Химические свойства

Карбоновые кислоты – более сильные кислоты, чем спирты, поскольку атом водорода в карбоксильной группе обладает повышенной подвижностью благодаря влиянию группы –СО. В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют:

Тем не менее, из-за ковалентного характера молекул карбоновых кислот указанное выше равновесие диссоциации достаточно сильно сдвинуто влево. Таким образом, - карбоновые кислоты – это, как правило, слабые кислоты. Например, уксусная кислота характеризу­ется константой диссоциации К_а = 1,7*10^-5.

Заместители, присутствующие в молекуле карбоновой кислоты, сильно влияют на ее кислотность вследствие оказываемого ими ин­дуктивного эффекта. Такие заместители, как хлор или фенильный радикал, оттягивают на себя электронную плотность и, следователь­но, вызывают отрицательный индуктивный эффект (–I). Оттягивание электронной плотности от карбоксильного атома водорода приводит к повышению кислотности карбоновой кислоты. В отличие от этого такие заместители, как алкильные группы, обладают электронодонорными свойствами и создают положительный индуктивный эф­фект (+I). Они понижают кислотность.

Взаимное влияние атомов в молекулах дикарбоновых кислот при­водит к тому, что они являются более сильными, чем одноосновные.

1. Образование солей. Карбоновые кислоты обладают всеми свойствами обычных кислот. Они реагируют с активными металла­ми, основными оксидами, основаниями и солями слабых кислот:

Карбоновые кислоты – слабые, поэтому сильные минеральные кислоты вытесняют их из соответствующих солей:

Соли карбоновых кислот в водных растворах гидролизованы:

Отличие карбоновых кислот от минеральных заключается в возможности образования ряда функциональных производных.

2. Образование функциональных производных карбоновых ки­слот. При замещении группы ОН в карбоновых кислотах различ­ными группами (X) образуются функциональные производные кислот, имеющие общую формулу R–CO–X; здесь R обозначает алкильную либо арильную группу. Хотя нитрилы имеют другую общую формулу (R–CN), обычно их также рассматривают как производные карбоновых кислот, поскольку они могут быть по­лучены из этих кислот.

Хлорангидриды получают действием хлорида фосфора (V) на ки­слоты:

Ангидриды образуются из карбоновых кислот при действии водоотнимающих средств:

Сложные эфиры образуются при нагревании кислоты со спиртом в присутствии серной кислоты (обратимая реакция этерификации):

Механизм реакции этерификации установлен методом «меченых атомов».

Сложные эфиры можно также получить при взаимодействии хлорангидридов кислот и алкоголятов щелочных металлов:

Кроме того, амиды могут быть получены при нагревании аммо­нийных солей карбоновых кислот:

Реакции хлорангидридов карбоновых кислот с аммиаком приво­дят к образованию амидов:

При нагревании амидов в присутствии водоотнимающих средств они дегидратируются с образованием нитрилов:

Функциональные производные низших кислот – летучие жидко­сти (за исключением амидов, которые при обычных условиях – твердые вещества). Все они гидролизуются с образованием исход­ной кислоты:

В кислой среде эти реакции могут быть обратимы. Гидролиз в ще­лочной среде необратим и приводит к образованию солей карбоно­вых кислот, так:

3. Ряд свойств карбоновых кислот обусловлен наличием углево­дородного радикала. Так, при действии галогенов на кислоты в при­сутствии красного фосфора образуются галогензамещенные кисло­ты, причем на галоген замещается атом водорода при соседнем с карбоксильной группой атоме углерода (α-атоме):

Непредельные карбоновые кислоты способны к реакциям при­соединения:

Две последние реакции протекают против правила Марковникова,

Непредельные карбоновые кислоты и их производные способны к реакциям полимеризации:

4. Окислительно-восстановительные реакции карбоновых кислот.

Карбоновые кислоты при действии восстановителей в присутст­вии катализаторов способны превращаться в альдегиды, спирты и даже углеводороды:

Насыщенные карбоновые кислоты устойчивы к действию кон­центрированных серной и азотной кислот. Исключение составляет муравьиная кислота:

Муравьиная кислота НСООН отличается рядом особенностей, поскольку в ее составе есть альдегидная группа:

Муравьиная кислота – сильный восстановитель и легко окисляется до СО₂. Она дает реакцию «серебряного зеркала»:

или в упрощенном виде:

Кроме того, муравьиная кислота окисляется хлором

В атмосфере кислорода карбоновые кислоты окисляются до СО₂ и Н₂О:

5. Реакции декарбоксилирования. Насыщенные незамещенные монокарбоновые кислоты из-за большой прочности связи С-С при на­гревании декарбоксилируются с трудом. Для этого необходимо сплав­ление соли щелочного металла карбоновой кислоты со щелочью:

Появление электронодонорных заместителей в углеводородном радикале способствует реакции декарбоксилирования:

Двухосновные карбоновые кислоты легко отщепляют СО₂ при нагревании: