12. Карбоновые кислоты
Определение. Карбоновыми кислотами называются органические соединения, содержащие одну или несколько карбоксильных групп (–COOН), соединенных с углеводородным радикалом. Общая формула одноосновных карбоновых кислот - R –COOН.
Ниже изображена структурная формула карбоновых кислот в общем виде и перечислены названия отдельных фрагментов молекулы:
Схема 13. Строение карбоновых кислот, их химические связи и типы реакций
Классификация. Карбоновые кислоты классифицируют по характеру углеводородного радикала, наличию или отсутствию кратных связей и количеству карбоксильных групп.
По характеру углеводородного радикала кислоты делятся на алифатичес-кие и алициклические (карбоциклические, ароматические, гетероциклические):
(CH3)2CH–CH2–COOH
изовалериановая кислота циклогексанкарбоновая м-нитробензойная кислота
(алифатическая) кислота (карбоциклическая) (ароматическая)
пирослизевая кислота хинолиновая кислота
(гетероциклическая) (гетероциклическая)
По наличию или отсутствию в радикале соединения кратных связей различают предельные и непредельные карбоновые кислоты:
CH3–CH2–CH2–CH2–COOH валериановая кислота (предельная)
CH3–CH=CH–CH=CH–COOH сорбиновая кислота (непредельная)
CH3 (CH2)4 CH=CHCH2CH=CH (CH2)7 COOH линолевая кислота (непредельная)
CH3 (CH2CH=CH)3(CH2)7 COOH линоленовая кислота (непредельная)
По количеству карбоксильных групп кислоты подразделяются на одноосновные (монокарбоновые), двухосновные (дикарбоновые), трехосновные (трикарбоновые) и т.д. кислоты. Монокарбоновые кислоты имеют общую формулу СnН2n +1СООН.
CH3–CH2–CH2–СООН масляная кислота (одноосновная)
бутановая кислота (IUPAC)
СН2–СН2–СООН
│ адипиновая кислота (двухосновная)
СН2–СН2–СООН гександиовая кислота (IUPAC)
СН2–СООН
│ 2-карбоксипентандиовая кислота (трехосновная)
СН –СООН
│
СН2–СООН
Номенклатура
Рациональная. При названии карбоновой кислоты по рациональной номенклатуре за основу принимают тривиальное название более простой кислоты. Положение заместителей при этом указывают с помощью букв греческого алфавита, начиная от ближайшего заместителя к карбоксильной группе. Часто карбоновую кислоту удобно рассматривать как замещенную уксусную кислоту.
При составлении названия карбоновой кислоты алифатического ряда по номенклатуре IUPAC за основу выбирают наиболее длинную углеродную цепь, включающую карбоксильную группу. Нумерацию цепи начинают с атома углерода карбоксильной группы. К названию углеводорода, соответствующему по числу атомов углерода главной цепи, прибавляют суффикс «-овая кислота».
2,3-диметилбутановая кислота (IUPAC) 2,3-дибромпентановая кислота (IUPAC)
метилизопропилуксусная кислота (рац.) α,β-дибромвалериановая кислота (рац.)
α,β-диметилмасляная кислота (рац.)
Названия кислот алициклического и гетероциклического рядов обычно образуются от названия соответствующего циклического соединения с добавлением суффикса «-карбоновая кислота». При этом углеродный атом карбоксильной группы не включается в нумерацию главной цепи.
4-бромциклопентен-2-карбоновая кислота циклопентандикарбоновая-1,2 кислот
Замещенные ароматические кислоты называют как производные бензойной и нафтойной кислот.
6-бром-2,3,4-триметилбензойная кислота 2-хлор-3-нитробензойная кислота
7-хлорнафталин-1-карбоновая кислота
Способы получения (см. также схему 14 на с. 167)
Окисление углеводородов.
а) окисление алкенов по двойной связи действием сильных окислителей (перманганат калия, хромовая смесь) при нагревании:
KMnO4
R–CH=CH–R' R–COOH + R'–COOH
б) окисление боковых цепей ароматических углеводородов под влиянием сильных окислителей (перманганат калия, хромовая смесь) при нагревании с получением ароматических кислот:
Окисление первичных спиртов дихроматом или перманганатом калия в кислой среде через стадию образования альдегидов до карбоновых кислот по схеме:
3 R–CH2OH + K2Cr2O7 + 4 H2SO4 3 R–CHO + K2SO4 + Cr2 (SO4)3 +7 H2O
Окисление альдегидов и кетонов:
а) действие слабых окислителей, например аммиаката серебра (реактив Толленса) на альдегиды (реакция серебряного зеркала):
или комплексной соли (жидкость Фелинга), полученной растворением гидроксида меди (II) в растворе сегнетовой соли, на альдегиды:
Кетоны при данных условиях не окисляются, поэтому реакции используются для определения отличий альдегидов от кетонов.
б) окисление кетонов в жестких условиях. При расщеплении кетонов образуется смесь карбоновых кислот по схеме (правило Попова):
Окисление метилкетонов (галоформная реакция):
Галогенирование метилкетонов в щелочной среде (или действие гипогалогенидов натрия) с расщеплением молекулы и образованием галоформов и натриевых солей карбоновых кислот по схеме:
