Карбоновые кислоты
Карбоновые кислоты – соединения, содержащие в молекуле карбоксильную группу –СООН.
Водород карбоксильной группы обладает кислотным характером. По числу карбоксильных групп различают одноосновные (монокарбоновые), двухосновные (дикарбоновые) и многоосновные (поликарбоновые) кислоты. По характеру радикала, связанного с карбоксильной группой, кислоты могут быть предельными, непредельными, ароматическими и др.
Мы рассмотрим лишь одноосновные карбоновые кислоты.
Изомерия и номенклатура
Общая формула гомологического ряда предельных одноосновных кислот CnH2n+1COOH, или СпН2nО2.
Одноосновные кислоты с алкильными или алкенильным радикалами называют жирными кислотами, так как некоторые из них в виде сложных эфиров входят в состав растительных и животных жиров и масел.
Изомерия одноосновных кислот, как и альдегидов, обусловлена строением радикала.
Номенклатура. Для низших членов ряда карбоновых кислот наиболее употребительны тривиальные названия: муравьиная, уксусная, масляная и т.д.
Приставку изо- используют в названии тех разветвленных кислот, которые содержат в разветвлении метильную группу на удаленном от карбоксильной группы конце цепи, у предпоследнего углеродного атома, т. е. имеют группировку (СН3)2СН–.
По правилам заместительной номенклатуры название карбоновой кислоты составляется добавлением к названию углеводорода окончания -овая и слова кислота. Углеродный атом карбоксильной группы определяет начало нумерации и входит в счет атомов главной углеродной цепи.
Во многих случаях кислоту рассматривают как продукт замещения атома водорода в углеводороде на карбоксильную группу. Например, уксусную кислоту можно было бы назвать метанкарбоновая, пропионовую – этанкарбоновая, а для кислоты с пятичленным циклическим радикалом самое употребительное название – циклопентанкарбоновая. Названия некоторых карбоновых кислот приведены в табл. 6.
Таблица 6
Названия некоторых карбоновых кислот
|
Тривиальное и рациональное название |
Название по современной заместительной номенклатуре |
Н–СООН |
Муравьиная |
Метановая |
СН3–СООН |
Уксусная |
Этановая |
(СН3)2СН–СООН |
Изомасляная, диметилуксусная |
2-Метилпропановая |
(СН3)2СН–СН2–СООН |
Изовалериановая, изопропилуксусная |
3-Метилбутановая |
(СН3)2СН–СН=СН–СН2–СООН |
– |
5-Метилгексен-3-овая |
Кислотным радикалом или ацилом называют одновалентный остаток R–СО, образующийся из молекулы кислоты при удалении гидроксильной группы. Названия ацилов произведены от латинских названий кислот:
формил ацетил пропионил бензоил
Названия солей производят от названий ацилов с заменой окончания -ил на -ат. Например, соли кислот, соответствующих указанным ацилам, называют: формиат, ацетат, пропионат, бензоат, добавляя название соответствующего металла, например CH3COONa – ацетат натрия.
Способы получения
Способы, основанные на окислении. Со многими реакциями этого типа вы уже знакомы. При окислении алкенов энергичными окислителями (КМnО4, СrО3) происходит разрыв молекулы по месту двойной связи. Окисление первичных спиртов и альдегидов приводит к кислотам с тем же числом атомов углерода, а при окислении кетонов получаются кислоты с меньшим числом атомов углерода в молекуле, чем исходный кетон (см. соответствующие разделы данной методички и методички «Теоретические основы органической химии. Углеводороды»).
Кислоты ароматического ряда получают окислением гомологов бензола; при этом атом углерода боковой цепи, связанный с бензольным ядром, окисляется до карбоксильной группы.
Для получения высших жирных кислот большое практическое значение имеет окисление высших алканов нефти.
Гидрокарбоксилирование алкенов. Действуя на алкены оксидом углерода (II) и водой при нагревании под давлением в присутствии никелевого катализатора, можно из продуктов крекинга нефти получать кислоты:
СН2=СН2
СН3–СН2–СООН
Метод эффективен, особенно для получения высших жирных кислот. Известно и много других способов синтеза кислот.
Физические свойства
Как видно из табл. 7, кислоты имеют аномально высокие температуры кипения и плавления (даже по сравнению со спиртами). Это объясняется значительной ассоциацией, обусловленной водородной связью. Такие связи образуются у кислот в результате взаимодействия атома водорода гидроксильной группы одной молекулы и атома кислорода карбонильной группы другой молекулы.
Таблица 7