Одноосновные предельные карбоновые кислоты

Молекула состоит из углеводородного радикала и функциональной карбоксильной группы. По систематической номенклатуре ИЮПАК названия образуются добавлением суффикса -овая кислота к корню, соответствующему числу атомов углерода в цепи (например: метановая, этановая, пропановая кислота). Тривиальные названия (муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная и др.) широко используются в литературе и промышленности. Структурная изомерия начинается с бутановой кислоты (C₃H₇COOH) и связана со строением углеродного скелета радикала^[2].

С увеличением молекулярной массы растворимость в воде падает, температуры плавления и кипения закономерно возрастают.

• Метановая кислота (муравьиная) HCOOH.
• Этановая кислота (уксусная) CH₃COOH.
• Пропановая кислота (пропионовая) C₂H₅COOH.
• Бутановая кислота (масляная) C₃H₇COOH.
• Пентановая кислота (валериановая) C₄H₉COOH^[3].

Низшие кислоты (C₁-C₃) — жидкости с резким запахом, хорошо смешиваются с водой. Кислоты, содержащие от четырёх до девяти атомов углерода в составе (C₄-C₉) — маслянистые жидкости с неприятным запахом, ограниченно растворимые в воде. Высшие кислоты (C₁₀ и более) — твёрдые воскообразные вещества, практически не растворимые в воде.

Высокие температуры кипения и плавления по сравнению с соответствующими спиртами и альдегидами обусловлены образованием прочных межмолекулярных водородных связей. Карбоновые кислоты склонны к димеризации с образованием циклических комплексов за счёт двух водородных связей между карбоксильными группами^[1][4].

Химическое поведение определяется карбоксильной группой и включает реакции с разрывом связей O-H (кислотность) и C-O (нуклеофильное замещение), а также реакции по углеводородному радикалу.

Являясь слабыми кислотами они диссоциируют в водных растворах. Муравьиная кислота (pKa 3.75) заметно сильнее остальных представителей ряда из-за отсутствия положительного индуктивного эффекта алкильной группы. Кислотность убывает с удлинением цепи. Карбоновые кислоты реагируют с активными металлами, оксидами, гидроксидами и солями более слабых кислот^[5].

• Взаимодействие с активными металлами:

${\displaystyle {{\ce {2R-COOH + 2Na -> 2R-COONa + H2 ^}}}}$.

• Взаимодействие с осно́вными оксидами:

${\displaystyle {{\ce {2R-COOH + CaO -> (R-COO)2Ca + H2O}}}}$.

• Реакция нейтрализации со щелочами:

${\displaystyle {{\ce {R-COOH + NaOH -> R-COONa + H2O}}}}$.

• Взаимодействие с солями более слабых кислот:

${\displaystyle {{\ce {2R-COOH + Na2CO3 -> 2R-COONa + CO2 ^ + H2O}}}}$^[6].

• Реакция этерификации (обратимая реакция образования сложных эфиров):

${\displaystyle {{\ce {R-COOH + R'-OH <=> R-COOR' + H2O}}}}$. Реакция обратима и ускоряется сильными минеральными кислотами.

• Образование галогенангидридов:

${\displaystyle {{\ce {R-COOH + PCl5 -> R-COCl + POCl3 + HCl}}}}$^[7].

Галогенирование (на свету или при нагревании):

${\displaystyle {{\ce {CH3COOH + Cl2 ->[hv] ClCH2-COOH + HCl}}}}$^[6].

Восстановление до первичных спиртов:

${\displaystyle {{\ce {R-COOH ->[LiAlH4] R-CH2-OH}}}}$^[8].

• Окисление альдегидов. Лабораторный и промышленный метод превращения альдегидов в кислоты с тем же числом атомов углерода. Используются мягкие окислители: аммиачный раствор оксида серебра (реактив Толленса), перманганат калия в кислой среде, кислород воздуха (катализаторы — соли кобальта, марганца)^[6].
• Окисление первичных спиртов. Первичные спирты окисляются до альдегидов, а затем до кислот. Наиболее селективные реагенты: оксид хрома(VI) в кислой среде (реактив Джонса), перманганат калия.
• Гидролиз нитрилов. Один из удобных методов наращивания углеродной цепи (введение карбоксильной группы вместо галогена). Включает две стадии: получение нитрила из галогеналкана и его последующий кислотный или щелочной гидролиз.
• Омыление сложных эфиров и жиров. Природные триглицериды (жиры и масла) при щелочном гидролизе (омылении) или парофазном гидролизе дают глицерин и соли (мыла́) высших жирных кислот: пальмитиновой, стеариновой, олеиновой^[9].
• Карбоксилирование реактивов Гриньяра. Классический лабораторный метод превращения галогеналканов в кислоты с увеличением цепи на один атом углерода. Реактив Гриньяра (RMgX) обрабатывают твёрдой углекислотой или пропускают CO₂ через эфирный раствор.

Широко используются в химической, пищевой, фармацевтической и лёгкой промышленности. Например, муравьиная кислота — протрава при крашении, консервант кормов, в медицине^[10]. Уксусная кислота применяется в качестве пищевой добавки, растворителя, в производстве эфиров и полимеров. Масляная кислота — компонент ароматизаторов^[11]. Высшие карбоновые кислоты являются сырьём для производства мыла, косметики и др.

Муравьиная и уксусная кислоты являются важными метаболитами. Уксусная кислота (в виде ацетил-кофермента A) — центральное звено энергетического обмена. Высшие жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая) входят в состав липидов, образуя сложные эфиры глицерина — триглицериды, являющиеся структурными компонентами клеточных мембран и энергетическим резервом организмов.