Химические свойства карбоновых кислот.

I. Реакции с разрывом в карбоксильной группе связи O─H

1. Кислоты диссоциируют:

RCOOH ↔ RCOO⁻+ Н⁺

Водные растворы кислот изменяют окраску индикаторов, что издавна используется для качественного обнаружения кислот в растворах:

индикатор + Н⁺ (кислота) ↔ окрашенное соединение.

Индикаторы – это вещества сложного строения, которые ускоряют химическую реакцию, но сами при этом не расходуются.

Карбоновые кислоты слабее неорганических, наиболее сильной из них является муравьиная. Все карбоновые кислоты - слабые электролиты. Дикарбоновые кислоты во многом сходны с монокарбоновыми, однако являются более сильными. Например, щавелевая кислота сильнее уксусной почти в 200 раз. Дикарбоновые кислоты ведут себя как двухосновные и образуют два ряда солей - кислые и средние. Сила кислот уменьшается с увеличением числа атомов водорода в углеводородном радикале (из-за снижения полярности связи O-H); напротив, введение атомов галогена в углеводородный радикал приводит к возрастанию силы кислоты:

НСООН ← СН₃СООН ← C₂H₆COOH ←...

CH3COOH		CH2ClCOOH		CHCl2COOH		CCl3COOH
уксусная кислота		монохлоруксусная кислота		дихлоруксусная кислота		трихлоруксусная кислота

2. Образование солей.

а) Взаимодействуют с некоторыми металлами, стоящими в ряду напряжения металлов до водорода, с образованием соли и выделением водорода:

2СН₃–СООН + Ва → (СН₃– СОО)₂Ва + Н₂↑

уксусная кислота ацетат бария

б) Взаимодействуют с основными и амфотерными оксидами с образованием соли и воды:

2СН₃–СООН + СаО → (СН₃– СОО)₂Са + Н₂О,

2СН₃– СООН + ZnО → (СН₃–СОО)₂Zn + Н₂О.

в) Взаимодействуют с растворимыми и нерастворимыми основными (основаниями) и амфотерными гидроксидами с образованием соли и воды – реакция нейтрализации.

СН₃–СООН + КОН → СН₃–СООК + НОH,

2СН₃–СООН + Zn(ОH)₂ → (СН₃–СОО)₂Zn + 2НОH.

г) Взаимодействуют с солями более слабых и летучих кислот:

СН₃–СООН + NaНСО₃ → СО₂↑ + Н₂О + СН₃–СООNa,

гидрокарбонат натрия ацетат натрия

СН₃–СООН + СН₃CH₂CH₂CH₂–СООNa → СН₃–СООК + СН₃CH₂CH₂CH₂–СООH.

пентанат натрия пентановая кислота

д) Взаимодействуют с аммиаком NH₃ и гидроксидом аммония NH₄OH:

СН₃–СООН + NH₃ → СН₃–СООNH₄,

ацетат аммония

СН₃–СООН + NH₄OH → СН₃–СООNH₄ + НОH.

ацетат аммония

II. Реакции с разрывом связи C─O (замещение OH-группы).

1. Взаимодействуют со спиртами с образованием сложных эфиров – реакция этерефикации:

СН₃–СО−ОH + НО−СН₃ ↔ CН₃−СОО−СН₃ + Н−ОH.

метиловый эфир уксусной кислоты

(метилацетат)

2. Взаимодействуют с аммиаком с образованием амидов кислот (через стадию образования аммонийной соли, с последующим нагреванием):

СН₃–СООН + NH₃ → СН₃–СООNH₄ → СН₃–СОNH₂ + Н₂О.

уксусная кислота ацетат аммония ацетамид

3. Межмолекулярная дегидротация с образованием ангидридов.

СН₃–СО−ОН + НО−ОС – СН₃ → СН₃–СО–O−ОС–СН₃ + Н−ОH.

уксусная кислота ангидрид уксусной кислоты

4. Взаимодействуют с галогенидами фосфора (PCl₅, PCl₃) с образованием галогенангидридов карбоновых кислот:

СН₃–СО−ОН + PCl₅ → СН₃–СО−Cl + POCl₃ + HCl,

ацетилхлорид

3СН₃–СН₂–СООН + РСl₃ → 3СН₃–СН₂–СОСl + Н₃РО₃.

пропилхлорид

5. Взаимодействуют с тионилхлоридом (SOCl₂) с образованием галогенангидридов карбоновых кислот:

СН₃–СО−ОН + SOCl₂ → СН₃–СО−Cl + SO₂↑ + HCl

ацетилхлорид

III. Реакции по углеводородному радикалу.

1. Реакции с разрывом связей C─H у α -углеродного атома углеводородного радикала – галогенирование:

H─СН₂–СООН + Cl₂ → Cl─СН₂–СООК + Н─Cl

СН₃–СООН → ClСН₂–СООН → Cl₂СН–СООН → Cl₃СН–СООН

уксусная хлоруксусная дихлоруксусная трихлоруксусная

кислота кислота кислота кислота

Сила кислот усиливается

2. Реакции присоединения по месту разрыва непредельной π-связи в непредельных карбоновых кислотах:

а) гидрирование с получением предельных карбоновых кислот:

С₈Н₁₇─CH=CH─C₇H₁₅–СООН + H₂ → С₈Н₁₇─CH₂─CH₂─C₇H₁₅–СООН

олеиновая кислота стеариновая кислота

б) галогенирование с получением дигалогенпроизводных карбоновых кислот:

С₈Н₁₇─CH=CH─C₇H₁₅–СООН + Cl₂ → С₈Н₁₇─ClCH─ClCH─C₇H₁₅–СООН

олеиновая кислота 9, 10-дихлорстеариновая кислота

IV. Реакции окисления для карбоновых кислот.

1. Горение карбоновых кислот:

CH₃COOH + 2O₂ → 2CO₂↑ + 2H₂O

IV. Особые свойства муравьиной кислоты.

Так как в молекуле муравьиной кислоты содержится как карбоксильная группа, так и альдегидная группа –

Она обладает всеми свойствами предельных одноосновных карбоновых кислот, так и свойствами альдегидов, например, реакции окисления:

H─CO─OH + [O] → HO─CO─OH (т.е. H₂CO₃) → CO₂↑ + H₂O

а) при реакции «серебрянного зеркала» - взаимодействие с аммиачным раствором оксида серебра (I):

HCOOH + Ag₂O (аммиачный раствор) → CO₂↑ + H₂O + 2Ag↓ (при нагревании)

(HCOOH + 2Ag(NH₃)₂OH (аммиачный раствор) → CO₂↑ + H₂O + 2Ag↓ + 4NH₃↑)

б) при взаимодействии со свежеприготовленным раствором гидроксида меди(II):

HCOOH + 2Cu⁺²(OH)₂↓ → CO₂↑ + H₂O + Cu₂⁺O↓ (при нагревании)

в) Кроме того, при нагревании с концентрированной H₂SO₄ муравьиная кислота разлагается на оксид углерода (II) и воду:

HCOOH → CO↑ + HOH.

Вопросы: (для контроля знаний)

1. Какие вещества относятся к карбоновым кислотам и как образуются названия их соединений?
2. Какие виды изомерии характерны для карбоновых кислот? Приведите примеры.
3. Как изменяются свойства карбоновых кислот с увеличением количества атомов углерода, их основности (числа карбоксильных групп) или введения в углеводородный радикал атомов галогенов?
4. При помощи каких реакций можно показать генетическую связь карбоновых кислот с другими классами органической химии?
5. Какие химические реакции характерны для карбоновых кислот? Приведите уравнения реакций.

Список используемых источников:

1. О.С. Габриелян и др. Химия. 10 класс. Профильный уровень: учебник для общеобразовательных учрждений; Дрофа, Москва, 2005г.
2. «Репетитор по химии» под редакцией А. С. Егорова; «Феникс», Ростов-на-Дону, 2006г.
3. https://sovety-tut.ru/uroki-himii/karbonovyie-kislotyi-metodyi-polucheniya-i-svoystva
4. https://examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty.html
5. https://www.yaklass.ru/materiali?mode=lsntheme&themeid=142
6. https://www.calc.ru/Karbonovyye-Kisloty.html