-->
|
|
|
Õèìèÿ 10 êëàññ. Ãàáðèåëÿí § 20. Êàðáîíîâûå êèñëîòûÑòðîåíèå êàðáîíîâûõ êèñëîò
Ãðóïïà àòîìîâ Îðãàíè÷åñêèå êèñëîòû, ñîäåðæàùèå â ìîëåêóë îäíó êàðáîêñèëüíóþ ãðóïïó, íàçûâàþòñÿ îäíîîñíîåíûìè. Îáùàÿ ôîðìóëà ýòèõ êèñëîò RCOOH, íàïðèìåð
Êàðáîíîâûå êèñëîòû, ñîäåðæàùèå äâå êàðáîêñèëüíûå ãðóïïû, íàçûâàþòñÿ äâóõîñíîâíûìè. Ê íèì îòíîñÿòñÿ, íàïðèìåð, ùàâåëåâàÿ è ÿíòàðíàÿ êèñëîòû.
Ñóùåñòâóþò è ìíîãîîñíîâíûå êàðáîíîâûå êèñëîòû, ñîäåðæàùèå áîëåå äâóõ êàðáîêñèëüíûõ ãðóïï, íàïðèìåð ëèìîííàÿ êèñëîòà òð¸õîñíîâíàÿ:
 çàâèñèìîñòè îò ïðèðîäû óãëåâîäîðîäíîãî ðàäèêàëà êàðáîíîâûå êèñëîòû äåëÿòñÿ íà ïðåäåëüíûå, íåïðåäåëüíûå è àðîìàòè÷åñêèå. Ïðåäåëüíûìè (íàñûùåííûìè) ÿâëÿþòñÿ, íàïðèìåð, ïðîïàíîâàÿ (ïðîïèîíîâàÿ) êèñëîòà
èëè óæå çíàêîìàÿ íàì ÿíòàðíàÿ êèñëîòà. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðåäåëüíûå êàðáîíîâûå êèñëîòû íå ñîäåðæàò π-ñâÿçåé â óãëåâîäîðîäíîì ðàäèêàëå.  ìîëåêóëàõ íåïðåäåëüíûõ êàðáîíîâûõ êèñëîò êàðáîêñèëüíàÿ ãðóïïà ñâÿçàíà ñ íåíàñûùåííûì, íåïðåäåëüíûì óãëåâîäîðîäíûì ðàäèêàëîì, íàïðèìåð â ìîëåêóëàõ àêðèëîâîé (ïðîïåíîâîé) ÑÍ2=ÑÍ—ÑÎÎÍ, îëåèíîâîé ÑÍ3—(ÑÍ2)7—ÑÍ=ÑÍ—(ÑÍ2)7—ÑÎÎÍ èëè äðóãèõ êèñëîò. Êàê âèäíî èç ôîðìóëû, áåíçîéíàÿ êèñëîòà ÿâëÿåòñÿ àðîìàòè÷åñêîé, òàê êàê ñîäåðæèò â ìîëåêóëå àðîìàòè÷åñêîå (áåíçîëüíîå) êîëüöî:
Íîìåíêëàòóðà è èçîìåðèÿÎáùèå ïðèíöèïû îáðàçîâàíèÿ íàçâàíèé êàðáîíîâûõ êèñëîò, êàê è äðóãèõ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, ìû óæå ðàññìàòðèâàëè. Îñòàíîâèìñÿ ïîäðîáíåå íà íîìåíêëàòóðå îäíî- è äâóõîñíîâíûõ êàðáîíîâûõ êèñëîò. Íàçâàíèå êàðáîíîâîé êèñëîòû îáðàçóåòñÿ îò íàçâàíèÿ ñîîòâåòñòâóþùåãî àëêàíà (ñ òåì æå ÷èñëîì àòîìîâ óãëåðîäà â ìîëåêóëå) ñ äîáàâëåíèåì ñóôôèêñà -îâ, îêîí÷àíèÿ -àÿ è ñëîâà êèñëîòà. Íóìåðàöèÿ àòîìîâ óãëåðîäà íà÷èíàåòñÿ ñ êàðáîêñèëüíîé ãðóïïû.
Êîëè÷åñòâî êàðáîêñèëüíûõ ãðóïï óêàçûâàåòñÿ â íàçâàíèè ïðåôèêñàìè äè- èëè òðè-.
Ìíîãèå êèñëîòû èìåþò èñòîðè÷åñêè ñëîæèâøèåñÿ òðèâèàëüíûå íàçâàíèÿ (òàáë. 7).
Ïîñëå ïåðâîãî çíàêîìñòâà ñ ìíîãîîáðàçíûì ìèðîì îðãàíè÷åñêèõ êèñëîò ðàññìîòðèì áîëåå ïîäðîáíî ïðåäåëüíûå îäíîîñíîâíûå êàðáîíîâûå êèñëîòû. Ñîñòàâ ýòèõ êèñëîò îòðàæàåòñÿ îáùåé ôîðìóëîé ÑnÍ2nO2, èëè ÑnÍ2n + 1ÑÎÎÍ, èëè RCOOH. Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ïðåäåëüíûõ îäíîîñíîâíûõ êàðáîíîâûõ êèñëîòÍèçøèå êèñëîòû, ò. å. êèñëîòû ñ îòíîñèòåëüíî íåáîëüøîé ìîëåêóëÿðíîé ìàññîé, ñîäåðæàùèå â ìîëåêóëå äî ÷åòûð¸õ àòîìîâ óãëåðîäà, — æèäêîñòè ñ õàðàêòåðíûì ðåçêèì çàïàõîì (âñïîìíèòå çàïàõ óêñóñíîé êèñëîòû). Êèñëîòû, ñîäåðæàùèå îò 4 äî 9 àòîìîâ óãëåðîäà, — âÿçêèå ìàñëÿíèñòûå æèäêîñòè ñ íåïðèÿòíûì çàïàõîì. Êèñëîòû, ñîñòîÿùèå èç 9 àòîìîâ óãëåðîäà è áîëåå, — òâ¸ðäûå âåùåñòâà, êîòîðûå íå ðàñòâîðÿþòñÿ â âîäå. Òåìïåðàòóðû êèïåíèÿ ïðåäåëüíûõ îäíîîñíîâíûõ êàðáîíîâûõ êèñëîò óâåëè÷èâàþòñÿ ñ ðîñòîì ÷èñëà àòîìîâ óãëåðîäà â ìîëåêóëå è, ñëåäîâàòåëüíî, ñ ðîñòîì îòíîñèòåëüíîé ìîëåêóëÿðíîé ìàññû. Òàê, íàïðèìåð, òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ ìóðàâüèíîé êèñëîòû ðàâíà 101 °Ñ, óêñóñíîé — 118 °Ñ, ïðîïèîíîâîé — 141 °Ñ. Ïðîñòåéøàÿ êàðáîíîâàÿ êèñëîòà — ìóðàâüèíàÿ ÍÑÎÎÍ, èìåÿ íåáîëüøóþ îòíîñèòåëüíóþ ìîëåêóëÿðíóþ ìàññó (Ìr(ÍÑÎÎÍ) = 46), ïðè îáû÷íûõ óñëîâèÿõ ÿâëÿåòñÿ æèäêîñòüþ ñ òåìïåðàòóðîé êèïåíèÿ 100,8 °Ñ.  òî æå âðåìÿ áóòàí (Ìr(Ñ4Í10) = 58) â òåõ æå óñëîâèÿõ ãàç è èìååò òåìïåðàòóðó êèïåíèÿ - 0,5 °Ñ. Ýòî íåñîîòâåòñòâèå òåìïåðàòóð êèïåíèÿ è îòíîñèòåëüíûõ ìîëåêóëÿðíûõ ìàññ îáúÿñíÿåòñÿ îáðàçîâàíèåì äèìåðîâ êàðáîíîâûõ êèñëîò, â êîòîðûõ äâå ìîëåêóëû êèñëîòû ñâÿçàíû äâóìÿ âîäîðîäíûìè ñâÿçÿìè.
Âîçíèêíîâåíèå âîäîðîäíûõ ñâÿçåé ñòàíîâèòñÿ ïîíÿòíûì ïðè ðàññìîòðåíèè ñòðîåíèÿ ìîëåêóë êàðáîíîâûõ êèñëîò. Ìîëåêóëû ïðåäåëüíûõ îäíîîñíîâíûõ êàðáîíîâûõ êèñëîò ñîäåðæàò ïîëÿðíóþ ãðóïïó àòîìîâ — êàðáîêñèë
(ïîäóìàéòå, ÷åì âûçâàíà ïîëÿðíîñòü ýòîé ôóíêöèîíàëüíîé ãðóïïû) è ïðàêòè÷åñêè íåïîëÿðíûé óãëåâîäîðîäíûé ðàäèêàë. Êàðáîêñèëüíàÿ ãðóïïà ïðèòÿãèâàåòñÿ ìîëåêóëàìè âîäû, îáðàçóÿ ñ íèìè âîäîðîäíûå ñâÿçè.
Ìóðàâüèíàÿ è óêñóñíàÿ êèñëîòû ðàñòâîðèìû â âîäå íåîãðàíè÷åííî. Î÷åâèäíî, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà àòîìîâ â óãëåâîäîðîäíîì ðàäèêàëå ðàñòâîðèìîñòü êàðáîíîâûõ êèñëîò ñíèæàåòñÿ. Çíàÿ ñîñòàâ è ñòðîåíèå ìîëåêóë êàðáîíîâûõ êèñëîò, íåòðóäíî ïðåäñêàçàòü õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ýòèõ âåùåñòâ. Õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà êàðáîíîâûõ êèñëîòÎáùèå ñâîéñòâà, õàðàêòåðíûå äëÿ êëàññà êèñëîò (êàê îðãàíè÷åñêèõ, òàê è íåîðãàíè÷åñêèõ), îáóñëîâëåíû íàëè÷èåì â ìîëåêóëàõ ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû, ñîäåðæàùåé ñèëüíî ïîëÿðíóþ ñâÿçü ìåæäó àòîìàìè âîäîðîäà è êèñëîðîäà. Ýòè ñâîéñòâà âàì õîðîøî èçâåñòíû. Ðàññìîòðèì èõ åù¸ ðàç íà ïðèìåðå ðàñòâîðèìûõ â âîäå îðãàíè÷åñêèõ êèñëîò. 1. Äèññîöèàöèÿ ñ îáðàçîâàíèåì êàòèîíîâ âîäîðîäà è àíèîíîâ êèñëîòíîãî îñòàòêà:
Áîëåå òî÷íî ýòîò ïðîöåññ îïèñûâàåò óðàâíåíèå, ó÷èòûâàþùåå ó÷àñòèå â í¸ì ìîëåêóë âîäû:
Ðàâíîâåñèå â ðåàêöèè ñìåùåíî âëåâî. Ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî êàðáîíîâûõ êèñëîò — ñëàáûå ýëåêòðîëèòû. Òåì íå ìåíåå êèñëûé âêóñ, íàïðèìåð, ìóðàâüèíîé è óêñóñíîé êèñëîò îáúÿñíÿåòñÿ äèññîöèàöèåé íà êàòèîíû âîäîðîäà è àíèîíû êèñëîòíûõ îñòàòêîâ. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðèñóòñòâèåì â ìîëåêóëàõ «êèñëîãî» âîäîðîäà (âîäîðîäà êàðáîêñèëüíîé ãðóïïû) îáóñëîâëåíû è äðóãèå õàðàêòåðíûå ñâîéñòâà êàðáîíîâûõ êèñëîò. 2. Âçàèìîäåéñòâèå ñ ìåòàëëàìè, ñòîÿùèìè â ýëåêòðîõèìè÷åñêîì ðÿäó íàïðÿæåíèé äî âîäîðîäà:
Òàê, æåëåçî âîññòàíàâëèâàåò âîäîðîä èç óêñóñíîé êèñëîòû: 2ÑÍ3—ÑÎÎÍ + Fe → (CH3COO)2Fe + Í2↑. 3. Âçàèìîäåéñòâèå ñ îñíîâíûìè îêñèäàìè ñ îáðàçîâàíèåì ñîëè è âîäû: 2R—ÑÎÎÍ + ÑàÎ → (R—ÑÎÎ)2Ñà + Í2O. 4. Âçàèìîäåéñòâèå ñ ãèäðîêñèäàìè ìåòàëëîâ ñ îáðàçîâàíèåì ñîëè è âîäû (ðåàêöèÿ íåéòðàëèçàöèè): R—ÑÎÎÍ + NaOH → R—COONa + Í2O,
5. Âçàèìîäåéñòâèå ñ ñîëÿìè áîëåå ñëàáûõ êèñëîò, ñ îáðàçîâàíèåì ïîñëåäíèõ. Òàê, óêñóñíàÿ êèñëîòà âûòåñíÿåò ñòåàðèíîâóþ èç ñòåàðàòà íàòðèÿ è óãîëüíóþ èç êàðáîíàòà êàëèÿ: ÑÍ3ÑÎÎÍ + C17H35COONa →
6. Âçàèìîäåéñòâèå êàðáîíîâûõ êèñëîò ñî ñïèðòàìè ñ îáðàçîâàíèåì ñëîæíûõ ýôèðîâ — óæå èçâåñòíàÿ âàì ðåàêöèÿ ýòåðèôèêàöèè (îäíà èç íàèáîëåå âàæíûõ ðåàêöèé, õàðàêòåðíûõ äëÿ êàðáîíîâûõ êèñëîò):
Âçàèìîäåéñòâèå êàðáîíîâûõ êèñëîò ñî ñïèðòàìè êàòàëèçèðóåòñÿ êàòèîíàìè âîäîðîäà. Ðåàêöèÿ ýòåðèôèêàöèè îáðàòèìà. Ðàâíîâåñèå ñìåùàåòñÿ â ñòîðîíó îáðàçîâàíèÿ ñëîæíîãî ýôèðà â ïðèñóòñòâèè âîäîîòíèìàþùèõ ñðåäñòâ è ïðè óäàëåíèè âîäû èç ðåàêöèîííîé ñìåñè. Â ðåàêöèè, îáðàòíîé ýòåðèôèêàöèè, êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ ãèäðîëèçîì ñëîæíîãî ýôèðà (âçàèìîäåéñòâèå ñëîæíîãî ýôèðà ñ âîäîé), îáðàçóþòñÿ êàðáîíîâàÿ êèñëîòà è ñïèðò:
