Химия. 10 класс

Карбоновые кислоты

Карбоновые кислоты – органические соединения, в составе которых присутствует одна или несколько карбоксильных групп –COOH. Карбоксильная группа включает в себя две функциональные группы – карбонил >С=О и гидроксил –OH, связанных друг с другом непосредственно. Наличие кислотных свойств объясняется тем, что от группы –OH может сравнительно легко отщепляться протон.

Номенклатура и классификация

Кислотам дают систематические названия по названию углеводорода с добавлением суффикса -овая и слова кислота. Если кислота многоосновная, то применяют суффиксы -диовая, -триовая и т. д. Если карбоксильная группа не входит в состав главной углеродной цепи, название кислоты строят из названия этой структуры, суффикса -карбоновая и слова кислота. Например, для бензойной кислоты C₆H₅–COOH систематическое название – бензолкарбоновая кислота. Карбоновые кислоты классифицируют по двум структурным признакам: по числу карбоксильных групп кислоты и по характеру углеводородного радикала. По числу групп они подразделяются: на одноосновные (монокарбоновые) и многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т. д.). По углеводородному радикалу выделяют кислоты предельные, непредельные, ациклические, ароматические .

Строение и физические свойства

Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы – гидроксил и карбонил, которые взаимно влияют друг на друга и это влияние передается по системе сопряжения sp2-атомов O–C–O.

Электронное строение группы –СООН сообщает органическим кислотам химические и физические свойства. Дополнительная (по сравнению с фенолами и спиртами) поляризация связи О–Н диктуется смещением электронной плотности к карбонильному атому кислорода, что способствует подвжиности водородного атома и проявлению кислотных свойств. Ди- и трикарбоновые кислоты сильнее, чем монокарбоновые.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:

R–COOH ⇄ RCOO– + H+.

Однако карбоновые кислоты в целом – слабые кислоты в водных растворах их соли сильно гидролизованы.

Атомы водорода и кислорода в карбоксильной группе –СООН способны к образованию межмолекулярных водородных связей, что во многом определяет физические свойства карбоновых кислот:

Образование димеров карбоновых кислот

Вследствие ассоциации молекул карбоновые кислоты имеют высокие температуры кипения и плавления. При нормальных условиях они существуют в жидком или твердом состоянии.

Химические свойства

Карбоновые кислоты при реакции с металлами или их осно́вными гидроксидами дают соли соответствующих металлов:

CH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O.

Карбоновые кислоты в присутствии кислого катализатора реагируют со спиртами, образуя сложные эфиры (реакция этерификации):

При нагревании аммонийных солей карбоновых кислот образуются их амиды:

Под действием тионилхлорида карбоновые кислоты превращаются в соответствующие хлорангидриды:

CH₃COOH + SOCl₂ = CH₃COCl + HCl + SO₂.

Карбоновые кислоты и их функциональные производные находятся в тесной взаимосвязи друг с другом. На схеме показаны возможные пути их взаимопревращений:

Методы получения

Окисление альдегидов и первичных спиртов – общий способ получения карбоновых кислот.

CH₂–OH → R–CH=O → R–CO–OH.

Получение карбоновых кислот из цианидов (нитрилов) – это важный способ, позволяющий наращивать углеродную цепь при получении исходного цианида. Дополнительный атом углерода вводят в состав молекулы, используя реакцию замещения галогена в молекуле галогенуглеводорода цианидом натрия, например:

СН₃–Вr + NaCN → CH₃-CN + NaBr.

Образующийся нитрил уксусной кислоты (метилцианид) при нагревании легко гидролизуется с образованием ацетата аммония:

CH₃CN + 2Н₂О → CH₃COONH₄.

При подкислении раствора выделяется кислота:

CH₃COONH₄ + HCl → СН₃СООН + NH₄Cl.

Гидролиз сложных эфиров.

R–COOR₁ + КОН → R–COOK + R’OH,

R–COOK + HCl → R–COOH + KCl.

Номенклатура

Название карбоновой кислоты составить легко.

