Одноосновные предельные карбоновые кислоты

Одноосно́вные преде́льные карбо́новые кисло́ты (насыщенные монокарбоновые кислоты)— класс органических соединений, являющихся производными углеводородов, в молекулах которых один атом водорода замещён на карбоксильную группу -COOH, связанную с насыщенным углеводородным радикалом. Общая формула гомологического ряда: C_nH_2n+1COOH или C_nH_2nO₂^[1].

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.

Кислотные свойства

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:

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

Взаимодействие с осно́вными оксидами:

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

Реакция нейтрализации со щелочами:

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

Взаимодействие с солями более слабых кислот:

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

Реакции нуклеофильного замещения

Реакция этерификации (обратимая реакция образования сложных эфиров):

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

Образование галогенангидридов:

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

Реакции по радикалу

Галогенирование (на свету или при нагревании):

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

Восстановление

Восстановление до первичных спиртов:

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

↑ ¹ ² Петров А. А., Бальян Х. В., Трощенко А. Т. Органическая химия: Учебник для вузов / под ред. Стадинчука М. Д.. — М.: Высшая школа, 1985. — С. 190—203. — 560 с.
↑ Нейланд О. Я. Органическая химия: Учебник для хим. спец. вузов. — М.: Высшая школа, 1990. — С. 536—540. — 751 с.
↑ Аксёнова М., Леенсон И. Химия. Энциклопедия для детей. — Аванта+, 2007. — P. 357—359. — ISBN 978-5-98986-036-4.
↑ Перекалин В.В., Зонис С.А,. Органическая химия. — М.: Просвещение, 1982. — С. 152—153. — 560 с. — 58 000 экз.
↑ Иоффе Д. В. Карбоновые кислоты // Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Даффа—Меди. — С. 326—328.
↑ ¹ ² ³ Реутов.О.А. и др. Органическая химия. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2004. — Т. 3. — С. 169—269. — 544 с. — 3000 экз. — ISBN 5-94774-112-1.
↑ Перекалин В.В., Зонис С.А,. Органическая химия. — М.: Просвещение, 1982. — С. 152—153. — 560 с. — 58 000 экз.
↑ Химическая энциклопедия. В 5 т. Т. 2. Даф — Мед / гл. ред. И. Л. Кнунянц. — Москва : Советская энциклопедия, 1990.
↑ Тютюнников Б. Н. Химия жиров. — М.: Пищевая промышленность, 1974. — С. 140—165.
↑ Вергунова Н. Г. Муравьиная кислота // Химическая энциклопедия / Редкол: Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди—Полимерные. — С. 148—149.
↑ Попова Р.Я. Масляная кислота // Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Даффа—Меди. — С. 652.

Ленинджер А. Основы биохимии: В 3 т. Т. 1 / Пер. с англ. — М.: Мир, 1985. — 367 с.
Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. «Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень» — 14-е изд., М.: Просвещение, 2012.
Петров А. А., Бальян Х. В., Трощенко А. Т. Органическая химия: Учебник для вузов / под ред. Стадинчука М. Д.. — М.: Высшая школа, 1985. — С. 190—203. — 560 с.
Адамс М. Карбоновые кислоты в органике. — М.: Химия. 1990.

Правообладателем данного материала является АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».
Использование данного материала на других сайтах возможно только с согласия АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».

[:0-1] ¹ ² Петров А. А., Бальян Х. В., Трощенко А. Т. Органическая химия: Учебник для вузов / под ред. Стадинчука М. Д.. — М.: Высшая школа, 1985. — С. 190—203. — 560 с.

[2] Нейланд О. Я. Органическая химия: Учебник для хим. спец. вузов. — М.: Высшая школа, 1990. — С. 536—540. — 751 с.

[Аксёнова-3] Аксёнова М., Леенсон И. Химия. Энциклопедия для детей. — Аванта+, 2007. — P. 357—359. — ISBN 978-5-98986-036-4.

[Перекалин-4] Перекалин В.В., Зонис С.А,. Органическая химия. — М.: Просвещение, 1982. — С. 152—153. — 560 с. — 58 000 экз.

[энциклопедия-5] Иоффе Д. В. Карбоновые кислоты // Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Даффа—Меди. — С. 326—328.

[Реутов-6] ¹ ² ³ Реутов.О.А. и др. Органическая химия. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2004. — Т. 3. — С. 169—269. — 544 с. — 3000 экз. — ISBN 5-94774-112-1.

[Перекалин2-7] Перекалин В.В., Зонис С.А,. Органическая химия. — М.: Просвещение, 1982. — С. 152—153. — 560 с. — 58 000 экз.

[8] Химическая энциклопедия. В 5 т. Т. 2. Даф — Мед / гл. ред. И. Л. Кнунянц. — Москва : Советская энциклопедия, 1990.

[9] Тютюнников Б. Н. Химия жиров. — М.: Пищевая промышленность, 1974. — С. 140—165.

[энциклопедия3-10] Вергунова Н. Г. Муравьиная кислота // Химическая энциклопедия / Редкол: Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди—Полимерные. — С. 148—149.

[энциклопедия2-11] Попова Р.Я. Масляная кислота // Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Даффа—Меди. — С. 652.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

Одноосновные предельные карбоновые кислоты

Строение и номенклатура

Гомологический ряд

Физические свойства

Химические свойства

Кислотные свойства

Реакции нуклеофильного замещения

Реакции по радикалу

Восстановление

Получение

Применение

Биологическая роль

Примечания

Литература

Категории