Карбоксильные производные углеводородов (карбоновые кислоты)

             КАРБОКСИЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ            

                                (КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ)   

Карбоновыми кислотами называют производные углеводородов, содержащие в качестве функциональной  карбоксильную групу  СООН.  В зависимости от количества карбоксильных групп, кислоты подразделяются на одноосновные, двухосновыне и многоосновные, а в зависимости от природы углеводородного остатка - на предельные и непредельные карбоновые кислоты.

Изомерия и номенклатура предельных карбоновых кислот

Простейшая одноосновная карбоновая кислота - это продукт окисления метана, содержащий один атом углерода. Кислота называется муравьиной. Ее гомологи и их названия приведены в таблице.

Таблица

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Формула кислоты     Тривиальное           Радикальное           ИЮПАК

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

H-COОH                     муравьина                                               метановая

СH₃-COOH                 уксусная                уксусная                   этановая

СH₃CH₂-COOH          пропионовая                                          пропановая

СH₃(CH₂)₂-COOH      маслянная                                                бутановая

(CH₃)₂CH-COOH        изомаслянная        диметилуксусная    2-метилпропановая

CH₃(CH₂)₁₆-COOH      стеариновая                                               октадекановая                                            

Из приведенных данных следует, что название  любой карбоновой кислоты по правилам  номенклатуры ИЮПАК выводится от названия соответствующего по строению предельного углеводорода с добавлением окончания овая кислота.

Атом углерода кабоксильной группы включается в самую длинную цепь под номером 1.

Радикальная номенклатура используется только при названии несложных по строению карбоновых кислот с разветвленным строением углеводородного остатка. В  рациональной номенклатуре кислот за основу берется название уксусной кислоты, а не родоначальника гомологического ряда - муравьиой. Тривиальные названия генетически связаны с названиями соответсвующих им альдегидов: уксусный альдегид - уксусная кисллота, маслянный альдегид - маслянная кислота и т.д.. 

При названии двухосновных кислот используется только тривиальные (смотри таблицу) и составленные по правилам  номенклатуры ИЮПАК названия.  Построенное по правилам номенклатуры ИЮПАК название двухосновной кислоты выводится из названия соответствущего углеводорода с добавлением окончания  диовая кислота. Ниже приведены примеры двухосновных кислот и их названия.

HOOC-COOH                    щавелевая                  этандиовая

HOOCCH2COOH              малоновая                 пропандиовая          

HOOC(CH₂)₂COOH          янтарная                  бутандиовая

HOOC(CH₂)₃COOH          глутаровая               пентандиовая

HOOC(СH₂)₄COOH          адипиновая              гександиовая                          

Методы получения карбоновых кислот

Важнейшие методы получения карбоновых кислот мы продемонстрируем на примерах синтеза одноосновных кислот, возможности использования обсуждаемого метода в синтезе двухосновных кислот будут оговорены особо.        Известные методы синтеза можно объединить в три группы:

- Методы синтез кислот, сопровождающиеся удлиннением углеродной цепи.

- Методы с сохранением длины углеродной цепи.

- Методы включающие стадии сокращения углеродной цепи.   

Методы синтеза карбоновых кислолт

                          сопровождающиеся удлиннением углеродной цепи

Магнийорганический синтез - важнейший лабораторный метод синтеза одо- и двухосновных кислот. Он основан на взаимодействии соответствующих магнийорганических соединений с углекислотой:

RMgCl + CO₂ ––––> R-C-OMgCl –––––>  R-C-OH

O                                O

Образующийся на первой стадии реакции продукт присоединения магнийорганического соединения  по полярной связи С=О является смешанной  магниевой солью соляной и органической кислот. При подкислении образовавшейся соли сильной минеральной кислотой НХ выделяется слабая карбоновая кислота.

Оксосинтез - взаимодйствие этиленовых углеводородов с водой и оксидом углерода (II) в присутстсвии карбонилoв никеля или кобальта по давлеием:

СH₃CH=CH₂ + H₂O + CO + Co(CO)₈ ––> CH₃CH₂CH₂COOH+(CH₃)₂CHCOOH

То, что в результате реакции образуется смесь кислот, является основанием для предположения, что реакция протеает через стадию присоединения окиси углерода по двойной связи алкена с образованием замещенных циклопропанов

RCH–CH₂.           Напряженный цикл в условиях реакции  расщепляется водой

CH₂              регионеселективно (расщепляется любая С-С связь циклопропана).

Метод применятся предпочтительно в синтезе одноосновных кислот. Очень высокая токсичность карбонилов металлов  затрудняет работу с ними.     

                                 Методы протекающие с сохранением углеродной цепи

Гидролиз геминальных тригалогенпроизвдных предельных углеводородов в присутствии концентрированной серной кислоты с удовлетворительным выходом дает соответствующие карбоновые кислоты:

R-CC1₃ + H₂0/ H₂SO₄ –––––> R-COOH + HСl

Гидролиз нитрилов в присутствии кислотных или основных катализаторов