Î÷åâèäíî, ÷òî ðåàãèðîâàòü ñ êàðáîíîâûìè êèñëîòàìè, ò. å. âñòóïàòü â ðåàêöèþ ýòåðèôèêàöèè, ìîãóò è ìíîãîàòîìíûå ñïèðòû, íàïðèìåð ãëèöåðèí:
 ìîëåêóëàõ êàðáîíîâûõ êèñëîò (êðîìå ìóðàâüèíîé) íàðÿäó ñ êàðáîêñèëüíîé ãðóïïîé ñîäåðæèòñÿ óãëåâîäîðîäíûé îñòàòîê. Áåçóñëîâíî, ýòî íå ìîæåò íå ñêàçàòüñÿ íà ñâîéñòâàõ êèñëîò, êîòîðûå îïðåäåëÿþòñÿ õàðàêòåðîì óãëåâîäîðîäíîãî îñòàòêà. 7. Ðåàêöèè ïðèñîåäèíåíèÿ ïî êðàòíîé ñâÿçè õàðàêòåðíû äëÿ íåïðåäåëüíûõ êàðáîíîâûõ êèñëîò. Ðåàêöèþ ïðèñîåäèíåíèÿ âîäîðîäà (ãèäðèðîâàíèå) äëÿ êèñëîòû, ñîäåðæàùåé â ðàäèêàëå îäíó π-ñâÿçü, ìîæíî çàïèñàòü â îáùåì âèäå:
Íàïðèìåð, ïðè ãèäðèðîâàíèè îëåèíîâîé êèñëîòû îáðàçóåòñÿ ïðåäåëüíàÿ ñòåàðèíîâàÿ êèñëîòà:
Íåïðåäåëüíûå êàðáîíîâûå êèñëîòû, êàê è äðóãèå íåíàñûùåííûå ñîåäèíåíèÿ, ïðèñîåäèíÿþò ãàëîãåíû ïî äâîéíîé ñâÿçè. Òàê, íàïðèìåð, àêðèëîâàÿ êèñëîòà îáåñöâå÷èâàåò áðîìíóþ âîäó:
8. Ðåàêöèè çàìåùåíèÿ (ñ ãàëîãåíàìè) õàðàêòåðíû äëÿ ïðåäåëüíûõ êàðáîíîâûõ êèñëîò. Íàïðèìåð, ïðè âçàèìîäåéñòâèè óêñóñíîé êèñëîòû ñ õëîðîì ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû ðàçëè÷íûå õëîðïðîèçâîäíûå:
Ïðè ãàëîãåíèðîâàíèè êàðáîíîâûõ êèñëîò, ñîäåðæàùèõ áîëåå îäíîãî àòîìà óãëåðîäà â óãëåâîäîðîäíîì îñòàòêå, âîçìîæíî îáðàçîâàíèå ïðîäóêòîâ ñ ðàçëè÷íûì ïîëîæåíèåì ãàëîãåíà â ìîëåêóëå. Ïðè ïðîòåêàíèè ðåàêöèè ïî ñâîáîäíîðàäèêàëüíîìó ìåõàíèçìó ìîãóò çàìåùàòüñÿ ðàçíûå àòîìû âîäîðîäà â óãëåâîäîðîäíîì îñòàòêå. Åñëè æå ðåàêöèþ ïðîâîäèòü â ïðèñóòñòâèè íåáîëüøèõ êîëè÷åñòâ êðàñíîãî ôîñôîðà, òî îíà èä¸ò ñåëåêòèâíî è âîäîðîä çàìåùàåòñÿ ëèøü â α-ïîëîæåíèè (ó áëèæàéøåãî ê ôóíêöèîíàëüíîé ãðóïïå àòîìà óãëåðîäà) â ìîëåêóëå êèñëîòû. Ïðîèçâîäíûå êàðáîíîâûõ êèñëîòÊàðáîíîâûå êèñëîòû îáðàçóþò ðàçëè÷íûå ôóíêöèîíàëüíûå ïðîèçâîäíûå ïðè çàìåùåíèè ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû.
Ïðè ãèäðîëèçå èç ýòèõ ïðîèçâîäíûõ âíîâü îáðàçóåòñÿ êàðáîíîâàÿ êèñëîòà. Õëîðàíãèäðèä êàðáîíîâîé êèñëîòû ìîæíî ïîëó÷èòü, âîçäåéñòâóÿ íà íå¸ õëîðèäîì ôîñôîðà (III) èëè òèîíèëõëîðèäîì (SOCl2):
Àíãèäðèäû êàðáîíîâûõ êèñëîò ïîëó÷àþò âçàèìîäåéñòâèåì õëîðàíãèäðèäîâ ñ ñîëÿìè êàðáîíîâûõ êèñëîò:
Ñëîæíûå ýôèðû îáðàçóþòñÿ â ðåçóëüòàòå ýòåðèôèêàöèè êàðáîíîâûõ êèñëîò ñïèðòàìè. Ýòåðèôèêàöèÿ êàòàëèçèðóåòñÿ íåîðãàíè÷åñêèìè êèñëîòàìè:
Ñëîæíûå ýôèðû ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû òàêæå èç õëîðàíãèäðèäîâ è àíãèäðèäîâ êàðáîíîâûõ êèñëîò:
Ïðè âçàèìîäåéñòâèè êàðáîíîâûõ êèñëîò ñ àììèàêîì îáðàçóþòñÿ àììîíèåâûå ñîëè êàðáîíîâûõ êèñëîò:
Ýòè ñîëè ïðè íàãðåâàíèè îòùåïëÿþò âîäó, ïðåâðàùàÿñü â àìèäû:
