38. Карбонові кислоти
Представники насичених аліфатичних монокарбонових кислот
Мурашина (метанова) кислота. Гомологічний ряд насичених (алканових) монокарбонових кислот починається мурашиною кислотою НСООН. Це – безбарвна речовина з різким запахом, кипить за температури 100,7 °С, змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. Вона міститься у хвої, кропиві, виділеннях мурашок та бджіл.
Карбоксильна група в мурашиній кислоті з’єднана з атомом водню. Тому в її формулі є карбоксильна та альдегідна групи:
Мурашина кислота найсильніша в її гомологічному ряді (К = 2x10–4). Крім кислотних властивостей вона виявляє відновні, характерні для альдегідів, наприклад, вступає в реакцію «срібного дзеркала»:
За температури 160 °С мурашина кислота розкладається:
Під дією концентрованої сірчаної кислоти вона зневоднюється:
У промисловості мурашину кислоту добувають у дві стадії. Спочатку нагріванням твердого гідроксиду натрію з оксидом вуглецю (II) добувають метанат (форміат) натрію НСОONа:
Потім у результаті взаємодії цій солі з холодною сірчаною кислотою одержують мурашину кислоту:
Мурашина кислота широко застосовується в хімічній (як відновник), харчовій (як дезінфікуючий та консервуючий засіб) і текстильній промисловості (для протрави та фарбування тканин) , а також у виробництві природного каучуку (як коагулюючий засіб) і медицині.
Оцтова (етанова) кислота. Ця кислота СН3СООН за звичайної температури – безбарвна рідина з різким характерним запахом, за температури нижче –16,6 °С – кристалічна, льодоподібна маса. Тому безводну оцтову кислоту називають «льодяною». Її температура кипіння становить 118,5 °С, за кімнатної температури вона змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. Розчин цієї кислоти з масовою часткою СН3СООН 3–5 % відомий під назвою столового оцту, 70–80 % – оцтової есенції.
Оцтова кислота виявляє всі хімічні властивості, характерні для карбонових кислот. Вона – слабкий електроліт:
СН3СООН <=> СН3СОО– + Н+.
Ступінь її дисоціації становить 1,3 %, константа дисоціації К = 2x10–5.
Оцтова кислота змінює колір лакмусу та метилового оранжевого на червоний, взаємодіє з металами, які стоять в ряду стандартних електродних потенціалів перед воднем, з основами, амфотерними гідроксидами, солями.
Солі оцтової кислоти називаються етанатами або ацетатами. Як іонні сполуки вони добре розчиняються у воді, як солі слабкої кислоти – гідролізуються у водних розчинах.
На відміну від мурашиної оцтова кислота не виявляє властивостей альдегіду.
Оцтову кислоту добувають окисленням етилового спирту під дією бактерій:
Це найдавніший спосіб її одержання (скисання виноградного вина).
Основний промисловий синтетичний спосіб добування оцтової кислоти складається з трьох стадій:
1) крекінгу метану на ацетилен і водень:
2СН4 = 2СНºСН + Н2;
2) добування оцтового альдегіду за реакцією Кучерова:
3) окислення оцтового альдегіду киснем повітря за наявності каталізатора:
Перспективним є новий (економічно більш вигідний) спосіб добування оцтової кислоти з бутану:
З усіх карбонових кислот оцтова має найбільше практичне значення. Її застосовують у синтезі барвників, для одержання пластмас, ліків (наприклад, аспірину, фенацетину), штучних волокон, негорючої кіноплівки тощо. Солі та інші похідні цієї кислоти використовують для фарбування тканин, у медицині, сільському господарстві (боротьба з бур’янами). Складні ефіри оцтової кислоти, як і ефіри мурашиної, застосовують як розчинники і запашні речовини.
Пальмітинова та стеаринова кислоти. З вищих насичених аліфатичних монокарбонових кислот найважливішими є пальмітинова
У вигляді складних ефірів гліцерину вони входять до складу рослинних і тваринних жирів.
Ці кислоти – тверді речовини білого кольору, нерозчинні у воді. Вуглеводневі радикали їх молекул містять нерозгалужені ланцюги з 15 і 17 вуглецевих атомів, сполучених сигма-зв’язками. Для цих кислот характерні ті ж реакції, що і для інших карбонових кислот. Так, внаслідок взаємодії з розчинами лугів або карбонату натрію вони утворюють солі:
Натрієві солі цих кислот розчинні у воді. Вони складають основну частину звичайного твердого мила, оскільки мають миючі властивості. Калієві солі утворюють рідке мило, яке застосовують у медицині.
Миюча дія мила обумовлена будовою його уявної молекули, яка має полярний кінець –СОО–Na+ і неполярний радикал, що містить 12–18 атомів вуглецю. Полярний кінець розчинний у воді, неполярний – у маслі, бруді. Внаслідок цього частки бруду оточуються іонною оболонкою, що розчиняється у воді. Утворюється емульсія жиру у воді, яка далі видаляється разом з милом.
Кальцієві та магнієві солі карбонових кислот не розчиняються у воді, тому мило втрачає миючі властивості в твердій воді.
Із солей карбонових кислот можна знову добути кислоти, діючи на їх водні розчини сильною кислотою:
Вищі карбонові кислоти добувають із жирів (див. гідроліз жирів) і застосовують для виробництва мила.
З метою економії цінної харчової сировини – рослинних і тваринних жирів – зараз розробляються способи виготовлення мила та інших миючих засобів з нехарчових речовин. Карбонові кислоти, необхідні для виробництва мила, добувають способом, який базується на окисленні парафінів:
Зараз синтезовано нові миючі засоби – солі кислих естерів вищих спиртів і сірчаної кислоти (алкілсульфати з загальною формулою R–СН2–О–SO2–ОNа). їх кальцієві та магнієві солі добре розчиняються у воді (на відміну від мила), і можуть використовуватися для прання в твердій воді. Алкілсульфати входять до складу багатьох пральних порошків.
Синтетичні миючі засоби не руйнуються в процесі їх використання, потрапляють у водойми і забруднюють навколишнє середовище. Тому вчені прагнуть створити такі миючі засоби, які в природі могли б знищуватися мікроорганізмами в процесі їх життєдіяльності.