ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина III . ОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 17. КИСНЕВМІСНІ ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ

§ 17.10. Карбонові кислоти

Карбоновими кислотами називаються органічні сполуки, в молекулах яких міститься функціональна карбоксильна група (карбоксил)

Назва “карбоксил” походить від слів карбоніл та гідроксил.

Якщо в молекулі міститься одна карбоксильна група, то кислота називається одноосновною, дві — двохосновною і т. д.

Наведемо приклади представників гомологічного ряду насичених одноосновних карбонових кислот та їх тривіальні назви:

Н—СООН — мурашина кислота;

СН₃—СООН — оцтова кислота;

СН₃—СН₂—СООН — пропіонова кислота;

СН₃—СН₂—СН₂—СООН — масляна кислота;

СН₃—СН₂—СН₂—СН₂—СООН — валеріанова кислота;

СН₃—(СН₂)₄—СООН — капронова кислота;

СН₃—(СН₂)₅—СООН — енантова кислота;

...........................................................................

СН₃—(СН₂) 14—СООН — пальмітинова кислота;

............................................................................

СН₃—(СН₂) 16—СООН — стеаринова кислота.

Як видно з прикладів, карбонові кислоти можна розглядати як похідні вуглеводнів, у яких атоми водню заміщені карбоксильними групами. Загальна формула гомологічного ряду С_nН_{2 n+1}СООН або R—СООН (у першого гомолога замість R — атом водню).

За систематичною номенклатурою назви кислот походять від назв відповідних вуглеводнів з додаванням закінчення -ова і слова кислота. Наприклад:

НСООН — метанова кислота; СН₃СООН — етанова кислота;

СН₃—СН₂СООН — пропанова кислота;

Ізомерія кислот залежить від будови радикала. Ізомери з’являються, починаючи з масляної кислоти С₃Н₇СООН:

Властивості карбонових кислот. Хімічні властивості карбонових кислот зумовлені наявністю в їх молекулах карбоксильних груп. Електронну будову карбонових кислот можна представити схемою

Атом кисню, сполучений з вуглецем подвійним зв’язком, відтягує електрони до себе. Вуглець набуває деякого позитивного заряду і притягує до себе електрони від другого атома кисню з групи —ОН, що спричиняє зміщення електронної хмари зв’язку O—Н до атома кисню. Взаємний вплив атомів у карбоксильній групі можна зобразити схемою:

У результаті взаємного впливу атомів у карбоксильній групі зв’язок С=O міцніший, ніж у карбонільній групі, а зв’язок О—Н менш міцний, ніж у спиртах.

Карбонові кислоти мають високі температури кипіння, що пов’язано з утворенням водневих зв’язків між молекулами, наприклад:

У водних розчинах карбонові кислоти, як і мінеральні, дисоціюють на іони з утворенням іонів гідроксонію:

RCOOH + Н₂O ⇆ Н₃О⁺ + RCOO^-.

Усі карбонові кислоти — слабкі електроліти (НСООН — середньої сили). Карбонові кислоти виявляють усі властивості мінеральних кислот (див. § 6.2).

У карбонових кислотах під впливом карбоксильної групи збільшується рухливість атомів водню, які стоять біля атома вуглецю, сусіднього з карбоксильною групою. Тому вони можуть легко заміщуватися атомами хлору або брому:

СН₃СООН + Сl₂ −> СН₂СlСООН + НСl;

2-Хлоретанова

 (хлороцтова) кислота

СН₃СН₂СООН + Вr₂ −> СН₃СНВrСООН + НВr.

    2-Бромпропанова кислота

Очевидно, радикали, які містять хлор чи бром, повинні впливати на кислотність карбоксильної групи. І дійсно, ступінь дисоціації хлороцтової кислоти приблизно в 10 разів більший, ніж оцтової, а трихлороцтова кислота за силою близька до хлоридної чи сульфатної. У цьому випадку послаблення зв’язку водню у гідроксильній групі можна зобразити схемою:

Характерною властивістю карбонових кислот є взаємодія їх зі спиртами з утворенням складних ефірів (див. § 17.13).

Важливе значення мають кислоти: пальмітинова С₁₇Н₃₅СООН і стеаринова С₁₇Н₃₁СООН — тверді речовини, а також рідка ненасичена олеїнова кислота С₁₇Н₃₃СООН.

Залишки цих одноосновних кислот входять до складу жирів і масел (див. § 17.14).

Загальний спосіб добування карбонових кислот полягає в окисненні первинних спиртів і альдегідів.

Детальніше властивості кислот розглянуто на прикладі мурашиної та оцтової.