Карбоновые кислоты, их производные (стр. 6 из 6)
Свойства двухосновных кислот
Физические свойства. Двухосновные кислоты – кристаллические вещества, растворимые в воде; с возрастанием в их молекулах числа углеродных атомов растворимость уменьшается.
Химические свойства. По химическим свойствам двухосновные кислоты аналогичны одноосновным, но имеют ряд отличительных особенностей, обусловленных наличием в молекулах дух карбоксильных групп и их взаимным влиянием.
Диссоциация и образование солей. В водных растворах двухосновные кислоты подвергаются ступенчатой диссоциации:
HOOC—COOH ¬® HOOC—COO- + H+
щавелеваякислотаанион I cтупени
HOOC—COO- ¬® -OOC—COO- + H+ анион II ступени
Способность к диссоциации у двухосновных кислот больше, чем у соответствующих по числу углеродных атомов одноосновных. Так щавелевая кислота весьма сильная кислота (первая Кдисс.=5,9×10-2), тогда как одноосновная уксусная кислота (тоже с двумя углеродными атомами) во много раз более слабая (К= 1,76×10-5). Диссоциация двухосновных кислот по второй ступени идет намного труднее, чем по первой (у щавелевой кислоты К"=6,4×10-5). Сила двухосновных кислот зависит от взаимного расположения карбоксильных групп в углеродной цепи: чем они более удалены друг от друга, тем кислота слабее. Поэтому щавелевая кислота (с карбоксильными группами в a-положении) является наиболее сильной двухосновной кислотой.
Двухосновные кислоты могут образовывать соли в результате замещения на металл либо в одной, либо в обоих карбоксильных группах и поэтому дают два ряда солей: кислые и средние соли. Например:
СOONa COONa щавелевокислый
I кислый щавелево- I натрий (средняя
COOH кислый натрий СOONa соль)
Функциональные производные двухосновных кислот. Так же как и в одноосновных кислотах, гидроксил в карбоксильных группах двухосновных кислот может быть замещен различными атомами или группами. Такое замещение может произойти либо только в одной, либо в обеих карбоксильных группах, и поэтому существуют два ряда производных двухосновных кислот: неполные и полные галогенангидриды, сложные эфиры, амиды и.т.д. Например:
Хлорангидриды Эфиры щавелевой Амиды щавелевой
щавелевой к-ты кислоты кислоты
O O O O O O
II II II II II II
C—Cl C—Cl C—OR C—OR C—NH2 C—NH2
I I I I I I
C—OH C—Cl C—OH C—OR C—OH C—NH2
II II II II II II
O O O O O O
Образование ангидридов и декарбоксилирование двухосновных кислот
Двухосновные кислоты с карбоксилами в положениях 1,4 и 1,5 даже при простом нагревании теряют молекулу воды в результате внутримолекулярного взаимодействия обеих карбоксильных групп за счет гидроксилов каждой из них, и образующиеся ангидриды имеют циклическое строение. Так из янтарной кислоты при нагревании получается циклический янтарный ангидрид с пятью атомами в цикле:
O O
II II
H2C—C H2C—C 
OH ¾® O + H2O 
OHH2C—C H2C—C
II II
O O
янтарная к-та янтарный ангидрид
(Тпл. 182 оС) (Тпл. 120 оС)
Глутаровая кислота (Тпл. 97,5 оС) при нагревании превращает в циклический глутаровый ангидрид (Тпл. 56 оС), содержащий в цикле шесть атомов. Аналогично циклические ангидриды образуют гомологи и другие замещенные производные янтарной и глутаровой кислот, также содержащие карбоксильные группы соответственно в положениях 1,4 и 1,5.
Иначе ведут себя двухосновные кислоты с карбоксильными группами в положении 1,2 и 1,3. Они не образуют циклических ангидридов, а при нагревании разлагаются, выделяя за счет одной из карбоксильных групп молекулу СО2, и превращаются в одноосновные кислоты. Так, малоновая кислота при нагревании образует уксусную кислоту, а щавелевая – муравьиную:
HO—C—CH2—C—OH t CH3—C—OH + CO2
II II ¾® II
O O O
малоновая кислот уксусная кислота
Разложение карбоновых кислот, при котором они с выделением СО2 теряют карбоксильную группу, называется реакцией декарбоксилирования.
Способы получения двухосновных кислот
Синтезы двухосновных кислот аналогичны синтезам одноосновных кислот.
Окисление двухатомных спиртов (гликолей)
Гликоли с двумя первичными спиртовыми группами окисляются в двухосновные кислоты. В качестве одного из промежуточных продуктов образуются диальдегиды. Например:
СH2—OH О CH=O O COOH
I ® I ® I
CH2—OH CH=O COOH
Кислоты, полученные этим способом, содержат то же число углеродных атомов, что и исходный гликоль.
Гидролиз нитрилов
При действии солей синильной кислоты на дигалогенпроизводные образуются динитрилы двухосновных кислот; последние при гидролизе превращаются в двухосновные кислоты. Например:
Сl 2KCN CºN +4HOH COOH 
CH2 ¾¾® CH2 ¾¾® CH2Cl -2KCl CºN -2NH3 COOH
дихлорметан динитрил малоновая
кислоты кислота
Таким образом, получаются кислоты с большим числом углеродных атомов, чем в исходном дигалогенпроизводном (наращивание цепи).
Список литературы
Писаренко А.П., Хавин З.Я. Курс органической химии. М., Высшая школа,
1975. 510 с.
Нечаев А.П. Органическая химия. М., Высшая школа, 1976. 288 с.
Артеменко А.И. Органическая химия. М., Высшая школа, 2000. 536 с.
Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. М., Высшая школа, 1999. 768 с.
Ким А.М. Органическая химия. Новосибирск, Сибирское университетское издательство, 2002. 972 с.