Карбоновые кислоты — органические кислородсодержащие вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп (-COOH).
Общая формула предельных одноосновных кислот:
CnH2n+1COOH(CnH2nO2)
SVYAT | BIOCHEM
1
Важнейшие кислоты и их тривиальные названия
H—
Метановая / Муравьиная
Соль: Формиат (Метаноат)
CH3—
Этановая / Уксусная
Соль: Ацетат (Этаноат)
CH3—CH2—COOH
Пропановая / Пропионовая
Соль: Пропионат (Пропаноат)
CH3—CH2—CH2—COOH
Бутановая / Масляная
Соль: Бутират (Бутаноат)
CH3—CH2—CH2—CH2—COOH
Пентановая / Валериановая
Соль: Валерат (Пентаноат)
CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—COOH
Гексановая / Капроновая
Соль: Капронат (Гексаноат)
CH2═CH—COOH
Пропеновая / Акриловая
1 двойная связь (как в алкенах)
Соль: Акрилат
Бензойная
Соль: Бензоат
HOOC—COOH
Этандиовая / Щавелевая
Соль: Оксалат
ВЫСШИЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ (ВЖК):
Это просто кислоты с очень длинным углеродным хвостом (много атомов С и Н). Не пугайтесь их!
Предельные (твердые):
C15H31COOHПальмитиновая
C17H35COOHСтеариновая
Непредельные (жидкие):
C17H33COOHОлеиновая (1 двойная связь)
C17H31COOHЛинолевая (2 двойные связи)
C17H29COOHЛиноленовая (3 двойные связи)
2
Изомерия
Изомерия углеродного скелета
Появление разветвлений в радикале.
CH3—CH2—CH2—COOH
Бутановая кислота
←
C4H8O2
→
↑
C4H8O2
↓
CH3——COOH
2-метилпропановая кислота
Межклассовая изомерия
Карбоновые кислоты изомерны сложным эфирам.
CH3—CH2—COOH
Пропановая кислота
←
C3H6O2
→
↑
C3H6O2
↓
CH3—
Метилацетат (сложный эфир)
SVYAT | BIOCHEM
SVYAT | BIOCHEM
Способы получения
1
Окисление спиртов и альдегидов
Первичные спирты и альдегиды окисляются до карбоновых кислот действием сильных окислителей (K₂Cr₂O₇, KMnO₄). Продукт зависит от среды раствора!
1. Окисление дихроматом в кислой среде:
Спирты окисляются жестко при нагревании.
3 CH3CH2OH + 2 K2Cr2O7 + 8 H2SO4t°→
3 CH3—+ 2 Cr2(SO4)3 + 2 K2SO4 + 11 H2O
2. Жесткое окисление перманганатом в кислой среде:
5 CH3CH2OH + 4 KMnO4 + 6 H2SO4t°→
5 CH3—+ 4 MnSO4 + 2 K2SO4 + 11 H2O
3. Окисление перманганатом в ЩЕЛОЧНОЙ среде:
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Так как реакция протекает в присутствии избытка щелочи (KOH), образующаяся карбоновая кислота сразу же нейтрализуется, и в продуктах мы получаем её СОЛЬ!
CH3CH2OH + 4 KMnO4 + 5 KOHt°→
CH3—+ 4 K2MnO4 + 4 H2O
4. Жесткое окисление альдегидов (на примере ацетальдегида):
Альдегиды окисляются до соответствующих кислот.
5 CH3—+ 2 KMnO4 + 3 H2SO4t°→
5 CH3—+ 2 MnSO4 + K2SO4 + 3 H2O
2
Щелочной гидролиз тригалогеналканов
В избытке водной щелочи все 3 галогена у одного (крайнего) атома углерода замещаются на гидроксильные группы (-OH).
🚨 Ловушка: Промежуточный продукт!Больше одной OH-группы у одного атома углерода находиться не может. Образующаяся структура с тремя гидроксилами мгновенно отщепляет молекулу воды.
Более того, так как гидролиз идет в щелочной среде, свободная кислота образоваться не может — она мгновенно взаимодействует со щелочью и превращается в соль!
CH3—+ 3 NaOH→
[CH3—]Неустойчив- 2 H₂O, + NaOH→CH3—
Итоговое полное уравнение реакции:
CH3—CCl3 + 4 NaOH(водн)t°→CH3—+ 3 NaCl + 2 H2O
Для получения свободной кислоты, полученную соль затем обрабатывают сильной неорганической кислотой:
CH3COONa + HCl→CH3COOH + NaCl
3
Гидролиз сложных эфиров
Сложные эфиры разбиваются на кислоту и спирт из которых он состоял (в случае щелочного гидролиза на соль кислоты и спирт)
CH3—+ H2OH⁺, t°⇄CH3—+ CH3OH
4
Окисление непредельных связей (алкенов, алкинов, алкадиенов)
При жестком окислении непредельных углеводородов сильными окислителями (KMnO₄, K₂Cr₂O₇) происходит полный разрыв кратных связей с образованием карбоновых кислот.
Под действием специальных бактерий глюкоза расщепляется до масляной кислоты:
C6H12O6ферменты→CH3—CH2—CH2—+ 2 CO2↑ + 2 H2↑
Д. Молочнокислое брожение углеводов (глюкозы):
Образование молочной (2-гидроксипропановой) кислоты при скисании молока или квашении капусты:
C6H12O6ферменты→2 CH3—
SVYAT | BIOCHEM
SVYAT | BIOCHEM
Карбоновые кислоты ведут себя как обычные слабые неорганические кислоты. Они диссоциируют в воде, меняют цвет индикаторов (лакмус — красный, метилоранж — розовый) и вступают в стандартные реакции обмена и замещения.
А. Общие кислотные свойства
1
Реакции с металлами (до водорода)
Реакция идет только с металлами, стоящими в ряду активности левее водорода.
💡 Как составить соль: Так как у магния валентность II (заряд +2), нам нужно взять ровно два кислотных остатка (у каждого заряд -1), чтобы молекула стала нейтральной.
2 CH3COOH + Mg→(CH3COO)2Mg + H2↑
2
Взаимодействие с оксидами и гидроксидами
Обычная реакция нейтрализации! Реагируют с основными и амфотерными оксидами, а также со щелочами. Металл просто встает на место водорода. Сильные органические кислоты (муравьиная, уксусная) способны растворять даже нерастворимые гидроксиды.
С основным оксидом (например, оксидом натрия):
2 CH3—+ Na2O→2 CH3—+ H2O
С нерастворимым гидроксидом (например, гидроксидом меди II):
2 CH3COOH + Cu(OH)2↓→(CH3COO)2Cu + 2 H2O
3
Вытеснение более слабых кислот из солей
Более сильная кислота просто забирает металл у более слабой (по сути, это классическая реакция ионного обмена). Карбоновые кислоты легко вытесняют слабую угольную, кремниевую кислоты и фенолы из их солей.
2 CH3COOH + Na2CO3→2 CH3COONa + CO2↑ + H2O
Б. Реакции по радикалу и карбоксильной группе
1
Этерификация (взаимодействие со спиртами)
При нагревании с катализатором (H₂SO₄(конц)) образуются сложные эфиры и вода (процесс обратимый). Группа -OH отщепляется от кислоты, а атом H — от спирта!
CH3—+ H—O—C2H5H⁺, t°⇄CH3—+ H2O
2
Галогенирование (замещение в радикале)
Красный фосфор — маркер этой реакции! При его присутствии галоген всегда встает строго в α-положение (к соседнему от карбоксильной группы атому углерода).
CH3—CH2—COOH + Cl2P(красн.)→+ HCl
В. Реакции окисления и горения
1
Реакция горения (Полное окисление)
Как и подавляющее большинство органических соединений, сгорают в кислороде с образованием углекислого газа и воды.
CH3COOH + 2 O2t°→2 CO2↑ + 2 H2O
Г. Особенности непредельных кислот
1
Гидрогалогенирование (ПРОТИВ правила Марковникова)
Ведут себя аналогично алкенам, но с поправкой: присоединение галогеноводородов и воды идет против правила Марковникова водород идёт к наименее,а галоген к наиболее гидрированому
CH2═CH—COOH + HCl→—COOH
2
Гидрирование (восстановление двойной связи)
Двойные связи в олеиновой кислоте ничем не отличаются от двойных в алкене,а следовательно у них такие же химические свойства
Поскольку HCOOH содержит одновременно и альдегидную, и карбоксильную группы, она проявляет восстановительные свойства (окисляется до CO₂) и легко разлагается.
1
Разложение концентрированной серной кислотой
Серная кислота имеет водоотнимающие свойства и разрушает муравьиную кислоту
HCOOHH₂SO₄(к)→CO↑ + H2O
2
Окисление перманганатом в кислой среде
Окисляется до неустойчивой угольной кислоты, которая моментально распадается.
Соли карбоновых кислот проявляют классические свойства вступают в ионный обмен,могут диссоциировать(разбиваться на ионы) ниже приведены одни из самых важных их реакций
1
Синтез Кольбе (Электролиз растворов)
Отсечение карбоксильной группы (улетает как CO₂) с последующим удвоением оставшегося радикала.
Суть: Под действием электрического тока вода и соль распадаются на ионы. На аноде (+) радикалы слипаются попарно (удваиваются) и улетает углекислый газ. На катоде (-) выделяется водород, а в растворе остается щелочь.
Отщепление углекислого газа (уходит в карбонат). Углеродная цепь укорачивается на 1 атом С.
Суть: При сплавлении (обязательно твердая щелочь!) группа -COONa отрывается вместе с NaO- от щелочи, образуя Na₂CO₃.
CH3—+ NaOH(тв)t°, сплавл.→CH4↑ + Na2CO3
3
Прокаливание солей кальция или бария
Термическое разложение приводит к образованию КЕТОНА.
t°→CH3——CH3 + CaCO3↓
В сокращенном виде для бланка ЕГЭ:
(CH3COO)2Cat°→CH3——CH3 + CaCO3↓
Пропанон (Ацетон)
4
Реакция солей с галогеналканами
Подобные реакции,а в нашем случае это получение сложных эфиров ставят сдающих в тупик,но держите в голове важное правило ОРГАНИКА К ОРГАНИКЕ(или к водороду,а в нашем случа этил или ацетат) НЕОРГАНИКА К НЕОРГАНИКЕ(в нашем случае это Na и Сl)