Карбоновые кислоты и их производные

Карбоновыми кислотами называют органические соединения, содержащие в своем составе карбоксильную группу. По международной заместительной номенклатуре карбоновым кислотам соответствует окончание -овая кислота в названии.

Для простейших представителей класса, а также высших жирных

кислот (см. тему "Жиры"), приняты тривиальные названия (уксусная, стеариновая).

По числу карбоксильных групп делятся на монокарбоновые (одноосновные) и дикарбоновые (двухосновные), в зависимости от строения углеводородного скелета - на алифатические (уксусная, щавелевая) и ароматические (бензойная).

Предельные одноосновные карбоновые кислоты, содержащие от одного до одиннадцати атомов углерода - жидкости, хорошо смешивающиеся с водой. В твердом и жидком состояниях, а также в водных растворах молекулы кислот димеризуются в результате образования между ними водородных связей.

Одноосновные карбоновые кислоты

Общие способы получения

Окисление углеводородов:

Окисление первичных спиртов и альдегидов КMпО4 или К2Сr2О7:

Оксосинтез (см. тему «Химические свойства алкенов»).

Нитрильный синтез:

Магнийорганический синтез:

Гидролиз сложных эфиров - см. тему «Химические свойства одноатомных спиртов».

Химические свойства

Взаимное влияние составляющих карбоксильную группу карбонила и гидроксила с одной стороны уменьшает поляризацию связей С=O карбонила, с другой стороны ослабляет связь О-Н гидроксила, что приводит к отсутствию реакций нуклеофильного присоединения AN и увеличению подвижности водорода гидроксила (кислотные свойства).

Кислотные свойства.

Карбоновые кислоты - слабые кислоты. С увеличением углеводородного радикала степень диссоциации уменьшается. Предельные монокарбоновые кислбты обладают всеми свойствами обычных кислот:

a) 2RCOOH + Mg ?® (RCOO)2Mg + Н2­;

б) 2RCOOH + СаО ?® (RCOO)2Ca + Н2О ;

в) RCOOH + КОН ?® RCOOK + Н2О;

г) 2RCOOH + Na2CO3 ?® 2RCOONa + СO2­ + Н2О.

Сравнение силы кислот:

Взаимодействие со спиртами (реакция этерификации).

Образование галогенангидридов:

Образование ангидридов (действием водоотнимаюших средств):

Взаимодействие с аммиаком с образованием амидов и нитрилов:

Непредельные карбоновые кислоты

Способы получения

Гидролиз галогенопроизводных:

Дегидратация гидроксикислот:

Нитрильный синтез:

Химические свойства

Гидрогалогенирование:

Гидратация:

Двухосновные кислоты

Химические свойства

Пиролиз щавелевой и малоновой кислот:

Синтез с малоновым эфиром:

Двухосновные непредельные кислоты

Способ получения

Химические свойства

Оксикислоты

Способы получения

Гидролиз галогенпроизводных:

Нитрильный синтез:

Реакция Реформатского (получение b-оксикислот):

Химические свойства

Дегидратация a-гидроксикислот:

Дегидратация b-гидроксикислот:

Дегидратация c-гидроксикислот:

Оптическая изомерия гидроксикислот

Зеркальные изомеры называются оптическими антиподами (энантиомерами). Они вращают плоскость поляризации в разные стороны. Стереоизомеры, не являющиеся антиподами, называются диастереомерами. Общее количество оптических изомеров N вычисляется по формуле: N = 2 n, где n – количество асимметрических атомов углерода в молекуле.

Для идентификации оптических изомеров гидроксилслдержащих веществ применяют D-L-номенклатуру. Оптические изомеры винной кислоты представлены на рисунке.

Композиция, состоящая из равных количеств энантиомеров, называется рацематом.

Альдегидо- и кетокислоты

Способы получения

Окисление двухатомных спиртов с одной концевой группировкой:

Окисление оксикислот:

Гидролиз вицинальных дигалогенопроизводных карбоновах кислот:

Пиролиз винной кислоты:

Химические свойства

Пиролиз:

Кето-енольная таутомерия ацетоуксусного эфира.

Таутомерия – динамическая изомерия: с повышением температуры увеличивается содержание енольной формы:

Сложные эфиры

Сложные эфиры - производные органических или кислородсодержащих неорганических кислот, у которых атом водорода замещен на углеводородный радикал. Названия образуются из названий кислот (кислотных остатков) и названий алкильных радикалов, входящих в состав спиртов.

Простейшие по составу сложные эфиры - бесцветные легкокипящие жидкости с фруктовым запахом; высшие сложные эфиры - воскообразные вещества. Все сложные эфиры в воде растворяются плохо.

Способы получения

Реакция этерификации (см. тему "Химические свойства одноосновных карбоновых кислот").

Взаимодействие хлорангидридов кислот и алкоголятов щелочных металлов:

Изоамилацетат – запах груши.

Взаимодействие солей карбоновых кислот и галогензамещенных углеводородов:

Этилформиат – запах рома.

Реакция ангидридов карбоновых кислот со спиртами:

Этилбутират – запах ананаса.

Химические свойства

Гидролиз (омыление):

Реакция переэтерификации:

3) Образование амидов кислот под действием аммиака:

Жиры

Жиры (триглицериды) - сложные эфиры глицерина и высших карбоновых (жирных) кислот. Наиболее часто в состав жиров входят предельные (пальмитиновая С15Н31СООН, стеариновая С17Н35СООН) и непредельные кислоты (олеиновая С17Н33СООН, линолевая С17Н31СООН, линоленовая С17Н29СООН). Природные жиры представляют собой смесь различных триглицеридов.

Жиры - вязкие жидкости или твердые вещества, легче воды, в воде не растворяются, но растворяются в органических растворителях.

Жиры, образованные предельными кислотами - твердые вещества, а непредельными - жидкие (они называются маслами). Чем больше в жирах содержание непредельных кислот, тем ниже их температура плавления.

Получение

Из природных источников.

Реакция этерификации глицерина:

Химические свойства

I) Гидролиз (омыление).

В зависимости от условий гидролиз бывает: водный (без катализатора, при высоких температуре и давлении), кислотный (в присутствии кислоты в качестве катализатора), щелочной (под действием щелочей) и ферментативный (в живых организмах).

Мылами называют соли высших жирных кислот. Натриевые соли образуют твердые мыла, калиевые - жидкие.

Реакции присоединения: гидрирование или гидрогенизация - получение твердых жиров из жидких. Характерна для жидких жиров, содержащих кратные связи.