25.3. Карбоновые кислоты

Карбоновыми кислотами называют органические соединения, содержащие в своем составе карбоксильную группу.

По международной заместительной номенклатуре карбоновым кислотам соответствует окончание -овая кислота в названии.

Для простейших представителей класса, а также высших жирных кислот (см. тему “Жиры”), приняты тривиальные названия (уксусная, стеариновая).

По числу карбоксильных групп делятся на монокарбоновые (одноос-новные) и дикарбоновые (двухосновные), в зависимости от строения углеводородного скелета - на алифатические (уксусная, щавелевая) и ароматические (бензойная).

Предельные одноосновные карбоновые кислоты, содержащие от одного до одиннадцати атомов углерода - жидкости, хорошо смешивающиеся с водой. В твердом и жидком состояниях, а также в водных растворах молекулы кислот димеризуются в результате образования между ними водородных связей.

Медико-биологическое значение

Муравьиная кислота - обладает раздражающим действием на кожу, может вызвать ожоги. Ацетату калия (соль уксусной кислоты) присуще диуретическое действие. Изовалериановая кислота (СH₃)₂CHCH₂COOH оказывает успокаивающее действие, входит в состав валидола, настойки валерианы. Бензойная кислота применяется в качестве противомикробного средства. Ее соль бензоат натрия  отхаркивающее средство. Салициловая (орто-гидроксибензойная) кислота применяется как антисептическое, раздражающее средство. Салицилат натрия - анальгезирующее, жаропонижающее, противовоспалительное средство. Исходный продукт для получения аспирина.

Общие способы получения

1) Окисление первичных спиртов и альдегидов KMnO₄ или K₂Cr₂O₇:

2) Гидролиз галогенпроизводных:

3) Из солей карбоновых кислот:

4) Гидролиз сложных эфиров:

Получение уксусной, муравьиной и бензойной кислот

Химические свойства

I. Кислотные свойства.

Обусловлены подвижностью атома водорода карбоксильной группы. Слабые кислоты, с увеличением углеводородного радикала степень диссоциации уменьшается.

Предельные монокарбоновые кислоты обладают всеми свойствами обычных кислот:

II. Реакции с разрывом связи со (замещение он-группы).

1) Взаимодействие со спиртами (реакция этерификации, см. тему “Спирты”).

2) Взаимодействие с аммиаком с образованием амидов:

3) Образование галогенангидридов:

4) Образование ангидридов (действием водоотнимающих средств):

III. Реакции с разрывом сн связи у -углеродного атома.

Связаны со смещением электронной плотности от -углеродного атома в сторону карбоксильной группы.

Особенности муравьиной кислоты

1) Реакция “серебряного зеркала” (по альдегидной группе):

2) Разложение под действием водоотнимающих средств:

Обучающая задача

Определить строение одноосновной предельной органической кислоты, если для нейтрализации 7.4 г ее израсходовано 40 г раствора гидроксида натрия с массовой долей 10 %.

Решение:

Запишем уравнение реакции нейтрализации:

RCOOH + NaOH  RCOONa + H₂O

Найдем массу вещества гидроксида натрия в растворе:

m(NaOH) = m(раствора NaOH) ^. (NaOH) = 40 ^. 0.1 = 4 г

Вычислим количество вещества NaOH:

(NaOH) = m(NaOH) / M(MaOH) = 4 : 40 = 0.1 моль

Из уравнения реакции видно, что (RCOOH) = (NaOH) = 0.1 моль. Зная массу кислоты, найдем ее молярную массу:

M(RCOOH) = m(RCOOH) / (RCOOH) = 7.4 : 0.1 = 74 г/моль

Так как формулу предельной карбоновой кислоты можно записать как С_nH_2n+1COOH, составим математическое уравнение с одним неизвестным:

12n + 2n + 1 + 12 + 16 ^. 2 + 1 = 74

Отсюда: n=2, т.е. формула исходной кислоты  С₂H₅COOH (пропионовая кислота).