Ïðè íàãðåâàíèè àìèäîâ êèñëîò ñ âîäîîòíèìàþùèìè ñðåäñòâàìè, íàïðèìåð ñ ôîñôîðíûì àíãèäðèäîì, îáðàçóþòñÿ íèòðèëû:
Ñïîñîáû ïîëó÷åíèÿ êàðáîíîâûõ êèñëîòÐåàêöèè îêèñëåíèÿÎêèñëåíèå àëêàíîâ. Ðÿä êàðáîíîâûõ êèñëîò â ïðîìûøëåííîñòè ïîëó÷àþò îêèñëåíèåì ïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ. Ïðàêòè÷åñêîå çíà÷åíèå èìååò êàòàëèòè÷åñêîå îêèñëåíèå ìåòàíà äî ìóðàâüèíîé êèñëîòû. Ïðè îêèñëåíèè äðóãèõ àëêàíîâ ïðîèñõîäèò ðàçðûâ óãëåðîäíîé öåïè (ïðèìåðíî ïîñåðåäèíå). Íàïðèìåð, ïðè êàòàëèòè÷åñêîì îêèñëåíèè áóòàíà ïîëó÷àþò óêñóñíóþ êèñëîòó:
Ïðàêòè÷åñêîå çíà÷åíèå èìååò îêèñëåíèå òâ¸ðäûõ àëêàíîâ (ïàðàôèíîâ). Ïðè ýòîì óãëåâîäîðîäû ñ äëèííîé öåïüþ (> Ñ25) ïîä äåéñòâèåì êèñëîðîäà âîçäóõà â æèäêîé ôàçå â ïðèñóòñòâèè ñîëåé òÿæ¸ëûõ ìåòàëëîâ ïðåâðàùàþòñÿ â ñìåñü êàðáîíîâûõ êèñëîò ñ äëèíîé öåïè Ñ12—Ñ18, êîòîðàÿ èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ ìûëà è äðóãèõ ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûõ ñîåäèíåíèé:
Îêèñëåíèå àëêåíîâ. Àëêåíû ñ íåðàçâåòâë¸ííîé óãëåðîäíîé öåïî÷êîé îêèñëÿþòñÿ ïî ìåñòó äâîéíîé ñâÿçè ñ îáðàçîâàíèåì êàðáîíîâûõ êèñëîò:
 êà÷åñòâå îêèñëèòåëÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü êèïÿùèé ðàñòâîð ïåðìàíãàíàòà êàëèÿ èëè êèñëîðîä âîçäóõà â ïðèñóòñòâèè êàòàëèçàòîðà. Îêèñëåíèå àðåíîâ. Àðîìàòè÷åñêèå êàðáîíîâûå êèñëîòû îáðàçóþòñÿ ïðè îêèñëåíèè ãîìîëîãîâ áåíçîëà (ñì. §15):
 ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ â êà÷åñòâå îêèñëèòåëÿ èñïîëüçóþò ïåðìàíãàíàò êàëèÿ ïðè íàãðåâàíèè. Îêèñëåíèå ïåðâè÷íûõ ñïèðòîâ è àëüäåãèäîâ. Ïåðâè÷íûå ñïèðòû ïðè îêèñëåíèè ñíà÷àëà ïðåâðàùàþòñÿ â àëüäåãèäû è äàëåå â êàðáîíîâûå êèñëîòû. Åñòåñòâåííî, ÷òî â êà÷åñòâå èñõîäíûõ âåùåñòâ â ðåàêöèþ ìîæíî áðàòü è àëüäåãèäû.  êà÷åñòâå îêèñëèòåëåé èñïîëüçóþòñÿ ðàñòâîðû ïåðìàíãàíàòà èëè äèõðîìàòà êàëèÿ (ÊÌnO4 èëè Ê2Ñr2Î7), ðàñòâîð îêñèäà õðîìà (VI) â ñåðíîé êèñëîòå.
Ðåàêöèè ãèäðîëèçàÊàðáîíîâûå êèñëîòû ìîæíî ïîëó÷èòü ðåàêöèÿìè ãèäðîëèçà èõ ïðîèçâîäíûõ èëè òðèãàëîãåíàëêàíîâ. Ãèäðîëèç ñëîæíûõ ýôèðîâ. Ïðè ãèäðîëèçå ñëîæíûõ ýôèðîâ îáðàçóþòñÿ ñïèðò è êàðáîíîâàÿ êèñëîòà. Êàê óæå îòìå÷àëîñü âûøå, ðåàêöèè ýòåðèôèêàöèè è ãèäðîëèçà, êàòàëèçèðóåìûå êèñëîòîé, îáðàòèìû:
Ãèäðîëèç ñëîæíîãî ýôèðà ïîä äåéñòâèåì âîäíîãî ðàñòâîðà ù¸ëî÷è ïðîòåêàåò íåîáðàòèìî.  ýòîì ñëó÷àå èç ñëîæíîãî ýôèðà îáðàçóåòñÿ íå êèñëîòà, à ñîëü: R—COOR' + NaOH → R—COONa + R'OH. Ãèäðîëèç íèòðèëîâ. Êàðáîíîâûå êèñëîòû ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû ãèäðîëèçîì èõ ìíîãî÷èñëåííûõ ïðîèçâîäíûõ. Îäíàêî ñ öåëüþ ñèíòåçà êàðáîíîâûõ êèñëîò èñïîëüçóþò ëèøü ãèäðîëèç íèòðèëîâ, ïîñêîëüêó îñòàëüíûå ïðîèçâîäíûå ñàìè ïîëó÷àþòñÿ èç êèñëîò.
Íàïîìíèì, ÷òî ïîëó÷åíèå íèòðèëîâ ñ èõ ïîñëåäóþùèì ãèäðîëèçîì ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü äëèíó óãëåðîäíîé öåïî÷êè íà îäèí àòîì. Ãèäðîëèç òðèãàëîãåíàëêàíîâ. Âçàèìîäåéñòâèå ïðîèçâîäíûõ ïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ, ñîäåðæàùèõ òðè àòîìà ãàëîãåíà ó êîíöåâîãî óãëåðîäíîãî àòîìà, ñ âîäíûìè ðàñòâîðàìè ùåëî÷åé ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ìîíîêàðáîíîâûå êèñëîòû. Óïðîù¸ííî óðàâíåíèå ðåàêöèè ìîæíî çàïèñàòü ñëåäóþùèì îáðàçîì: ÑÍ3—ÑÑl3 + 3NaOH → ÑÍ3—ÑÎÎÍ + 3NaCl + Í2O. Îòäåëüíûå ïðåäñòàâèòåëè êàðáîíîâûõ êèñëîò è èõ çíà÷åíèåÌóðàâüèíàÿ (ìåòàíîâàÿ) êèñëîòà ÍÑÎÎÍ (ðèñ. 47) — æèäêîñòü ñ ðåçêèì çàïàõîì è òåìïåðàòóðîé êèïåíèÿ 100,8 °Ñ, õîðîøî ðàñòâîðèìà â âîäå.
Ìóðàâüèíàÿ êèñëîòà ïðè ïîïàäàíèè íà êîæó âûçûâàåò îæîãè. Æàëÿùàÿ æèäêîñòü, âûäåëÿåìàÿ ìóðàâüÿìè, ñîäåðæèò ýòó êèñëîòó. Ìóðàâüèíàÿ êèñëîòà îáëàäàåò äåçèíôèöèðóþùèì ñâîéñòâîì è ïîýòîìó íàõîäèò ïðèìåíåíèå â ïèùåâîé, êîæåâåííîé è ôàðìàöåâòè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè, ìåäèöèíå. Îíà òàêæå èñïîëüçóåòñÿ ïðè êðàøåíèè òêàíåé è áóìàãè (ðèñ. 48).  ïðîìûøëåííîñòè ìóðàâüèíóþ êèñëîòó ïîëó÷àþò ïðè íàãðåâàíèè ïîðîøêî-îáðàçíîãî ãèäðîêñèäà íàòðèÿ ñ îêñèäîì óãëåðîäà (II) ïîä äàâëåíèåì 6—8 àòì ñ ïîñëåäóþùåé îáðàáîòêîé ïîëó÷åííîãî ôîðìèàòà íàòðèÿ ðàçáàâëåííîé ñåðíîé êèñëîòîé:
Óêñóñíàÿ (ýòàíîâàÿ) êèñëîòà ÑÍ3ÑÎÎÍ (ðèñ. 49) — áåñöâåòíàÿ æèäêîñòü ñ õàðàêòåðíûì ðåçêèì çàïàõîì, ñìåøèâàåòñÿ ñ âîäîé â ëþáûõ îòíîøåíèÿõ. Âîäíûå ðàñòâîðû óêñóñíîé êèñëîòû ïîñòóïàþò â ïðîäàæó ïîä íàçâàíèåì óêñóñà (3— 5% -é ðàñòâîð) è óêñóñíîé ýññåíöèè (70—80%-é ðàñòâîð) è øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñòè. Óêñóñíàÿ êèñëîòà — õîðîøèé ðàñòâîðèòåëü ìíîãèõ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ è ïîýòîìó èñïîëüçóåòñÿ ïðè êðàøåíèè, â êîæåâåííîì ïðîèçâîäñòâå, â ëàêîêðàñî÷íîé ïðîìûøëåííîñòè. Êðîìå ýòîãî, óêñóñíàÿ êèñëîòà — ñûðü¸ äëÿ ïîëó÷åíèÿ ìíîãèõ âàæíûõ â òåõíè÷åñêîì îòíîøåíèè îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé: íàïðèìåð, íà å¸ îñíîâå ïîëó÷àþò âåùåñòâà, èñïîëüçóåìûå äëÿ áîðüáû ñ ñîðíÿêàìè, — ãåðáèöèäû (ðèñ. 50).
Óêñóñíàÿ êèñëîòà — îñíîâíîé êîìïîíåíò âèííîãî óêñóñà, õàðàêòåðíûé çàïàõ êîòîðîãî îáóñëîâëåí èìåííî åé. Êàê ïðîäóêò îêèñëåíèÿ ýòàíîëà îíà îáðàçóåòñÿ ïðè õðàíåíèè âèíà íà âîçäóõå.  ïðîìûøëåííîñòè óêñóñíóþ êèñëîòó ïîëó÷àþò êàòàëèòè÷åñêèì îêèñëåíèåì êèñëîðîäîì âîçäóõà óêñóñíîãî àëüäåãèäà èëè áóòàíà.
