КАРБО́НОВЫЕ КИСЛО́ТЫ

КАРБО́НОВЫЕ КИСЛО́ТЫ, ор­га­нич. со­еди­не­ния, со­дер­жа­щие в мо­ле­ку­лах кар­бок­силь­ную груп­пу (кар­бок­сил) COOH. Ши­ро­ко рас­про­стра­не­ны в при­ро­де в сво­бод­ном со­стоя­нии и в ви­де про­из­вод­ных: на­хо­дят­ся в пло­дах не­ко­то­рых рас­те­ний, кро­ви, вы­де­ле­ни­ях жи­вот­ных; вхо­дят в со­став жи­ров, эфир­ных ма­сел, вос­ков; иг­ра­ют важ­ную роль в об­ме­не ве­ществ. Мно­гие К. к. име­ют три­ви­аль­ные на­зва­ния, ко­то­рые свя­за­ны в осн. с их на­хо­ж­де­ни­ем в при­ро­де, напр. му­равь­и­ная ки­сло­та (или, в со­от­вет­ст­вии с пра­ви­ла­ми хи­мич. но­менк­ла­ту­ры, ме­та­но­вая ки­сло­та), ва­ле­риа­но­вая ки­сло­та (пен­та­но­вая ки­сло­та), ян­тар­ная ки­сло­та (бу­тан­дио­вая ки­сло­та).

В за­ви­си­мо­сти от ти­па ра­ди­ка­ла R, свя­зан­но­го с груп­пой $\ce {COOH}$, К. к. мо­гут быть али­фа­ти­че­ски­ми (напр., ук­сус­ная ки­сло­та), али­цик­ли­че­ски­ми (цик­ло­гек­сан­кар­бо­но­вая ки­сло­та $\ce {C6H11COOH}$), аро­ма­ти­че­ски­ми (то­луи­ло­вые ки­сло­ты) или ге­те­ро­цик­ли­че­ски­ми (ни­ко­ти­но­вая ки­сло­та); кро­ме то­го, К. к. мо­гут быть на­сы­щен­ны­ми (про­па­но­вая, или про­пио­но­вая ки­сло­та) и не­на­сы­щен­ны­ми (про­пе­но­вая, или ак­ри­ло­вая ки­сло­та). Али­фа­тич. К. к., у ко­то­рых чис­ло ато­мов С в мо­ле­ку­ле боль­ше 6, от­но­сят к выс­шим жир­ным ки­сло­там. По чис­лу кар­бок­силь­ных групп в мо­ле­ку­ле раз­ли­ча­ют од­но-, двух-, …, мно­го­ос­нов­ные (со­от­вет­ст­вен­но мо­но-, ди-, …, по­ли­кар­бо­но­вые) ки­сло­ты, напр. ряд бен­зол­кар­бо­но­вых ки­слот: бен­зой­ная ки­сло­та (мо­но­кар­бо­но­вая), фта­ле­вые ки­сло­ты (ди­кар­бо­но­вые), три­ме­зи­но­вая ки­сло­та (1,3,5-бен­зол­три­кар­бо­но­вая), пи­ро­мел­ли­то­вая ки­сло­та (1,2,4,5-бен­зол­тет­ра­кар­бо­но­вая), 1,2,3,4,5-бен­зол­пен­та­кар­бо­но­вая ки­сло­та, мел­ли­то­вая ки­сло­та (бен­зол­гек­са­кар­бо­но­вая). К. к. кро­ме кар­бок­силь­ных групп мо­гут со­дер­жать др. функ­цио­наль­ные груп­пы, напр. $\ce {NH2}$ (ами­но­кис­ло­ты), $\ce {C=O}$ (ок­со­кис­ло­ты), $\ce {OH}$ (гид­ро­кси­кис­ло­ты), ато­мы га­ло­ге­нов (га­ло­ген­кар­бо­но­вые ки­сло­ты).

Кар­бок­силь­ная груп­па име­ет пла­нар­ное строе­ние и та­кое пе­ре­рас­пре­де­ле­ние элек­трон­ной плот­но­сти за счёт ме­зо­мер­но­го и ин­дук­тив­но­го эф­фек­тов, ко­то­рое спо­соб­ст­ву­ет то­му, что в твёр­дом и жид­ком со­стоя­нии молекулы К. к. об­ра­зу­ют проч­ные во­до­род­ные свя­зи и К. к. су­ще­ст­ву­ют в ви­де ус­той­чи­вых цик­лич. ди­ме­ров:

Ди­ме­ри­за­ци­ей обу­слов­ле­ны бо­лее вы­со­кие темп-ры плав­ле­ния и ки­пе­ния К. к. по срав­не­нию с со­еди­не­ния­ми с близ­кой мо­ле­ку­ляр­ной мас­сой, но не со­дер­жа­щи­ми груп­п $\ce {COOH}$. К. к. – жид­кие (од­но­ос­нов­ные низ­шие али­фа­ти­че­ские, мн. не­на­сы­щен­ные ки­сло­ты) или твёр­дые ве­ще­ст­ва. Низ­шие али­фа­тич. К. к. хо­ро­шо рас­тво­ри­мы в во­де, аро­ма­тич. К. к. – ог­ра­ни­чен­но, выс­шие жир­ные ки­сло­ты в во­де не­рас­тво­ри­мы, рас­тво­ря­ют­ся в спир­те, эфи­ре, бен­зо­ле.

