Карбонові кислоти, клас органічних сполук, що містять карбоксильну групу (карбоксил) . Залежно від природи радикала, пов'язаного з групою, — COOH, До. до. можуть належати до аліфатичного (жирному), аліциклічного, ароматичного або гетероциклічного ряду. По числу карбоксильних груп в молекулі розрізняють одно-, двух- і багатоосновні (відповідно моно-, ді- і полікарбоновиє) кислоти. Крім того, До. до. можуть бути насиченими (граничними) і ненасиченими (неграничними), такими, що містять в молекулах подвійні або потрійні зв'язки.
Більшість До. до. має тривіальні назви, багато хто з яких пов'язаний з їх знаходженням в природі, наприклад мурашина, яблучна, валеріанова, лимонна кислоти. По Женевській номенклатурі найменування До. до. виробляють від назв вуглеводнів з тим же числом атомів вуглецю, додаючи закінчення «овая» і слово «кислота», наприклад метанова кислота (мурашина), етанова кислота (оцетова) і так далі Незрідка До. до. розглядають як похідні вуглеводнів; наприклад, кислоту будови HC º З — COOH називають ацетиленкарбоновою кислотою.
Кислотні властивості обумовлені здатністю До. до. до дисоціації у водному розчині:
RCOOH Û Rcoo - + H + .
Як правило, До. до. слабкіше мінеральних. Константи дисоціації одноосновних насичених кислот жирного ряду при 25°С змінюються від 1,7×10 -4 (мурашина кислота) до 1,3 . 10 -5 (вищі гомологи). Сила До. до. істотно залежить також від електрофільності радикала, пов'язаного з карбоксилом. Введення електронегативних заступників (наприклад, No 2 , CN, Cl) в положення, сусіднє з карбоксильною групою, різко підвищує кислотність, наприклад циануксусная кислота Cnch 2 COOH приблизно в 200 разів сильніше за оцетову кислоту Ch 3 COOH. У міру видалення від карбоксилу вплив заступників слабшає. Дикарбонові кислоти сильніше монокарбонових, причому вплив одного карбоксилу на іншій тим більше, чим вони ближче розташовані один до одного. Так, у ряді кислот щавлева кислота HOOC—COOH сильніша за малонову кислоту Hoocch 2 COOH, яка, у свою чергу, сильніше янтарною HOOC (Ch 2 ) 2 COOH, і так далі Кислотність неграничних кислот вища, ніж граничних; вплив подвійного зв'язку тим сильніше, чим вона ближче розташована до карбоксилу. Так, акрилова кислота Ch 2 =CH—СООН у 4 рази сильніше пропіоновою Ch 3 —CH 2 —cooh. Ароматичні кислоти сильніше граничних аліфатичних (наприклад, константа дисоціації бензойної кислоти 6,5 . 10 -5 ).
До. до. — рідкі (наприклад, нижчі жирні кислоти) або тверді (наприклад, вищі жирні і ароматичні кислоти) речовини (см. таблиця. ). Нижчі члени насичених До. до. жирного ряду добре растворіми у воді, середні члени (C 4 — C 10 ), а також ароматичні кислоти — обмежено, вищі жирні кислоти у воді не растворіми; як і ароматичні кислоти, вони добре розчиняються в спирті, ефірі, бензолі.
Найбільш важливі хімічні властивості До. до. — здатність перетворюватися на похідні. При взаємодії з підставами До. до. дають солі :
RCOOH + NAOH ® Rcoona + H 2 O.
При дії на До. до. спиртів у присутності мінеральних кислот легко утворюються ефіри складні :
RCOOH + R''OH ® RCOOR'' + H 2 O;
при дії галогенангидрідов мінеральних кислот (наприклад, Pcl 3 , Pocl 3 , Socl 2 ) — галогенангидріди До. до. RCOX (X — атом галогену). При нагріванні кислот з тими, що водовіднімають засобами виходять ангидріди До. до. (RCO) 2 O. Галогенангидріди і ангидріди До. до. застосовують як агенти, що ацилують. Відщеплення води від амонієвих солей До. до. (1) і реакція галогенангидрідов з аміаком (2) приводять до амідам кислот :
1) Rcoonh 4 ® Rconh 2 + H 2 O
2) RCOCI + 2nh 3 ® Rconh 2 + Nh 4 CI.
Методи здобуття До. до. вельми багаточисельні. Окисленням первинних спиртів і альдегідів отримують До. до. з тим же числом атомів вуглецю. Окислення кетону супроводиться розривом зв'язку С—С; з циклічного кетону утворюються дикарбонові кислоти, наприклад адіпінова кислота з циклогексанону:
Насичені вуглеводні можуть бути піддані деструктивному окисленню з утворенням суміші продуктів, у тому числі і карбонових кислот. Цим методом з 1 m парафіну зазвичай отримують близько 350 кг До. до. Окислення бічного ланцюга жирно-ароматичних вуглеводнів або багатоядерних ароматичних вуглеводнів приводить до ароматичних До. к.; наприклад, фталева кислота виходить окисленням про -ксилола або нафталіну:
Ненасичені вуглеводні окислюються по місцю подвійного зв'язку:
.
Важливий метод синтезу До. до. — гідроліз їх нітрилу, що легко отримується взаємодією галогенопроїзводних вуглеводнів з ціаністим натрієм:
RCI + NACN ® RCN ® RCOOH.
В даний час промислове значення придбав метод синтезу До. до. карбонілірованієм, тобто введенням групи CO в органічні сполуки:
Деякі До. до. отримують з природних продуктів. Так, лужним гідролізом (обмиленням) жирів отримують солі вищих жирних кислот (мила) і гліцерин . Лимонну кислоту отримують з бадилля бавовника і із стебел махорки (після виділення з них нікотину). Багато До. до. отримують зброджуванням вуглеводів у присутності бактерій певного вигляду (маслянокислоє, молочнокислоє, лимоннокисле і ін. види бродіння).
До. до. широко поширені в природі у вільному стані і у вигляді похідних (головним чином складних ефірів). Так, в леткому маслі герані міститься пеларгонова кислота, в лимонах — лимонна. До складу тварин і рослинних жирів і масел входять гліцериди вищих нормальних До. до. жирного ряду, з яких переважають пальмітинова кислота, стеаринова кислота і олеїнова кислота .
До. до., їх похідні, а також багаточисельні з'єднання, що містять поряд з карбоксильною інші функціональні групи (наприклад, амінокислоти, оксикислоти і ін.), мають велике біологічне значення і знаходять всіляке практичне вживання. Мурашину і оцетову кислоти, наприклад, застосовують при фарбуванні і друкуванні тканин; оцетову кислоту і оцетовий ангідрид — у виробництві ацетилцелюлози . Амінокислоти входять до складу білків. У медицині використовують саліцилову кислоту, n -аміносаліциловую кислоту (ПАСЬК) і ін.
Вищі жирні До. до. широко застосовують як сировина для виробництва мила, лаків і фарб, поверхнево-активних речовин, як емульгатори у виробництві каучуків, як пластифікатори у виробництві гум і ін. Адіпінова кислота — один з вихідних продуктів у виробництві поліамідного волокна (найлона), терефталева, — у виробництві поліефірного волокна (лавсану, терилену), полімерний нітрил акрилової кислоти (орлон) застосовують як синтетичне волокно, близьке по властивостях до натуральної шерсті. Полімери і сополімери ефірів метакрилової кислоти використовують як органічне скло.
Деякі представники карбонових кислот і їх властивості
Найменування
Формула
Температура плавлення °С
Температура кипіння °С
Плотность,* г/см 2
Аліфатичні (жирні) кислоти
Мурашина
НСООН
8,4
100,5
1,220(20)
Оцетова
СН 3 СООН
16,6
118,2
1,049(20)
Пеларгонова
СН 3 (СН 2 ) 7 СООН
12,3
255,6
0,906(20)
Пальмітинова
СН 3 (СН 2 ) 14 СООН
62,8
390
0,841(80)
Стеаринова
СН 3 (СН 2 ) 16 СООН
69,6
360 (з розкладанням)
0,839(80)
Адіпінова
НООС(СН 2 ) 4 СООН
153,5
265(100 мм рт. ст. ) **
1,366(20)
Акрилова
СН 2 =СНСООН
12,3
140,0
1,062(16)
Метакрилова
СН 2 =С(СН З )СООН
16
163
1,015(20)
Олеїнова
СН 3 (СН 2 ) 7 СН=СН(СН 2 ) 7 СООН
16
223(10 мм рт. ст. )
0,895(18)
Ароматичні кислоти
Бензойна
С 6 Н 5 СООН
121,7
249,2
1.322(20)
Корична
С 6 Н 5 СН=СНСООН
136
300
1,245(20)
Терефталева
n =НООСС 6 Н 4 СООН
—
300 (переганяється)
—
*В дужках вказана температура (у °С). ** 1 мм рт. ст. = 133,322 н/м 2 .
Літ.: Неніцеську До. Д., Органічна хімія, пер.(переведення) з рум.(румунський), т. 1—2, М., 1962—1963; Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А., Початки органічної хімії, кн. 1—2, М., 1969—70.
