Предельные одноосновные карбоновые кислоты. Сложные эфиры.

По числу карбоксильных групп карбоновые кислоты делят на одноосновные (СН₃СООН – уксусная или этановая кислота) и двухосновные (НООС-СООН – щавелевая кислота). Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот С_nH_2nO₂.

Изомерия карбоновых кислот

Для предельных одноосновных карбоновых кислот характерна изомерия углеродного скелета, а также межклассовая изомерия со сложными эфирами.

CH₃-CH₂-CH₂-COOH (бутановая кислота)

CH₃-CH(CH₃)-COOH (2-метилпропановая кислота)

СH₃-C(O-C₂H₅)=O (этиловый эфир уксусной кислоты)

Строение карбоновых кислот

Карбоксильная группа –СООН состоит из карбонильной группы >C=O и гидроксильной группы –ОН, которые оказывают взаимное влияние друг на друга. Неподеленная пара электронов у кислорода в гидроксиле смещена в сторону карбонильного углерода, что ослабляет связь –ОН и увеличивает кислотные свойства.

Физические свойства карбоновых кислот

Низшие одноосновные кислоты – бесцветные жидкости с резким запахом, с водой смешиваются в любы отношениях. Высшие кислоты – твердые вещества, по мере увеличения углеводородного радикала растворимость в воде уменьшается. Температуры кипения кислот значительно выше температур кипения спиртов и альдегидов.

Получение карбоновых кислот

Выделяют общие и специфические способы получения карбоновых кислот. Так, к общим способам получения кислот относят:

— гидролиз 1,1,1-тригалогеналканов

CH₃-CH₂-CCl₃ + 3NaOH → CH₃-CH₂-COOH + 3NaCl + H₂O

— гидролиз галогенангидридов карбоновых кислот

СH₃-C(Cl)=O + H₂O → CH₃COOH + HCl

— гидролиз ангидридов карбоновых кислот

CH₃-C(=O)-O-C(=O)-CH₃ + H₂O → 2 CH₃COOH

— гидролиз сложных жиров

СH₃-C(OC₂H₅)=O + H₂O → CH₃COOH + C₂H₅ОН

— взаимодействие оксида углерода (IV) с магнийорганическими соединениями

C₂H₅-MgCl + O=C=O →C₂H₅-COOH + MgOHBr

— окисление алкенов

— окислительное расщепление алкенов и алкинов

— окисление первичных спиртов

— окисление альдегидов и кетонов

К специфическим способам получения карбоновых кисло относят способы получения конкретных кислот, например, получение уксусной кислоты брожением этилового спирта.

Химические свойства карбоновых кислот

1. Кислотные свойства. Все карбоновые кислоты окрашивают лакмус в красный цвет. Это обусловлено диссоциацией кислот:

R-COOH ↔ R-COO^— + H⁺

Карбоновые кислоты легко вступают в реакции с активными металлами, основными оксидами, основаниями и солями слабых кислот:

R-COOH + Mg = (RCOO)₂Mg + H₂

R-COOH + CaO = (RCOO)₂Ca + H₂O

R-COOH + NaOH = RCOONa + H₂O

R-COOH + NaHCO₃ = RCOONa + H₂O + CO₂

Сильные минеральные кислоты вытесняют карбоновые кислоты из их солей:

CH₃COONa + HCl = CH₃COOH + NaCl

2. Образование функциональных производных. Путем замещения гидроксильной группы различными группами можно получать функциональные производные кислот общей формулы R-CO-X, где Х = группа, замещающая группу –ОН:

R-CO-OH + PCl₅ = R-CO-Cl (хлорангидрид) + POCl₃ + HCl

R-CO-OH + H-O-CO-R = R-CO-O-CO-R (ангидрид) +2HPO₃

Все функциональные производные легко гидролизуются с образованием исходной кислоты.

3. Галогенирование. При действии галогенов на карбоновые кислоты в присутствии красного фосфора образуются α-галогензамещенные кислоты:

CH₃-CH₂-COOH + Br₂ = CH₃-CHBr-COOH + HBr

α-Галогензамещенные кислоты – более сильные кислоты, чем карбоновые.

Сложные эфиры

Сложные эфиры можно рассматривать как производные кислот, у которых атом водорода в карбоксильной группе замещен на углеводородный радикал.

R-CO-O-H = R-CO-O-R’

Сложные эфиры получают по реакции этерификации – реакции взаимодействия кислот со спиртами:

R-CO-OH + H-O-R’ = R-CO-OR’ + H₂O

Гидролиз под действием воды – обратимый процесс, для смещения равновесия вправо используют щелочи:

R-CO-OR’ + H₂O ↔ R-CO-OH + H-O-R’

R-CO-OR’ + NaOH → R-CO-ONa + H-O-R’

Примеры решения задач