Хімія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

12.4. Карбонові кислоти

Карбонові кислоти — це похідні вуглеводнів, до складу молекул яких входять одна або декілька карбоксильних груп -СООН.

Розрізняють:

1) залежно від кількості карбоксильних груп (за основністю):

• монокарбонові (однооснбвні):

НСООН метанова (мурашина) кислота

СН₃СООН етанова (оцтова, ацетатна) кислота

• дикарбонові (двохосновні):

НООС-СООН щавлева кислота

НООС-СН₂-СООН малонова кислота

• трикарбонові (трьохосновні):

2) залежно від природи зв'язків між атомами Карбону в частині молекули, сполученої з карбоксильною групою:

• насичені:

СН₃-СН₂-СООН пропанова кислота

• ненасичені:

СН₂=СН-СООН акрилова кислота

• аліциклічні:

• ароматичні:

3) залежно від кількості атомів Карбону в алкільному заміснику:

• нижчі (низькомолекулярні):

Н-СООН метанова кислота

СН₃-СООН етанова кислота

С₂Н₅-СООН пропанова кислота

С₃Н₇-СООН бутанова кислота

• вищі (високомолекулярні):

12.4.1 Насичені монокарбонові кислоти

Гомологічний ряд. Одноосновні насичені карбонові (монокарбонові) кислоти — похідні алканів, у молекулах яких один атом Гідрогену заміщений на карбоксильну групу. Насичені монокарбонові кислоти утворюють гомологічний ряд, загальна формула якого С_nН_2n+1СООН або R-COOH, де R — алкільний замісник (або атом Гідрогену — у метановій кислоті).

Фізичні властивості. Перші три члени гомологічного ряду насичених монокарбонових кислот — метанова, етанова, пропанова — рухливі рідини з різким запахом, змішуються з водою у будь-яких пропорціях. Члени від 4-го до 9-го — оліїсті рідини з різким неприємним запахом¹, погано розчинні у воді. Наступні члени гомологічного ряду — тверді речовини без запаху, нерозчинні у воді, але добре розчиняються в органічних розчинниках (етері, бензені). Кислоти мають вищі, порівняно з відповідними спиртами, температури кипіння. Це зумовлено міцними водневими зв’язками між парами молекул кислоти й утворенням стабільних асоціатів, димерів, які розпадаються лише за високої температури. Наприклад, понад 250 °С — для етанової кислоти.

¹ Такий специфічний запах (і гіркий смак) виникає під час масляно-кислого бродіння вершкового масла і утворення масляної кислоти, від чого вона й отримала свою назву.

Електронна густина у карбонільній групі зміщена до Оксигену, внаслідок чого він набуває часткового негативного заряду δ-, а атом Гідрогену гідроксильної групи отримує ще більший (порівняно зі спиртами) частковий позитивний заряд δ+ і більшу рухомість. Завдяки чому водневі зв’язки між молекулами карбонових кислот виявляються сильнішими і в розчинах вони існують переважно у вигляді димерів. З другого боку, електронна густина з α-атома Карбону алкільного замісника зміщується до карбоксильного атома Карбону. Унаслідок цього атоми Гідрогену біля α-атома Карбону також набувають більшої рухливості, що дає їм змогу заміщуватись на атоми галогенів.

Завдяки більшій рухомості гідроксильного атома Гідрогену карбонові кислоти можуть дисоціювати (спостерігається зміна забарвлення індикаторів (лакмусу, метилоранжу):

R-COOH ⇄ R-COO^- + Н⁺

Сила карбонових кислот, як і розчинність у воді, у гомологічному ряду послаблюється зі збільшенням молекулярної маси. Етанова кислота сильніша за карбонатну, але слабша за інші мінеральні кислоти.

Отримання карбонових кислот

1. Часткове окиснення насичених вуглеводнів повітрям або киснем за наявності каталізаторів, тиску і високої температури:

2. Часткове окиснення первинних спиртів, альдегідів:

3. Отримання метанової кислоти:

4*. Гідроліз гемінальних тригалогенопохідних насичених вуглеводнів:

Застосування одноосновних карбонових кислот

Метанову кислоту використовують:

• як відновник в органічному синтезі;
• як розчинник;
• як протраву під час фарбування тканин і паперу (алюміній форміат), дублення шкіри;
• як консервант зелених кормів для худоби, у харчовій промисловості (харчова добавка Е 236);
• у медицині («мурашиний спирт» — розчин метанової кислоти в етанолі з масовою часткою кислоти 1,25 %);
• для дезінфекції бродильних чанів у виробництві спирту, пива.

Етанову кислоту використовують для виробництва:

• ацетатного шовку, незаймистої кіноплівки, органічного скла;
• барвників для тканин;
• медичних препаратів (аспірину);
• естерів (грушевої, яблучної есенції);
• засобів захисту і стимуляторів росту рослин;
• розчинників для лаків,

а також як консервант (Е 260) і приправу в харчовій промисловості та побуті (оцет столовий 3-15 %).

Солі етанової кислоти використовують для боротьби зі шкідниками рослин (Cu (II)), у виробництві свинцевих білил (основна сіль Рb (II)) та процесі фарбування тканин (Fe (III), Al).