11. Карбоновые кислоты и их производные

Карбоновыми кислотами называются органические соединения, содержащие одну или несколько карбоксильных групп —COOH, связанных с углеводородным радикалом. По числу карбоксильных групп кислоты подразделяются на: одноосновные (монокарбоновые) CH₃COOH (уксусная), многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т. д.). По характеру углеводородного радикала различают кислоты: предельные (например, CH₃CH₂CH₂COOH); непредельные (CH₂=CH(—COOH); ароматические (С₆Н₅COOH).

Систематические названия кислот даются по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса –овая и слова «кислота»: HCOOH – метановая (муравьиная) кислота, CH₃COOH – этановая (уксусная) кислота. Для карбоновых кислот характерная структурная изомерия: а) изомерия скелета в углеводородном радикале (начиная с С₄); б) межклассовая изомерия, начиная с С₂. Возможна цис-транс-изомерия в случае непредельных карбоновых кислот. Электронная плотность ?-связи в карбонильной группе смещена в сторону атома кислорода. Вследствие этого у карбонильного углерода создается недостаток электронной плотности, и он притягивает к себе неподеленные пары атома кислорода гидроксильной группы, в результате чего электронная плотность связи О—Н смещается в сторону атома кислорода, водород становится подвижным и приобретает способность отщепляться в виде протона.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:

R—COOH ? R—COО? + Н⁺

Растворимость в воде и высокие температуры кипения кислот обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей.

Способы получения карбоновых кислот

1. CH₃—СCl₃ + 3NaOH ? CH₃—COOH + 3NaCl + Н₂O (гидролиз тригалогенопроизводных)

2. R—CHO + [О] ? R—COOH (окисление альдегидов и кетонов)

3. CH₃—CH=CH₂ + CO + Н₂O/Н⁺ ?Ni, р, t? CH₃—CH₂—CH₂—COOH (оксосинтез)

4. CH₃C?N + 2Н₂O/ Н⁺ ? CH₃COOH + NH₄ (гидролиз нитрилов)

5. CO + NaOH ? HCOONa; 2HCOONa + H₂SO₄ ? 2HCOOH + Na₂SO₄ (получение HCOOH)

Химические свойства карбоновых кислот и их производных

Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность и вступают в реакции с различными веществами, образуя разнообразные соединения, среди которых большое значение имеют функциональные производные: сложные эфиры, амиды, нитрилы, соли, ангидриды, гало-генангидриды.

1. а) 2CH₃COOH + Fe ? (CH₃COO)₂Fe + Н₂ (образование солей)

б) 2CH₃COOH + MgO ? (CH₃COO)₂Mg + Н₂O

в) CH₃COOH + KOH ? CH₃COОК + Н₂O

г) CH₃COOH + NaHCO₃ ? CH₃COONa + CO₂ + Н₂O

CH₃COONa + H₂O ? CH₃COOH + NaOH (соли карбоновых кислот гидролизуются)

2. (образование вложных эфиров)

(омыление вложного эфира)

3. (получение хлорангидридов кислот)

4. (разложение водой)

5. CH₃—COOH + Cl₂ ?hv? Cl—CH₂—COOH + HCl (галогенирование в ?-положение)

6. HO—CH=O + Ag₂O ?NH₃? 2Ag + Н₂CO₃ (Н₂O + CO₂) (особенности HCOOH)

HCOOH ?t? CO + Н₂O