3.1.3 Карбоновые кислоты

Карбоновые кислоты – это производные УВ, содержащие в молекуле одну или несколько карбоксильных групп –COOH. Карбоксильная группа (карбоксил) – сложная функциональная группа, состоящая из карбонильной и гидроксильной групп:

Количество карбоксильных групп определяет основность кислоты.

Характеристики карбоновых кислот: 1) общая формула С_nН_2nO₂; 2) карбоксильный атом углерода находятся в sp²-гибридизации; 3) связь С=О сильно поляризована, свойства гидроксильной и карбонильной групп в карбоновых кислотах отличаются от свойств соответствующих групп в спиртах и альдегидах; 4) диссоциируют с образованием Н⁺; 5) не характерны реакции присоединения по связи С=О.

Гомологический ряд предельных карбоновых кислот: НСООН – метановая (муравьиная) кислота, СН₃СООН – этановая (уксусная) кислота, СН₃(СН₂)₂СООН – бутановая (масляная) кислота и т.д.

Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) межклассовая (изомерны сложным эфирам); 3) оптическая.

Физические свойства. При обычных условиях С₁...С₉ – жидкости, с С₁₀ ...– твердые вещества. В твердом и жидком состояниях молекулы насыщенных монокарбоновых кислот димеризуются в результате образования между ними водородных связей:

Водородная связь в кислотах сильнее, чем в спиртах. В водных растворах кислоты образуют линейные димеры.

Химические свойства.

I. Кислотные свойства.

1. Диссоциация. В водных растворах монокарбоновые кислоты диссоциируют с образованием карбоксилат-ионов. Карбоксилат-ион построен симметрично, отрицательный заряд делокализован между атомами кислорода карбоксильной группы:

Карбоновые кислоты – слабые кислоты. В гомологическом ряду кислот их сила уменьшается с ростом числа атомов углерода в молекуле:

2. Взаимодействие с активными металлами, основными оксидами, щелочами (р. нейтрализации), аммиаком, солями более слабых кислот.

2НСООН + Са → (HCOO)₂Са + Н₂↑;

формиат кальция

СН₃СН₂СООН + NaОН → СН₃СН₂СООNa + Н₂О;

пропионат натрия

СН₃СООН + NH₃ → CH₃COONH₄

ацетат аммония

СН₃СН₂СН₂СООН + КHCО₃ → CH₃CH₂CH₂COOК + CО₂↑ + H₂О

бутират калия

II. Реакции замещения (S_N) ОН-группы.

1. Взаимодействие со спиртами (см. свойства спиртов).

2. Взаимодействие с аммиаком с образованием амидов кислот.

ацетамид

3. Взаимодействие с галогенидами фосфора (РС1₅, РСl₅) или тионилхлоридом SOCl₂ с образованием галогенангидридов.

ацетилхлорид

формилхлорид

4. Межмолекулярная дегидратация карбоновых кислот:

уксусный ангидрид (ангидрид уксусной кислоты)

Смешанные ангидриды карбоновых кислот можно получить при взаимодействии хлорангидрида одной кислоты и соли другой кислоты.

III. Реакции замещения у α-углеродного атома. Атомы водорода у α-углеродного атома более подвижны, чем другие атомы водорода в радикале кислоты, и могут замещаться на атомы галогена с образованием α-галогенкарбоновых кислот:

Особенности строения и свойств муравьиной кислоты

Муравьиная (метановая) кислота НСООН по своему строению и свойствам отличается от остальных предельных монокарбоновых кислот.

Муравьиная кислота проявляет общие свойства кислот, так как имеет функциональную карбоксильную группу. От остальных карбоновых кислот муравьиная кислота отличается тем, что карбоксильная группа в ней связана не с углеводородным радикалом, а с атомом водорода. Поэтому муравьиную кислоту можно рассматривать и как кислоту, и как альдегид:

Муравьиная кислота вступает и в реакции, характерные как для альдегидов. Она легко окисляется до угольной кислоты:

HCOOH + [O] → HOCOOH →CO₂^↑ + H₂O

В качестве окислителей можно использовать аммиачный раствор оксида серебра (I) Ag₂O и гидроксид меди (II) Cu(OH)₂. Таким образом, для муравьиной кислоты характерны качественные реакции на альдегиды (реакция «серебряного зеркала» и реакция с гидроксидом меди (II)

Специфическое свойство муравьиной кислоты – способность разлагаться на оксид углерода (II) и воду под действием H₂SO_4(конц):

Получение карбоновых кислот.