Составление названия карбоновой кислоты

Этот процесс реализуется по следующему алгоритму:

• Определить, что из себя представляет углеводородный радикал, входящий в состав кислоты.
• Если радикал предельный, то нужно взять полное название алкана, образующего этот радикал.
• Если радикал непредельный, то нужно взять его название.
• Определить количество карбоксильных групп.
• Если в кислоте одна карбоксильная группа -COOH, то не нужно ничего делать.
• Если в кислоте две карбоксильных группы -COOH, то нужно добавить -ди-.
• Если в кислоте три карбоксильных группы -COOH, то следует добавить -три-.
• Добавить к полученному названию в конце -овая.

Тривиальные названия карбоновых кислот и их солей

В настоящее время до сих пор используются тривиальные названия разных химических веществ, в частности, карбоновых кислот, поэтому необходимо выучить их названия по тривиальной номенклатуре.

Предельные кислоты:

• H-COOH. Муравьиная кислота, соли – формиаты. По стандартной номенклатуре – метановая кислота, соли – метаноаты.
• CH₃-COOH. Уксусная кислота, соли – ацетаты. По стандартной номенклатуре – этановая кислота, соли – этаноаты.
• CH₃-CH₂-COOH. Пропионовая кислота, соли – пропионаты. По стандартной номенклатуре – пропановая кислота, соли – пропаноаты.
• CH₃-CH₂-CH₂-COOH. Масляная кислота, соли – бутираты. По стандартной номенклатуре – бутановая кислота, соли – бутаноаты.
• CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-COOH. Валериановая кислота, соли – пентаноаты. По стандартной номенклатуре – пентановая кислота.
• CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-COOH. Капроновая кислота, соли – гексаноаты. По стандартной номенклатуре – гексановая кислота.
• CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-COOH (C₁₅H₃₁COOH). Пальмитиновая кислота, соли – пальмитаты. По стандартной номенклатуре – гексадекановая кислота.
• CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-COOH (C₁₇H₃₅COOH). Стеариновая кислота, соли – стеараты. По стандартной номенклатуре – октадекановая кислота.

Непредельные кислоты:

• CH₂=CH–COOH. Акриловая кислота, соли – акрилаты. По стандартной номенклатуре – пропеновая кислота.
• CH₂=C(СH₃)–COOH. Метакриловая кислота, соли – метакрилаты. По стандартной номенклатуре – 2-метилпропеновая кислота.
• СН₃-CH=CH–COOH. Кротоновая кислота, соли – кротонаты. По стандартной номенклатуре – 2-бутеновая кислота (транс-изомер).
• СН₃-СН₂— CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-СН=СН- СН₂— CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH2-СООН. Олеиновая кислота, соли – олеаты. По стандартной номенклатуре – 9-октадеценовая кислота (цис-изомер).
• СН₃(СН₂)₄(СН=СНСН₂)₂(СН₂)₆СООН. Линолевая кислота, соли – линолеаты. По стандартной номенклатуре – 9,12-октадекациеновая кислота (цис-изомер).
• СН₃СН₂(СН=СНСН₂)₃(СН₂)₆СООН. Линоленовая кислота, соли – линоленоаты. По стандартной номенклатуре – 9,12,15-октадекациеновая кислота (цис-изомер).

Двухосновные кислоты:

• HOOC-COOH. Щавелевая кислота, соли – оксалаты. По стандартной номенклатуре – этандиовая кислота.
• HOOC-CH₂-COOH. Малоновая кислота, соли – малонаты. По стандартной номенклатуре – пропандиовая кислота.
• HOOC-CH₂-CH₂-COOH. Янтарная кислота, соли – сукцинаты. По стандартной номенклатуре – бутандиовая кислота.
• HOOC-CH₂-CH₂-CH₂-COOH. Глутаровая кислота, соли – глутараты. По стандартной номенклатуре – пентандиовая кислота.
• HOOC-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-COOH. Адипиновая кислота, соли – адипинаты. По стандартной номенклатуре – гександиовая кислота.
• HOOC-CH=CH-COOH. Малеиновая кислота, соли – малеинаты. По стандартной номенклатуре – бутендиовая кислота (цис-изомер).
• HOOC-CH=CH-COOH. Фумаровая кислота, соли – фумараты. По стандартной номенклатуре – бутендиовая кислота (транс-изомер).

Ароматические кислоты:

• C₆H₅-COOH. Бензойная кислота, соли – бензоаты. По стандартной номенклатуре – фенилкарбоновая кислота.
• C₆H₄-(COOH)₂ (орто-форма). Фталевая кислота, соли – фталаты. По стандартной номенклатуре – бензол-1,2-дикарбоновая кислота.
• C₆H₄-(COOH)₂ (мета-форма). Изофталевая кислота, соли – изофталаты. По стандартной номенклатуре – бензол-1,3-дикарбоновая кислота.
• C₆H₄-(COOH)₂ (пара-форма). Терефталевая кислота, соли – терефталаты. По стандартной номенклатуре – бензол-1,4-дикарбоновая кислота.

Химические свойства карбоновых кислот.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют:

Равновесие сдвинуто сильно влево, т.к. карбоновые кислоты являются слабыми.

Заместители влияют на кислотность вследствие индуктивного эффекта. Такие заместители оттягивают электронную плотность на себя и на них возникает отрицательный индуктивный эффект (-I). Оттягивание электронной плотности приводит к повышению кислотности кислоты. Электронодонорные заместители создают положительный индуктивный заряд.

1. Образование солей. Реагирование с основными оксидами, солями слабых кислот и активными металлами:

Карбоновые кислоты — слабые, т.к. минеральные кислоты вытесняют их из соответствующих солей:

2. Образование функциональных производных карбоновых кислот:

3. Сложные эфиры при нагревании кислоты со спиртом в присутствие серной кислоты — реакция этерификации:

4. Образование амидов, нитрилов:

3. Свойства кислот обуславливаются наличием углеводородного радикала. Если протекает реакция в присутствие красного фосфора, то образует следующий продукт:

4. Реакция присоединения.

8. Декарбоксилирование. Реакцию проводят сплавлением щелочи с солью щелочного металла карбоновой кислоты:

9. Двухосновная кислота легко отщепляет СО 2
при нагревании:

История открытия

Уксусная кислота знакома людям с древности. Получение при сухой перегонке (нагревании без доступа воздуха) древесины описано в сочинениях Иоанна Глаубера и Роберта Бойля. Однако природа этого вещества не была известна до XIX века. Алхимики считали, что при брожении вина винный спирт превращается в уксус, принимая на себя частицы соли — винного камня (гидротартрат калия). Ещё в XVIII веке брожение объясняли соединением кислых и горючих начал вина. Лишь в 1814 году Якоб Берцелиус определил состав уксусной кислоты, а в 1845 году немецкий химик Адольф Вильгельм Герман Кольбе осуществил её полный синтез из угля.

Муравьиную кислоту впервые получил в 1670 году английский естествоиспытатель Джон Рэй, нагревая муравьёв в перегонной колбе.

Названия и формулы некоторых карбоновых кислот

Формула карбоновой кислоты	Название по ИЮПАК	Тривиальное название
Предельные одноосновные карбоновые кислоты

метановая

муравьиная

этановая

уксусная

пропановая

пропионовая

бутановая

масляная

пентановая кислота

валериановая кислота

гексановая кислота

капроновая кислота

октадекановая

стеариновая

Непредельные одноосновные карбоновые кислоты

2-пропеновая

акриловая

CH 3 –CH=CH–COOH

2-бутеновая

кротоновая

CH 2 =CH–CH 2 –COOH

3-бутеновая

винилуксусная

CH 2 =C(CH 3)COOH

2-метил-2-пропеновая

метакриловая

Двухосновные карбоновые кислоты

этандиовая

щавелевая

COOH–CH 2 –COOH

пропандиовая

малоновая

COOH–(CH 2) 2 –COOH

бутандиовая

янтарная

COOH–(CH 2) 3 –COOH

пентандиовая

глутаровая

COOH–(CH 2) 4 –COOH

гександиовая

адипиновая

Строение молекул

В состав карбоксильной группы входит гидроксогруппа ОН.

Вопрос. В каких соединениях встречается функциональная группа ОН?

Такая же группа входит в состав молекул спиртов. Спирты проявляют очень слабые кислотные свойства, могут вступать в реакции только с очень активными, щелочными металлами, не изменяют окраску индикатора, не реагируют с растворами щелочей.

Если в раствор карбоновой кислоты добавить индикатор (лакмус), то раствор окрасится в красный цвет. Это означает, что кислоты проявляют более кислые свойства, чем спирты. Почему? Потому что карбонильная группа, которая расположена рядом с гидроксогруппой, влияет на неё.

Карбонильная группа, которая входит в состав карбоксильной группы, имеет (+) на атоме углерода. За счёт этого небольшого положительного заряда происходит смещение общих электронных пар связей «С–О» и «О–Н», поэтому эти связи становятся более полярными:

Таким образом, карбонильная группа увеличивает полярность связи О–Н, делая её более полярной. Поэтому атом водорода карбоксильной группы становится очень подвижным. Он легко замещается на атом металла, способен отщепляться в растворах: кислоты диссоциируют:

Гидроксогруппа тоже влияет на карбонильную группу, делая ее неактивной, поэтому кислоты не участвуют в реакциях с разрывом π-связи карбонильной группы.

Карбоксильная группа влияет на углеводородный радикал, делая некоторые связи С–Н в нём более полярными, и кислоты могут участвовать в реакциях замещения атомов водорода радикала.

Применение карбоновых кислот

Карбоновые кислоты служат исходным сырьем для получения кетонов, галогенангидридов, виниловых эфиров и других важных классов органических соединений.

Муравьиная кислота широко применяется для получения сложных эфиров, используемых в парфюмерии, в кожевенном деле (дубление кож), текстильной промышленности (как протрава при крашении), в качестве растворителя и консерванта.

Водный раствор (70-80%-ной) уксусной кислоты называется уксусной эссенцией, а 3-9%-ный водный раствор — столовым уксусом. Эссенция нередко используется для получения уксуса в домашних условиях путем разведения.

Реакции по карбонильной группе.

Нуклеофильная атака карбонильного атома углерода карбоновой кислоты, как и в случае спирта, конкурирует с атакой нуклеофилом как основанием гидроксильного атома водорода. Вследствие этого известно очень ограниченное число нуклеофильных реагентов, способных присоединяться по карбонильной группе. К их числу отаосятся вода, спирты, галогенангидриды минеральных кислот, например, PCl₅, PCl₃, SOCl₂ и др., являющиеся слабыми нуклеофилами. Карбоновые кислоты со спиртами образуют сложные эфиры. Реакция этерификации (изучалась методом меченых атомов) катализируется более сильными кислотами, обычно это H₂SO₄, хлороводород и др. Сильная кислота, протонируя карбонильный атом кислорода, увеличивает электрофильность карбонильного углерода и облегчает присоединение слабого нуклеофила, в данном случае спирта. Потеря воды продуктом присоединения А приводит к сложному эфиру (этилацетат).

Особенностью реакции этерификации является обратимость, причем константа равновесия достаточно мала. Сместить равновесие в сторону образования сложного эфира и тем самым увеличить его выход, согласно принципу Ле Шателье, можно, используя избыток одного из реагентов (обычно спирта) и удаляя из зоны реакции один из продуктов, например, воду (азеотропной отгонкой с бензолом) или сложный эфир (отгонкой).

Карбоновые кислоты с PCl₅, PCl₃, SOCl₂образуют с хорошим выходом соответствующие галогенангидриды. Механизм взаимодействия карбоновой кислоты, например, с SOCl₂ можно представить следующим образом:

Этот механизм, в рамках которого нуклеофильная атака накарбонильный атом углерода происходит внутри- или межмолекулярно  на заключительной стадии процесса (см. реакции ниже), подтверждается тем, что соли карбоновых кислот образуют галогенангидриды еще легче.

Восстановление карбоновых кислот обычными методами —каталитическим гидрированием, натрием в спирте — идет с большим трудом, но действием LiAlH₄ удается относительно легко осуществить восстановление до спирта. Реакция, видимо, идет следующим образом.

В первую очередь образуется комплексная соль алюминия, которая далее внутри- или межмолекулярным гидрированием, аналогично образованию галогенангидридов при взаимодействии карбоновых кислот с SOCl₂, восстанавливается до альдегида. Альдегид далее легко превращается в спирт, который и является конечным продуктом реакции. 

Физические свойства предельных одноосновных карбоновых кислот

Низшие кислоты, т. е. кислоты с относительно небольшой молекулярной массой, содержащие в молекуле до четырёх атомов углерода, — жидкости с характерным резким запахом (вспомните запах уксусной кислоты). Кислоты, содержащие от 4 до 9 атомов углерода, — вязкие маслянистые жидкости с неприятным запахом. Кислоты, состоящие из 9 атомов углерода и более, — твёрдые вещества, которые не растворяются в воде. Температуры кипения предельных одноосновных карбоновых кислот увеличиваются с ростом числа атомов углерода в молекуле и, следовательно, с ростом относительной молекулярной массы. Так, например, температура кипения муравьиной кислоты равна 101 °С, уксусной — 118 °С, пропионовой — 141 °С.

Простейшая карбоновая кислота — муравьиная НСООН, имея небольшую относительную молекулярную массу (М_r(НСООН) = 46), при обычных условиях является жидкостью с температурой кипения 100,8 °С. В то же время бутан (М_r(С₄Н₁₀) = 58) в тех же условиях газ и имеет температуру кипения — 0,5 °С. Это несоответствие температур кипения и относительных молекулярных масс объясняется образованием димеров карбоновых кислот, в которых две молекулы кислоты связаны двумя водородными связями.

Возникновение водородных связей становится понятным при рассмотрении строения молекул карбоновых кислот.

Молекулы предельных одноосновных карбоновых кислот содержат полярную группу атомов — карбоксил

(подумайте, чем вызвана полярность этой функциональной группы) и практически неполярный углеводородный радикал. Карбоксильная группа притягивается молекулами воды, образуя с ними водородные связи.

Муравьиная и уксусная кислоты растворимы в воде неограниченно. Очевидно, что с увеличением числа атомов в углеводородном радикале растворимость карбоновых кислот снижается.

Зная состав и строение молекул карбоновых кислот, нетрудно предсказать химические свойства этих веществ.

Свойства кислот

Физические свойства

Кислоты с небольшим числом атомов углерода (1–10) — жидкости с резким запахом. Вкус у них разный — уксусная кислота — кислая, а масляная — горькая. Низшие кислоты растворимы в воде, причём с увеличением длины радикала их растворимость ухудшается.

Например, уксусная кислота — бесцветная жидкость с резким запахом. Смешивается с водой в любых соотношениях. 60…90 %-ные растворы уксусной кислоты (уксусная эссенция) опасны для жизни, в то время как 6…8 %-ные растворы столового уксуса широко применяются при приготовлении пищи.

Высшие кислоты, например стеариновая кислота, твёрдые, нерастворимые в воде вещества, лишённые запаха. Смесь таких кислот называется «стеарин». Из стеарина делают свечи.

Химические свойства

Кислоты проявляют все свойства неорганических кислот.

Вопрос. Какие свойства кислот вам известны?

Кислоты реагируют с металлами, которые стоят в ряду напряжений до водорода:

При составлении таких реакций следует помнить, что

• кислотный остаток — это часть молекулы кислоты без подвижного атома водорода; в данном случае это: С₃Н₇СОО;
• валентность кислотного остатка равна числу замещённых атомов водорода, в данном случае замещается один атом водорода и валентность равна I;
• исходя из этого, нужно переписать после реакции кислотный остаток, взять его в скобки и за скобками поставить цифру, равную валентности металла, а затем записать символ самого металла.

В результате такой реакции образуется соль и выделяется водород.

Кислоты реагируют с основными и амфотерными оксидами:

В этом случае образуется соль и вода. Такие же продукты реакции образуются при взаимодействии кислоты и основания:

Большинство карбоновых кислот — слабые кислоты. Тем не менее они могут вытеснять более слабые кислоты из их солей:

Итак, во всех этих реакциях образуются соли. Названия солей происходят от латинских названий кислот. Запомните эти названия!

Задание 24.5. Составьте для известных Вам карбоновых кислот таблицу по схеме:

Названия солей см. выше (в уравнениях химических реакций).

Кислоты могут реагировать со спиртами, в результате получаются сложные эфиры:

Это реакция этерификации. Она происходит в присутствии концентрированной серной кислоты. (Подробнее о названиях и свойствах сложных эфиров см. урок 25.)

Кислоты могут реагировать с галогенами за счёт углеводородного радикала, при этом на атом галогена замещается атом водорода у ближайшего к карбоксильной группе атома углерода (это α-углеродный атом):

Кислотно-основные свойства

Карбоновые кислоты, имеющие К_а ~ 10-5, как кислоты слабее таких минеральных кислот, как НСl, HBr, HF, H₂SO₄, HNO₃, Н₃РО₄, но намного сильнее спиртов, фенолов, угольной кислоты (табл. 20-3).

