Способы получения карбоновых кислот

Способы получения карбоновых кислот

• 1. Общие и специфические способы получения карбоновых кислот.
• 2. Важнейшие представители карбоновых кислот, их биологическая роль, способы получения, применение.

1. Способы получения:

1. Окисление альдегидов и первичных спиртов - общий способ получения карбоновых кислот. В качестве окислителей применяются K М n О 4 и K 2 С r 2 О 7 .

R - CH 2 - OH → R - CH = O → R - CO - OH

спирт альдегид кислота

2. Гидролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих три атома галогена у одного атома углерода. При этом образуются спирты, содержащие группы ОН у одного атома углерода - такие спирты неустойчивы и отщепляют воду с образованием карбоновой кислоты:

ЗNаОН

• R-CCl 3 → [ R - C ( OH ) 3 ]→ R - COOH + Н 2 О

-3NaCl

3. Получение карбоновых кислот из цианидов (нитрилов): дополнительный атом углерода вводят в состав молекулы, используя реакцию замещения галогена в молекуле галогенуглеводорода цианидом натрия, например:

• СН 3 -В r + NaCN → CH 3 - CN + NaBr .

метилцианид

Образующийся нитрил уксусной кислоты (метилцианид) при нагревании легко гидролизуется с образованием ацетата аммония:

• CH 3 CN + 2Н 2 О → CH 3 COONH 4 .

ацетат аммония

При подкислении раствора выделяется кислота:

• CH 3 COONH 4 + HCl   → СН 3 СООН + NH 4 Cl .

уксусная кислота

Для отдельных кислот существуют специфические способы получения.

• Муравьиную кислоту получают нагреванием оксида углерода ( II ) с порошкообразным гидроксидом натрия под давлением и обработкой полученного формиата натрия сильной кислотой:

200 °С, Р H 2 SO 4

•   NaOH + СО → HCOONa → НСООН 

формиат натрия муравьиная кислота

• Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана кислородом воздуха:

2С 4 Н 10 + 5 O 2  → 4СН 3 СООН + 2Н 2 О.

• Для получения бензойной кислоты можно использовать окисление монозамещенных гомологов бензола кислым раствором перманганата калия:

5С 6 Н 5 -СН 3 + 6 KMnO 4 + 9 H 2 SO 4 = 5С 6 Н 5 СООН + 3 K 2 SO 4 + 6 MnSO 4 + 14 H 2 O .

• Бензойную кислоту можно получить из бензальдегида с помощью реакции Канниццаро. В этой реакции бензальдегид обрабатывают 40-60 %-ным раствором гидроксида натрия при комнатной температуре. Одновременное окисление и восстановление приводит к образованию бензойной кислоты и фенилметанола (бензилового спирта):

2. Важнейшие представители карбоновых кислот, их биологическая роль, способы получения, применение.

• Муравьиная кислота – бесцветная едкая жидкость с острым запахом, смешивающаяся с водой. Впервые выделена в Х VII в. из красных муравьев перегонкой с водяным паром. В природе встречается в свободном состоянии также в крапиве.
• Муравьиная кислота (HCOOH) - надежное оружие рыжих муравьев. Ядовитая железа такого муравья содержит от 20 до 70 % муравьиной кислоты, это главный компонент его «оборонного средства». Именно им муравьи парализуют добычу.
• Источники накопления муравьиной кислоты в атмосфере - выхлопные газы автомобилей и различные промышленные дымы, претерпевающие химические превращения под действием солнечных лучей.
• Получают муравьиную кислоту из гидроксида натрия и оксида углерода нагреванием под давлением (см. выше).

• Уксусная кислота (CH 3 COOH) – одно из первых органических соединений, которое было выделено в относительно чистом виде и описано уже в ХI в. алхимиками как продукт перегонки натурального уксуса.
• В 1845 г. немецкий химик А. Кольбе осуществил ее синтез. Водный раствор этой кислоты известен как столовый уксус. Безводная уксусная кислота затвердевает при температуре 17 ºС. Ее часто называют «ледяной» уксусной кислотой. Метод приготовления ледяной уксусной кислоты, вошедший в Российскую фармакопею, был разработан в 1784 г.

• Уксусная кислота представляет собой бесцветную жидкость с острым запахом и кислым вкусом, неограниченно смешивающуюся с водой.
• Безводную уксусную кислоту называют «ледяной», так как при 17 °С она замерзает и образует кристаллы, подобные льду. Обычная уксусная кислота, содержащая 2-3 % воды, замерзает при температуре ниже 13 °С.
• Уксусная кислота известна издавна. Ее разбавленные водные растворы образуются при брожении вина. При перегонке водных растворов получают приблизительно 80 %-ную кислоту («уксусную эссенцию»), которую применяют для пищевых целей.

