Монокарбоновые кислоты. Классификация и номенклатура. Промышленные и лабораторные методы получения. Физический свойства и строение. Водородная связь.
Одноосновные предельные карбоновые кислоты (одноосновные насыщенные карбоновые кислоты) – карбоновые кислоты, в которых насыщенный углеводородный радикал соединен с одной карбоксильной группой -COOH. Все они имеют общую формулу СnH2n+1COOH, где n = 0, 1, 2, ...
Номенклатура
Систематические названия одноосновных предельных карбоновых кислот даются по названию соответствующего алкана с добавлением суффикса -овая и слова кислота.
Изомерия
Изомерия скелета в углеводородном радикале проявляется, начиная с бутановой кислоты, которая имеет два изомера:
СН3–CH2–CH2–COOH н-бутановая кислота;
СН3–CH(СН3)–COOH 2-метилпропановая кислота.
Межклассовая изомерия проявляется, начиная с уксусной кислоты:
CH3–COOH уксусная кислота;
H–COO–CH3 метилформиат (метиловый эфир муравьиной кислоты);
HO–CH2–COH гидроксиэтаналь (гидроксиуксусный альдегид);
HO–CHO–CH2 гидроксиэтиленоксид.
В зависимости от радикала, связанного с карбоксилом, различают алифатические (предельные и непредельные), алициклические, ароматические и гетероциклические карбоновые кислоты. По числу карбоксильных групп кислоты могут быть одно-, двух- и многоосновными. При введении в молекулы кислоты других функциональных групп (например, -ОН, =СO, -NH2 и др.) образуются окси-, кето-, аминокислоты и другие классы соединений.
Физические свойства
Низшие карбоновые кислоты — жидкости с острым запахом, хорошо растворимые в воде. С повышением относительной молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается, а температура кипения повышается. Высшие кислоты, начиная с пеларгоновой (н-нонановой) СН3-(СН2)7-СООН, — твердые вещества, без запаха, нерастворимые в воде.
Методы
получения К. к. весьма многочисленны.
Окислением первичных спиртов и альдегидов
получают К. к. с тем же числом атомов
углерода. Окисление кетонов сопровождается
разрывом связи С—С; из циклических
кетонов образуются дикарбоновые кислоты,
например адипиновая кислота из
циклогексанона:
Насыщенные
углеводороды могут быть подвергнуты
деструктивному окислению с образованием
смеси продуктов, в том числе и карбоновых
кислот. Этим методом из 1 m парафина
обычно получают около 350 кг К. к. Окисление
боковой цепи жирно-ароматических
углеводородов либо многоядерных
ароматических углеводородов приводит
к ароматическим К. к.; например, фталевая
кислота получается окислением о-ксилола
или нафталина:
Ненасыщенные углеводороды окисляются по месту двойной связи:
Важный метод синтеза К. к. — гидролиз их нитрилов, легко получаемых взаимодействием галогенопроизводных углеводородов с цианистым натрием:
RCI + NaCN ® RCN ® RCOOH.
В настоящее время промышленное значение приобрёл метод синтеза К. к. карбонилированием, т. е. введением группы CO в органические соединения:
Некоторые К. к. получают из природных продуктов. Так, щелочным гидролизом (омылением) жиров получают соли высших жирных кислот (мыла) и глицерин. Лимонную кислоту получают из ботвы хлопчатника и из стеблей махорки (после выделения из них никотина). Многие К. к. получают сбраживанием углеводов в присутствии бактерий определённого вида (маслянокислое, молочнокислое, лимоннокислое и др. виды брожения).
К. к. широко распространены в природе в свободном состоянии и в виде производных (главным образом сложных эфиров). Так, в летучем масле герани содержится пеларгоновая кислота, в лимонах — лимонная. В состав животных и растительных жиров и масел входят глицериды высших нормальных К. к. жирного ряда, из которых преобладают пальмитиновая кислота, стеариновая кислота и олеиновая кислота.
К. к., их производные, а также многочисленные соединения, содержащие наряду с карбоксильной иные функциональные группы (например, аминокислоты, оксикислоты и др.), 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 (ПАСК) и др.
Высшие жирные К. к. широко применяют как сырьё для производства мыла, лаков и красок, поверхностно-активных веществ, как эмульгаторы в производстве каучуков, как пластификаторы в производстве резин и др. Адипиновая кислота — один из исходных продуктов в производстве полиамидного волокна (найлона), 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.