Âàæíåéøèìè ïðåäñòàâèòåëÿìè âûñøèõ ïðåäåëüíûõ îäíîîñíîâíûõ êàðáîíîâûõ êèñëîò ÿâëÿþòñÿ ïàëüìèòèíîâàÿ Ñ15Í31ÑÎÎÍ è ñòåàðèíîâàÿ Ñ17Í35ÑÎÎÍ êèñëîòû (ðèñ. 51).  îòëè÷èå îò íèçøèõ ïðåäåëüíûõ îäíîîñíîâíûõ êàðáîíîâûõ êèñëîò, ýòî òâ¸ðäûå, ïëîõî ðàñòâîðèìûå â âîäå âåùåñòâà. Îäíàêî èõ ñîëè — ñòåàðàòû è ïàëüìèòàòû — õîðîøî ðàñòâîðèìû è îáëàäàþò ìîþùèì äåéñòâèåì, ïîýòîìó èõ åù¸ íàçûâàþò ìûëà́ìè (ðèñ. 52). Ýòè âåùåñòâà ïðîèçâîäÿò â áîëüøèõ ìàñøòàáàõ.
ÑÍ3—(ÑÍ2)7—ÑÍ=ÑÍ—(ÑÍ2)7ÑÎÎÍ. Ýòî ìàñëîïîäîáíàÿ æèäêîñòü áåç âêóñà è çàïàõà. Øèðîêîå ïðèìåíåíèå â òåõíèêå íàõîäÿò å¸ ñîëè. Ïðîñòåéøèì ïðåäñòàâèòåëåì äâóõîñíîâíûõ êàðáîíîâûõ êèñëîò ÿâëÿåòñÿ ùàâåëåâàÿ (ýòàíäèîâàÿ) êèñëîòà ÍÎÎÑ—ÑÎÎÍ, ñîëè êîòîðîé âñòðå÷àþòñÿ âî ìíîãèõ ðàñòåíèÿõ, íàïðèìåð â ùàâåëå è êèñëèöå. Ùàâåëåâàÿ êèñëîòà — êðèñòàëëè÷åñêîå âåùåñòâî áåëîãî öâåòà, õîðîøî ðàñòâîðÿåòñÿ â âîäå. Îíà ïðèìåíÿåòñÿ ïðè ïîëèðîâêå ìåòàëëîâ, â äåðåâîîáðàáàòûâàþùåé è êîæåâåííîé ïðîìûøëåííîñòè.
1. Íåïðåäåëüíàÿ ýëàèäèíîâàÿ êèñëîòà Ñ17Í33ÑÎÎÍ ÿâëÿåòñÿ òðàíñ-èçîìåðîì îëåèíîâîé êèñëîòû. Ñîñòàâüòå ñòðóêòóðíóþ ôîðìóëó ýòîãî âåùåñòâà. 2. Ñîñòàâüòå óðàâíåíèå ãèäðèðîâàíèÿ îëåèíîâîé êèñëîòû. Íàçîâèòå ïðîäóêò ýòîé ðåàêöèè. 3. Ñîñòàâüòå óðàâíåíèå ðåàêöèè ãîðåíèÿ ñòåàðèíîâîé êèñëîòû. Êàêîé îáú¸ì êèñëîðîäà è âîçäóõà (í. ó.) ïîòðåáóåòñÿ äëÿ ñæèãàíèÿ 568 ã ñòåàðèíîâîé êèñëîòû?
4. Ñìåñü òâ¸ðäûõ æèðíûõ êèñëîò — ïàëüìèòèíîâîé è ñòåàðèíîâîé — íàçûâàþò ñòåàðèíîì (èìåííî èç íåãî èçãîòàâëèâàþò ñòåàðèíîâûå ñâå÷è). Êàêîé îáú¸ì âîçäóõà (í. ó.) ïîòðåáóåòñÿ äëÿ ñæèãàíèÿ äâóõñîòãðàììîâîé ñòåàðèíîâîé ñâå÷è, åñëè ñòåàðèí ñîäåðæèò ðàâíûå ìàññû ïàëüìèòèíîâîé è ñòåàðèíîâîé êèñëîò? Îïðåäåëèòå îáú¸ì óãëåêèñëîãî ãàçà (í. ó.) è ìàññó âîäû îáðàçóþùèõñÿ ïðè ýòîì? 5. Ïÿòíà ðæàâ÷èíû ìîæíî óäàëèòü ðàñòâîðîì óêñóñíîé êèñëîòû. Ñîñòàâüòå ìîëåêóëÿðíûå è èîííûå óðàâíåíèÿ ïðîèñõîäÿùèõ ïðè ýòîì ðåàêöèé, ó÷èòûâàÿ, ÷òî ðæàâ÷èíà ñîäåðæèò îêñèä è ãèäðîêñèä æåëåçà (III) — Fe2O3 è Fe(OH)3. Ïî÷åìó òàêèå ïÿòíà íå óäàëÿþòñÿ âîäîé? Ïî÷åìó îíè èñ÷åçàþò ïðè îáðàáîòêå ðàñòâîðîì êèñëîòû? 6. Äîáàâëÿåìóþ â áåçäðîææåâîå òåñòî ïèùåâóþ ñîäó NaHCO3 «ãàñÿò» óêñóñíîé êèñëîòîé. Ïðîäåëàéòå äîìà ýòó ðåàêöèþ è ñîñòàâüòå å¸ óðàâíåíèå, çíàÿ, ÷òî óãîëüíàÿ êèñëîòà ñëàáåå óêñóñíîé. Îáúÿñíèòå, ÷åì âûçâàíî îáðàçîâàíèå ïåíû. 7. Ðàñïîëîæèòå ñëåäóþùèå êèñëîòû: óêñóñíóþ, ïðîïèîíîâóþ, õëîðóêñóñíóþ, äèõëîðóêñóñíóþ è òðèõëîðóêñóñíóþ â ïîðÿäêå óñèëåíèÿ êèñëîòíûõ ñâîéñòâ. Îáîñíóéòå ñâî¸ ìíåíèå. 8. ×åì ìîæíî îáúÿñíèòü, ÷òî ìóðàâüèíàÿ êèñëîòà âñòóïàåò â ðåàêöèþ «ñåðåáðÿíîãî çåðêàëà»? Ñîñòàâüòå óðàâíåíèå ýòîé ðåàêöèè. 9. Ïðè âçàèìîäåéñòâèè 3 ã ïðåäåëüíîé îäíîîñíîâíîé êàðáîíîâîé êèñëîòû ñ èçáûòêîì ìàãíèÿ âûäåëèëîñü 560 ìë (í. ó.) âîäîðîäà. Îïðåäåëèòå ìîëåêóëÿðíóþ ôîðìóëó êèñëîòû.
10. Ïðèâåäèòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèè, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ ìîæíî îïèñàòü õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà óêñóñíîé êèñëîòû. Íàçîâèòå ïðîäóêòû ýòèõ ðåàêöèé. 11. Ïðåäëîæèòå íåñëîæíûé ëàáîðàòîðíûé ñïîñîá ðàñïîçíàâàíèÿ ïðîïèîíîâîé è àêðèëîâîé êèñëîò. 12. Ñîñòàâüòå óðàâíåíèå ðåàêöèè ïîëó÷åíèÿ ìåòèëôîðìèàòà — ñëîæíîãî ýôèðà ìåòàíîëà è ìóðàâüèíîé êèñëîòû.  êàêèõ óñëîâèÿõ ñëåäóåò ïðîâîäèòü ýòó ðåàêöèþ? 13. Ñîñòàâüòå ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû âåùåñòâ, èìåþùèõ ñîñòàâ Ñ3Í6O2. Ê êàêèì êëàññàì âåùåñòâ èõ ìîæíî îòíåñòè? Ïðèâåäèòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé, õàðàêòåðíûõ äëÿ êàæäîãî èç íèõ. 14. Âåùåñòâî À — èçîìåð óêñóñíîé êèñëîòû — íå ðàñòâîðÿåòñÿ â âîäå, îäíàêî ïîäâåðãàåòñÿ ãèäðîëèçó. Êàêîâà ñòðóêòóðíàÿ ôîðìóëà âåùåñòâà À? Íàçîâèòå ïðîäóêòû åãî ãèäðîëèçà. Ñîñòàâüòå ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû ñëåäóþùèõ âåùåñòâ: à) ìåòèëàöåòàò; ä) ùàâåëåâàÿ êèñëîòà;
16. Íàçîâèòå âåùåñòâà, ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû êîòîðûõ ïðèâåäåíû íèæå. Äàéòå âîçìîæíûå ñèíîíèìû èõ íàçâàíèé.
17. Îáðàçåö ïðåäåëüíîé îäíîîñíîâíîé îðãàíè÷åñêîé êèñëîòû ìàññîé 3,7 ã íåéòðàëèçîâàëè âîäíûì ðàñòâîðîì ãèäðîêàðáîíàòà íàòðèÿ. Ïðè ïðîïóñêàíèè âûäåëèâøåãîñÿ ãàçà ÷åðåç èçâåñòêîâóþ âîäó áûëî ïîëó÷åíî 5 ã îñàäêà. Êàêàÿ êèñëîòà áûëà âçÿòà? Âû÷èñëèòå îáú¸ì âûäåëèâøåãîñÿ ãàçà.
18. Âûñêàæèòå ïðåäïîëîæåíèå î ðàñòâîðèìîñòè óêñóñíîé êèñëîòû â ýòèëîâîì ñïèðòå è ãåêñàíå. Êàêàÿ èç êèñëîò — ïðîïèîíîâàÿ èëè ïàëüìèòèíîâàÿ — ëó÷øå ðàñòâîðÿåòñÿ â âîäå? Îòâåò îáîñíóéòå. 19. Èñïîëüçóÿ ìåòîä ýëåêòðîííîãî áàëàíñà, ñîñòàâüòå óðàâíåíèå ðåàêöèè: Ñ6Í5ÑÍ3 + Ê2Ñr2O7 + H2SO4 → Ñ6H5COOH + ... + ... + H2O. Îïðåäåëèòå îêèñëèòåëü è âîññòàíîâèòåëü. 20. Ñðàâíèòå õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà îðãàíè÷åñêèõ è íåîðãàíè- ÷åñêèõ êèñëîò. Íàéäèòå ÷åðòû ñõîäñòâà è ðàçëè÷èÿ. Îòâåò ïðîèëëþñòðèðóèòå óðàâíåíèÿìè õèìè÷åñêèõ ðåàêöèè.
|
|
|