Получение карбоновых кислот

I. В промышленности

1. Выделяют из природных продуктов

(жиров, восков, эфирных и растительных масел)

2. Окисление алканов:

2CH4 + + 3O2 t,kat → 2HCOOH + 2H2O

метан муравьиная кислота

2CH3-CH2-CH2-CH3 + 5O2 t,kat,p → 4CH3COOH + 2H2O

н-бутан уксусная кислота

3. Окисление алкенов:

CH2=CH2 + O2 t,kat → CH3COOH

этилен

СH3-CH=CH2 + 4 t,kat → CH3COOH + HCOOH (уксусная кислота+муравьиная кислота)

4. Окисление гомологов бензола (получение бензойной кислоты):

C6H5-CnH2n+1 + 3n KMnO4,H+→ C6H5-COOH + (n-1)CO2 + nH2O

5C6H5-CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5C6H5-COOH + 3K2SO4 + 6MnSO4 + 14H2O

толуол бензойная кислота

5. Получение муравьиной кислоты:

1 стадия: CO + NaOH t,p → HCOONa (формиат натрия – соль)

2 стадия: HCOONa + H2SO4 → HCOOH + NaHSO4

6. Получение уксусной кислоты:

CH3OH + CO t,p → CH3COOH

Метанол

II. В лаборатории

1. Гидролиз сложных эфиров:

2. Из солей карбоновых кислот:

R-COONa + HCl → R-COOH + NaCl

3. Растворением ангидридов карбоновых кислот в воде:

(R-CO)2O + H2O → 2 R-COOH

4. Щелочной гидролиз галоген производных карбоновых кислот:

III. Общие способы получения карбоновых кислот

1. Окисление альдегидов:

R-COH + → R-COOH

Например, реакция «Серебряного зеркала» или окисление гидроксидом меди (II) – качественные реакции альдегидов

2. Окисление спиртов:

R-CH2-OH + 2 t,kat → R-COOH + H2O

3. Гидролиз галогензамещённых углеводородов, содержащих три атома галогена у одного атома углерода.

4. Из цианидов (нитрилов) – способ позволяет наращивать углеродную цепь:

СH3-Br + Na-C≡N → CH3-CN + NaBr

CH3-CN — метилцианид ( нитрил уксусной кислоты)

СH3-CN + 2H2O t → CH3COONH4

ацетат аммония

CH3COONH4 + HCl → CH3COOH + NH4Cl

5. Использование реактива Гриньяра

R-MgBr + CO2 → R-COO-MgBr H2O → R-COOH + Mg(OH)Br

ПРИМЕНЕНИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Муравьиная кислота – в медицине — муравьиный спирт (1,25% спиртовой раствор муравьиной кислоты), в пчеловодстве, в органическом синтезе, при получении растворителей и консервантов; в качестве сильного восстановителя.

Уксусная кислота – в пищевой и химической промышленности (производство ацетилцеллюлозы, из которой получают ацетатное волокно, органическое стекло, киноплёнку; для синтеза красителей, медикаментов и сложных эфиров). В домашнем хозяйстве как вкусовое и консервирующее вещество.

Масляная кислота – для получения ароматизирующих добавок, пластификаторов и флотореагентов.

Щавелевая кислота – в металлургической промышленности (удаление окалины).

Стеариновая C17H35COOH и пальмитиновая кислота C15H31COOH – в качестве поверхностно-активных веществ, смазочных материалов в металлообработке.

Олеиновая кислота C17H33COOH – флотореагент и собиратель при обогащении руд цветных металлов.

Отдельные представители

одноосновных предельных карбоновых кислот

Муравьиная кислота впервые была выделена в XVII веке из красных лесных муравьев. Содержится также в соке жгучей крапивы. Безводная муравьиная кислота – бесцветная жидкость с острым запахом и жгучим вкусом, вызывающая ожоги на коже. Применяется в текстильной промышленности в качестве протравы при крашении тканей, для дубления кож, а также для различных синтезов.
Уксусная кислота широко распространена в природе – содержится в выделениях животных (моче, желчи, испражнениях), в растениях (в зеленых листьях). Образуется при брожении, гниении, скисании вина, пива, содержится в кислом молоке и сыре. Температура плавления безводной уксусной кислоты + 16,5°C, кристаллы ее прозрачны как лед, поэтому ее называют ледяной уксусной кислотой. Впервые получена в конце XVIII века русским ученым Т. Е. Ловицем. Натуральный уксус содержит около 5% уксусной кислоты. Из него приготовляют уксусную эссенцию, используемую в пищевой промышленности для консервирования овощей, грибов, рыбы. Уксусная кислота широко используется в химической промышленности для различных синтезов.

Представители ароматических и непредельных карбоновых кислот

Бензойная кислота C6H5COOH — наиболее важный представитель ароматических кислот. Распространена в природе в растительном мире: в бальзамах, ладане, эфирных маслах. В животных организмах она содержится в продуктах распада белковых веществ. Это кристаллическое вещество, температура плавления 122°C, легко возгоняется. В холодной воде растворяется плохо. Хорошо растворяется в спирте и эфире.

Ненасыщенные непредельные кислоты с одной двойной связью в молекуле имеют общую формулу CnH2n-1COOH.

Высокомолекулярные непредельные кислоты часто упоминаются диетологами (они называют их ненасыщенными). Самая распространенная из них – олеиновая СН3–(СН2)7–СН=СН–(СН2)7–СООН или C17H33COOH. Она представляет собой бесцветную жидкость, затвердевающую на холоде.
Особенно важны полиненасыщенные кислоты с несколькими двойными связями: линолевая СН3–(СН2)4–(СН=СН–СН2)2–(СН2)6–СООН или C17H31COOH с двумя двойными связями, линоленовая СН3–СН2–(СН=СН–СН2)3–(СН2)6–СООН или C17H29COOH с тремя двойными связями и арахидоновая СН3–(СН2)4–(СН=СН–СН2)4–(СН2)2–СООН с четырьмя двойными связями; их часто называют незаменимыми жирными кислотами. Именно эти кислоты обладают наибольшей биологической активностью: они участвуют в переносе и обмене холестерина, синтезе простагландинов и других жизненно важных веществ, поддерживают структуру клеточных мембран, необходимы для работы зрительного аппарата и нервной системы, влияют на иммунитет. Отсутствие в пище этих кислот тормозит рост животных, угнетает их репродуктивную функцию, вызывает различные заболевания. Линолевую и линоленовую кислоты организм человека сам синтезировать не может и должен получать их готовыми с пищей (как витамины). Для синтеза же арахидоновой кислоты в организме необходима линолевая кислота. Полиненасыщенные жирные кислоты с 18 атомами углерода в виде эфиров глицерина находятся в так называемых высыхающих маслах – льняном, конопляном, маковом и др. Линолевая кислота C17H31COOH и линоленовая кислота C17H29COOH входят в состав растительных масел. Например, льняное масло содержит около 25% линолевой кислоты и до 58% линоленовой.

Сорбиновая (2,4-гексадиеновая) кислота СН3–СН=СН–СН=СНСООН была получена из ягод рябины (на латыни – sorbus). Эта кислота – прекрасный консервант, поэтому ягоды рябины не плесневеют.

Простейшая непредельная кислота, акриловая СН2=СНСООН, имеет острый запах (на латыни acris – острый, едкий). Акрилаты (эфиры акриловой кислоты) используются для получения органического стекла, а ее нитрил (акрилонитрил) – для изготовления синтетических волокон.

Называя вновь выделенные кислоты, химики, нередко, дают волю фантазии. Так, название ближайшего гомолога акриловой кислоты, кротоновой

СН3–СН=СН–СООН, происходит вовсе не от крота, а от растения Croton tiglium, из масла которого она была выделена. Очень важен синтетический изомер кротоновой кислоты – метакриловая кислота СН2=С(СН3)–СООН, из эфира которой (метилметакрилата), как и из метилакрилата, делают прозрачную пластмассу – оргстекло.

Непредельные карбоновые кислоты способны к реакциям при­соединения:

СН2=СН-СООН + Н2 → СН3-СН2-СООН

СН2=СН-СООН + Сl2 → СН2Сl-СНСl-СООН

ВИДЕО:

Взаимодействие бромной воды с олеиновой кислотой

СН2=СН-СООН + HCl → СН2Сl-СН2-СООН

СН2=СН-СООН + Н2O → НО-СН2-СН2-СООН

Две последние реакции протекают против правила Марковникова.

Непредельные карбоновые кислоты и их производные способ­ны к реакциям полимеризации.

Образование амидов

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6

Механизм реакции аналогичен механизму реакции этерификации. В качестве реагентов используются аммиак или соответствующие амины.

Вместо карбоновых кислот чаще используют их галогенангидриды:

Амиды образуются также при взаимодействии карбоновых кислот (их галогенангидридов или ангидридов) с органическими производными аммиака (аминами):

Амиды играют важную роль в природе. Молекулы природных пептидов и белков построены из α-аминокислот с участием амидных групп – пептидных связей:

Амиды карбоновых кислот также подвержены гидролизу в кислой или щелочной среде.

Получение галогеноангидридов:

При использование специфических реагентов – сульфонилхлорида или хлоридов фосфора можно получить еще один ряд производных – галогеноангидриды:

Получение ангидридов карбоновых кислот:

Под воздействием водоотнимающих агентов, например P2O5 можно получить ангидриды карбоновых кислот (дословно безводные):

5.4. Реакции с участием углеводородного радикала

Карбоновые кислоты, содержащие a -водородные атомы, взаимодействуют с бромом в присутствии фосфора с образованием исключительно α-бромпроизводных (реакция Гелля – Форгальда — Зелинского)

5.5. Декарбоксилирование карбоновых кислот

Реакции декарбоксилирования сопровождаются отщеплением молекулы углекислого газа CO2:

Незамещенные монокарбоновые кислоты декарбоксилируют в жестких условиях.

Дикарбоновые кислоты декарбоксилируют легче:

НООС-СООН → СО2 + НСООН

Процесс протекает при нагревании до 160-180°С.

В живых организмах процессы декарбоксилирования протекают при участии специфических ферментов – декарбоксилаз.

5.6. Качественные реакции карбоновых кислот

Качественная реакция на уксусную кислоту и ее соли:

СН3СООН + NaOH → CH3COONa + H2O

При взаимодействии с раствором хлорида железа (III) появляется желто-красное окрашивание за счет образования ацетата железа (III):

3CH3COONa + FeCl3 → (CH3COO)3Fe + 3NaCl

желто-красное окрашивание

Последующее нагревание приводит к образованию красно-бурого осадка и бесцветного, прозрачного раствора над осадком:

(CH3COO)3Fe + H2O → FeOH(CH3COO)2↓+ CH3COOH

Качественная реакция на бензойную кислоту и ее соли:

С6Н5СООН + NaOH → С6Н5COONa + H2O

При взаимодействии с раствором хлорида железа (III) образуется розовато-желтый осадок бензоата железа (III):

Бензойную кислоту

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *