Строение

Карбоксильная группа состоит из карбонильной группы и гидроксильной группы, которые оказывают взаимное влияние друг на друга:

Неподеленная электронная пара кислорода в гидроксильной группе смещена в сторону карбонильного углерода (+М – положительный мезомерный эффект). Это ослабляет связь O–H, в результате чего кислотные свойства увеличиваются. Смещение неподеленной электронной пары от кислорода к углероду частично компенсирует положительный заряд, в результате активность карбонильной группы ослабляется.

Номенклатура

Названия карбоновых кислот производят от названия соответствующего углеводорода с добавлением окончания «-овая кислота». Нумерацию атомов углерода начинают с углерода карбоксильной группы, например:

CH₃–CH₂–COOH              CH₃–CH₂–CH–COOH

                                                              |

пропановая кислота                         CH₃

                                             2-метилбутановая

                                                      кислота

Для первых членов гомологического ряда обычно употребляют тривиальные названия:

HCOOH – муравьиная кислота,

CH₃COOH – уксусная кислота,

C₂H₅COOH – пропионовая кислота,

C₃H₇COOH – масляная кислота,

C₄H₉COOH – валериановая кислота.

Изомерия

1) Начиная с четвертого члена ряда – бутановой кислоты – возможна изомерия углеводородного скелета, например:

              

бутановая кислота                            изобутановая

или

2-метилпропановая кислота

2) Межклассовая изомерия со сложными эфирами, например:

            

пропановая кислота             метиловый эфир уксусной кислоты

Получение

1) Окисление альдегидов:

2) Окисление первичных спиртов:

3) Окисление алканов

                        t, кат.

C4H10 + 2O2 ------> 2CH3COOH.

4) Окисление гомологов бензола:

5) Гидролиз сложных эфиров:

           

6) Гидролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих три атома галогена у одного атома углерода:

Химические свойства

1) Кислотные свойства:

а) реагируют с активными металлами с выделением водорода:

2R–COOH + Mg → (R–COO)₂Mg + H₂­,

б) реагируют с основными оксидами:

2R–COOH + CaO → (R–COO)₂Ca + H₂O,

в) реагируют с основаниями (реакция нейтролизации):

R–COOH + NaOH → R–COONa + H₂O,

г) реагируют с солями слабых кислот:

R–COOH + NaHCO₃ → R–COONa + H₂O + CO₂­,

д) соли карбоновых кислот в водных растворах подвергаются гидролизу:

CH₃COO^- + H₂O → CH₃COOH + OH^-.

2) Образование сложных эфиров:

                                                                                   этилацетат

3) Под действием водоотнимающих средств (например, P₂O₅) отщепляют воду, образуя ангидриды:

                                                       уксусный ангидрид

4) Реакция с галогенами:

                                     P_кр

CH₃–CH₂–COOH + Cl₂ → CH₃–CHCl–COOH + HCl.

5) Замещение ОН-группы с образованием галогенангидридов:

           

6) Образование амидов:

7) Восстановление до первичных спиртов:

            LiAlH₄

R–COOH → R–CH₂–OH + H₂O.

Так как у муравьиной кислоты гидроксильная и карбонильная группы находятся у единственного атома углерода, то свойства данной кислоты несколько отличаются от свойств всего класса карбоновых кислот.

Особые свойства муравьиной кислоты:

а) дегидратация

            H₂SO₄

HCOOH → CO + H₂O,

б) реакция «серебряного зеркала» (как у альдегидов):

HCOOH + 2[Ag(NH₃)₂OH] → 2Ag + (NH₄)₂CO₃ + 2NH₃ +H₂O,

в) взаимодействие с галогенами:

HCOOH + Cl₂ → CO₂­ + 2HCl.

Ароматические карбоновые кислоты

Простейшим представителем ароматических карбоновых кислот является бензойная кислота C₆H₅COOH:

Получение

1) Окисление толуола кислородом воздуха:

2) Гидролиз бензотрихлорида:

Химические свойства

1) Свойства, типичные для карбоновых кислот.

2) Реакции замещения в ядро:

а) галогенирование:

         

б) нитрование:

Непредельные карбоновые кислоты

К непредельным карбоновым кислотам относятся органические соединения, содержащие карбоксильную группу, соединенную с непредельным углеводородным радикалом (алкеном). Общая формула гомологического ряда – C_nH_2n-1COOH. Первым представителем класса является акриловая (пропеновая) кислота:

Получение

Химические свойства

1) Свойства, типичные для кислот.

2) Свойства, типичные для алкенов (реакции присоединения). Присоединение несимметричных молекул идет против правила Марковникова за счет сопряжения двойных связей

                                                                   3-бромпропановая

                                                                             кислота

Многоосновные карбоновые кислоты

Простейшей дикарбоновой кислотой является щавелевая кислота:

Получение

                   t

2HCOONa → NaOOC–COONa + H₂,

NaOOC–COONa + 2HCl → HOOC–COOH + 2NaCl.

Химические свойства

1) Свойства, типичные для кислот.

2) В отличие от однокарбоновых кислот многоосновные кислоты могут образовывать кислые (гидро-, дигидро- и т.д.) и средние соли.

HOOC–COOH + NaOH → NaOOC–COOH + H₂O

                                                  гидрооксалат натрия

HOOC–COOH + 2NaOH → NaOOC–COONa + H₂O

                                                   оксалат натрия

3) Разложение при нагревании:

                           200 °C

а) HOOC–COOH → HCOOH + CO₂­,

                              t

б) HOOC–COOH → CO₂­ + CO­ + H₂O.

                           H₂SO₄

Сложные эфиры

Сложные эфиры – производные карбоновых кислот, у которых атом водорода в карбоксильной группе замещен на углеводородный радикал. Общая формула сложных эфиров:

Получение

1) Взаимодействие спиртов и кислот (реакция этерификации):

а) с неорганическими кислотами:

б) с карбоновыми кислотами:

2) Взаимодействие хлорангидридов кислот с алкоголятами щелочных металлов:

Химические свойства

1) Гидролиз:

            2) Восстановление: