Глава IX. Карбоновые кислоты и их производные.

Карбоновые кислоты – соединения, содержащие функциональную группу

СООН – карбоксильную группу, своеобразный «гибрид» карбонильной и гидроксильной групп:

Соединения, содержащие одну карбоксильную группу, – монокарбоновые (одноосновные) кислоты, две группы - дикарбоновые (двухосновные) и т.д. Общая формула простейших (монокарбоновых) кислот – R-CO-OH, где R может быть насыщенным, ненасыщенным, ациклическим, алициклическим или ароматическим радикалом. Карбоновые кислоты содержат фрагмент R-CO – ацил (ацильный радикал), и с этой точки зрения их можно рассматривать как ацилированную воду.

Карбоновые кислоты – родоначальники целого ряда родственных соединений, которые называют производными карбоновых кислот; эти соединения могут образовываться из карбоновых кислот (часто в одну стадию), превращаться обратно в карбоновые кислоты, а также во многих случаях переходить друг в друга.

Производные карбоновых кислот можно (в достаточной степени условно) разделить на четыре группы:

I. Соединения общей формулы R-CO-X, т.е. продукты формального замещения карбоксильной гидроксигруппы:

В о всех этих производных сохраняется ацильный фрагмент RСО; галогенангидриды (в большинстве случаев это хлорангидриды) можно рассматривать как ацилированные галогеноводороды, ангидриды – как ацилированные карбоновые кислоты, сложные эфиры, амиды, гидразиды, гидроксамовые кислоты – как ацилированные соответственно спирты, аммиак (первичные или вторичные амины), гидразин, гидроксиламин.

II. Соединения общей формулы R-CZ-X, в которых замещены как гидроксигруппа, так и «карбонильный» атом кислорода:

III. Производные, которые можно рассматривать как ацетали на основе карбонильных групп сложных эфиров или амидов:

Нетрудно заметить сходство этих соединений с ацеталями карбонильных соединений - здесь вместо радикала (или водорода) стоит группа OR или NH₂ (NHR, NR₂).

IV. Продукты внутримолекулярной дегидратации карбоновых кислот типа RСН₂СООН (кетены) и амидов RCONH₂ (нитрилы):

Наиболее широко используются производные первой группы и нитрилы; весьма перспективно использование в органическом синтезе ортоэфиров, ацеталей амидов, а также кетенов. Производные группы II пока используются в меньшей степени.

IX.1. Карбоновые кислоты

Из всех приведенных выше типов соединений карбоновые кислоты являются наиболее доступными; это одна из причин, почему именно они считаются основными (материнскими) соединениями в этом ряду. Другая причина – специфические свойства карбоксильной группы – единственной органической функциональной группы, обладающей достаточно сильными кислотными свойствами.

Простейшей монокарбоновой кислотой является муравьиная НСООН, ее ближайший гомолог – уксусная кислота СН₃СООН; простейшая дикарбоновая кислота – щавелевая НООС-СООН, ее ближайший гомолог – малоновая кислота НООС-СН₂-СООН; простейшая ароматическая кислота – бензойная С₆Н₅СООН. [Нетрудно заметить, что среди карбоновых кислот широко распространены тривиальные названия; причина в том, что карбоновые кислоты составляли значительную часть среди первых органических веществ, выделенных из природных источников, – помимо упомянутых муравьиной и щавелевой кислот это винная, лимонная, молочная и многие другие].

Помимо карбоксильной группы, карбоновые кислоты могут содержать и другие функциональные группы, в частности, гидроксильную (гидроксикислоты), карбонильную (оксокислоты), аминогруппу (аминокислоты) и другие.

Своеобразной карбоновой кислотой является угольная кислота НО-СО-ОН; сама она, как известно, неустойчива, но некоторые ее производные вполне стабильны.