Предельные одноосновные карбоновые кислоты
Изомерия, номенклатура
Общая формула одноосновных карбоновых кислот предельного ряда:
СnH2n+1COOH, или СnH2nO2.
Простейшая карбоновая кислота - муравьиная, не содержит радикала.
Тривиальные названия карбоновых кислот часто указывают на источник их обнаружения или выделения.
Систематическое название карбоновой кислоты строится обычным образом6 за основу выбирают самую длинную цепь, содержащую карбоксильную группу, и к названию соответствующего углеводорода добавляют окончание -овая и слово кислота. Карбоксильный углерод получает первый номер.
|
Формула |
Номенклатура |
||
|
тривиальная |
систематическая |
||
|
H-COOH |
Муравьиная кислота |
Метановая кислота |
|
|
CH3-COOH |
Уксусная |
Этановая |
|
|
CH3CH2-COOH |
Пропионовая |
Пропановая |
|
|
CH3CH2CH2-COOH |
Масляная |
Бутановая |
|
|
CH3(CH2)3-COOH |
Валериановая |
Пентановая |
|
|
CH3(CH2)4-COOH |
Капроновая |
Гексановая |
|
|
CH3(CH2)14-COOH |
Пальмитиновая |
Гексадекановая |
|
|
CH3(CH2)16-COOH |
стеариновая |
Октадекановая |
В рациональной номенклатуре атомы цепи обозначают буквами греческого алфавита (б,в,г и т.д.), начиная с ближайшего к карбоксильному углероду атома цепи:
5 4 3 2 1
C-C-C-C-COOH
Д в д б
В рациональной номенклатуре простейшие карбоновые кислоты называют как замещённые уксусной кислоты. Общеприняты названия изомасляной кислоты - диметилуксусная, 2,2-диметилпропановой - триметилуксусной и т.д.
Структурная изомерия в ряду предельных карбоновых кислот представлена лишь изомерией цепи:
CH3CH2CH2-COOH ( масляная кислота - этилуксусная, бутановая)
CH3-CH-COOH (изомасляная кислота - диметилуксусная,
СН3 2- метилпропановая)
Способы получения
Ранее можно было убедится в том, что карбоновые кислоты получаются при окислении различных углеводородов и их кислородсодержащих производных. Так, алканы под воздействием кислорода воздуха в присутствии марганцевых катализаторов при средних температурах 140-160 °С образуют смесь карбоновых кислот с различной длиной цепи, так как реакция сопровождается крекингом алкана.
Алкены и алканы под действием энергичных окислителей (перманганат калия в кислой среде, хромовая смесь) претерпевают разрыв по кратной связи и превращаются в карбоновые кислоты, если у алкенов при двойной связи отсутствует разветвление.
Первичные спирты и альдегиды достаточно легко окисляются до карбоновых кислот без изменения размера и строения цепи.
Раньше для получения карбоновых кислот достаточно широко применяли гидролиз сложных эфиров (в частности природных жиров):
Известен ряд способов, использующих галогеналканы в качестве исходных веществ в синтезе карбоновых кислот. При этом происходит наращивание углеводородной цепи на один углеродный атом.
Физические свойства
Низшие предельные одноосновные карбоновые кислоты - подвижные жидкости с резким, острым запахом, хорошо растворимые в воде, а также в менее полярных органических растворителях (эфире, спирте, бензоле и др.). Кислоты С4-С9 - маслянистые жидкости с довольно неприятным запахом. Твёрдые высшие карбоновые кислоты почти не пахнут и нерастворимы в воде.
Карбоновые кислоты имеют температуры кипения ещё более высокие, чем спирты с тем же числом углеродных атомов. Это обусловлено как более высокой молекулярной массой, так и водородными связями.
В случае простейших кислот водородные связи могут объединять молекулы попарно в довольно прочные димеры.
Энергия водородных связей составляет примерно 7 ккал/моль. В отличие от спиртов димеры кислот могут, не разрушаясь, существовать в паровой фазе.
Растворимость в воде низших карбоновых кислот также связана с возможностью образования водородных связей с молекулами воды: