Головна ⇒ 📌Довідник з хімії ⇒ Насичені монокарбонові кислоти – Карбонові кислоти – Оксигеновмісні органічні сполуки

Насичені монокарбонові кислоти – Карбонові кислоти – Оксигеновмісні органічні сполуки

ХІМІЯ – Комплексна підготовка до зовнішнього незалежного оцінювання

РОЗДІЛ III. ОРГАНІЧНА ХІМІЯ

12. Оксигеновмісні органічні сполуки

12.4. Карбонові кислоти

Карбонові кислоти – це похідні вуглеводнів, до складу молекул яких входять одна або декілька карбоксильних груп – СООН.

Класифікація карбонових кислот

Розрізняють:

1) залежно від кількості карбоксильних груп (основності):

– монокарбонові (однооснбвні):

НСООН мурашина (метанова) кислота

СН3СООН оцтова (ацетатна, етанова) кислота

– дикарбонові

(двохосновні):

НООС-COОH щавлева кислота

НООС-СН2-СООН малонова кислота

– трикарбонові (трьохосновні):

лимонна кислота

2) залежно від природи вуглеводневого замісника, сполученого з карбоксильною групою:

– насичені:

СН3-СН2-СООН пропанова кислота

– ненасичені:

СН2=СН-СООН акрилова кислота

– аліциклічні:

циклогексан-1,4- дикарбонова кислота

– ароматичні:

бензойна кислота

3) залежно від кількості атомів Карбону в алкільному заміснику:

– нижчі (низькомолекулярні):

Н-СООН

метанова кислота

СН3-СООН етанова кислота

С2Н5-СООН пропанова кислота

С3Н7-СООН бутанова кислота

– вищі (високомолекулярні):

С15Н31-СООН пальмітинова кислота

С17Н29-СООН ліноленова кислота

С17Н31-СООН лінолева кислота

С17Н33-СООН олеїнова кислота

С17Н35-СООН стеаринова кислота

12.4.1. Насичені монокарбонові кислоти

Карбоксильну групу можна розглядати як поєднання карбонільної і гідроксильної – ОН груп. Електронна густина у карбонільній групі зміщена до Оксигену, внаслідок чого він набуває часткового негативного заряду δ-, а атом Гідрогену гідроксильної групи отримує ще більший (порівняно зі спиртами) частковий позитивний заряд δ+ і більшу рухомість. Завдяки чому водневі зв’язки між молекулами карбонових кислот виявляються сильнішими і в розчинах вони існують переважно у вигляді димерів. З другого боку, електронна густина з а-атома Карбону алкільного замісника зміщується до карбоксильного атома Карбону. Унаслідок цього атоми Гідрогену біля а-атома Карбону також набувають більшої рухливості, що дає їм змогу заміщуватись на атоми галогенів.

Фізичні властивості насичених монокарбонових кислот

Перші три члени гомологічного ряду насичених монокарбонових кислот – мурашина, оцтова, пропіонова – рухливі рідини з різким запахом, змішуються з водою у будь-яких пропорціях. Члени від 4-го до 9-го – оліїсті рідини з різким неприємним запахом1, погано розчинні у воді. Наступні члени гомологічного ряду – тверді речовини без запаху, нерозчинні у воді, але добре розчиняються в органічних розчинниках (етері, бензені).

Кислоти мають вищі, порівняно з відповідними спиртами, температури кипіння. Це зумовлено міцними водневими зв’язками між парами молекул кислоти й утворенням стабільних асоціатів, димерів, які розпадаються лише за високої температури. Наприклад, понад 250 °С – для ацетатної кислоти.

Гомологічний ряд насичених монокарбонових кислот

Одноосновні карбонові кислоти (монокарбонові кислоти) – похідні алканів, у молекулах яких один атом Гідрогену заміщений на карбоксильну групу. Насичені монокарбонові кислоти утворюють гомологічний ряд, загальна формула якого СnН2n+1СООН або R-COOH, де R – алкільний замісник (або атом Гідрогену – у мурашиній кислоті).

