Карбоновые кислоты, классификация, номенклатура и изомерия

Карбоновые кислоты, классификация, номенклатура и
изомерия. Химические свойства одноосновных предельных
карбоновых кислот.
Карбоновые
кислоты
являются
производными
углеводородов,
содержащими в молекуле группировку −СООН, называемую карбоксильной
группой.
R−C
O
ОH
Многие карбоновые кислоты сохраняют тривиальные названия.
Например, НСООН – муравьиная кислота, СН3СООН – уксусная кислота, и
т. д.
Иногда название карбоновой кислоты образуют от названия
углеводорода, содержащего карбоксильную группу в качестве заместителя, и
окончания -карбоновая. Первый, или меньший, номер получает тот атом
углерода, у которого находится карбоксильная группа. Так, уксусная кислота
называется метанкарбоновой; пропионовая – этанкарбоновая и т.д.
Названия карбоновых кислот по международной номенклатуре образуют
от названий исходных углеводородов с тем же числом атомов углерода,
считая и углерод карбоксильной группы, и окончания -овая. Нумерацию
начинают от атома углерода карбоксильной группы.
Применяют также систему, согласно которой за основу применяют
тривиальное название кислоты, соответствующей самой длинной в молекуле
цепи, а атомы углерода обозначают, начиная от соседнего с карбоксильной
группой, буквами греческого алфавита.
O
СН3−СН2−СН−C
ОH
СН3
2-метилбутановая кислота
α-метилмасляная кислота
Для непредельных карбоновых кислот, так же как и предельных, наиболее
часто применяются эмпирические названия (акриловая, метакриловая,
олеиновая и т.д.).
Химические свойства:
Очень реакционноспособные соединения.
– кислотные свойства:
В водных растворах происходит диссоциация карбоновых кислот с
образованием иона гидроксония и аниона – карбоксилат-иона:
R−C
O
ОH
+ НОН
R−C
O
О-
+ Н3О+.
Наиболее сильной из карбоновых кислот является муравьиная кислота
(кислота средней силы). Все остальные монокарбоновые кислоты являются
слабыми. Введение в молекулу галогенов при сохранении карбоксильной
группы резко увеличивает силу кислоты. Галогенкарбоновые кислоты
оказываются даже сильнее муравьиной.
– взаимодействие с металлами, основными и амфотерными оксидами и
гидроксидами:
Реагируют подобно неорганическим кислотам с образованием солей. Соли
муравьиной кислоты называются формиаты, уксусной – ацетаты,
пропионовой – пропионаты, масляной и изомасляной – бутираты и
изобутираты, валериановой – валераты:
2НСООН +Mg → (HCOO)2Mg +H2↑;
CH3COOH +NaOH → CH3COONa + H2O;
2СН3СООН + МgO  (СН3СОО)2Мg + Н2О;
– получение галогенангидридов кислот:
O
R−C
+ РСl5
ОH
R−C
O
R−C
+ SOCl2
ОH
R−C
O
+ POCl3 +HCl;
Cl
O
+ SO2 +HCl;
Cl
– образование ангидридов:
Ангидриды карбоновых кислот можно рассматривать как продукт,
получающийся в результате отнятия одной молекулы воды от двух молекул
кислоты:
R−C
R−C
O
ОН
ОН
-Н2О
O
R−C
O
или
О
R−C Н
O
R−С−О−С−R
O
O
– образование сложных эфиров (реакция этерификации):
R−C
O
+ Н−О−R’
ОH
Н2SO4(к.)
O
R−C
+ H2O;
О−R’
– образование амидов и нитрилов:
Аммиак при взаимодействии с карбоновыми кислотами образует
аммониевые карбоксилаты:
СН3СООН + NH3  CH3COONH4.
При нагревании аммониевых солей получаются амиды:
СН3СООNH4
нагревание
-Н2O
O
CH3−C
NH2
.
При дальнейшем нагревании с водоотнимающими средствами (например,
Р2О5) в случае группы –NH2 получается нитрил кислоты:
R−C
O
R−C≡N + H2O;
NH2
– реакции у -углеродного атома:
Водород у -углеродного атома может замещаться на галоген (кроме
йода). Галогенирование кислот ускоряется при действии солнечного света, а
также катализаторов, например, следов йода:
Н3С−СООН   СlCH2−COOH 
 Cl 2 , t 0 , h
→ Cl2CH−COOH
 Cl 2 , t 0 , h
Cl 2 , t , h


0
Cl3−COOH;
Получение карбоновых кислот:
– реакции окисления:
В большинстве случаев происходит расщепление молекулы, и
получающиеся кислоты содержат в молекуле меньше атомов углерода, чем
исходное окисляемое вещество:
O2
СН3−СН2−СН3 cоли Са, Мn СН3−СOOН + HСOOH;
СН3−СН2−C−СН3
O
CrO3
СН3−СН2−COOH + СН3−СOOН + HСOOH.
При окислении первичных спиртов и альдегидов получаются кислоты с
тем же числом атомов в молекуле:
H2O2
R−СН2OH
O Ag O
2
R−C
H
R−СOOН;
R−COOH;
– реакции гидролиза:
тригалогенпроизводных:
ОH
R−С−ОН
ОH
Br
R−С− Br + 3HOH
Br
Н−С
O
ОH
+ HOH;
нитрилов:
При обработке йодистого метила цианистым калием образуется
цианистый метил (метилцианид):
Н3С−I + KC≡N → H3C−C≡N + KI.
При гидролизе кислотами метилцианид, присоединяя воду, расщепляется
на аммиак и уксусную кислоту:
H+
H3C−С≡N + 3HOH
сложных эфиров:
Н3C−С
O
ОH
+ NH4OH.
Н2O
R−С−О−R’
O
+
H
O
R−С
ОH
+ R’OH;
амидов кислот:
R−C
O
NH2
Н2O
H+
O
R−С
ОH
+ NH3;
– металлорганический синтез:
При действии двуокиси углерода на метилмагнийбромид образуется
продукт присоединения, который можно рассматривать как смешанную
магниевую соль уксусной и бромоводородной кислот:
δ-
δ-
δ+
H3C−Mg−Br
+
δ+
C
O
Н3С−C
O
O
ОMgBr
.
При обработке этой соли минеральной кислотой получается уксусная
кислота:
Н3С−C
O
O
+ HBr
ОMgBr
H3C−С
ОH
+ MgBr2;