92. Строение и способы получения карбоновых кислот 197
При нагревании с разбавленными неорганическим кислотами цианистый метил, присоединяя воду, расщепляется на аммиак и уксусную кислоту:
CHg-fejN + H* о |
о |
|
! |
н -ОН |
СН:, - с /\|он + NH3 |
Если же нагревать цианистый метил со щелочами, то выде ляется аммиак и уксуснокислый натрий.
Таким же образом могут быть получены и другие кислоты:
Н—CN + |
2Н30 |
-► НСООН + NH3 |
Синильная |
|
муравьиная |
кислота |
|
кислота |
С3Н7—C=N + |
2Н30 |
С3н7—СООН + NH3 |
цианистый |
|
масляная |
пропил |
|
кислота |
Как видно из уравнения, муравьиная кислота может быть получена из синильной кислоты.
Цианистые алкилы при гидролизе превращаются в кислоты с тем же числом атомов углерода, поэтому их называют нитри лами кислот: метилцианид или ацетонитрил, этилцианид или нитрил пропионовой кислоты. Эта реакция может служить до
казательством |
строения кислот. |
|
2. Д е й с т в и е у г л е к и с л о г о г а з а на ма г н и й-о р г а- |
||
н и ч е с к и е |
с о е д и н е н и я . При действии на |
метилмагний- |
бромид углекислого газа образуется продукт |
присоединения |
|
/ °
СН3—Mg—Вг + С02 —►CH3- C f
x OMgBr
который можно рассматривать как смешанную соль уксусной и бромистоводородной кислот. При обработке этой соли мине ральной кислотой получается уксусная кислота:
у° |
+ |
2НС1 |
/Р |
+ MgBr„ + MgCl2 |
2CH3- C < f |
сн3- с / |
|||
xDMgBr |
|
|
х ОН |
|
3. Получение кислот при помощи малонового эфира и при |
||||
помощи ацетоуксусного |
эфира |
описано на стр. 246 и 278—280. |
||
4. О к и с л е н и е о р г а н и ч е с к и х |
с о е д и н е н и й . Одно |
|||
основные предельные кислоты получаются в результате окисле ния многих органических соединений. Часто при этом происхо дит расщепление молекул, и в молекуле получающихся кислот содержится меньше атомов углерода, чем в исходном соедине нии; например, при окислении этилбутилкетона
198 Гл. VII. Карбоновые кислоты и их производные
может получиться:
уксусная кислота СН3—СООИ
пропионовая кислота СН3—СН2—СООН «-масляная кислота СН3—СН2—СН2—СООН
«-валериановая кислота СН3—СН2—СН2—СН2—СООН
При окислении первичных спиртов (стр. 129) и альдегидов (стр. 178) получаются кислоты с тем же числом атомов углерода в молекуле.
Многие кислоты могут быть также получены из природных растительных и животных веществ.
93. Изомерия и номенклатура предельных одноосновных кислот. Одноосновные предельные карбоновые кислоты общей формулы С/гН2н+1—СООН нередко называют жирными кисло тами, так как первые представители этого ряда были получены из жиров.
Муравьиную кислоту Н—СООН можно рассматривать как соединение водорода с карбоксилом. Уксусная кислота СН3—СООН является карбоксильным производным метана СН4; пропионовая кислота С2Нб—СООН представляет собой карбок сильное производное этана С2Н6. Так как в молекулах метана и этана все атомы водорода равноценны, то безразлично, ка кой из этих атомов заместить карбоксилом; поэтому у уксус ной и пропионовой кислот нет изомеров. Для четвертого члена ряда — масляной кислоты — возможны два изомера:
СН3—СН,—СН2—СООН |
сн |
°^>СН—СООН |
|
н о р м а л ь н а я м а с л я н а я |
^ ^ 3 |
к и сл о т а |
и зо м аслян ая |
|
к и сл о та |
Для валериановой кислоты возможны и в действительности известны четыре изомера. Два из них можно рассматривать как производные нормального бутана, а другие два—как производ
ные изобутана
сн 3- с н 2- с н г- с н 3
н о р м а л ь н ы й |
б у тан |
СН3—СН2—СН2—СН2—СООН |
СН3\ |
> с н -с о о н |
|
|
сн 3- с н / |
н о р м а л ь н а я в а л е р и а н о в а я |
м ети л э т и л у к с у с н а я |
к и сл о та |
ки сл о та |
сн 3—с н —сн 3 |
|
С Н 3 |
|
и зо б у тан |
|
сн*Чен—С Н . — С О О Н |
С Н 8- С — С О О Н |
|
с н 3 ч |
С Н 3' |
с н / |
|
и зо в ал ер и ан о в ая |
т р и м ети л у к су с н ая |
к и сл о та |
к и сл о та |
94. Физические свойства предельных одноосновных кислот 199
Если спирты можно рассматривать как углеводороды, в ко торых один атом водорода замещен гидроксилом, то кислоты будут являться углеводородами, в которых один атом водорода замещен карбоксилом. Замещая атом водорода карбоксилом, мы вводим в молекулу один новый атом углерода, поэтому число изомерных карбоновых кислот с п углеродными атомами в мо лекуле равно числу и'зомерных спиртов с (п—1) атомами угле рода в молекуле.
По женевской номенклатуре названия кислот производятся от названия углеводородов с тем же числом атомов углерода, что и в молекуле кислоты, с добавлением слова «кислота». Му равьиная кислота Н—СООН называется метановой кислотой, уксусная кислота СН3—СООН этановой кислотой и т. д.
Таким образом, женевская номенклатура рассматривает кис лоты как производные углеводородов, одно звено которых пре вращено в карбоксил:
СН3 —СН2—СН3
пропан |
СН3 |
СН3 —СНа—СООН |
I |
СН3—СНа-С Н —СООН |
|
пропановая |
2 -метнлбутановая |
кислота |
кислота |
При составлении рациональных названий кислот с развет вленной цепью атомов углерода кислоты часто рассматривают как производные уксусной кислоты СН3СООН, в молекуле ко торой атомы водорода метальной группы замещены радикалами: метилэтилуксусная кислота, триметилуксусная кислота.
В большинстве случаев пользуются, однако, традиционными названиями, которые обыкновенно указывают на материал, из которого была выделена та или иная кислота, например: му равьиная кислота, уксусная кислота, масляная кислота (полу ченная впервые из коровьего масла), валериановая кислота (из корней валерианы), лауриновая кислота (из плодов лаврового дерева) и т. д.
94. Физические свойства предельных одноосновных кислот.
Первые четыре представителя ряда жирных кислот—подвижные жидкости, смешивающиеся с водой во всех соотношениях. Кис лоты, в молекуле которых содержится от пята до девяти атомов углерода (а также изомасляная кислота), маслянисты; раство римость их в воде невелика.
Высшие кислоты — твердые тела, практически нерастворимые в воде, при перегонке под обыкновенным давлением они разла гаются.
Муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты имеют ост рый запах; средние члены ряда обладают неприятным запахом; высшие кислоты запаха не имеют. Основные физические свой ства предельных одноосновных кислот приведены в табл. 7.
2 0 0 Гл. VII. Карбоновые кислоты и их производные
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 |
|
Физические свойства предельных одноосновных кислот |
|
|
||||||
|
|
|
Темпера |
|
Температура |
Удельный вес |
||
Название |
Формула |
|
тура |
|
||||
плавления |
|
кипения |
|
|
||||
|
|
|
|
°с |
|
°с. |
|
|
Муравьиная кислота |
н с о о н |
+ 8 ,2 5 |
|
100,5 |
1.2322 |
|
||
Уксусная . . . . |
СНдСООМ |
+ 1 6 ,6 |
|
118,5 |
1,049 |
|
||
Пропионовая . . . |
СН3СН2СООН |
—20,7 |
|
141,1 |
0,9916 |
|
||
Масляная . . . . |
СН3СН2СН2СООН |
—3,11 |
|
163 |
0,959 |
|
||
Изомасляная . . . |
(СН3)2СНСООН |
—47 |
|
154,4 |
0,949 |
|
||
Валериановая . . |
СН3(СН2)3СООП |
—34,5 |
|
186 |
0,9387 |
|
||
Капроновая . . . |
CH3(CH2)4COOI I |
— 1,5 |
|
205,3 |
0,922 |
|
||
Энантовая . . . . |
СН3(СН2)6СООН |
— 10,5 |
|
223 |
0,9184 |
|
||
Каприловая . . . |
СН3(СН2)6СООН |
+ |
16,2 |
• |
237,5 |
0,910 |
|
|
Пеларгоновая . . |
СН3(СИ2)7СООН |
+ |
12,5 |
|
253 |
0,9057 |
|
|
Каприновая . . . |
СН3(СИ2)8СООН |
+ 3 1 ,5 |
|
268,4 |
0,8858 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
(при 40°> |
|
Ундекановая . . . |
СН3(С112)9СООН |
+ 3 0 ,5 |
|
280 |
0,8907 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
(при 30°1 |
|
Лауриновая . . . |
СН3(СН2)10СООН |
+ 4 4 ,3 |
|
225 |
0,8740 |
' |
||
|
|
|
|
|
|
(при 100 мм) |
(при 42°> |
|
Тридекановая . . . |
СН3(СН2)и СООН |
+ 4 2 ,5 |
|
236 |
— |
|
||
|
|
|
|
|
|
(при 100 мм) |
|
|
Миристиновая . . |
СН3(СП2)12СООН |
+ 5 3 , |
|
250,5 |
0,8533 |
|
||
|
|
|
|
|
|
(при 100 мм) |
(при 70Д |
|
Пенгадекановая . . |
СН3(СН2)13СООН |
+ 5 2 ,1 |
|
257 |
— |
|
||
|
|
|
|
|
|
(при 100 мм) |
|
|
Пальмитиновая . . |
СН3(СН2)14СООН |
+ 6 2 ,6 |
|
271,5 |
0,849 |
|
||
|
|
|
|
|
|
(при 100 мм) |
(при 70°1 |
|
Маргариновая* . . |
СН3(СН2)15СООН |
+ 6 0 ,8 |
|
277 |
0,848 |
|
||
|
|
|
|
|
|
(при 100 мм |
(при 70°) |
|
Стеариновая . . . |
СН3(СЫ2)16СООН |
+ 6 9 ,4 |
|
287 |
0,848 |
|
||
|
|
|
|
|
|
(при 100 мм) |
(при 70") |
|
* Маргариновая кислота |
не была |
найдена |
в природных |
продуктах и не имеет непосред |
||||
ственного отношения к маргарину. |
Она была |
получена синтетически Н. Я. |
Демьяновым |
и |
||||
С. М. Кочергиным. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Данные, приведенные в табл. 7, показывают, что с увеличе нием молекулярного веса повышается температура кипения и уменьшается удельный вес кислот. Если температуры кипения жирных кислот плавно возрастают по мере увеличения в моле куле кислоты количества атомов углерода, то для. температур плавления этих кислот отмечено следующее интересное явление: температура плавления кислоты с четным числом углеродных атомов в молекуле выше температур плавления двух соседних