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 (Мr(НСООН) = 46), при обычных условиях является жидкостью с температурой кипения 100,8 °С. В то же время бутан (Мr(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 Ка ~ 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 (рКа 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: