post

Карбоксилни киселини

плакат на междузвездни войни

Карбоксилни киселини – това са органични съединения, които могат да се разглеждат като получени от въглеводороди, в чиято молекула един или повече водородни атоми са заместени от една или повече карбоксилни групи.

Строеж на карбоксилната група

Карбоксилната група от своя страна, може да се разглежда като съставена от една карбонилна и една хидроксилна група, които са под взаимното си влияние. Това определя качествено характерните свойства на самата карбоксилна група.

карбоксилни киселини

карбоксилна група – характерна е за всички карбоксилни киселини

Карбонилният кислороден атом е свързан посредством двойна връзка с въглеродния атом, който от своя страна е в sp2-хибридно състояние. p-Атомните орбитали, които участват в пи-връзката се спрягат с неподелената р-електронна двойка на хидроксилния кислороден атом. Вследствие на възникналия мезомерен ефект, електронната плътност при хидроксилния кислороден атом намалява, което се компенсира с изтегляне на електронна плътност от водородния атом. Това го прави по-лесен за отделяне и обуславя киселинните свойства на карбоксилната група.

карбоксилна група

схематично изобразяване на мезомерен ефект и делокализация на химичните връзки в карбоксилната група

карбоксилни киселини

пространствено изобразяване на мезомерен ефект и делокализация на химичните връзки в карбоксилната група

Карбоксилни киселини – класификация

Класификацията на карбоксилните киселини се осъществява на два принципа:

1.  Според броя на карбоксилните групи (моно-, ди-, три-,…поли-)
2. Според вида на въглеводородния остатък свързан с карбоксилната група (мастни, ароматни, мастноароматни и др.)

Карбоксилни киселини – наименования

Наименованията на карбоксилните киселини се формират, като към името на съответния въглеводород се прибави наставката –ова и думата киселина (метанова киселина НСООН, етанова СН3СООН киселина).

При ареновите монокарбоксилни киселини, името се образува от названието на арена (бензенкарбоксилна киселина С6Н6СООН киселина). В практиката обаче се използват тривиални наименования: метанова киселина = мравчена киселина, етанова киселина = оцетна киселина, бензенкарбоксилна киселина = бензоена киселина.

Химични свойства на мастните наситени карбоксилни киселини

Дисоциация във воден разтвор (процесът е обратим)
СН3СООН → СН3СОО + Н+

Взаимодействие с метали
СН3СООН + Na → СН3СООNa (натриев ацетат)

Взаимодействие с амоняк
СН3СООН + NН3 → СН3СООNН4 (амониев ацетат)

Взаимодействие с метални оксиди
2СН3СООН + CuO → (СН3СОО)2Cu + H2O (меден ацетат и вода)

Неутрализация
СН3СООН + NaOH → СН3СООNa + H2O

Естерификация
СН3СООН + C2H5OH → H2O + СН3СООC2H5 (етилацетат)

Обезводняване
СН3СООН + Р2О5 → 2HРO3 + (СН3СО)2О (ацетанхидрид)

СН3СООН + SOCl2 → SO2 + HCl + СН3СОCl (ацетилхлорид)

СН3СООН + PCl3 → H3РO3 + СН3СОCl

Горене (реакцията е без практическо значение)
СН3СООН + 2О2 → 2H2O + 2СО2

Декарбоксилиране
СН3СООН + температура (300-400oC) → СН4 + СО2

Сребърно огледало (реакция характерна за алдехиди, но се наблюдава при мравчената киселина)

HCOOH + Ag2О → 2Ag + СО2 + H2O

Получаване

Карбоксилни киселини се получават чрез:

1. Хидролиза на соли, амиди, естери, нитрили и други киселинни производни.
2. Окисление на алкани, алкени, алкини, алдехиди, кетони, алкиларени.
3. Карбоксилиране на органометални съединения.

Производни на карбоксилните киселини

1. Киселинни хлориди

Те са производни на карбоксилните киселини, в чиито молекули въглеродният атом на карбоксилната група е свързан с хлорен атом вместо с хидроксилна група. Наименованията им се образуват с наставката -ил (-оил) и думата „хлорид“: СН3СОСl ацетилхлорид и С6Н5СОСl бензоилхлорид.

Хидролиза
CH3-COCl + NaОН → CH3COOH + NaCl
CH3-COCl + H2O → CH3-COOH + HCl

Алкохолиза
CH3-COCl + C2H5OH → CH3COOC2H5 + HCl

Амонолиза
CH3-COCl + NH3 → CH3-CONH2 + HCl
С6Н5СОСl + С6Н5СОNa → С6Н5COOС6Н5 + NaCl
CH3-COCl + CH3СОONa → CH3COOCOCH3 + NaCl

2. Киселинни анхидриди

Те са продукт от свързването на две молекули карбоксилни киселини, при което е отделена една молекула вода. Наименованията им се образуват от названието на съответната киселина и думата „анхидрид“: (CH3CO)2О оцетен анхидрид (или ацетанхидрид) – използва се за ацетилиране на целулоза при производството на ацетатна коприна.

Хидролиза
(CH3CO)2О + H2O → CH3COOH + CH3COOH
(CH3CO)2О + NаОH → CH3COOH + CH3COONa

Амонолиза
(CH3CO)2О + NH3 → CH3CONH2 + CH3COOH

Алкохолиза
(CH3CO)2О + C2H5ОH → CH3COО C2H5 + CH3COOH

3. Естери

Те могат да се разглеждат като продукт на взаимодействието между карбоксилна киселина и алкохол(фенол). На практика обаче се получават и от анхидриди или киселинни хлориди.

Преестерификация (представлява превръщане на един естер в друг)
CH3COOCH3 + C2H5ОH → CH3COOC2H5 + CH3OH
При синтеза на полимери, преестерификацията се използва за получаването на полиетилентерефталат от етилен гликол и диметил терефталат.

Хидролизата на естерите е противоположен процес на естерификацията. В кисела среда тя е обратим процес:
C2H5COOCH3 + Н+А(A-анион) + HOH → C2H5COOH + CH3OH

В алкална среда процесът е необратим и се нарича осапунване. Алкалните соли на висшите мастни киселини се наричат сапуни.
CH3COOCH3 + NаОH → CH3COONа + CH3OH

Амонолиза
CH3COOCH3 + NH3 → CH3CONH2 + CH3OH

4. Амиди

Амидите са производни на карбоксилните киселини, в чиито молекули въглеродният атом на карбоксилната група е свързан с аминогрупа вместо с хидроксилна група. Наименованията на амидите се формират от названията на съответстващите им карбоксилни киселини и думата „амид“:CH3CONH2-ацетамид, C6H5CONH2-бензамид. Получават се при взаимодействие на анхидриди или киселинни хлориди с амоняк или с амини (има и други методи).

Хидролиза
CH3CONH2 + NaOH → CH3COONa + NH3
CH3CONH2 + HOH + HCl → CH3COOH + NH4Cl

Дехидратиране до нитрили (при нагряване)
CH3CONH2 + Р2О5 → CH3-CN + 2HPO3
C6H5CONH2 + SOCl2 → C6H5-CN + SO2 + 2HCl

Редукция до амини
CH3CONH2 + LiAlH4 → CH3CH2NH2 + H2O

5. Нитрили

Нитрилите са производни на карбоксилните киселини, в чиито молекули въглеродният атом на карбоксилната група е директно свързан чрез тройна връзка с азотен атом. Получената функционална група се нарича нитрилна или циано група. Наименованията на нитрилите се образуват от тези на съответстващите им карбоксилни киселини и думата „нитрил“: CH3-CN – ацетонитрил. Циановодородът е нитрил на мравчената киселина (формонитрил). Нитрили могат да се получат както с присъединяване на циановодород към алкини, алдехиди и кетони, така и по някои други методи посочени по-горе в статията.

Хидролиза на нитрили
CH3-CN + 2HOH + HCl → CH3COOH + NH4Cl
C6H5-CN + HOH + NaOH → C6H5-COONa + NH3

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *