната (етанова) киселина CH3COOH е безцветна течност с характерен остър мирис, смесима с вода във всяко съотношение. Водните разтвори на оцетна киселина се предлагат на пазара под името оцет (3-5% разтвор) и оцетна есенция (70-80% разтвор) и се използват широко в Хранително-вкусовата промишленост. Оцетната киселина е добър разтворител за мнозина органична материяи следователно се използва в боядисването, дъбене и бояджийската и лаковата промишленост. Освен това оцетната киселина е суровина за производството на много технически важни органични съединения: от нея например се получават вещества, използвани за борба с плевелите - хербициди.

Оцетната киселина е основният компонент на винения оцет, чиято характерна миризма се дължи на нея. Той е продукт на окислението на етанола и се образува от него, когато виното се съхранява на въздух.

Най-важните представители на висшите наситени едноосновни киселини са палмитинова C15H31COOH и стеаринова C17H35COOH киселини. За разлика от нисшите киселини, тези вещества са твърди и слабо разтворими във вода.

Техните соли обаче - стеарати и палмити - са силно разтворими и имат детергентно действие, поради което се наричат ​​още сапуни. Ясно е, че тези вещества се произвеждат в голям мащаб.

От ненаситени висши карбоксилни киселини най-висока стойностолеиновата киселина има C17H33COOH или (CH2)7COOH. Това е маслоподобна течност без вкус и мирис. Солите му намират широко приложение в техниката.

Най-простият представител на двуосновните карбоксилни киселини е оксаловата (етандиова) киселина HOOC-COOH, чиито соли се намират в много растения, например киселец и киселец. Оксаловата киселина е безцветна кристално вещество, добре се разтваря във вода. Използва се за полиране на метали, в дървообработващата и кожарската промишленост.

1. Ненаситената елаидова киселина C17H33COOH е транс-изомер на олеиновата киселина. Напишете структурната формула на това вещество.

2. Напишете уравнение за реакцията на хидрогениране на олеинова киселина. Назовете продукта на тази реакция.

3. Напишете уравнение за реакцията на горене на стеаринова киселина. Какъв обем кислород и въздух (n.a.) ще са необходими за изгаряне на 568 g стеаринова киселина?

4. Смес от твърди мастни киселини - палмитинова и стеаринова - се нарича стеарин (именно от него се правят стеариновите супозитории). Какъв обем въздух (n.a.) ще е необходим за изгаряне на стеаринова свещ от двеста грама, ако стеаринът съдържа равни маси палмитинова и стеаринова киселина? Какъв обем въглероден диоксид (n.o.) и маса вода се образуват в този случай?

5. Решете предишната задача, при условие че свещта съдържа равни количества (еднакъв брой молове) стеаринова и палмитинова киселина.

6. За да премахнете петна от ръжда, третирайте ги с разтвор на оцетна киселина. Съставете молекулярни и йонни уравненияпротичащи в този случай реакции, като се има предвид, че ръждата съдържа железен (III) оксид и хидроксид - Fe2O3 и Fe(OH)3. Защо такива петна не се премахват с вода? Защо изчезват при третиране с киселинен разтвор?

7. Содата за хляб NaHC03, добавена към тестото без мая, първо се „гаси“ с оцетна киселина. Направете тази реакция у дома и напишете нейното уравнение, като знаете, че въглеродната киселина е по-слаба от оцетната киселина. Обяснете образуването на пяна.

8. Като знаете, че хлорът е по-електроотрицателен от въглерода, подредете следните киселини: оцетна, пропионова, хлороцетна, дихлороцетна и трихлороцетна киселина по ред на укрепване киселинни свойства. Обосновете резултата си.

9. Как можем да обясним, че мравчената киселина реагира в реакция на "сребърно огледало"? Напишете уравнение за тази реакция. Какъв газ може да се отдели в този случай?

10. Когато 3 g наситена едноосновна карбоксилна киселина реагират с излишък от магнезий, се отделят 560 ml (n.s.) водород. Определете формулата на киселината.

11. Дайте реакционни уравнения, които могат да се използват за описание на химичните свойства на оцетната киселина. Назовете продуктите от тези реакции.

12. Предложете прост лабораторен метод, чрез който можете да разпознаете пропановата и акриловата киселина.

13. Напишете уравнение за реакцията на получаване на метилформиат - естер на метанол и мравчена киселина. При какви условия трябва да се проведе тази реакция?

14. Съставете структурни формули на вещества със състав C3H602. В какви класове вещества могат да бъдат класифицирани? Дайте уравненията на реакцията, характерни за всяка от тях.

15. Веществото А - изомер на оцетната киселина - е неразтворимо във вода, но може да претърпи хидролиза. Каква е структурната формула на вещество А? Назовете продуктите от неговата хидролиза.

16. Съставете структурните формули на следните вещества:

а) метил ацетат;
б) оксалова киселина;
в) мравчена киселина;
г) дихлороцетна киселина;
д) магнезиев ацетат;
f) етилацетат;
ж) етилформиат;
з) акрилова киселина.

17*. Проба от наситена едноосновна органична киселина с тегло 3,7 g се неутрализира с воден разтвор на натриев бикарбонат. При преминаване на освободения газ през варовита вода се получава 5,0 g утайка. Каква киселина е взета и какъв е обемът на отделения газ?

Карбоксилни киселини в природата

Карбоксилните киселини са много разпространени в природата. Те се намират в плодовете и растенията. Те присъстват в иглите, потта, урината и сока от коприва. Знаеш ли, оказва се, че по-голямата част от киселините образуват естери, които имат миризми. По този начин миризмата на млечна киселина, която се съдържа в човешката пот, привлича комарите, те я усещат на доста голямо разстояние. Затова, колкото и да се опитвате да прогоните досадния комар, той все пак усеща добре жертвата си. Освен в човешката пот, млечна киселина има в киселите краставички и киселото зеле.

А женските маймуни, за да привлекат мъжки, отделят оцетна и пропионова киселина. Чувствителният нос на кучето може да надуши маслена киселина, чиято концентрация е 10–18 g/cm3.

Много растителни видове са способни да произвеждат оцетна и маслена киселина. И някои плевели се възползват от това и, като отделят вещества, елиминират своите конкуренти, потискат растежа им и понякога причиняват смъртта им.

Индианците също са използвали киселина. За да унищожат врага, те напоили стрелите със смъртоносна отрова, която се оказала производна на оцетната киселина.

И тук възниква естествен въпрос: представляват ли киселините опасност за човешкото здраве? В края на краищата, оксаловата киселина, която е широко разпространена в природата и се намира в киселец, портокали, касис и малини, по някаква причина не е намерила приложение в хранително-вкусовата промишленост. Оказва се, че оксаловата киселина е двеста пъти по-силна от оцетната и дори може да корозира съдовете, а нейните соли, натрупвайки се в човешкото тяло, образуват камъни.

Киселините се използват широко във всички области човешки живот. Използват се в медицината, козметологията, хранително-вкусовата промишленост, селското стопанство и за битови нужди.

За медицински цели се използват органични киселини като млечна, винена и аскорбинова. Вероятно всеки от вас е използвал витамин С за укрепване на тялото - това е точно това аскорбинова киселина. Той не само помага за укрепване на имунната система, но също така има способността да премахва канцерогените и токсините от тялото. Млечната киселина се използва за каутеризация, тъй като е силно хигроскопична. И тук винена киселинадейства като леко слабително, като антидот при алкално отравяне и като компонент, необходим за приготвяне на плазма за кръвопреливане.

Но любителите на козметичните процедури трябва да знаят, че плодовите киселини, съдържащи се в цитрусовите плодове, имат благоприятен ефект върху кожата, тъй като, прониквайки дълбоко, те могат да ускорят процеса на обновяване на кожата. В допълнение, миризмата на цитрусови плодове има тонизиращ ефект върху нервната система.

Забелязали ли сте, че горски плодове като боровинки и червени боровинки се съхраняват дълго време и остават свежи. Знаеш ли защо? Оказва се, че съдържат бензоена киселина, която е отличен консервант.

Но в селското стопанство янтарната киселина намери широко приложение, тъй като може да се използва за увеличаване на производителността на култивирани растения. Освен това може да стимулира растежа на растенията и да ускори тяхното развитие.

Химичните съединения, които също се състоят от карбоксилната група COOH, се наричат ​​от учените карбоксилни киселини. Има голям брой имена за тези съединения. Те се класифицират според различни параметри, например по количество функционални групи, наличието на ароматен пръстен и т.н.

Строеж на карбоксилни киселини

Както споменахме, за да бъде една киселина карбоксилна киселина, тя трябва да има карбоксилна група, която от своя страна има две функционални части: хидроксилна и карбонилна. Тяхното взаимодействие се осигурява от функционалната комбинация от един въглероден атом с два кислородни атома. Химичните свойства на карбоксилните киселини зависят от структурата на тази група.

Благодарение на карбоксилната група, тези органични съединениямогат да се нарекат киселини. Техните свойства се определят от повишената способност на водородния йон H+ да бъде привлечен от кислорода, като допълнително поляризира O-H връзка. Освен това, благодарение на това свойство, органичните киселини могат да се дисоциират във водни разтвори. Способността за разтваряне намалява обратно пропорционално на увеличаването на молекулното тегло на киселината.

Разновидности на карбоксилни киселини

Химиците разграничават няколко групи органични киселини.

Монокарбоксилните киселини се състоят от въглероден скелет и само една функционална карбоксилна група. Всеки ученик знае химичните свойства на карбоксилните киселини. 10 клас учебна програмав химията включва директното изследване на свойствата на едноосновните киселини. Двуосновните и многоосновните киселини имат съответно две или повече карбоксилни групи в структурата си.

Също така, въз основа на наличието или отсъствието на двойни и тройни връзки в молекулата, има ненаситени и наситени карбоксилни киселини. Химичните свойства и техните разлики ще бъдат разгледани по-долу.

Ако една органична киселина има заместен атом в своя радикал, тогава нейното име включва името на заместителната група. Така че, ако водородният атом е заменен с халоген, тогава името на киселината ще съдържа името на халогена. Името ще претърпи същите промени, ако настъпи замяна с алдехидни, хидроксилни или амино групи.

Изомерия на органични карбоксилни киселини

Производството на сапун се основава на реакцията на синтез на естери на горните киселини с калиева или натриева сол.

Методи за получаване на карбоксилни киселини

Има много начини и методи за получаване на киселини с COOH групата, но най-често използваните са следните:

1. Изолиране от естествени вещества (мазнини и други неща).
2. Окисляване на моноалкохоли или съединения с COH група (алдехиди): ROH (RCOH) [O] R-COOH.
3. Хидролиза на трихалоалкани в основа с междинно получаване на моноалкохол: RCl3 + NaOH = (ROH + 3NaCl) = RCOOH + H2O.
4. Сапонификация или хидролиза на киселинни и алкохолни естери (естери): R−COOR"+NaOH=(R−COONa+R"OH)=R−COOH+NaCl.
5. Окисляване на алкани с перманганат (твърдо окисление): R=CH2 [O], (KMnO4) RCOOH.

Значението на карбоксилните киселини за хората и индустрията

Химичните свойства на карбоксилните киселини имат голямо значениеза човешки живот. Те са изключително необходими за организма, тъй като се намират в големи количества във всяка клетка. Метаболизмът на мазнините, протеините и въглехидратите винаги преминава през етап, при който се произвежда една или друга карбоксилна киселина.

В допълнение, карбоксилните киселини се използват при създаването на лекарства. Нито една фармацевтична индустрия не може да съществува без практическото приложение на свойствата на органичните киселини.

Съединенията с карбоксилна група също играят важна роля в козметичната индустрия. Синтезът на мазнини за последващото производство на сапун, перилни препарати и домакински химикали се основава на реакцията на естерификация с карбоксилна киселина.

Химичните свойства на карбоксилните киселини се отразяват в човешкия живот. Те са от голямо значение за човешкия организъм, тъй като се намират в големи количества във всяка клетка. Метаболизмът на мазнините, протеините и въглехидратите винаги преминава през етап, при който се произвежда една или друга карбоксилна киселина.

Образуването на халоалкани по време на взаимодействието на алкохоли с халогеноводороди е обратима реакция. Следователно е ясно, че алкохолите могат да бъдат получени чрез хидролиза на халоалкани- реакции на тези съединения с вода:

Многовалентните алкохоли могат да бъдат получени чрез хидролиза на халоалкани, съдържащи повече от един халогенен атом на молекула. Например:

Хидратация на алкени

Хидратация на алкени- добавяне на вода при π връзката на молекулата на алкена, например:

Хидратацията на пропена води, в съответствие с правилото на Марковников, до образуването на вторичен алкохол - пропанол-2:

Хидрогениране на алдехиди и кетони

Окисляването на алкохоли при меки условия води до образуването на алдехиди или кетони. Очевидно е, че алкохолите могат да бъдат получени чрез хидрогениране (редукция с водород, добавяне на водород) на алдехиди и кетони:

Окисляване на алкени

Гликолите, както вече беше отбелязано, могат да бъдат получени чрез окисление на алкени с воден разтвор на калиев перманганат. Например, етилен гликол (етандиол-1,2) се образува при окисляването на етилен (етен):

Специфични методи за получаване на алкохол

1. Някои алкохоли се получават по методи, които са характерни само за тях. Така метанолът се произвежда в промишлеността реакция между водород и въглероден окис(II) (въглероден оксид) при повишено налягане и висока температура на повърхността на катализатора (цинков оксид):

Сместа от въглероден окис и водород, необходима за тази реакция, наричана още "синтезен газ", се получава чрез преминаване на водна пара върху горещи въглища:

2. Ферментация на глюкоза. Този метод за производство на етилов (винен) алкохол е известен на хората от древни времена:

Основните методи за получаване на кислородсъдържащи съединения (алкохоли) са: хидролиза на халоалкани, хидратация на алкени, хидрогениране на алдехиди и кетони, окисление на алкени, както и получаване на метанол от "синтезен газ" и ферментация на захарни вещества.

