4. Физические свойства карбоновых кислот

Низшие карбоновые кислоты (С₁-С₉) представляют собой бесцветные 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.

Низшие карбоновые кислоты в безводном виде и в виде концентрированных растворов раздражают кожу и вызывают ожоги, особенно муравьиная кислота и уксусная кислота.

Высшие кислоты, начиная с пеларгоновой (н-нонановой) и ароматические карбоновые кислоты – это твердые вещества, нерастворимые в воде.

На физических свойствах карбоновых кислот сказывается значительная степень ассоциации вследствие образования водородных связей. Кислоты в отличие от спиртов, образуют более прочные водородные связи.

В связи с этим, карбоновые кислоты в твердом и жидком состояниях существуют в основном в виде циклических димеров:

5. Химические свойства карбоновых кислот

1. Обоснование реакционной способности:

Для карбоновых кислот характерными будут химические реакции, протекающие по карбоксильной группе, а также реакции с участием углеводородного радикала.

Рассмотрим строение карбоксильной группы: формально, она состоит из двух функциональных групп – карбонильной (это функциональная группа альдегидов и кетонов) и гидроксильной группы (характерной для класса спиртов).

Таким образом, можно было бы предположить наличие свойств, обусловленных этими функциональными группами и характерных для спиртов и карбонильных соединений. Однако карбонильная и гидроксильная группа расположены настолько близко, что в значительной степени изменяют свойства друг друга. Смещение электронной плотности по всей карбоксильной группе происходит следующим образом:

• Под влиянием карбонильной группы увеличивается поляризация связи О–Н, что приводит к усилению кислотных свойств по сравнению со спиртами. Кроме того, образующийся анион отличается более высокой стабильностью, что обусловлено наличием сопряжения (р,π-сопряжение):

• За счет положительного мезомерного эффекта (π-р сопряжения) атома кислорода гидроксильной группы величина частичного положительного заряда на атоме углерода в карбоксильной группе уменьшается (по сравнению с альдегидами и кетонами). Это обуславливает менее активное поведение карбоновых кислот в реакциях с нуклеофилами.

• По сравнению с альдегидами и кетонами в структуре карбоксильной группы появляется хорошо уходящая группировка, которую можно заместить, поэтому становятся возможными реакции нуклеофильного замещения (S_N).

• Сама карбоксильная группа оказывает заметное влияние на связанный с ней углеводородный радикал. Так, в случае алифатических карбоновых кислот активным становится α-водородный атом (аналогично альдегидам),

в молекулах ароматических кислот карбоксильная группа приводит к дезактивации бензольного кольца.

Таким образом, важнейшие свойства карбоновых кислот обусловлены возможностью диссоциации карбоксильной группы и возможностью нуклеофильной атаки по карбоксильному атому углерода с последующим замещением гидроксо-группы.