Химические свойства предельных одноосновных кислот. Кислотные свойства, их зависимость от структуры. Жиры и масла. Строение, омыление жиров.
Химические свойства кислот
Упрочнение -связи в карбонильной группе приводит к тому, что реакции присоединения для карбоновых кислот нехарактерны.
Горение:
CH3COOH
+ 2O2
2CO2 + 2H2O
Кислотные свойства.
Из-за высокой полярности связи O-H карбоновые кислоты в водном растворе заметно диссоциируют (точнее, обратимо с ней реагируют):
HCOOH
HCOO- + H+ (точнее HCOOH + H2O
HCOO- + H3O+)
Все карбоновые кислоты - слабые электролиты. С увеличением числа атомов углерода сила кислот убывает (из-за снижения полярности связи O-H); напротив, введение атомов галогена в углеводородный радикал приводит к возрастанию силы кислоты. Так, в ряду
HCOOH CH3COOH C2H5COOH
сила кислот снижается, а в ряду
CH3COOH CH2ClCOOH CHCl2COOH CCl3COOH
уксусная монохлоруксусная дихлоруксусная трихлоруксусная
кислота кислота кислота кислота
- возрастает.
Карбоновые кислоты проявляют все свойства, присущие слабым кислотам:
Mg
+ 2CH3COOH (CH3COO)2Mg + H2
CaO + 2CH3COOH (CH3COO)2Ca + H2O
NaOH + CH3COOH CH3COONa + H2O
K2CO3 + 2CH3COOH 2CH3COOK + H2O + CO2
Этерификация
(реакция карбоновых кислот со спиртами,
приводящая к образованию сложного
эфира): 
+
H2O
муравьиная кислота этанол этиловый эфир
муравьиной кислоты
В реакцию этерификации могут вступать и многоатомные спирты, например, глицерин. Сложные эфиры, образованные глицерином и высшими карбоновыми кислотами (жирными кислотами) - это жиры.
+ 
+
3H2O
глицерин карбоновые кислоты триглицерид
Жиры представляют собой смеси триглицеридов. Предельные жирные кислоты (пальмитиновая C15H31COOH, стеариновая C17H35COOH) образуют твердые жиры животного происхождения, а непредельные (олеиновая C17H33COOH, линолевая C17H31COOH и др.) - жидкие жиры (масла) растительного происхождения.
Замещение
в углеводородном радикале:CH3—CH2—COOH +
Cl2 
CH3—CHCl—COOH +
HCl
пропионовая
кислота
-хлорпропионовая
кислота
Замещение протекает в -положение.
Особенность муравьиной кислоты HCOOH состоит в том, что это вещество - двуфункциональное соединение, оно одновременно является и карбоновой кислотой, и альдегидом:
Поэтому муравьиная кислота кроме всего прочего реагирует и с аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала; качественная реакция):
HCOOH
+ Ag2O(аммиачный раствор)
CO2 + H2O + 2Ag
Жиры
представляют собой смеси сложных эфиров,
образованных трехатомным спиртом
глицерином и высшими жирными кислотами.
Общая формула жиров:
где R - радикалы высших жирных кислот.
Наиболее часто в состав жиров входят предельные кислоты пальмитиновая С15Н31СООН и стеариновая С17Н35СООН и непредельные кислоты олеиновая C17H33COOH и линолевая С17Н31СООН.
Получение жиров.
В настоящее время практическое значение имеет лишь получение жиров из природных источников животного или растительного происхождения.
Физические свойства.
Жиры, образованные предельными кислотами, - твердые вещества, а непредельными - жидкие. Все очень плохо растворимы в воде, хорошо растворимы в диэтиловом эфире.
Химические свойства.
Гидролиз, или омыление жиров происходит под действием воды (обратимо) или щелочей (необратимо):
При щелочном гидролизе образуются соли высших жирных кислот, называемые мылами.
Гидрогенизацией жиров называется процесс присоединения водорода к остаткам непредельных кислот, входящих в состав жиров. При этом остатки непредельных кислот переходят в остатки предельных кислот, и жиры из жидких превращаются в твердые. Из важнейших пищевых веществ - белков, жиров и углеводов - жиры обладают наибольшим запасом энергии.
Масло — собирательное название ряда химических веществ или смесей веществ, не смешивающихся с водой.
Основных групп «масел» три:
некоторые «масла» являются жирами,
другие — продуктами переработки нефти,
выделяется также важная группа — эфирные масла.