Методи за получаване на алдехиди и кетони

1. Могат да се произвеждат алдехиди и кетони окислениеили дехидрогениране на алкохоли. Чрез окисление или дехидрогениране на първични алкохоли могат да се получат алдехиди и вторични алкохоли - кетони:

3CH 3 –CH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 –CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O

2.Реакцията на Кучеров.В резултат на реакцията ацетиленът произвежда ацеталдехид, а кетоните се получават от хомолози на ацетилен:

3. При нагряване калцийили барий соли на карбоксилни киселиниобразуват се кетон и метален карбонат:

Методи за получаване на карбоксилни киселини

1. Могат да се получат карбоксилни киселини окисление на първични алкохолиили алдехиди:

3CH 3 –CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 = 3CH 3 –COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O

5CH 3 –CHO + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5CH 3 –COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O,

3CH 3 –CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 –COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O,

CH 3 –CHO + 2OH CH 3 –COONH 4 + 2Ag + 3NH 3 + H 2 O.

Но когато метаналът се окислява с амонячен разтвор на сребърен оксид, се образува амониев карбонат, а не мравчена киселина:

HCHO + 4OH = (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag + 6NH 3 + 2H 2 O.

2. Ароматни карбоксилни киселини се образуват, когато окисление на хомолози бензен:

5C 6 H 5 –CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O,

5C 6 H 5 –C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 12MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 28H 2 O,

C 6 H 5 –CH 3 + 2KMnO 4 = C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O

3. Хидролиза на различни въглеродни производни киселинисъщо води до производството на киселини. По този начин хидролизата на естер произвежда алкохол и карбоксилна киселина. Киселинно катализираните реакции на естерификация и хидролиза са обратими:

4. Естерна хидролизапод въздействието на воден разтвор на алкали възниква необратимо; в този случай от естера се образува не киселина, а нейната сол.

Карбоксилните киселини са производни на въглеводороди, чиято молекула съдържа една или повече карбоксилни групи

Обща формула на наситени едноосновни карбоксилни киселини: СЪС н з 2n О 2

Класификация на карбоксилните киселини.

1. По броя на карбоксилните групи:

Единична основа (монокарбон)

Многоосновни (дивъглеродни, тривъглеродни и др.).

Според природата на въглеводородния радикал:

Лимит CH 3 -CH 2 -CH 2 -COOH; бутанова киселина.

Неограничен CH 2 =СН-СН 2 -COOH; бутен-3-оева киселина.

Ароматни

пара-метилбензоена киселина

Имена на карбоксилни киселини.

ИЗОМЕРНОСТ НА КАРБОКСИЛНИТЕ КИСЕЛИНИ.

1. Изомерия на въглеродната верига.Започва с бутанова киселина (СЪС 3 н 7 UNS) , който съществува под формата на два изомера: маслена (бутанова) и изомаслена (2-метилпропанова) киселини.

2. Изомерия на позицията на кратната връзка в ненаситени киселини,Например:

CH 2 =СН-СН 2 -COOH CH 3 -СН=СН-СООН

Бутен-3-оенова киселина Бутен-2-оенова киселина

(винилоцетна киселина) (кротонова киселина)

3. Цис-, транс-изомерия в ненаситени киселини,Например:

4. Междукласова изомерия: Карбоксилните киселини са изомери на естери:

Оцетна киселина CH 3 -КОНи метилформиат N-SOOSN 3

5. Изомерияпозиции на функционални групипри хетерофункционален киселини .

Например, има три изомера на хлоробутановата киселина: 2-хлоробутанова киселина, 3-хлоробутанова киселина и 4-хлоробутанова киселина.

Структурата на карбоксилната група.

Карбоксилната група обединява две функционални групи - карбонилна и хидроксилна, които взаимно си влияят

Киселинните свойства на карбоксилните киселини се дължат наизместване на електронната плътност към карбонилния кислород и получената допълнителна (в сравнение с алкохолите) поляризация на O–H връзката. Във воден разтвор карбоксилните киселини се дисоциират на йони:

Разтворимост във вода и високи температурикипящи киселини са причинени от образуването междумолекулни водородни връзки. С увеличаване на молекулното тегло разтворимостта на киселините във вода намалява.

ПРОИЗВОДНИ НА КАРБОКСИЛНИТЕ КИСЕЛИНИ– при тях хидроксогрупата е заменена с някои други групи. Всички те образуват карбоксилни киселини при хидролиза.

ПОЛУЧАВАНЕ НА КАРБОКСИЛНИ КИСЕЛИНИ.

ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА КАРБОКСИЛНИТЕ КИСЕЛИНИ.