IeejaVielu piemēri ir karbonskābes. Karbonskābju ķīmiskās īpašības un sagatavošanas metodes
KARBOKSĀBES
Karbonskābes ir ogļūdeņražu atvasinājumi, kas satur vienu vai vairākas karboksilgrupas.
Karboksilgrupu skaits raksturo skābes bāziskumu.
Atkarībā no karboksilgrupu skaita karbonskābes iedala vienbāziskajās karbonskābēs (satur vienu karboksilgrupu), divbāziskajās (satur divas karboksilgrupas) un daudzbāziskās.
Atkarībā no radikāļu veida, kas saistīts ar karboksilgrupu, karbonskābes iedala piesātinātās, nepiesātinātās un aromātiskās. Piesātinātās un nepiesātinātās skābes tiek apvienotas ar vispārīgo nosaukumu alifātiskās vai taukskābes.
Vienbāziskās karbonskābes
1.1. Homologās sērijas un nomenklatūra
Vienbāzisko piesātināto karbonskābju (dažreiz sauktas par taukskābēm) homologā sērija sākas ar skudrskābi
Homologās sērijas formula
IUPAC nomenklatūra ļauj daudzām skābēm saglabāt savus triviālos nosaukumus, kas parasti norāda dabisko avotu, no kura konkrētā skābe tika izolēta, piemēram, skudrskābe, etiķskābe, sviestskābe, baldriīns utt.
Sarežģītākos gadījumos skābju nosaukumus atvasina no ogļūdeņražu nosaukuma ar tādu pašu oglekļa atomu skaitu kā skābes molekulā, pievienojot galotni -ovaja un vārdiem skābe. Skudrskābi H-COOH sauc par metanskābi, etiķskābi CH 3 -COOH sauc par etānskābi utt.
Tādējādi skābes tiek uzskatītas par ogļūdeņražu atvasinājumiem, no kuriem viena vienība tiek pārveidota par karboksilgrupu:
Sastādot sazaroto ķēžu skābju nosaukumus pēc racionālas nomenklatūras, tās tiek uzskatītas par etiķskābes atvasinājumiem, kuru molekulā ūdeņraža atomi ir aizstāti ar radikāļiem, piemēram, trimetiletiķskābe (CH 3) 3 C - COOH.
1.2. Karbonskābju fizikālās īpašības
Tikai no tīri formāla viedokļa karboksilgrupu var uzskatīt par karbonilgrupu un hidroksilgrupu. Faktiski to savstarpējā ietekme vienam uz otru ir tāda, ka tas pilnībā maina to īpašības.
C=0 dubultsaites polarizācija, kas parasti ir karbonilgrupai, ievērojami palielinās brīvā elektronu pāra papildu kontrakcijas dēļ no blakus esošā hidroksilgrupas skābekļa atoma:
Tā sekas ir ievērojama O-H saites vājināšanās hidroksilgrupā un ūdeņraža atoma abstrakcija no tā protona (H +) veidā. Samazināta elektronu blīvuma (δ+) parādīšanās uz karboksilgrupas centrālā oglekļa atoma izraisa arī blakus esošās C-C saites σ-elektronu kontrakciju ar karboksilgrupu un reducēta elektronu blīvuma parādīšanos (kā aldehīdos un ketonos). elektronu blīvums (δ+) uz skābes α-oglekļa atoma .
Visas karbonskābes ir skābas (noteiktas ar indikatoriem) un veido sāļus ar metālu hidroksīdiem, oksīdiem un karbonātiem, kā arī ar aktīvajiem metāliem:
Karbonskābes vairumā gadījumu ūdens šķīdumā ir disocītas tikai nelielā mērā un ir vājas skābes, kas ir ievērojami zemākas par tādām skābēm kā sālsskābe, slāpekļskābe un sērskābe. Tātad, vienu molu izšķīdinot 16 litros ūdens, skudrskābes disociācijas pakāpe ir 0,06, etiķskābes - 0,0167, savukārt sālsskābe ar šādu atšķaidījumu gandrīz pilnībā izdalās.
Lielākajai daļai vienbāzisko karbonskābju rK A = 4,8, tikai skudrskābei ir zemāka pKa vērtība (apmēram 3,7), kas izskaidrojams ar to, ka alkilgrupām nav elektronu ziedošanas efekta.
Bezūdens minerālskābēs karbonskābes tiek protonētas pie skābekļa, veidojot karbokācijas:
Elektronu blīvuma maiņa nedisociētas karbonskābes molekulā, kas tika minēta iepriekš, samazina elektronu blīvumu uz hidroksilskābekļa atoma un palielina to uz karbonilskābekļa atoma. Šī nobīde vēl vairāk palielinās skābes anjonā:
Nobīdes rezultāts ir pilnīga lādiņu izlīdzināšana anjonā, kas faktiski pastāv A formā - karboksilāta anjonu rezonanse.
Pirmie četri karbonskābju sērijas pārstāvji ir mobilie šķidrumi, kas visos aspektos sajaucas ar ūdeni. Skābes, kuru molekula satur no pieciem līdz deviņiem oglekļa atomiem (kā arī izosviestskābe), ir eļļaini šķidrumi, to šķīdība ūdenī ir zema.
Augstākās skābes (no C 10) ir cietas vielas, praktiski nešķīst ūdenī, un destilācijas laikā normālos apstākļos tās sadalās.