• Синтетическую уксусную кислоту для нужд химической промышленности получают различными методами.
• Один из методов заключается в окислении уксусного альдегида, который, в свою очередь, получают из этилена окислением в присутствии РdСl 2 или из ацетилена.
• Второй метод заключается в карбонилировании метанола.
• Третий метод – каталитическое окисление бутана.

• Уксусную кислоту используют в качестве растворителя и как исходное вещество для синтеза производных уксусной кислоты (ацетилхлорида, ацетангидрида, амидов, сложных эфиров).
• Соли уксусной кислоты (ацетаты) применяют в текстильной промышленности в качестве протравителей и в синтезе  как основные катализаторы.

• Пальмитиновая кислота ( C 16 H 32 O 2 , или CH 3 (CH 2 ) 14 COOH) – представляет собой бесцветное кристаллическое вещество со слабым запахом стеарина, в воде не растворяется. Широко распространена в природе, в виде сложных эфиров с глицерином входит в состав жиров.
• Получают пальмитиновую кислоту обработкой жиров щелочью (гидролиз, омыление). При этом образуются соли (пальмитаты), после подкисления которых осаждается сама кислота.
• Пальмитиновая кислота и ее производные используются в качестве поверхностно-активных веществ (моющих средств и др.). Ее натриевая соль называется мылом.

• Стеариновая кислота (C 18 H 36 O 2 , или CH 3 (CH 2 ) 16 COOH) – бесцветное кристаллическое вещество со слабым запахом стеарина. Ее эфиры с глицерином входят в состав жиров.
• Получают стеариновую кислоту омылением жиров. Обычно образуется смесь стеариновой и пальмитиновой кислот, которую можно разделить на составные части. Стеариновую кислоту в смеси с пальмитиновой используют в производстве свечей, их натриевые соли являются обыкновенным мылом. В органическом синтезе стеариновую кислоту используют для получения других поверхностно-активных веществ.
• Производные пальмитиновой и стеариновой кислот принадлежат к важным природным веществам – липидам.

• Акриловая кислота (CH 2 =CHCOOH) – бесцветная жидкость с острым запахом; t кип = 141 ºС.
• Во всех отношениях смешивается с водой, спиртом и эфиром.
• В промышленности ее получают из ацетилена:

C 2 H 2 + CO + H 2 О = С 2 Н з СООН.

• Соли акриловой кислоты используют как добавки к печатным краскам, пастам и некоторым лакам. В промышленности в больших количествах производят полимеры эфиров акриловой кислоты.

• Метакриловая кислота ( a-акриловая кислота, CH 2 C (CH 3 ) – СООН ) – бесцветная жидкость с резким запахом; растворима в воде и органических растворителях.
• Метакриловую кислоту получают присоединением синильной кислоты (HC N ) к ацетону с последующей дегидратацией до лонитрила CH 2 C (CH 3 )-C, которую подвергают омылению.
• Метакриловая кислота и ее производные применяют для получения технически важных полимерных продуктов, органического стекла, также используют в производстве каучуков, безосколочного стекла, ионообменных смол; соли полиметакриловой кислоты служат эмульгаторами.

• Олеиновая кислота ( CH 3 ( CH 2 ) 7 CH = CH ( CH 2 ) 7 COOH ) – одноосновная ненасыщенная карбоновая кислота; бесцветная вязкая жидкость.
• Олеиновая кислота в виде триглицерида содержится практически во всех растительных маслах и животных жирах.
• Получают кислоту главным образом из оливкового масла, в котором содержание ее достигает 70-85 %.
• Эфиры олеиновой кислоты применяют при получении лакокрасочных материалов, в производстве косметических препаратов, олеинового спирта и др.; сама кислота и некоторые ее эфиры используются в качестве пластификаторов - веществ, повышающих пластичность (например, в производстве резины).
• Соли олеиновой кислоты наряду с солями др. высших жирных кислот являются мылами.

• Линолевая кислота С 17 H 31 COOH, линоленовая кислота (CH 3 (CH 2 CH=CH) 3 (CH 2 )7COOH) – одноосновные с двумя и тремя изолированными двойными связями; бесцветные маслообразные жидкости.
• Линолевая кислота (арахидоновая кислота) и линоленовая кислота относятся к незаменимым жирным кислотам, необходимым для нормальной жизнедеятельности; в организм человека и животных эти кислоты поступают с пищей, главным образом в виде сложных липидов - триглицеридов и фосфатидов .
• В виде триглицерида кислоты в значительных количествах (до 40-60%) входят в состав многих масел растительных и животных жиров, например соевого, хлопкового, подсолнечного, льняного, конопляного масел, китового жира.

• Д/з.: