Окисление этанола. получение уксусной кислоты

Содержание
  1. ПОИСК
  2. Химические свойства спиртов
  3. 1.1. Взаимодействие с раствором щелочей
  4. 1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)
  5. 1.3. Взаимодействие с гидроксидом меди (II)
  6. 2.1. Взаимодействие с галогеноводородами
  7. 2.2. Взаимодействие с аммиаком
  8. 2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)
  9. 2.4. Взаимодействие с кислотами-гидроксидами
  10. 3. Реакции замещения группы ОН
  11. 3.1. Внутримолекулярная дегидратация
  12. 3.2. Межмолекулярная дегидратация
  13. 4. Окисление спиртов
  14. 4.1. Окисление оксидом меди (II)
  15. 4.2. Окисление кислородом в присутствии катализатора
  16. 4.3. Жесткое окисление
  17. 4.4. Горение спиртов
  18. 5. Дегидрирование спиртов 
  19. Карбоновые кислоты
  20. Классификация карбоновых кислот
  21. Номенклатура и изомерия карбоновых кислот
  22. Получение карбоновых кислот
  23. Химические свойства карбоновых кислот
  24. Сложные эфиры
  25. Ангидриды
  26. Непредельные карбоновые кислоты

ПОИСК

Окисление этанола. получение уксусной кислоты
    Ниже приведена схема различных промышленных способов получения уксусной кислоты и ее ангидрида. В эту схему не включено производство уксусной кислоты сухой перегонкой древесины, образование кислоты при окислении низших парафинов воздухом и получение уксусной кислоты брожением этилового спирта.

Ацетальдегид, являющийся основным исходным продуктом при получении уксусной кислоты, обычно производят из этилового спирта или ацетилена. В последнее время дополнительным источником уксусной кислоты становится ацетальдегид, образующийся при окислении низших парафинов. [c.334]
    Опыт 1.

Получение уксусной кислоты окислением этилового спирта [c.231]

Рис. 59. Прибор для получения уксусной кислоты окислением этилового спирта

    Способы получения. Одним из распространенных способов получения альдегидов является окисление первичных спиртов (см. стр. 97).

Ниже мы рассмотрим окисление этилового спирта в уксусный альдегид хромовой смесью (смесью двухромовокислого калия и концентрированной серной кислоты)  [c.115]

    Уксусный альдегид можно получить окислением этилового спирта.

Простейшая схема его получения такова в маленькую колбу Вюрца (или пробирку с газоотводной трубкой) всыпают тонкорастертый двухромовокислый калий, приливают разбавленную серную кислоту, спирт и перемешивают.

Затем закрепляют колбу в лапке штатива, закрывают пробкой, а отводную трубку соединяют с трубкой, опущенной почти до дна пробирки-приемника, содержащего несколько миллилитров холодной воды. Приемник помещают в стакан со льдом. Реакционную смесь осторожно нагревают, добиваясь равномерного кипения, без перебросов. Через 3—5 мин. объем жидкости в приемнике значительно увеличивается. Тогда прекращают нагревание и сразу разбирают прибор. [c.99]

    ПОЛУЧЕНИЕ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ ОКИСЛЕНИЕМ ЭТИЛОВОГО СПИРТА [c.148]

    По масштабам производства ацетальдегид занимает первое место среди альдегидов. В 1956 г. в США было произведено 386 ООО т ацетальдегида, а формальдегида 233 000 т [184]. В ФРГ в 1958 г. было произведено 220 ООО т ацетальдегида и 103 000 т формальдегида [182].

Поскольку подавляющая часть ацетальдегида (70%) расходуется на получение уксусной кислоты и ее ангидрида, необходимых для быстро развивающейся промышленности искусственного волокна, потребность в ацетальдегиде непрерывно увеличивается.

Однако еще недавно единственными источниками сырья для производства ацетальдегида были энергоемкий карбид кальция и этиловый спирт, на который расходовались пищевые продукты. Поэтому промышленность часто отказывалась от процессов, где исходным сырьем является ацетальдегид, и заменяла их другими.

Возможно, что эти тенденции исчезнут, когда приобретет широкое развитие наиболее прогрессивный метод получения ацетальдегида — окислением углеводородных газов. [c.313]

    Синтез уксусной кислоты из этилового спирта можно осуществить методом каталитического дегидрирования (одновременно с синтезом этилацетата) и методом каталитического окисления (через ацетальдегид), а также применяя комбинированный, или так называемый автотермичный, метод. Выдвигается также метод прямого окисления этилового спирта в уксусную кислоту, а также пока слабо исследованный метод прямого получения уксусной кислоты электролизом этилового спирта и некоторые другие. [c.198]

    Известны и другие способы получения ацетона в присутствии катализаторов взаимодействие ацетилена с водой, дегидрирование паров этилового спирта, разложение паров уксусной кислоты, окисление пропана кислородом воздуха. [c.43]

    В течение долгого времени уксусную кислоту получали либо окислением этилового спирта под действием особых микроорганизмов (так и сейчас еще получают пищевой уксус), либо сухой перегонкой дерева.

В настоящее время главные пути получения уксусной кислоты — синтетические. Один из способов — окисление уксусного альдегида кислородом воздуха в присутствии марганцового катализатора.

Сравнительно недавно в промышленности стал применяться способ прямого окисления бутана в уксусную кислоту  [c.306]

    Производство уксусной кислоты на основе этилового спирта. В литературе есть указания о возможности синтеза уксусной кислоты окислением этилового спирта в одну стадию [34]. Однако в промышленных масштабах реализован только двухстадийный метод окисления этилового спирта — с получением в качестве промежуточного продукта ацетальдегида. [c.38]

    До недавнего времени уксусная кислота получалась двумя способами сухой перегонкой дерева и при уксуснокислом брожении этилового спирта. В настоящее время все большее значение приобретает новый синтетический способ получения уксусной кислоты—окислением уксусного альдегида, который, в свою очередь, получается из ацетилена. [c.71]

    Впервые промышленное получение уксусной кислоты окислением н-бутана было реализовано в США. Процесс осуществляли в реакторе из нержавеющей стали в растворе уксусной кислоты при температуре 140—180 °С и давлении 5—6 МПа в присутствии солей кобальта или марганца. Окисляющим агентом являлся воздух.

На 1 т уксусной кислоты расходовалось 752—875 кг н-бутана. Наряду с уксусной кислотой (80—90% от суммы продуктов окисления) образуется ряд побочных кислородсодержащих соединений муравьиная и пропионовая кислоты, метиловый и этиловый спирты, метилэтилкетон, этилаце-тат и др..

Поэтому в целом экономику данного процесса определяют затраты на разделение продуктов окисления. [c.174]

    Кристаллизация уксусной кислоты (177). Горение уксусной кислоты (178). Отношение уксусной кислоты к окислителям (178). Действие уксусной кислоты на индикаторы (178). Взаимодействие кислоты с металлами (ПЗ). Взаимодействие с основаниями (179). Взаимодействие с солями (179). Уксусная кислота является кислотой слабой (179). Основность уксусной кислоты (180).

Термическое разложение уксусной кислоты (180). Количественное получение метана из солей уксусной кислоты (183). Получение кислоты окислением этилового спирта (185). Получение уксусной кислоты, исходя из солей (187). Получение кислоты из продуктов сухой перегонки дерева (187). Получение уксусного ангидрида (187). Получение хлористого ацетила (188).

Исследование образца уксусной кислоты (189). [c.266]

    Этилен служит сырьем для этилового спирта и для получения дивинила [7, 8, 9] каталитическим путем с последующим превращением в синтетический каучук (по методу С. В. Лебедева). Окислением этилового спирта получают уксусный альдегид [10], а затем уксусную кислоту [11, 3]. [c.15]

    Определение основано на том, что при действии окислителя этиловый спирт превращается в уксусную кислоту, а изопропиловый спирт в ацетон. В отгоне, полученном после окисления, ацетон определяют иодометрическим способом, основанным на реакциях [c.156]

    Уксусный альдегид (ацетальдегид) СНзСНО — бесцветная жидкость с резким запахом, хороию растворяется в воде, спирте, эфире. Т. кип. 28 С. Для У. а, характерны реакции альдегидов. Получают У. а.

гидратацией ацетилена в присутствии солей ртути (реакция Кучерова) или окислением этилового спирта. Применяют У. а. для получения уксусной кислоты, бутадиена, некоторых органических веществ, альдегидных полимеров.

[c.141]

    Напишите уравнения реакции окисления этилового спирта до уксусного альдегида двуХромовокислым натрием в кислой среде. Рассчитайте, сколько граммов двухромовокислого натрия и серной кислоты потребуется теоретически для получения 50 е альдегида. [c.31]

    АЦЕТАЛЬДЕГИД (уксусный альдегид, этаналь) СН3СНО — бесцветная л ид-кость с резким удушливым запахом, т. кип. 20,8° С, с водой, спиртом, эфиром смешивается во всех отношениях. Получают А.

гидратацией ацетилена в присутствии солей ртути (метод Кучерова), окислением этилового спирта и другими способами. Применяют для получения уксусной кислоты, бутадиена, ацетялъ-доля, ацеталя, синтетических смол и др.

[c.35]

    В зависимости от способа получения (жидкофазное окисление бутана, синтез из метилового спирта и окиси углерода, окисление ацетальдегида, окисление этилового спирта, окисление бензина, сухая перегонка дерева) уксусная кислота может содержать различные примеси следы муравьиной и пропионовой кислот, сложные эфиры, альдегиды, сульфаты, хлориды. Обычно получают безводную ледяную уксусную кислоту, однако в производственных условиях металлы испытывают воздействие также и разбавленной кислоты. [c.470]

    В учебной лаборатории учащиеся осваивают практические приемы получения уксусной кислоты другим способом – окислением этилового спирта.

Следует напомнить им, что альдегиды, которые получают окислением спиртов, сравнительно легко окисляются в карбоновые кислоты.

Например, из этилового спирта окислением можно последовательно получить уксусный альдегид и уксусную кислоту  [c.156]

    Образование кислот этим путем протекает при различных биологических процессах. Такой способ нашел и производственное использование. Так, например, уксусную кислоту получают в промышленном масштабе окислением уксусного альдегида, который, в свою очередь, может быть получен окислением этилового спирта или каталитической гидратацией ацетилена (стр. 232). [c.334]

    Получение. Уксусная кислота получается путем окисления этилового спирта и сз ой перегонки дерева. [c.271]

    В числе многих промышленных процессов органической химии, которые проводятся каталитически в паровой фазе, следует назвать крекинг высших погонов нефти в олефины и низкомолекулярные парафины с разветвленной цепью и крекинг природного газа в олефины Сг—С4 при 400° над силикагелем — окисью алюминия полимеризацию олефинов в высокооктановый бензин при 200° и 14 атм над фосфорной кислотой на носителе дегидрирование парафинов Сб и высших в ароматические углеводороды (например, гептан- толуол) при 400° над хромитом меди или окисью цинка и окисью алюминия получение метилового спирта из водяного газа при 200—450° и 50—350 атм над хромитом цинка окисление этилового спирта в уксусный альдегид воздухом при 300° над медной сеткой получение ацетона из этилового спирта и водяного пара при 450° над восстановленной окисью железа — окисью кальция. [c.121]

    В чем различие в постановке опытов по окислению этилового спирта для получения уксусного альдегида и уксусной кислоты  [c.151]

    Синтетическими способами получения уксусной кислоты являются 1) окисление этилового спирта кислородом воздуха и 2) получение из ацетилена по реакции Кучерова через ацетальдегид. Значительные количества технической уксусной кислоты получаются путем сухой перегонки дерева (стр. 21) и сбраживанием жидкостей, содержащих спирт. [c.174]

    Ввиду легкой окисляемости альдегидов, чтобы предохранить их во время синтеза от превращения в кислоты, необходимо удалять их из сферы реакции. Примером получения альдегидов из спиртов может служить окисление этилового спирта до уксусного альдегида и пропилового спирта до пропионового альдегида, описанное в синтезах (см. стр. 97 и 179). [c.91]

    Барботажные реакторы используются в промышленности ООС и в производствах мономеров для проведения многих важных процессов алкилирования бензола этиленом и пропиленом, окисления ацетальдегида в уксусную кислоту, окисления изопропилбензола до гидроперекиси (в производстве фенола и ацетона), димеризации ацетилена в винилацетилен и гидрохлорирования винилацетилена в производстве хлоропрена, гидроцианирования ацетилена в производстве нитрила акриловой кислоты, получения алкилсульфатов при взаимодействии этилена и пропилена с серной кислотой в производствах этилового и изопропилового спиртов косвенной гидратацией соответствующих олефинов и в ряде других случаев. [c.48]

    Чтобы иа пластинке образовался прочный слой меди и чтобы ионы Си + не восстанавливались в ионы Си+, плотность тока должна быть не более 20 мА-см” . Медные пластинку и проволоку подключают к источнику тока через реостат и , и.1л .

1мпсрметр. После электролиза пластинку тщательно отмывают водой от аце-юиа и уксусной кислоты, полученных при окислении этилового спирта. Затем ополаскивают ее раствором USO4 заданной концентрации и погружают в него. [c.

145]

    В течение долгого времени уксусную кислоту )юлучалн при сухой перегонке древесины или путем окисления этилового спирта под влиянием особого типа микроорганизмов — уксусного грибка. Последний способ и сегодня еще применяют для получения пищевого уксуса. [c.201]

    Составьте уравнение реакции получения уксусной кислоты из ацетилена на основе реакции Кучерова и окислением этилового спирта. Какой процесс экономически более целесообразнее Каким способом получается СН3СООН в промышленности  [c.303]

    Уксусный альдегид, ацетальдегид, этаналь СНяСНО, чрезвычайно летучая жидкость с температурой кипения 20° и своеобразным сильным запахом. Получается окислением этилового спирта и очищается через альдегидаммиак.

Технически его получают, присоединяя воду к ацетилену для этого ацетилен пропускают в теплую разбавленную (50%) серную кислоту, содержащую немного сернокислой ртути (Кучеров). Этот способ является главным для получения ацетальдегида.

При нормальном брожении ацетальдегид образуется в качестве промежуточного продукта. [c.88]

Источник: https://www.chem21.info/info/1638941/

Химические свойства спиртов

Окисление этанола. получение уксусной кислоты

Гидроксисоединения – это органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.

Гидроксисоединения делят на спирты и фенолы.

Строение, изомерия и гомологический ряд спиртов

Химические свойства спиртов

Способы получения спиртов

Спиртыэто гидроксисоединения, в которых группа ОН соединена с алифатическим углеводородным радикалом R-OH.Если гидроксогруппа ОН соединена с бензольным кольцом, то вещество относится к фенолам.

Общая формула предельных нециклических спиртов: CnH2n+2Om, где mn.

Спирты – органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.

Химические реакции гидроксисоединений идут с разрывом одной из связей: либо С–ОН с отщеплением группы ОН, либо связи О–Н с отщеплением водорода. Это реакции замещения, либо реакции отщепления (элиминирования).

Свойства спиртов определяются строением связей С–О–Н. Связи С–О и О–Н — ковалентные полярные. При этом на атоме водорода образуется частичный положительный заряд δ+, на атоме углерода также частичный положительный заряд δ+, а на атоме кислорода — частичный отрицательный заряд δ–.

Такие связи разрываются по ионному механизму. Разрыв связи О–Н с отрывом иона Н+ соответствует кислотным свойствам гидроксисоединения. Разрыв связи С–О соответствует основным свойствам и реакциям нуклеофильного замещения.

С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а с разрывом связи С–О — реакции восстановления.

Таким образом, для спиртов характерны следующие свойства:
  • слабые кислотные свойства, замещение водорода на металл;
  • замещение группы ОН
  • отрыв воды (элиминирование) – дегидратация
  • окисление
  • образование сложных эфиров — этерификация


1. Кислотные свойства

Спирты – неэлектролиты, в водном растворе не диссоциируют на ионы; кислотные свойства у них выражены слабее, чем у воды.

1.1. Взаимодействие с раствором щелочей

При взаимодействии спиртов с  растворами щелочей реакция практически не идет, т. к. образующиеся алкоголяты почти полностью гидролизуются водой.

Равновесие в этой реакции так сильно сдвинуто влево, что прямая реакция не идет. Поэтому спирты не взаимодействуют с растворами щелочей.

Многоатомные спирты также не реагируют с растворами щелочей.

1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)

Спирты взаимодействуют с активными металлами (щелочными и щелочноземельными). При этом образуются алкоголяты. При взаимодействии с металлами спирты ведут себя, как кислоты.

Например, этанол взаимодействует с калием с образованием этилата калия и водорода.

опыт взаимодействия спиртов (метанола, этанола и бутанола) с натрием можно посмотреть здесь.

Алкоголяты под действием воды полностью гидролизуются с выделением спирта и гидроксида металла.

Например, этилат калия разлагается водой:
Кислотные свойства одноатомных спиртов уменьшаются в ряду:CH3OH > первичные спирты > вторичные спирты > третичные спирты

Многоатомные спирты также реагируют с активными металлами:

опыт взаимодействия глицерина с натрием можно посмотреть здесь.

1.3. Взаимодействие с гидроксидом меди (II)

Многоатомные спирты взаимодействуют с раствором гидроксида меди (II) в присутствии щелочи, образуя комплексные соли (качественная реакция на многоатомные спирты).

Например, при взаимодействии этиленгликоля со свежеосажденным гидроксидом меди (II) образуется  ярко-синий раствор гликолята меди:

опыт взаимодействия этиленгликоля с гидроксидом меди (II) можно посмотреть здесь.

2.1. Взаимодействие с галогеноводородами

При взаимодействии спиртов с галогеноводородами группа ОН замещается на галоген и образуется галогеналкан.

Например, этанол реагирует с бромоводородом.

опыт взаимодействия этилового спирта с бромоводородом можно посмотреть здесь.

Реакционная способность одноатомных спиртов в реакциях с галогеноводородами уменьшается в ряду: третичные > вторичные > первичные > CH3OH.

Многоатомные спирты также, как и одноатомные спирты, реагируют с галогеноводородами.

Например, этиленгликоль реагирует с бромоводородом:

2.2. Взаимодействие с аммиаком

Гидроксогруппу спиртов можно заместить на аминогруппу при нагревании спирта с аммиаком на катализаторе.

Например, при взаимодействии этанола с аммиаком образуется этиламин.

2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)

Одноатомные и многоатомные спирты вступают в реакции с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры.

Например, этанол реагирует с уксусной кислотой с образованием этилацетата (этилового эфира уксусной кислоты):

Многоатомные спирты вступают в реакции этерификации с органическими и неорганическими кислотами.

Например, этиленгликоль реагирует с уксусной кислотой с образованием ацетата этиленгликоля:

2.4. Взаимодействие с кислотами-гидроксидами

Спирты взаимодействуют и с неорганическими кислотами, например, азотной или серной.

Например, при взаимодействии этанола с азотной кислотой образуется сложный эфир этилнитрат:
Например, глицерин под действием азотной кислоты образует тринитрат глицерина (тринитроглицерин):

3. Реакции замещения группы ОН

В присутствии концентрированной серной кислоты от спиртов отщепляется вода. Процесс дегидратации протекает по двум возможным направлениям: внутримолекулярная дегидратация и межмолекулярная дегидратация.

3.1. Внутримолекулярная дегидратация

При высокой температуре (больше 140оС) происходит внутримолекулярная дегидратация и образуется соответствующий алкен.

Например, из этанола под действием концентрированной серной кислоты при температуре выше 140 градусов образуется этилен:

В качестве катализатора этой реакции также используют оксид алюминия.

Отщепление воды от несимметричных спиртов проходит в соответствии с правилом Зайцева: водород отщепляется от менее гидрогенизированного атома углерода.
Например, в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании выше 140оС из бутанола-2 в основном образуется бутен-2:

3.2. Межмолекулярная дегидратация

При низкой температуре (меньше 140оС) происходит межмолекулярная дегидратация по механизму нуклеофильного замещения: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы. Продуктом реакции является простой эфир.

Например, при дегидратации этанола при температуре до 140оС образуется диэтиловый эфир:

4. Окисление спиртов

Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода).

В зависимости от интенсивности и условий окисление можно условно разделить на каталитическое, мягкое и жесткое.

При окислении первичных спиртов они последовательно превращаются сначала в альдегиды, а потом в карбоновые кислоты. Глубина окисления зависит от окислителя.Первичный спирт → альдегид → карбоновая кислота
Метанол окисляется сначала в формальдегид, затем в углекислый газ:Метанол → формальдегид → углекислый газ
Вторичные спирты окисляются в кетоны: вторичные спирты → кетоны

Типичные окислители — оксид меди (II), перманганат калия KMnO4, K2Cr2O7, кислород в присутствии катализатора.

Легкость окисления спиртов уменьшается в ряду:

метанол < первичные спирты < вторичные спирты < третичные спирты

Продукты окисления многоатомных спиртов зависят от их строения. При окислении оксидом меди многоатомные спирты образуют карбонильные соединения.

4.1. Окисление оксидом меди (II)

Cпирты можно окислить оксидом меди (II) при нагревании. При этом медь восстанавливается до простого вещества. Первичные спирты окисляются до альдегидов, вторичные до кетонов, а метанол окисляется до метаналя.

Например, этанол окисляется оксидом меди до уксусного альдегида

опыт окисления этанола оксидом меди (II) можно посмотреть здесь.

Например, пропанол-2 окисляется оксидом меди (II) при нагревании до ацетона

Третичные спирты окисляются только в жестких условиях.

4.2. Окисление кислородом в присутствии катализатора

Cпирты можно окислить кислородом в присутствии катализатора (медь, оксид хрома (III) и др.). Первичные спирты окисляются до альдегидов, вторичные до кетонов, а метанол окисляется до метаналя.

Например, при окислении пропанола-1 образуется пропаналь

опыт каталитического окисления этанола кислородом можно посмотреть здесь.

Например, пропанол-2 окисляется кислородом при нагревании в присутствии меди до ацетона

Третичные спирты окисляются только в жестких условиях.

4.3. Жесткое окисление

При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) первичные спирты окисляются до карбоновых кислот, вторичные спирты окисляются до кетонов, метанол окисляется до углекислого газа.

При нагревании первичного спирта с перманганатом или дихроматом калия в кислой среде может образоваться также альдегид, если его сразу удаляют из реакционной смеси.

Третичные спирты окисляются только в жестких условиях (в кислой среде при высокой температуре) под действием сильных окислителей: перманганатов или дихроматов. При этом происходит разрыв углеродной цепи и могут образоваться углекислый газ, карбоновая кислота или кетон, в зависимости от строения спирта.

Спирт/ ОкислительKMnO4, кислая средаKMnO4, H2O, t
Метанол СН3-ОНCO2K2CO3
Первичный спирт  R-СН2-ОНR-COOH/ R-CHOR-COOK/ R-CHO
Вторичный спирт  R1-СНОН-R2R1-СО-R2R1-СО-R2
Например, при взаимодействии метанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется углекислый газ
Например, при взаимодействии этанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется уксусная кислота
Например, при взаимодействии изопропанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется ацетон

4.4. Горение спиртов

Образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.

CnH2n+1ОН + (3n+1)/2O2 → nCO2 + (n+1)H2O + Q

Например, уравнение сгорания метанола:

2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O

5. Дегидрирование спиртов 

При нагревании спиртов в присутствии медного катализатора протекает реакция дегидрирования. При дегидрировании метанола и первичных спиртов образуются альдегиды, при дегидрировании вторичных спиртов образуются кетоны. 

Например, при дегидрировании этанола образуется этаналь
Например, при дегидрировании этиленгликоля образуется диальдегид (глиоксаль)

Источник: https://chemege.ru/ximicheskie-svojstva-spirty/

Карбоновые кислоты

Окисление этанола. получение уксусной кислоты

Карбоновые кислоты – класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп COOH.

Имеют разнообразное промышленное применение и большое биологическое значение. Общая формула одноосновных карбоновых кислот CnH2nO2 .

Классификация карбоновых кислот

По количеству карбоксильных групп в молекуле карбоновые кислоты подразделяются на:

  • Одноосновные – 1 карбоксильная группа
  • Двухосновные – 2 карбоксильных группы
  • Трехосновные – 3 карбоксильных группы

Высшие карбоновые кислоты называют жирными кислотами. Более подробно мы изучим их теме, посвященной жирам, в состав которых они входят.

Номенклатура и изомерия карбоновых кислот

Названия карбоновых кислот формируются путем добавления суффикса “овая” к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода и слова кислота: метановая кислота, этановая кислота, пропановая кислота, и т.д.

Многие карбоновые кислоты имеют тривиальные названия. Наиболее известные:

  • Метановая – HCOOH – муравьиная кислота
  • Этановая – CH3-COOH – уксусная кислота
  • Пропановая – C2H5-COOH – пропионовая кислота
  • Бутановая – C3H7-COOH – масляная кислота
  • Пентановая – C4H9-COOH – валериановая кислота

Для предельных карбоновых кислот характерна структурная изомерия: углеродного скелета, межклассовая изомерия со сложными эфирами.

Получение карбоновых кислот

  • Окисление алканов
  • При повышенной температуре и в присутствии катализатора становится возможным неполное окисление алканов, в результате которого образуются кислоты.

  • Окисление спиртов
  • При реакции спиртов с сильными окислителями, такими как подкисленный раствор перманганата калия, спирты окисляются до соответствующих кислот.

  • Окисление альдегидов
  • При окислении альдегиды образуют соответствующие карбоновые кислоты. Окисление можно проводить качественной реакцией на альдегиды – реакцией серебряного зеркала.

    Обратите особое внимание, что при написании реакции с аммиачным раствором серебра в полном виде, правильнее будет указать не кислоту, а ее аммиачную соль. Это связано с тем, что выделяющийся аммиак, который обладает основными свойствами, реагирует с кислотой с образованием соли

    Окисление альдегидов также может быть успешно осуществлено другим реагентом – свежеосажденным гидроксидом меди II. В результате такой реакции образуется осадок кирпично-красного цвета оксида меди I.

  • Синтез муравьиной кислоты
  • Существует специфический способ получения муравьиной кислоты, который заключается в реакции щелочи с угарным газом – в результате образуется формиат (соль муравьиной кислоты). При подливании к формиату раствора серной кислоты получается муравьиная кислота.

  • Синтез уксусной кислоты
  • Специфичность синтеза уксусной кислоты заключается в реакции угарного газа с метанолом, в результате которой она образуется.

    Также уксусную кислоту можно получить другим путем: сначала провести реакцию Кучерова, в ходе которой образуется уксусной альдегид. Окислить его до уксусной кислоты можно аммиачным раствором оксида серебра или гидроксидом меди II.

Химические свойства карбоновых кислот

Для карбоновых кислот не характерны реакции присоединения. Карбоновые кислоты обладают более выраженными кислотными свойствами, чем спирты.

  • Кислотные свойства
  • Карбоновые кислоты вступают в реакции с металлами, которые способны вытеснить водород (стоят левее водорода в ряду напряжений металлов) из кислоты. Реагируют также с основаниями, с солями более слабых кислот, например, угольной кислоты.

  • Галогенирование
  • Галогенирование происходит по типу замещения в радикале, который соединен с карбоксильной группой. Напомню, что наиболее легко замещается водород у третичного, чуть сложнее – у вторичного, и значительно сложнее – у первичного атома углерода.

    Сила карбоновых кислот тем выше, чем меньше электронной плотности сосредоточено на атоме углерода в карбоксильной группе. Поэтому самая слабая из трех кислот – уксусная, чуть сильнее – хлоруксусная, за ней – дихлоруксусная и самая сильная – трихлоруксусная.

    Перераспределение электронной плотности в молекулах этих кислот для лучшего запоминания лучше увидеть наглядно. Это перераспределение обусловлено большей электроотрицательностью хлора, который притягивает электронную плотность.

  • Особые свойства муравьиной кислоты
  • Муравьиная кислота отличается от своих гомологов. За счет наличия у нее альдегидной группы, она, единственная из карбоновых кислот, способна вступать в реакцию серебряного зеркала.

    В такой реакции идет ее окисление до нестойкой угольной кислоты, которая распадается на углекислый газ и воду.

  • Разложение муравьиной кислоты
  • При нагревании и в присутствии серной кислоты (водоотнимающего компонента) муравьиная кислота распадается на воду и угарный газ.

    HCOOH → (t, H2SO4) CO↑ + H2O

Сложные эфиры

Получение сложных эфиров происходит в реакции этерификации (лат. aether – эфир), заключающейся во взаимодействии карбоновой кислоты и спирта.

Названия сложных эфиров формируются в зависимости от того, какой кислотой и каким спиртом эфир образован.

Примеры:

  • Метановая кислота + метанол = метиловый эфир метановой кислоты (метилформиат)
  • Этановая кислота + этанол = этиловый эфир уксусной кислоты (этилацетат)
  • Метановая кислота + этанол = метиловый эфир уксусной кислоты (метилацетат)
  • Пропановая кислот + бутанол = бутиловый эфир пропионовой кислоты (бутилпропионат)

Для сложных эфиров характерной реакцией является гидролиз – их разложение. Возможен щелочной гидролиз, при котором образуется соль кислоты и спирт, и кислотный гидролиз, при котором образуются исходные спирт и кислота.

Кислотный гидролиз протекает обратимо, щелочной – необратимо. Реакция щелочного гидролиза по-другому называется реакция омыления, и напомнит о себе, когда мы дойдем до темы жиров.

Ангидриды

Ангидриды – химические соединения, производные неорганических и органических кислот, образующиеся при их дегидратации.

Хлорангидриды карбоновых кислот образуются в реакции карбоновых кислот с хлоридом фосфора V.

Следующая реакция не имеет отношения к ангидридам, однако (из-за их схожести) вы увидите ее здесь для наилучшего запоминания. Это реакция галогенирования гидроксикислот, в результате которой гидроксогруппа в радикале меняется на атом галогена.

Непредельные карбоновые кислоты

Распределение электронной плотности в молекулах творит чудеса: иногда реакции идут против правила Марковникова. Так происходит в непредельной акриловой кислоте.

Источник: https://studarium.ru/article/190

Book for ucheba
Добавить комментарий