Классификация

В зависимости от радикала, связанного с карбоксилом, различают следующие группы карбоновых кислот:

ароматические

алифатические (в том числе предельные и непредельные)

алициклические

гетероциклические.

По числу карбоксильных групп кислоты могут быть одно-, двух- и многоосновными. При введении в молекулы кислоты других функциональных групп (например, -ОН, =CO, -NH₂ и др.) образуются окси-, кето-, аминокислоты и другие классы соединений.

Физические свойства

Низшие карбоновые кислоты — жидкости с ост­рым запахом, хорошо растворимые в воде. С повышением относительной молекулярной массы растворимость кислот в воде и их плотность уменьшаются, а темпера­тура кипения повышается. Высшие кислоты, начиная с пеларгоновой (н-нонановой) СН₃-(СН₂)₇-СООН, — твердые вещества, без запаха, нерастворимые в воде. Низшие карбоновые кислоты в безводном виде и в виде концентрированных растворов раздражают кожу и вызывают ожоги, особенно муравьиная кислота и уксусная кислота. На физических свойствах карбоновых кислот сказывается значительная степень ассоциации вследствие образования водородных связей. Кислоты в отличие от спиртов, образуют более прочные водородные связи, вследствие того что связи в них в большей степени поляризованы по типу Кроме того, у карбоновых кислот имеется возможность образования водородных связей с кислородом карбонильного диполя, обладающим значительной электроотрицательностью, а не только с кислородом другой гидроксильной группы. Действительно, в твердом и жидком состояниях карбоновые кислоты существуют в основном в виде циклических димеров.

Характерные химические реакции

Наиболее важные химические свойства, характерные для большинства карбоновых кислот: 1. Карбоновые кислоты при реакции с металлами, их оксидами или их осно́вными гидроксидами дают соли соответствующих металлов:

2. Карбоновые кислоты могут вытеснять более слабую кислоту из её соли, например:

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

4. При нагревании аммонийных солей карбоновых кислот образуются их амиды:

5. Под действием карбоновые кислоты превращаются в соответствующие хлорангидриды:

28. Карбоновые кислоты. Особенности химических свойств. Кислотно-основные свойства карбоновых кислот. Реакции по карбонильной группе. Карбоновые кислоты — класс органических соединений, молекулы которого содержат карбоксильную группу - COOH. Состав предельных одноосновных карбоновых кислот соответствует общей формуле  Карбоновые кислоты классифицируются: По числу карбоксильных групп карбоновые кислоты делятся на (Слайд 3):

• монокарбоновые или одноосновные (уксусная кислота)

• дикарбоновые или двухосновные (щавелевая кислота)

В зависимости от строения углеводородного радикала, с которым связана карбоксильная группа, карбоновые кислоты делятся на:

• алифатические (уксусная или акриловая)

• алициклические (циклогексанкарбоновая)

• ароматические (бензойная, фталевая)

Примеры кислот (Слайд 4)

Изомерия и строение карбоновых кислот 1.Изомерия углеродной цепи (Слайд 5) 2. Изомерия положения кратной связи, например: СН₂ = СН – СН₂ – СООН         Бутен-3-овая кислота (винилуксусная кислота) СН₃ – СН = СН – СООН          Бутен-2-овая кислота  (кротоновая кислота)

3. Цис-, транс-изомерия, например:

Строение (Слайд 6) Карбоксильная группа СООН состоит из карбонильной группы С=О и гидроксильной группы ОН. В группе СО атом углерода несет частичный положительный заряд и притягивает к себе электронную пару атома кислорода в группе ОН. При этом электронная плотность на атоме кислорода уменьшается, и связь О-Н ослабляется:

В свою очередь, группа ОН "гасит" положительный заряд на группе СО.

Физические и химические свойства карбоновых кислот Низшие карбоновые кислоты — жидкости с острым запахом, хорошо растворимые в воде. С повышением относительной молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается, а температура кипения повышается. Высшие кислоты, начиная с пеларгоновой

С₈Н₁₇СООН — твердые вещества, без запаха, нерастворимые в воде. Наиболее важные химические свойства, характерные для большинства карбоновых кислот (Слайд 7,8): 1) Взаимодействие с активными металлами:                  2 CH₃COOH + Mg (CH₃COO)2 Mg + H₂

2) Взаимодействие с оксидами металлов: 2СН₃СООН + СаО (СН₃СОО)₂Са + Н₂О

3)Взаимодействие с основаниями: CH₃COOH + NaOH CH₃COONa + H₂ O 4) Взаимодействие с солями: CH₃COOH + NaHCO₃ CH₃COONa + СО₂ + Н₂О 5) Взаимодействие со спиртами (реакция этерификации): CH₃COOH + СН₃СН₂ОН CH₃COOСН₂СН₃ + H₂O 6) Взаимодействие с аммиаком: CH₃COOH + NH₃ CH₃COONH₄ При нагревании аммонийных солей карбоновых кислот образуются их амиды: CH₃COONH₄ CH₃CONH₂ + H₂O 7) Под действием SOC_l2 карбоновые кислоты превращаются в соответствующие хлорангидриды. CH₃COOH + SOC_l2 CH₃COCl + HCl + SO₂

4. Межклассовая изомерия: например: С₄Н₈О₂ СН₃ – СН₂ – СО – О – СН_з  метиловый эфир пропановой кислоты  СН₃ – СО – О – CH₂ – СН₃   этиловый эфир этановой кислоты С3Н₇ – СООН бутановая кислота

Способы получения карбоновых кислот (Слайд 9,10) 1. Окисление альдегидов и первичных спиртов — общий способ получения карбоновых кислот:

2. Другой общий способ — гидролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих три атома галогена у одного атома углерода:  

             3NaCl 3. Взаимодействие реактива Гриньяра с СО2:  

4. Гидролиз сложных эфиров:  

5. Гидролиз ангидридов кислот:  

29. Термические превращения карбоновых кислот. Дикарбоновые кислоты и их поведение при нагревании. Дикарбоновые кислоты, Двухосновные карбоновые кислоты. это карбоновые кислоты, содержащие две карбоксильные группы - COOH. Общей формулой HOOC-R-COOH, где R любой двухвалентный органический радикал. Дикарбоновые кислоты это твердые кристаллические вещества, которые получают общими методами синтеза карбоновых кислот.

В основе названий карбоновых кислот лежат названия соответствующих углеводородов. Наличие карбоксильной группы отражается окончанием -овая. Карбоновые кислоты часто имеют тривиальные названия: муравьиная кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, масляная кислота, валериановая кислота, капроновая кислота, пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, акриловая кислота, олеиновая кислота, щавелевая кислота, малоновая кислота, янтарная кислота, адипиновая кислота, лимонная кислота, яблочная кислота, D-винная кислота и др.

Карбоксильные группы характерным образом влияют друг на друга в зависимости от их взаимного расположения. Эта зависимость проявляется, прежде всего, в разном отношении дикарбоновых кислот к нагреванию. Щавелевая и малоновая кислоты разлагаются соответственно при 200 и 150° С, отщепляя диоксид углерода. Янтарная, глутаровая, адипиновая, малеиновая и фталевая кислоты при нагревании легко превращаются во внутренние ангидриды.

По физическим свойствам двухосновные кислоты подобны одноосновным. Это кристаллические вещества с высокими температурами плавления. Одной из особенностей дикарбоновых кислот является то, что кислоты с четным числом углеродных атомов плавятся при более высоких температурах, нежели с нечетным (стоит заметить, что с удлинением углеродной цепи разница в температурах постепенно уменьшается). Низшие гомологи хорошо растворяются в воде. Так же, как и монокарбоновые кислоты, двухосновные кислоты способны образовывать межмолекулярные водородные связи. Поведение при нагревании

Щавелевая кислота при нагревании до 150oC претерпевает декарбоксилирование и превращается в муравьиную кислоту:

Аналогично и малоновая кислота легко декарбоксилируется с образованием уксусной кислоты:

Янтарная и глутаровая при нагревании отщепляют воду и дают ангидриды:

(здесь формула янтарной кислоты изображена в виде конформации Їклешня).

Высшие дикарбоновые кислоты отщепляют воду только при действии сильных дегидратирующих агентов - например, P2O5. При этом образуются полимерные ангидриды.

Обратите внимание на то, что легко образуются те циклические ангидриды, которые имеют 5 или 6 атомов в цикле. Напомним, что именно в этих случаях напряжения в цикле минимальны.

30. Полифункциональные карбоновые кислоты (галогенкарбоновые, гидроксикарбоновые, непредельные). Строение молекул. Особенности свойств. 31. Аминокарбоновые кислоты. Строение молекул. Физические свойства. Кислотно-основные свойства. Аминокисло́ты (аминокарбо́новые кисло́ты) — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.

Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены на аминные группы.