Молекулярна формула кислоти	Скорочена структурна формула кислоти	Назва кислоти
Міжнародна	Тривіальна (традиційна)
HCOOH		Метанова кислота	Мурашина (форміатна) кислота
СН3СООН		Етанова кислота	Оцтова (ацетатна) кислота
С2Н5СООН		Пропанова кислота	Пропіонова кислота
С3Н7СООН		Бутанова кислота	Масляна кислота
С4Н9СООН		Пентанова кислота	Валеріанова кислота
С5Н11СООН		Гексанові кислота	Капронова кислота

Хімічні властивості насичених монокарбонових кислот

Завдяки більшій рухомості гідроксильного атома Гідрогену карбонові кислоти можуть дисоціювати:

Сила карбонових кислот, як і розчинність у воді, у гомологічному ряду зменшується зі збільшенням молекулярної маси. Оцтова кислота сильніша за карбонатну, але слабша за інші мінеральні кислоти.

Солеутворення	З активними металами
З основними оксидами
З основами
З карбонатами
З аміаком
Заміщення α-гідрогенових атомів в алкільному заміснику		Монохлорооцтова кислота сильніша за оцтову у 80 разів, а трихлорооцтова – у 15 000 разів
Руйнування карбоксильної групи (декарбоксилювання)
Окиснення	Мурашина кислота окислюється аміачним розчином
Реакції за участі групи -ОН	Зі спиртами (реакція естерифікації)		Відбувається за наявності мінеральних кислот
Відщеплення молекули води від двох молекул кислоти (реакція дегідратації)	Утворюються ангідриди кислот, які при нагріванні з водою дають відповідні кислоти	Реакція відбувається за наявності водовідбірних речовин: Аl2O3 – для твердої фази і H2SO4 (конц.), Р2O5- для рідкої.
Заміщення групи – ОН на атом галогену		Відбувається під дією галогенувальних агентів (РСl3, РСl5, SO2Cl2, СOСl2)
Приєднання С2Н2
Відновлення		Тиск -107 Па, каталізатори – LiAlH4 і В2Н6
	Йодоводень відновлює карбонові кислоти до алканів

Добування карбонових кислот

1. Окиснення насичених вуглеводнів повітрям або киснем за наявності каталізаторів, тиску і високої температури:

2. Окиснення первинних спиртів, альдегідів:

3. Гідроліз гемінальних тригалогенопохідних насичених вуглеводнів:

4. Добування метанової кислоти:

Застосування одноосновних карбонових кислот

Метанову кислоту використовують:

– як відновник в органічному синтезі;

– як розчинник;

– як протраву при фарбуванні тканин і паперу (алюміній форміат), дублення шкіри;

– як консервант зелених кормів для худоби, у харчовій промисловості (харчова добавка Е 236);

– у медицині (“мурашиний спирт” – розчин мурашиної кислоти в етанолі з масовою часткою кислоти 1,25%);

– для дезінфекції бродильних чанів у виробництві спирту, пива.

Етанову кислоту використовують для виробництва:

– ацетатного шовку, незаймистої кіноплівки, органічного скла;

– барвників для тканин;

– медичних препаратів (аспірину);

– естерів (грушевої, яблучної есенції);

– засобів захисту і стимуляторів росту рослин;

– розчинників для лаків,

А також як консервант (Е 260) і приправу в харчовій промисловості та побуті (оцет столовий 3-15 %).

Солі ацетатної кислоти використовують для боротьби зі шкідниками рослин (Cu (II)), у виробництві свинцевих білил (основна сіль Pb (II)) та процесі фарбування тканин (Fe (III), Al).

___________________________________________________________________

1 Такий специфічний запах (і гіркий смак) виникає при маслянокислому бродінні вершкового масла і утворенні масляної кислоти, від чого вона й дістала свою назву.