ЕXAMCHEMISTRY

Готовимся к сдаче ЕГЭ по химии

Общая формула

Классификация

а) По основности (т. е. числукарбоксильных групп в молекуле):

- одноосновные (монокарбоновые) RCOOH; например:

СН₃СН₂СН₂СООН;

- двухосновные (дикарбоновые) R(COOH)₂; например:

НООС-СН₂-СООН пропандиовая (малоновая) кислота

- трехосновные (трикарбоновые) R(COOH)₃ и т. д.

б) По строению углеводородного радикала:

- алифатические

предельные; например: СН₃СН₂СООН;

непредельные; например: СН₂=СНСООН пропеновая(акриловая) кислота

- алициклические, например:

- ароматические, например:

Предельные монокарбоновые кислоты

(одноосновные насыщенные карбоновые кислоты) – карбоновые кислоты, в которых насыщенный углеводородный радикал соединен с одной карбоксильной группой -COOH. Все они имеют общую формулу C_nH_2n+1COOH (n ≥ 0 ); или CnH_2nO₂ (n≥1)

Номенклатура

Систематические названия одноосновных предельных карбоновых кислот даются по названию соответствующего алкана с добавлением суффикса -овая и слова кислота.

1. НСООН метановая (муравьиная) кислота

2. СН₃СООН этановая (уксусная) кислота

3. СН₃СН₂СООН пропановая (пропионовая) кислота

Изомерия

Изомерия скелета в углеводородном радикале проявляется, начиная с бутановой кислоты, которая имеет два изомера:

Межклассовая изомерия проявляется, начиная с уксусной кислоты:

- CH₃-COOH уксусная кислота;

- H-COO-CH₃ метилформиат (метиловый эфир муравьиной кислоты);

- HO-CH₂-COH гидроксиэтаналь (гидроксиуксусный альдегид);

- HO-CHO-CH₂ гидроксиэтиленоксид.

Гомологический ряд

Тривиальное название	Название по ИЮПАК	Формула
Муравьиная кислота	Метановая кислота	HCOOH
Уксусная кислота	Этановая кислота	CH3COOH
Пропионовая кислота	Пропановая кислота	C2H5COOH
Масляная кислота	Бутановая кислота	C3H7COOH
Валериановая кислота	Пентановая кислота	C4H9COOH
Капроновая кислота	Гексановая кислота	C5H11COOH
Энантовая кислота	Гептановая кислота	C6H13COOH
Каприловая кислота	Октановая кислота	C7H15COOH
Пеларгоновая кислота	Нонановая кислота	C8H17COOH
Каприновая кислота	Декановая кислота	C9H19COOH
Ундециловая кислота	Ундекановая кислота	C10H21COOH
...	...	...
Пальмитиновая кислота	Гексадекановая кислота	C15H31COOH
Стеариновая кислота	Октадекановая кислота	C17H35COOH

Кислотные остатки и кислотные радикалы

Кислота	Кислотный остаток	Кислотный радикал (ацил)
НСООН муравьиная	НСОО- формиат
СН3СООН уксусная	СН3СОО- ацетат
СН3СН2СООН пропионовая	СН3СН2СОО- пропионат
СН3(СН2)2СООН масляная	СН3(СН2)2СОО- бутират
СН3(СН2)3СООН валериановая	СН3(СН2)3СОО- валериат
СН3(СН2)4СООН капроновая	СН3(СН2)4СОО- капронат

Электронное строение молекул карбоновых кислот

Показанное в формуле смещение электронной плотности в сторону карбонильного атома кислорода обусловливает сильную поляризацию связи О-Н, в результате чего облегчается отрыв атома водорода в виде протона - в водных растворах происходит процесс кислотной диссоциации:

RCOOH ↔ RCOO^- + Н⁺

В карбоксилат-ионе (RCOO^-) имеет место р, π-сопряжение неподеленной пары электронов атома кислорода гидроксильной группы с р-облаками, образующими π- связь, в результате происходит делокализация π- связи и равномерное распределение отрицательного заряда между двумя атомами кислорода:

В связи с этим для карбоновых кислот, в отличие от альдегидов, не характерны реакции присоединения.

Физические свойства

Температуры кипения кислот значительно выше температур кипения спиртов и альдегидов с тем же числом атомов углерода, что объясняется образованием циклических и линейных ассоциатов между молекулами кислот за счет водородных связей:

Химические свойства

I. Кислотные свойства

Сила кислот уменьшается в ряду:

НСООН → СН₃СООН → C₂H₆COOH → ...

1. Реакции нейтрализации

СН₃СООН + КОН → СН₃СООК + н₂O

2. Реакции с основными оксидами

2HCOOH + СаО → (НСОО)₂Са + Н₂O

3. Реакции с металлами

2СН₃СН₂СООН + 2Na → 2СН₃СН₂COONa + H₂↑

4. Реакции с солями более слабых кислот (в т. ч. с карбонатами и гидрокарбонатами)

2СН₃СООН + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + CO₂↑ + Н₂O

2НСООН + Mg(HCO₃)₂ → (НСОО)₂Мg + 2СO₂↑ + 2Н₂O

(НСООН + НСО₃^- → НСОО^- + СO2 +Н2O)

5. Реакции с аммиаком

СН₃СООН + NH₃ → CH₃COONH₄

II. Замещение группы -ОН

1. Взаимодействие со спиртами (реакции этерификации)

2. Взаимодействие с NH₃ при нагревании (образуются амиды кислот)

Амиды кислот гидролизуются с образованием кислот:

или их солей:

3. Образование галогенангидридов

Наибольшее значение имеют хлорангидриды. Хлорирующие реагенты - PCl₃, PCl₅, тионилхлорид SOCl₂.

4. Образование ангидридов кислот (межмолекулярная дегидратация)

Ангидриды кислот образуются также при взаимодействии хлорангидридов кислот с безводными солями карбоновых кислот; при этом можно получать смешанные ангидриды различных кислот; например:

III. Реакции замещения атомов водорода у α-углеродного атома

Особенности строения и свойств муравьиной кислоты

Строение молекулы

Молекула муравьиной кислоты, в отличие от других карбоновых кислот, содержит в своей структуре альдегидную группу.

Химические свойства

Муравьиная кислота вступает в реакции, характерные как для кислот, так и для альдегидов. Проявляя свойства альдегида, она легко окисляется до угольной кислоты:

В частности, НСООН окисляется аммиачным раствором Ag₂O и гидроксидом меди (II) Сu(ОН)₂, т. е. дает качественные реакции на альдегидную группу:

При нагревании с концентрированной H₂SO₄ муравьиная кислота разлагается на оксид углерода (II) и воду:

Муравьиная кислота заметно сильнее других алифатических кислот, так как карбоксильная группа в ней связана с атомом водорода, а не с электроно-донорным алкильным радикалом.

Способы получения предельных монокарбоновых кислот

1. Окисление спиртов и альдегидов

Общая схема окисления спиртов и альдегидов:

В качестве окислителей используют KMnO₄, K₂Cr₂O₇, HNO₃ и другие реагенты.

Например:

5С₂Н₅ОН + 4KMnO₄ + 6H₂S0₄ → 5СН₃СООН + 2K₂SO₄ + 4MnSO₄ + 11Н₂O

2. Гидролиз сложных эфиров

3. Окислительное расщепление двойных и тройных связей в алкенах и в алкинах

Способы получения НСООН (специфические)

1. Взаимодействие оксида углерода (II) с гидроксидом натрия

СO + NaOH → HCOONa формиат натрия

2HCOONa + H₂SO₄ → 2НСООН + Na₂SO₄

2. Декарбоксилирование щавелевой кислоты

Способы получения СН₃СООН (специфические)

1. Каталитическое окисление бутана

2. Синтез из ацетилена

3. Каталитическое карбонилирование метанола

4. Уксуснокислое брожение этанола

Так получают пищевую уксусную кислоту.

Получение высших карбоновых кислот

Гидролиз природных жиров

Непредельные монокарбоновые кислоты

Важнейшие представители

Общая формула алкеновых кислот: C_nH_2n-1COOH (n ≥ 2)

CH₂=CH-COOH пропеновая (акриловая) кислота

Высшие непредельные кислоты

Радикалы этих кислот входят в состав растительных масел.

C₁₇H₃₃COOH - олеиновая кислота, или цис-октадиен-9-овая кислота

Транс-изомер олеиновой кислоты называется элаидиновой кислотой.

C₁₇H₃₁COOH - линолевая кислота, или цис, цис-октадиен-9,12-овая кислота

C₁₇H₂₉COOH - линоленовая кислота, или цис, цис, цис-октадекатриен-9,12,15-овая кислота

Особенности химических свойств

Кроме общих свойств карбоновых кислот, для непредельных кислот характерны реакции присоединения по кратным связям в углеводородном радикале. Так, непредельные кислоты, как и алкены, гидрируются и обесцвечивают бромную воду, например:

Отдельные представители дикарбоновых кислот

Предельные дикарбоновые кислоты HOOC-R-COOH

HOOC-CH₂-COOH пропандиовая (малоновая) кислота, (соли и эфиры - малонаты)

HOOC-(CH₂)₂-COOH бутадиовая (янтарная) кислота, (соли и эфиры - сукцинаты)

HOOC-(CH₂)₃-COOH пентадиовая (глутаровая) кислота, (соли и эфиры - глутораты)

HOOC-(CH₂)₄-COOH гексадиовая (адипиновая) кислота, (соли и эфиры - адипинаты)

Особенности химических свойств

Дикарбоновые кислоты во многом сходны с монокарбоновыми, однако являются более сильными. Например, щавелевая кислотасильнее уксусной почти в 200 раз.

Дикарбоновые кислоты ведут себя как двухосновные и образуют два ряда солей - кислые и средние:

HOOC-COOH + NaOH → HOOC-COONa + H₂O

HOOC-COOH + 2NaOH → NaOOC-COONa + 2H₂O

При нагревании щавелевая и малоновая кислоты легко декарбоксилируются: