Главная > Химия > Органическая химия (Моррисон Р.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

18.4. Соли карболовых кислот

Хотя карбоновые кислоты гораздо слабее сильных минеральных кислот (серной, соляной, азотной), они несравненно более сильные кислоты, чем те очень слабые органические кислоты, которые до сих пор рассматривались (спирты, ацетилен); они более сильные кислоты, чем вода. Поэтому водные растворы щелочей легко переводят карбоновые кислоты в соли; под действием водных минеральных кислот соли легко превращают обратно в карбоновые кислоты

Поскольку при работе с кислотами почти всегда происходит превращение их в соли или обратный процесс, то целесообразно рассмотреть свойства этих солей.

Соли карбоновых кислот, как и все соли, представляют собой кристаллические нелетучие вещества, состоящие из положительно и отрицательно заряженных ионов, и их свойства вполне соответствуют тому, что можно было ожидать для подобной структуры. Сильные электростатические силы, удерживающие ионы в кристаллической решетке, могут быть преодолены лишь путем нагревания до высокой температуры или использования очень полярного растворителя. Температура, необходимая для плавления, оказывается столь высокой, что еще до того, как она может быть достигнута, рвутся связи углерод — углерод и молекула разрушается обычно при температуре 300-400 °С. Температура разложения редко может быть использована для идентификации соединения, поскольку она скорее зависит от скорости нагревания, чем от свойств соединения.

Аммонийные соли и соли щелочных металлов карбоновых кислот (калия, натрия) растворимы в воде, но не растворимы в неполярных растворителях; большинство солей тяжелых металлов (железа, серебра, меди и т. д.) в воде не растворимы.

Таким образом, за исключением кислот, содержащих четыре или меньшее число атомов углерода, которые растворимы и в воде и в органических растворителях, карбоновые кислоты и их соли щелочных металлов обладают прямо противоположными характеристиками растворимости. Поскольку взаимопревращение кислот и солей легко осуществимо, подобное различие в растворимости можно использовать в двух важных случаях: для идентификации и для разделения.

Нерастворимое в воде органическое соединение, которое растворяется в водном разбавленном растворе едкого натра, может быть либо кислотой, либо одним из небольшого числа других органических соединений, более

кислых, чем вода; то, что оно действительно является карбоновой кислотой, может быть показано другими путями.

Вместо едкого натра можно использовать бикарбонат натрия; даже если неизвестное вещество растворимо в воде, его кислотность может быть замечена по выделению пузырьков

Можно отделить карбоновую кислоту от некислотных соединений, использовав свойство карбоновой кислоты растворяться в водном основании, в котором вещества, не обладающие кислотными свойствами, не будут растворяться. После того как разделение завершено, кислоту можно регенерировать подкислением водного раствора. Если имеют дело с твердым веществом, то смесь просто перемешивают с водным раствором щелочи и отфильтровывают раствор от нерастворимых некислотных веществ; добавление минеральной кислоты к фильтрату приводит к осаждению карбоновой кислоты, которую можно отделить фильтрованием. При работе с жидкостями нужно встряхнуть смесь с водным раствором основания в делительной воронке и отделить водный слой от нерастворимого органического слоя. Добавление кислоты к водному слою также освобождает карбоновую кислоту, которую можно выделить из воды. Для полноты выделения к подкисленной -смеси часто добавляется нерастворимый в воде растворитель, например эфир. Карбоновая кислота извлекается из воды эфиром, в котором она лучше растворима; летучий эфир легко удаляется от относительно высоко кипящей кислоты при перегонке.

Так, например, альдегид, образующийся при окислении первичного спирта (разд. 16.7), вполне может быть загрязнен карбоновой кислотой. Эту кислоту можно легко отмыть разбавленным водным раствором основания. Карбоновая кислота, получаемая при окислении алкилбензола (разд. 12.11), вполне может быть загрязнена непрореагировавшим исходным веществом; карбоновую кислоту можно перевести в раствор обработкой водным раствором основания, отделить от нерастворимого углеводорода и регенерировать добавлением минеральной кислоты.

Поскольку подобное разделение является наиболее простым и сопряжено с минимальными потерями, его всегда предпочитают (в случае, если оно возможно) по сравнению с перекристаллизацией или перегонкой.

18.5. Промышленные источники

Низшие члены ряда, как обычно, получают особыми методами. Муравьиную кислоту синтезируют в крупных масштабах взаимодействием окиси углерода с водным раствором едкого натра при высокой температуре и давлении.

Уксусная кислота (безусловно, самая важная из всех карбоновых кислот) образуется при окислении ацетальдегида кислородом воздуха. Анеталь-дегид легко получается при гидратации ацетилена (разд. 8.13) или дегидрировании этилового спирта (разд. 16.7)

Большие количества уксусной кислоты производятся также в виде разбавленного водного раствора, называемого уксусом. В этом случае уксусную кислоту также получают окислением этилового спирта кислородом воздуха; катализатором служат ферменты бактерий (Acetobader).

Наиболее важные источники алифатических карбоновых кислот — животные и растительные жиры (разд. 20.22-20.26). Из жиров можно получить кислоты с неразветвленной цепью, а также с четным числом атомов углерода, начиная от шести и до восемнадцати атомов углерода (с чистотой более 90%). Эти кислоты легко превратить в соответствующие спирты (разд. 18.18), которые затем можно использовать одним из способов, которые уже были рассмотрены (разд. 16.10), для синтеза большого числа других соединений, содержащих длинные неразветвленные цепи.

Наиболее важные ароматические карбоновые кислоты — бензойную и фталевые — синтезируют в промышленности по реакции, которая рассматривалась в разд. 12.11, окислением алкилбензолов. Необходимые для этого толуол и ксилолы легко получаются из каменноугольной смолы и каталитическим реформингом алифатических углеводородов (разд. 12.4) нефти; другим источником фталевой кислоты (орто-изомера) может служить ароматический углеводород нафталин, также содержащийся в каменноугольной смоле. При этом используют дешевые окисляющие агенты, такие, как хлор или даже воздух (в присутствии катализаторов).

(см. скан)

(см. скан)

18.6. Методы синтеза

Неразветвленные алифатические кислоты вплоть до и кислоты с четным числом атомов углерода до доступны в промышленном масштабе, так же как и простейшие ароматические кислоты. Другие карбоновые кислоты можно синтезировать методами, описанными ниже.

МЕТОДЫ СИНТЕЗА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

(см. скан)

(см. скан)

Все перечисленные методы имеют одинаково важное значение; выбор конкретного метода определяется доступностью исходных веществ.

Окисление — наиболее прямой метод и его используют всегда, когда это возможно, причем некоторые низшие алифатические кислоты можно синтезировать из доступных спиртов, а замещенные ароматические кислоты — из замещенных толуолов.

Особое преимущество синтеза Гриньяра и нитрильного синтеза состоит в возможности увеличения длины углеродной цепи.

Этим расширяется число доступных исходных веществ. В алифатическом ряду как реактив Гриньяра, так и нитрилы получают из галогенидов, которые в свою очередь обычно синтезируют из спиртов. Таким образом, в конечном итоге эти синтезы сводятся к получению кислот из спиртов, содержащих на один атом углерода меньше.

(см. скан)

Ароматические нитрилы обычно нельзя получить из малоактивных арилгалогенидов (разд. 25.7). Их синтезируют из солей диазоная с помощью реакции, которая будет обсуждена в разд. 24.6. Соли диазония получают из ароматических аминов, а последние — из нитросоединений. Таким образом, карбоксильная группа в конце концов входит в то же положение ароматического кольца, в котором первоначально находилась нитрогруппа, введенная прямым нитрованием (разд. 11.8 и 12.12).

Для получения более сложных кислот используют наиболее универсальный из всех методов — синтез при помощи малонового эфира (разд. 29.9).

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление