Ізомери. Починаючи з бутанової кислоти С₃Н₇СООН, члени гомологічного ряду насичених одноосновних кислот мають ізомери, їх ізомерія зумовлена розгалуженістю карбонового ланцюга вуглеводневих радикалів. Так, бутанова кислота має такі два ізомери (у дужках дано тривіальну назву):

Формулі С₄Н₉СООН відповідають чотири ізомерні карбонові кислоти:

ВЛАСТИВОСТІ І ДОБУВАННЯ НАСИЧЕНИХ ОДНООСНОВНИХ КИСЛОТ

Властивості. Кислоти гомологічного ряду з нормаль­ною будовою від мурашиної до С₈Н₁₇СООН (нонанової кислоти) за звичайних умов – безбарвні рідини, що мають різкий запах. Вищі члени ряду, починаючи з С₉Н₁₉СООН, – тверді речовини. Мурашина, оцтова і пропіонова кислоти добре розчиняються у воді, змішуються з нею в будь-яких співвідношеннях. Інші рідкі кислоти обмежено розчиня­ються у воді. Тверді кислоти у воді практично нерозчинні.

Особливості хімічних властивостей карбонових кислот зумовлені сильним взаємним впливом карбонільної (=С=О) і гідроксильної (–О–Н) груп.

У карбоксильній групі зв`язок між Карбоном і карбо­нільним Оксигеном сильнополярний. Проте, позитивний заряд на атомі Карбону частково зменшується внаслідок притя­гання електронів атома Оксигену гідроксильної групи. Тому в карбонових кислотах карбонільний Карбон менш схильний до взаємодії з нуклеофільними частинками, ніж в альдегідах і кетонах.

З іншого боку, під впливом карбонільної групи під­силюється полярність зв`язку О–Н за рахунок зміщення електронної густини від Оксигену до атома Карбону. Всі зазначені особливості карбоксильної групи можна проілю­струвати такою схемою:

Розглянутий характер електронної будови карбоксиль­ної групи зумовлює відносну легкість відщеплення атома водню цієї групи. Тому у карбонових кислот добре виявле­ні кислотні властивості. У безводному стані і особливо у водних розчинах карбонові кислоти дисоціюють на іони:

СН₃–СН₂–СООН ↔ СН₃–СН₂–СОО^– + Н⁺.

Кислотний характер розчинів карбонових кислот мож­на встановити за допомогою індикаторів. Карбонові кислоти є слабкими електролітами, причому сила карбо­нових кислот зменшується зі збільшенням молекулярної маси кислоти.

Для насичених одноосновних кислот найбільш характерні реакції, зумовлені кислотними властивостями, а також реакції заміщення гідроксильної групи.

1. Взаємодія з металами. Карбонові кислоти реагують з деякими металами з утворенням солей і водню. Наприклад, утворення магній ацетату:

2СН₃СООН + Мg ® Мg(СН₃СОО)₂ + Н₂

2. Взаємодія з основними оксидами і основами. Як усі кислоти, карбоксильні сполуки реагують з основними оксидами і основами, наприклад:

2С₂Н₅СООН + МgО ® Мg(С₂Н₅СОО)₂ + Н₂О

С₂Н₅СООН + КОН ® С₂Н₅СООК + Н₂О

3 водним розчином аміаку, який виявляє властивості основ, карбонові кислоти також утворюють солі:

С₂Н₅СООН + NН₃® С₂Н₅СООNН₄

3. Взаємодія зі спиртами. Карбонові кислоти реагують зі спиртами при наявності сильних неорганічних кислот. Від молекули кислоти відщеплюється група ОН, від молекули спирту – атом Н, в результаті утворюються складні ефіри:

4. Взаємодія з галогенідами Фосфору і Сульфуру. Галогеніди РСl₅, РСl₃ і SОСl₂ взаємодіють з карбоновими кислотами, утворюючи хлор­ангідриди кислот, наприклад:

5. Взаємодія з водовідбирними агентами. Під дією сильних водовідбирних речовин, наприклад Р₂О₅, на карбонові кислоти утворюються ангідриди кислот:

6. Взаємодія з галогенами. Як і в альдегідах, Хлор і Бром можуть заміщувати атом Гідрогену біля другого карбонового атома з утворенням галогенозаміщених кис­лот, наприклад:

СН₃–СН₂–СООН + Вr₂® СН₃–СНВr–СООН + НВr

7. Відновлення і каталітичне гідрування. Відновлюючи карбонові кислоти, можна добути альдегіди і первинні спирти, наприклад:

Відновлення кислот відбувається дуже важко.

Добування. Основні методи добування карбонових кис­лот такі.

1. Окислення первинних спиртів і альде­гідів. Спирти і альдегіди окислюються досить легко, наприклад:

Під час окислення кетонів, вторинних і третинних спиртів у жорстких умовах (сильні окислювачі, нагріван­ня) відбувається розщеплення вуглецевого ланцюга молекул і утворюється, як правило, суміш карбонових кислот. Наприклад, окислюючи ацетон, можна добути су­міш мурашиної і оцтової кислот.

2. Окислення алканів. Суміш нижчих алканів (бутан–октан) окислюється при наявності каталізато­рів переважно до оцтової кислоти. Алкани, що містять 9–20 атомів Карбону, окислюються до вищих кислот.

3. Гідроліз нітрилів. Нітрили – сполуки типу R–СºN. Під час нагрівання нітрилів з водою, в яку добавлено неорганічні кислоти, утворюються карбонові кислоти, наприклад, при гідролізі акрилонітрилу утворюється акрилова кислота (пропенова):

СН₃–СºN + 2Н₂О ® СН₃–СООН + NН₃

4. Карбонілування алкенів. Кислоти, почи­наючи з пропіонової, можна добути приєднанням оксиду Карбону (II) і води до алкенів. Каталізатором реакції є фосфорна кислота, процес відбувається при температурі 300–350°С і тиску 20–30 МПа. Приклад:

МУРАШИНА, ОЦТОВА ТА ВИЩІ НАСИЧЕНІ КИСЛОТИ

Мурашина кислота. Перший член гомологічного ряду насичених одноосновних карбонових кислот – мурашина (метанова) кислота НСООН:

Це безбарвна рідина з різким запахом. Температура кипіння мураши­ної кислоти становить 100,7°С.

Мурашина кислота міститься в їдкій речовині, яку ви­діляють мурашки (цим пояснюється назва кислоти). Вона міститься також у деяких рослинах, наприклад у кропиві. При потраплянні на шкіру викликає опіки.

Мурашина кислота є важливим продуктом хімічної промисловості. Основний метод добування заснований на пропусканні Карбон (II) оксиду крізь концентрований розчин Натрій гідроксиду при температурі ~200°С і тиску
1,2–1,5МПа. При цьому утворюється форміат натрію (сіль кислоти), який обробляють сірчаною кислотою:

NаОН + СО ® НСООNа;

2НСООNа + Н₂SО₄® 2НСООН + Nа₂SО₄.

У молекулі мурашиної кислоти карбоксильна група сполучена не з вуглеводневим радикалом а з атомом Гідрогену. Це надає кислоті ряд властивостей, що відрізняють її від інших карбонових кислот. Наприклад, вона найсильніша з одноосновних насичених карбонових кислот. На відміну від інших кислот гомологічного ряду мурашина кислота може бути відновником. Як і альдегіди, вона вступає в реакцію срібного дзеркала з аміачним розчином Аргентум оксиду:

НСООН + 2[Аg(NН₃)₂]ОН ® СО₂ + 2Аg + 4NН₃ + 2Н₂О.

Мурашина кислота окиснюється сульфатною кислотою (концентрованою) до Карбон (II) оксиду.

Мурашину кислоту застосовують у ряді органічних синтезів, у медицині, в текстильній промисловості, як від­новник.

Оцтова кислота. Оцтова (етанова) кислота СН₃СООН – безбарвна рідина з характерним різким запахом. Темпе­ратура кипіння 118,1°С. При температурі 16,75°С кислота твердне, утворюючи кристали, схожі на лід. Тому безводну оцтову кислоту називають льодяною оцтовою кис­лотою.

Добре розчиняється у воді. Її 70–80 %-й розчин на­зивається оцтовою есенцією, а 3–6 %-й – оц­том.

Ця кислота трапляється в природі. Вона міститься у багатьох тваринних і рослинних організмах, утворюється під час скисання багатьох продуктів і вина.

Оцтова кислота є важливим продуктом хімічної про­мисловості. Її добувають окисленням ацетальдегіду киснем повітря. Процес здійснюють при наявності каталізатора [манган (II) ацетату Мn(СН₃СОО)₂] і температурі 50–60°С:

Оцтову кислоту синтезують також з метанолу та Карбон (II) оксиду за реакцією:

СН₃ОН + СО ® СН₃СООН.

Оцтова кислота є проміжним продуктом синтезу бага­тьох органічних речовин, барвників, штучних волокон. Її використовують також у харчових цілях для консерву­вання продуктів і як приправу.

Вищі насичені кислоти. З вищих одноосновних насиче­них кислот найбільше значення мають пальмітинова кислота С₁₅Н₃₁СООН і стеаринова кислота С₁₇Н₃₅СООН. Це безбарвні тверді речовини, не розчинні у воді.

Стеаринову і пальмітинову кислоти можна виділити з рослинних і тваринних жирів. У промисловості ці кислоти добувають окисленням парафіну, який виділяють з нафти.

Стеаринова і пальмітинова кислоти виявляють багато властивостей, характерних для карбонових кислот. Прак­тичне значення має реакція їх з лугами з утворенням солей. Солі стеаринової та пальмітинової кислот – основ­ні компоненти мила. Стеаринову та пальмітинову кислоти застосовують у виробництві мийних засобів, лаків, фарб, лінолеуму, гуми.

До вищих ненасичених кислот належить олеїнова кислота С₁₇Н₃₃СООН, яка містить один подвійний зв’язок між 9 та 10 атомами Карбону. Тому олеїнова кислота реагує з бромною водою, приєднуючи бром по місцю подвійного зв’язку. При каталічному приєднанні водню утворюється стеаринова кислота.