Карбоновые кислоты

Карбоновые кислоты

Карбо́новые кисло́ты — класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных карбоксильных групп -COOH. Кислые свойства объясняются тем, что данная группа может сравнительно легко отщеплять протон. За редкими исключениями карбоновые кислоты являются слабыми. Например, у уксусной кислоты CH₃COOH константа кислотности равна 1,75·10⁻⁵. Ди- и трикарбоновые кислоты более сильные, чем монокарбоновые.

Номенклатура

По международной номенклатуре ИЮПАК, карбоновые кислот называют, выбирая за основу наиболее длинную углеродную цепочку, содержащую группу -СООН, и добавляя к названию соответствующего углеводорода окончание "овая" и слово "кислота". При этом атому углерода, входящему в состав карбоксильной группы, присваивается первый номер. Например СН₃-СН₂-СООН - пропановая кислота, СН₃-С(СН₃)₂-СООН - 2,2-диметилпропановая кислота.
По рациональной номенклатуре к названию углеводорода добавляют окончание "карбоновая" и слово "кислота", не включая при этом в нумерацию цепи атом углерода карбоксильной группы. Например, С₅Н₉СООН - циклопентанкарбоновая кислота, СН₃-С(СН₃)₂-СООН - трет-бутилкарбоновая кислота.
Многие из карбоновых кислот имеют тривиальные названия (некоторые из них приведены в таблице).

Формула	Название по ИЮПАК	Тривиальное название
НСООН	метановая кислота	муравьиная кислота
СН3-СООН	этановая кислота	уксусная кислота
СН3-СН2-СООН	пропановая кислота	пропионовая кислота
СН3-(СН2)2-СООН	бутановая кислота	масляная кислота
СН3-(СН2)3-СООН	пентановая кислота	валериановая кислота
СН3-(СН2)4-СООН	гексановая кислота	капроновая кислота
СН3-(СН2)5-СООН	гептановая кислота	энантовая кислота
СН3-(СН2)6-СООН	октановая кислота	каприловая кислота
СН3-(СН2)7-СООН	нонановая кислота	пеларгоновая кислота
СН3-(СН2)8-СООН	декановая кислота	каприновая кислота
СН3-(СН2)9-СООН	ундекановая кислота	ундециловая кислота
СН3-(СН2)10-СООН	додекановая кислота	лауриновая кислота
СН3-(СН2)11-СООН	тридекановая кислота	тридециловая кислота
СН3-(СН2)12-СООН	тетрадекановая кислота	миристиновая кислота
СН3-(СН2)13-СООН	пентадекановая кислота	пентадециловая кислота
СН3-(СН2)14-СООН	гексадекановая кислота	пальмитиновая кислота
СН3-(СН2)15-СООН	гептадекановая кислота	маргариновая кислота
СН3-(СН2)16-СООН	октадекановая кислота	стеариновая кислота
СН3-(СН2)17-СООН	нонадекановая кислота	стеариновая кислота
С6Н5-СООН	бензолкарбоновая кислота	бензойная кислота
СН2=СН-СООН	пропеновая кислота	акриловая кислота
СН≡С-СООН	пропиновая кислота	пропиоловая кислота
СН3-С(СН3)2-СООН	2,2-диметилпропановая	пивалиновая кислота

Классификация

В зависимости от радикала, связанного с карбоксилом, различают следующие группы карбоновых кислот:

ароматические

алифатические (в том числе предельные и непредельные)

алициклические

гетероциклические.

По числу карбоксильных групп кислоты могут быть одно-, двух- и многоосновными. При введении в молекулы кислоты других функциональных групп (например, -ОН, =CO, -NH₂ и др.) образуются окси-, кето-, аминокислоты и другие классы соединений.

Применение

Карбоновые кислоты - исходные соединения для получения промежуточных продуктов органического синтеза, в частности кетенов, галогенангидридов, виниловых эфиров, галогенкислот. Соли карбоновых кислот и щелочных металлов применяют как мыла, эмульгаторы, смазочные масла; соли тяжелых металлов - сиккативы, инсектициды и фунгициды, катализаторы. Эфиры кислот - пищевые добавки, растворители; моно- и диэфиры гликолей и полигликолей пластификаторы, компоненты лаков и алкидных смол; эфиры целлюлозы - компоненты лаков и пластмассы. Амиды кислот эмульгаторы и флотоагенты.