Карбоксилат-ион в отличие от алкоголят-иона стабилизирован сопряженней, что доказано рентгеноструктурным анализом (длины обеих связей С -О одинаковы).

Заместители в фрагменте R, стабилизирующие карбоксилатион, то есть облегчающие его образование, сильно увеличивают кислотность  алифатических кислот (рК_а по абсолютной величине уменьшается). Такую роль играют электроноакцепторные заместители.Влияние заместителей в ароматических карбоновых кислотах менее заметно, чем в алифатических (табл. 20-3), но ожидаемое; электроноакцепторные заместители и сопряжение усиливают кислотность (n-нитробензойная кислота сильнее бензойной и м-нитробензойной кислот).Как известно, кислотно-основные взаимодействия идут с образованием более слабых кислот и оснований, чем исходные, поэтому карбоновые кислоты реагируют с оксидами, гидроксидами щелочных, щелочноземельных металлов, карбонатами, фенолятами, алкоголятами, аминами и др. с образованием солей — карбоксилатов— и более слабых кислот — воды, угольной кислоты, фенолов,спиртов, аммиака и др.

Образование карбоксилат-аниона сопровождается усиление нуклеофильности карбоновых кислот и облегчает процесс декарбоксилирования.Карбоновые кислоты, реагируя с сильными кислотами, ведут себя как слабые основания, при этом возможно протонирование как карбонильного, так и гидроксильного атома кислорода.

Применение в жизни

Карбоновые соединения применяются во многих отраслях промышленности. Помимо этого, кислотная основа является важным элементом для получения промежуточных продуктов органического синтеза, к которым относятся кетены, галогенкислоты, виниловые эфиры и галогенангидриды. Наиболее широкое применение эти кислотные растворы получили в химической промышленности, в медицине и в сельском хозяйстве.

Бытовая химия

Различные виды солей, получаемых в процессе реакции, используются в качестве сырья для органического синтеза. К примеру, для производства мыла, шампуней, моющих средств, а также для изготовления лакокрасочных материалов, смазочных масел, эмульгаторов, растворителей и клеёв.

Уксусная кислотная основа (в частности, её ацетаты) необходима для производства ацетатного шёлка, пальмитиновая кислота добавляется в качестве загустителя при изготовлении технических масел для смазки, а также для производства различных пластификаторов. Акриловая кислота незаменима при изготовлении эмульсий для лакокрасочных материалов, для пропитки кожи, акриловых каучуков, а также для создания полиакрилонитрильных волокон.

https://youtube.com/watch?v=2JqtfyJ0Rxo

Медицина и косметика

Уникальный молекулярный состав муравьиной кислоты позволяет её использовать во многих отраслях науки, в том числе и в медицине. Эту кислоту часто используют для дезинфекции кожного покрова и как наружное обезболивающее средство при ушибах и травмах, так как она обладает согревающим, бактерицидным и противовоспалительным действием. Смесь муравьиной кислоты с водой (муравьиный спирт) нередко используется при ревматических и неврологических болях.

Для лечения отдельных заболеваний желудочно-кишечного тракта используется масляная кислота — её соли создают в кишечнике благоприятную среду для развития полезных микроорганизмов, препятствуя при этом размножению патогенных бактерий. Помимо этого, эта разновидность карбоновой кислоты регулирует водно-электролитный баланс в организме. Линоленовая кислота снижает уровень холестерина и предотвращает развитие сосудистых заболеваний. В косметических целях могут использоваться следующие виды кислот:

• Стеариновая кислота применяется в качестве загустителя кремов и стабилизатора смеси. Косметика, активными веществами которой являются частицы стеарина, быстро впитывается в кожу, оказывая на неё омолаживающее действие.
• Пальмитиновая кислота входит в состав глицеридов большинства животных жиров. Крем с добавлением этой кислоты защищает кожу от ветра, предотвращает сухость и раздражение, а также способствует появлению гладкости, мягкости и упругости.
• Щавелевая кислота, несмотря на свою едкость, применяется в косметологии довольно часто — в качестве отбеливающего компонента в специальных кремах от веснушек и пигментных пятен.
• Олеиновая кислота входит в состав губных помад, в средствах по уходу за кожей, а также в средствах химической завивки.

Сельское хозяйство

При помощи различных карбоновых соединений производится обработка корма, сена и силоса, что позволяет значительно замедлить процессы гниения и распада, увеличивая их срок хранения. Помимо этого, кислоты используются для изготовления инсектицидов и фунгицидов (та же уксусная кислота является средством для борьбы с паразитами в пчеловодстве).

Отдельные разновидности кислотного раствора применяются для консервирования продуктов (пищевая добавка Е260), овощей и приправ. Соли маслянистого кислотного раствора используются в животноводстве — их добавляют в корм для укрепления иммунитета и усвояемости пищи.

Получение

Лабораторные методы получения предельных кислот

Окислительные методы

Окисление спиртов (реактивом Джонса — раствором оксида хрома(VI) в разбавленной серной кислоте и ацетоне или перманганатом калия в кислой или нейтральной среде):

Окисление альдегидов (используются те же реагенты, что и в случае спиртов, а также оксид серебра(I)):

Окисление алкинов соединениями Tl (III):

Окислительная деструкция алкенов — окисление алкенов смесью перманганата калия и периодата натрия в водном ацетоне в нейтральной среде (реакция идёт в две стадии — на первой перманганат окисляет алкен до диола, на второй периодат окисляет диол до кислоты, избыток периодата окисляет Mn+4 до Mn+7, так что перманганата требуется лишь каталитическое количество):

Окисление алкилбензолов и других алкиларенов — самый распространённый способ получения ароматических карбоновых кислот. При этом первичные и вторичные алкильные группы окисляются до карбоксильной. В качестве окислителя применяются водный щелочный, нейтральный или солюбилизированный краун-6-эфиром в бензоле (пурпурный бензол) растворы перманганата калия, кислый бихромата натрия или водная азотная кислота:

Гидролиз

Гидролиз тригалогеналканов

Гидролиз сложных эфиров

Гидролиз нитрилов и амидов

Катализируется кислотой или основанием; первоначально образуется амид, который гидролизуется до кислоты; лишь в редких случаях амид устойчив к гидролизу (амид легко гидролизируется в присутствии H₂O₂ в щелочной среде или нитрит-иона в кислой); удобный лабораторный метод (если нитрил доступен).

Карбоксилирование

Карбоксилирование металлорганических соединений (в основном реактивов Гриньяра и литийорганических соединений):

Карбоксилирование илидов фосфора:

При помощи диизопропиламида лития и других аналогичных амидов можно непосредственно вводить группу -CH2COOH:

Синтез ароматических кислот

Существует несколько специфических методов, применяемых только для синтеза ароматических кислот.

Реакция Кольбе — Шмитта — карбоксилирование фенолятов металлов (в промышленности эта реакции используется для синтеза салициловой кислоты):

• Реакция Фриделя-Крафтса с использованием фосгена.
• Реакция Фон-Рихтера — ароматическое нитросоединение при реакции с цианидом калия карбоксилируется в орто положении к нитрогруппе:

Другие методы

Реакция Арндта-Эйстерта — превращение карбоновой кислоты в ближайший гомолог с использованием диазометана:

Используется для получения высших гомологов кислот из низших.

Серия реакций для превращения в низший гомолог:

В промышленности

• Окисление парафиновых углеводородов воздухом или техническим кислородом при высокой температуре в присутствии катализаторов или без них. Низшие углеводороды (с числом атомов углерода до окисляются главным образом в паровой фазе при повышенном давлении, а высшие — преимущественно в жидкой фазе. Окисление проводят при температуре около 500 °C и атмосферном давлении или при 400 °C под давлением 10-20 МПа (130—200 атмосфер). Катализаторами служат металлы, их оксиды и соли. При получении высших жирных кислот в присутствии катализаторов температуру снижают до 130—150 °C. При окислении углеводородов обычно образуется смесь кислот с различным количеством углеродных атомов.
• Оксосинтез:

а. получают альдегиды и окисляют до соответствующих кислот.

б. получают спирты, а затем сплавляют их при 250—350 °C с щелочью:

в. взаимодействие олефинов с оксидом углерода (II) и водяным паром в присутствии тетракарбонила никеля или фосфорной кислоты при температуре 300—400 °C и давлении 200—500 атмосфер получают смесь кислот нормального и изостроения, например:

1.Введение карбоксильной группы в олефин:

2. Исходят из предельной кислоты и переводят её в ненасыщенную: