Муравьиная, непредельные и бензойная кислоты. Получение кислот

Некоторые кислоты, кроме общих свойств, проявляют особые — из-за дополнительной функциональной группы или кратной связи в радикале. Эти особенности чаще всего проверяют задания ЕГЭ.

Муравьиная кислота

Муравьиная кислота \(\ce{H-COOH}\) — особая: её карбоксильная группа связана с атомом водорода, и молекулу можно рассматривать одновременно как кислоту и как альдегид: в ней есть фрагмент \(\ce{H-C=O}\). Поэтому муравьиная кислота — восстановитель. Она даёт реакцию «серебряного зеркала», восстанавливает гидроксид меди(II) при нагревании, обесцвечивает перманганат калия и бромную воду, окисляясь до \(\ce{CO2}\):

\[ \ce{H-COOH + 2[Ag(NH3)2]OH ->[t^\circ] (NH4)2CO3 + 2Ag v + 2NH3 + H2O} \]

\[ \ce{H-COOH + Br2 -> CO2 ^ + 2HBr}; \qquad \ce{5H-COOH + 2KMnO4 + 3H2SO4 -> 5CO2 ^ + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O} \]

Концентрированная серная кислота отнимает у муравьиной кислоты воду — это лабораторный способ получения угарного газа: \(\ce{H-COOH ->[H2SO4, t^\circ] CO ^ + H2O}\). Муравьиная кислота — самая сильная из предельных одноосновных кислот. В промышленности её получают из угарного газа и щёлочи под давлением с последующим подкислением: \(\ce{CO + NaOH ->[t^\circ, p] H-COONa}\).

Непредельные кислоты

Акриловая кислота \(\ce{CH2=CH-COOH}\), метакриловая \(\ce{CH2=C(CH3)-COOH}\) и олеиновая кислота \(\ce{C17H33-COOH}\) содержат в радикале двойную связь, поэтому они вступают в реакции присоединения, полимеризуются, обесцвечивают бромную воду и перманганат:

\[ \ce{CH2=CH-COOH + Br2 -> Br-CH2-CHBr-COOH}; \qquad \ce{CH2=CH-COOH + H2 ->[Ni] CH3-CH2-COOH} \]

Галогеноводороды и вода присоединяются к акриловой кислоте против правила Марковникова: карбоксильная группа оттягивает электроны от двойной связи. При гидрировании олеиновая кислота превращается в стеариновую: \(\ce{C17H33-COOH + H2 ->[Ni, t^\circ] C17H35-COOH}\) — на этом основано получение твёрдых жиров из масел.

\[ \ce{CH2=CH-COOH + HBr -> Br-CH2-CH2-COOH} \quad (\text{3-бромпропановая кислота}) \]

Бензойная и щавелевая кислоты

Бензойная кислота \(\ce{C6H5-COOH}\) — белые кристаллы, немного сильнее уксусной. Карбоксильная группа — ориентант II рода: нитрование и бромирование идут в мета-положение. Получают её окислением толуола, а её натриевая соль (бензоат натрия, Е211) — распространённый консервант. Двухосновная щавелевая кислота \(\ce{HOOC-COOH}\) образует кислые и средние соли (оксалаты) и, как муравьиная, окисляется перманганатом до \(\ce{CO2}\).

Получение карбоновых кислот

Окисление альдегидов и первичных спиртов — главный путь в цепочках: \(\ce{2CH3-CHO + O2 ->[\text{кат.}] 2CH3-COOH}\); спирт окисляют дихроматом или перманганатом калия в кислой среде.

Окисление углеводородов: бутана кислородом (промышленный способ получения уксусной кислоты), гомологов бензола и алкенов перманганатом:

\[ \ce{2CH3-CH2-CH2-CH3 + 5O2 ->[\text{кат.}, t^\circ] 4CH3-COOH + 2H2O} \]

Гидролиз производных кислот: сложных эфиров, нитрилов, тригалогеналканов с тремя атомами галогена у концевого атома углерода:

\[ \ce{CH3-C#N + 2H2O + HCl -> CH3-COOH + NH4Cl} \]

\[ \ce{CH3-CCl3 + 4NaOH ->[H2O] CH3-COONa + 3NaCl + 2H2O} \]

Из солей — действием сильной кислоты: \(\ce{H-COONa + HCl -> H-COOH + NaCl}\). Уксусную кислоту получают также карбонилированием метанола \(\ce{CH3-OH + CO ->[\text{кат.}] CH3-COOH}\), а пищевой уксус — уксуснокислым брожением вина: \(\ce{CH3-CH2-OH + O2 ->[\text{бактерии}] CH3-COOH + H2O}\).