Получение

• Окисление спиртов

$\mathrm{RCH_2OH + [O] \longrightarrow \ RCOOH}$

• Окисление альдегидов

$~ RCHO + [O] \longrightarrow \ RCOOH$

• Гидролиз тригалогеналканов

$~ RCCl_3 + 3NaOH \longrightarrow \ RCOOH + 3NaCl + H_2O$

• Карбоксилирование металлорганических соединений

$~ RLi + CO_2 \longrightarrow \ RCOOLi$

$~ 2RMgCl + 2CO_2 \longrightarrow \ (RCOO)_2Mg$

• Гидролиз сложных эфиров

$~ R^1-COO-R^2 + KOH \longrightarrow \ R^1-COOK + R^2-OH$

• Гидролиз нитрилов

$~1. RCN + H_2O \longrightarrow \ RCONH_2$

$~2. RCONH_2 +H_2O \longrightarrow \ RCO_2H$

Катализируется кислотой или основанием; первоначально образуется амид, который гидролизуется до кислоты; лишь в редких случаях амид устойчив к гидролизу; удобный лабораторный метод (если нитрил доступен)

• Реакция Арндта-Эйстерта

$~1. RCOCl + CH_2N_2 \longrightarrow \ RCOCHN_2$

$~2. RCOCHN_2 + H_2O \longrightarrow \ RCH_2CO_2H$

Используется для получения высших гомологов кислот из низших.

Физические свойства

Низшие карбоновые кислоты — жидкости с ост­рым запахом, хорошо растворимые в воде. С повышением относительной молекулярной массы растворимость кислот в воде и их плотность уменьшаются, а темпера­тура кипения повышается. Высшие кислоты, начиная с пеларгоновой (н-нонановой) СН₃-(СН₂)₇-СООН, — твердые вещества, без запаха, нерастворимые в воде. Низшие карбоновые кислоты в безводном виде и в виде концентрированных растворов раздражают кожу и вызывают ожоги, особенно муравьиная кислота и уксусная кислота.
На физических свойствах карбоновых кислот сказывается значительная степень ассоциации вследствие образования водородных связей. Кислоты в отличие от спиртов, образуют более прочные водородные связи, вследствие того что связи $O-H$ в них в большей степени поляризованы по типу $O^-\longleftarrow \ H^+$ Кроме того, у карбоновых кислот имеется возможность образования водородных связей с кислородом карбонильного диполя, обладающим значительной электроотрицательностью, а не только с кислородом другой гидроксильной группы. Действительно, в твердом и жидком состояниях карбоновые кислоты существуют в основном в виде циклических димеров.

Характерные химические реакции

Наиболее важные химические свойства, характерные для большинства карбоновых кислот:
1. Карбоновые кислоты при реакции с металлами, их оксидами или их осно́вными гидроксидами дают соли соответствующих металлов:

$~2 CH_3COOH + Mg \longrightarrow (CH_3COO)_2Mg + H_2$

$~2 CH_3COOH + CaO \longrightarrow (CH_3COO)_2Ca + H_2O$

$~CH_3COOH + NaOH \longrightarrow CH_3COONa + H_2O$

2. Карбоновые кислоты могут вытеснять более слабую кислоту из её соли, например:

$~2CH_3COOH + Na_2SiO_3 \longrightarrow 2CH_3COONa + H_2SiO_3$

$~HCOOH + NaHCO_3 \longrightarrow HCOONa + H_2O + CO_2$

3. Карбоновые кислоты в присутствии кислого катализатора реагируют со спиртами, образуя сложные эфиры (реакция этерификации):

$~CH_3COOH + CH_3CH_2OH \longrightarrow CH_3COOCH_2CH_3 + H_2O$

4. При нагревании аммонийных солей карбоновых кислот образуются их амиды:

$~CH_3COONH_4 \longrightarrow CH_3CONH_2 + H_2O$

5. Под действием $~SOCl_2$ карбоновые кислоты превращаются в соответствующие хлорангидриды:

$~CH_3COOH + SOCl_2 \longrightarrow CH_3COCl + HCl + SO_2$

Литература

• Общая органическая химия т. 4 под ред. Д. Бартона и Д. Оллиса. М.: Химия. 1983
• Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. М.: Химия. 1991
• Адамс М. Карбоновые кислоты в органике. М.: Химия. 1990
• Дж. Роберт, М.Касерио "Основы органической химии" т. 1 Издание 2-е, дополненное. 1978

Ссылки

• Карбоновые кислоты (рус.) на сайте XuMuK

См. также

	Портал «Наука»
	Карбоновые кислоты в Викисловаре?
	Карбоновые кислоты на Викискладе?
	Проект «Химия»

• карбоксильная группа
• оксикислоты
• кетокислоты
• аминокислоты
• сложные эфиры
• хлорангидриды карбоновых кислот
• ангидриды карбоновых кислот
• амины
• нитрилы

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии. Добавить иллюстрации.