В осн. К. к. – сла­бые ки­сло­ты, их ки­слот­ные свой­ст­ва обу­слов­ле­ны спо­соб­но­стью дис­со­ции­ро­вать в вод­ном рас­тво­ре: $\ce {RCOOH +H2O <-> RCOO- +H3O+}$. Сте­пень дис­со­циа­ции, а сле­до­ва­тель­но, и си­ла ки­слот, за­ви­сят от раз­ме­ра и при­ро­ды ра­ди­ка­ла, свя­зан­но­го с кар­бок­си­лом. С уве­ли­че­ни­ем дли­ны уг­ле­во­до­род­но­го ра­ди­ка­ла си­ла ки­слот умень­ша­ет­ся; напр., при 25 °C кон­стан­та дис­со­циа­ции ($K_a$) му­равь­и­ной ки­сло­ты 1,7·10^–4, про­пио­но­вой ки­сло­ты 1,3·10^–5. Ки­слот­ность по­вы­ша­ет­ся при вве­де­нии в мо­ле­ку­лы К. к. элек­тро­но­ак­цеп­тор­ных за­мес­ти­те­лей ($\ce {OH}$, $\ce {NO2}$, $\ce {CN}$, $\ce {Cl}$, $\ce {F}$ и др.), напр. $K_a$ ук­сус­ной ки­сло­ты 1,7·10^–5, $K_a$ трифтор­ук­сус­ной ки­сло­ты $\ce {CF3COOH}$ 5,9·10^–1. Ки­слот­ность ди­кар­бо­но­вых кис­лот вы­ше, чем мо­но­кар­бо­но­вых; кис­лот­ность не­на­сы­щен­ных и аро­ма­ти­че­ских К. к. вы­ше, чем на­сы­щен­ных (напр., ак­ри­ло­вая ки­сло­та при­мер­но в 4 ра­за силь­нее про­пио­но­вой). Влия­ние за­мес­ти­те­лей (в т. ч. вто­рой кар­бок­силь­ной груп­пы) и крат­ных свя­зей тем боль­ше, чем они бли­же рас­по­ло­же­ны к кар­бок­силь­ной груп­пе; напр., ща­ве­ле­вая ки­сло­та $\ce {HOOC-COOH}$ при­мер­но в 40 раз силь­нее ма­ло­но­вой ки­сло­ты $\ce {HOOC-CH2-COOH}$.

Наи­бо­лее важ­ные хи­мич. свой­ст­ва К. к. – спо­соб­ность пре­вра­щать­ся в про­из­вод­ные. При взаи­мо­дей­ст­вии К. к. с ме­тал­ла­ми, их ок­си­да­ми и гид­ро­кси­да­ми об­ра­зу­ют­ся со­ли, напр.: $\ce {RCOOH + NaOH ->RCOONa +H2O}$. На­трие­вые и ка­лие­вые со­ли К. к. хо­ро­шо рас­тво­ри­мы в во­де; со­ли выс­ших К. к. на­зы­ва­ют­ся мы­ла­ми. При взаи­мо­дей­ст­вии К. к. со спир­та­ми в при­сут­ст­вии ми­не­раль­ных ки­слот об­ра­зу­ют­ся эфи­ры слож­ные: $\ce {RCOOH +R'OH <-> RCOOR' +H2O}$ ($\ce {R'}$  – ал­киль­ный ра­ди­кал); c га­ло­ге­нан­гид­рида­ми ми­не­раль­ных ки­слот – ацил­га­ло­ге­ни­ды, напр.: $\ce {RCOOH +SOCl2 ->RCOCl +HCl +SO2}$. При на­гре­ва­нии К. к. с во­до­от­ни­маю­щи­ми сред­ст­ва­ми обыч­но по­лу­ча­ют­ся ан­гид­ри­ды кар­бо­но­вых ки­слот. Взаи­мо­дей­ст­вие К. к., их ан­гид­ри­дов, эфи­ров и хло­ран­гид­ри­дов с ами­на­ми и ам­миа­ком при­во­дит к ами­дам кар­бо­но­вых ки­слот, напр.: $\ce {RCOCl + 2NH3 ->RCONH2 +NH4Cl}$.

Боль­шин­ст­во К. к. и их со­лей под­вер­га­ет­ся де­кар­бок­си­ли­ро­ва­нию. Вос­ста­нов­ле­ние К. к. при­во­дит к аль­де­ги­дам и да­лее к пер­вич­ным спир­там. Многие К. к. всту­па­ют в ре­ак­ции по­ли­ме­ри­за­ции и по­ли­кон­ден­са­ции. Напр., по­ли­ме­ри­за­ци­ей ак­ри­ло­вой ки­сло­ты по­лу­ча­ют по­ли­ак­ри­ло­вую ки­сло­ту, по­ли­ме­ри­за­ци­ей эфи­ров, нит­ри­ла, ами­да ак­ри­ло­вой ки­сло­ты – по­ли­ак­ри­ла­ты, по­ли­ак­ри­ло­нит­рил, по­ли­ак­ри­ла­мид; со­по­ли­ме­ри­за­ци­ей ак­ри­ло­вой ки­сло­ты с ви­ни­ло­вы­ми мо­но­ме­ра­ми – ак­ри­лат­ные кау­чу­ки. По­ли­кон­ден­са­цией ди­кар­бо­но­вых ки­слот (ади­пи­но­вой ки­сло­ты, фта­ле­вых ки­слот, се­ба­ци­но­вой ки­сло­ты, ма­леи­но­вой и фу­ма­ро­вой ки­слот и др.), их ан­гид­ри­дов или эфи­ров с гли­ко­ля­ми по­лу­ча­ют по­ли­эфи­ры слож­ные (по­ли­эти­лен­те­реф­та­лат и др.); по­ли­кон­ден­са­ци­ей ади­пи­но­вой и ря­да др. ки­слот с диа­ми­на­ми – по­ли­ами­ды.

Наи­бо­лее об­щи­ми спо­со­ба­ми по­лу­че­ния К. к. яв­ля­ют­ся про­цес­сы окис­ле­ния и гид­ро­ли­за. Окис­ле­ни­ем на­сы­щен­ных уг­ле­во­до­ро­дов воз­ду­хом (или ки­сло­ро­дом) при темп-ре 100–500 °С, дав­ле­нии до 20 МПа, обыч­но в при­сут­ст­вии ка­та­ли­за­то­ра, по­лу­ча­ют али­фа­тич. на­сы­щен­ные К. к., напр.: $\ce {CH3(CH2)2CH3 +5[O]->2CH3COOH +H2O}$. Не­на­сы­щен­ные уг­ле­во­до­ро­ды окис­ля­ют­ся по мес­ту двой­ной свя­зи: $\ce {R-CH=CH-R' +4[O] ->R-COOH +HOOC-R'}$. Окис­ле­ни­ем бо­ко­вой це­пи ал­ки­ла­ре­нов по­лу­ча­ют аро­ма­тич. К. к., напр. окис­ле­ни­ем то­луо­ла – бен­зой­ную ки­сло­ту: 

К. к. по­лу­ча­ют так­же окис­ле­ни­ем пер­вич­ных спир­тов, аль­де­ги­дов и ке­то­нов (в т. ч. по Кан­ниц­ца­ро ре­ак­ции); напр., ади­пи­но­вую ки­сло­ту по­лу­ча­ют окис­ле­ни­ем цик­лич. ке­то­на цик­ло­гек­са­но­на:

К. к. по­лу­ча­ют гид­ро­ли­зом нит­ри­лов, ами­дов, слож­ных эфи­ров; в ча­ст­но­сти, при ще­лоч­ном гид­ро­ли­зе (омы­ле­нии) при­родных жи­ров об­ра­зу­ют­ся соли, из ко­то­рых в пром-сти по­лу­ча­ют паль­ми­ти­но­вую ки­сло­ту, стеа­ри­но­вую ки­сло­ту, олеи­но­вую ки­сло­ту и др. Не­ко­то­рые К. к. (напр., ук­сус­ная, про­пио­но­вая, мас­ля­ная ки­сло­та) об­ра­зу­ют­ся при бро­же­нии уг­ле­во­дов в при­сут­ст­вии бак­те­рий оп­ре­де­лён­но­го ви­да. Для по­лу­че­ния К. к. ис­поль­зу­ют так­же про­цес­сы кар­бо­ни­ли­ро­ва­ния, гид­ро­фор­ми­ли­ро­ва­ния и кар­бок­си­ли­ро­ва­ния.

К. к. и их про­из­вод­ные ши­ро­ко ис­поль­зу­ют как пла­сти­фи­ка­то­ры, эмуль­га­то­ры, сма­зоч­ные ма­те­риа­лы, ин­ги­би­то­ры кор­ро­зии, ан­ти­ок­си­дан­ты и др. в раз­ных от­рас­лях пром-сти. К. к. – ис­ход­ные ве­ще­ст­ва и по­лу­про­дук­ты в пром. ор­га­нич. син­те­зе (в про­из-ве ПАВ, ла­ко­кра­соч­ных, ре­зи­но­тех­нич. из­де­лий, кра­си­те­лей и ле­кар­ст­вен­ных средств), мо­но­ме­ры для син­те­за во­ло­кон, пла­ст­масс и кау­чу­ков.