Skudrskābēm, etiķskābēm un propionskābēm ir asa smarža; Sērijas vidusdaļām ir nepatīkama smaka;
Karbonskābju fizikālās īpašības ietekmē ievērojama asociācijas pakāpe ūdeņraža saišu veidošanās dēļ. Skābes veido spēcīgas ūdeņraža saites, jo tajās esošās O-H saites ir ļoti polarizētas. Turklāt karbonskābes spēj veidot ūdeņraža saites, piedaloties karbonildipola skābekļa atomam, kuram ir ievērojama elektronegativitāte. Patiešām, cietā un šķidrā stāvoklī karbonskābes galvenokārt pastāv ciklisku dimēru veidā: 
Šādas dimēra struktūras zināmā mērā saglabājas pat gāzveida stāvoklī un atšķaidītos šķīdumos nepolāros šķīdinātājos.
Ķīmiskās īpašības
Skābēm raksturīgas trīs veidu reakcijas: karboksilgrupas ūdeņraža jona aizstāšana (sāļu veidošanās); ar hidroksilgrupas piedalīšanos (esteru, skābju halogenīdu, skābes anhidrīdu veidošanās); ūdeņraža aizstāšana radikālā.
Sāļu veidošanās. Karbonskābes viegli veido sāļus, mijiedarbojoties ar metāliem, to oksīdiem, sārmiem vai bāzēm amonjaka vai amīnu iedarbībā:
Tautsaimniecībā plaši izmanto karbonskābju sāļus. Tos izmanto kā katalizatorus, polimēru materiālu stabilizatorus, krāsu ražošanā utt.
Esteru veidošanās. Skābie spirti dod esterus:
Skābju halogenīdu veidošanās. Fosfora halogenīdiem vai SOC12 iedarbojoties uz skābēm, tiek iegūti skābju halogenīdi:
Skābju halogenīdi ir ļoti reaģējošas vielas, ko izmanto dažādās sintēzēs.
Skābju anhidrīdu veidošanās. Ja no divām karbonskābju molekulām tiek atdalīta viena ūdens molekula (ūdeni atdalošu vielu P 2 O 5 uc klātbūtnē), veidojas karbonskābes anhidrīds:
Skābes anhidrīdi, tāpat kā skābes halogenīdi, ir ļoti reaģējoši; tie sadalās ar dažādiem savienojumiem ar aktīvo ūdeņradi, veidojot skābes atvasinājumus un brīvo skābi:
Karbonskābju halogenēšana. Ogļūdeņraža radikāļu ūdeņraža atomu reaktivitāte skābēs ir līdzīga ūdeņraža atomiem alkānos. Izņēmums ir ūdeņraža atomi, kas atrodas pie α-oglekļa atoma (tieši saistīti ar karboksilgrupu). Tādējādi, kad hlors un broms halogēnu nesēju (PC1 3, 1 2 utt.) klātbūtnē iedarbojas uz karbonskābēm vai to skābes hlorīdiem, tiek aizstāti α-ūdeņraža atomi:
Oksidētāju darbība. Monobāziskās karbonskābes parasti ir izturīgas pret oksidētājiem. Viegli oksidējas tikai skudrskābe (līdz CO 2 un H 2 O) un skābes ar terciāro oglekļa atomu α pozīcijā. Kad pēdējās tiek oksidētas, iegūst α-hidroksi skābes:
Dzīvnieku organismos monobāziskās karbonskābes arī spēj oksidēties, un skābekļa atoms vienmēr tiek novirzīts uz β-pozīciju. Piemēram, cukura diabēta pacientu organismā sviestskābe tiek pārveidota par β-hidroksisviestskābi:
Ketonu veidošanās Sausā karbonskābju kalcija un bārija sāļu destilācija (izņemot skudrskābi) izraisa ketonu veidošanos. Tātad, destilējot kalcija acetātu, kas iegūts no CaCO 3 un CH 3 COOH, veidojas dimetilketons, destilējot kalcija propionskābi - dietilketonu:
Amīdu veidošanās. Karsējot skābju amonija sāļus, iegūst amīdus:
Ogļūdeņražu veidošanās. Kad karbonskābju sārmu metālu sāļus sakausē ar sārmiem (pirolīze), oglekļa ķēde tiek sadalīta un dekarboksilēta, kā rezultātā no skābes ogļūdeņraža radikāļa veidojas atbilstošs ogļūdeņradis, piemēram:
Svarīgākie pārstāvji
Skudrskābe - bezkrāsains šķidrums ar asu smaku. Tas ir spēcīgs reducētājs un oksidējas līdz ogļskābei. Dabā brīvā skudrskābe ir atrodama skudru izdalījumos, nātru sulā un dzīvnieku sviedros. Skudrskābi izmanto tekstilizstrādājumu krāsošanā kā reducētāju, ādas miecēšanā, medicīnā un dažādās organiskās sintēzēs.
Etiķskābe - bezkrāsains šķidrums ar asu smaku. Ūdens šķīdums (70–80 %) etiķskābi sauc par etiķa esenci, un 3-5% ūdens šķīdumu sauc par galda etiķi.
Etiķskābe dabā sastopama plaši. Tas ir atrodams dzīvnieku un augu urīnā, sviedros, žultī un ādā. Tas veidojas spirtu saturošu šķidrumu (vīna, alus uc) etiķskābes fermentācijas laikā.
Plaši izmanto ķīmiskajā rūpniecībā, lai ražotu zīda acetātu, krāsvielas, esterus, acetonu, etiķskābes anhidrīdu, sāļus utt. Pārtikas rūpniecībā etiķskābi izmanto pārtikas konservēšanai; daži etiķskābes esteri tiek izmantoti konditorejas izstrādājumu rūpniecībā.
Sviestskābe ir šķidrums ar nepatīkamu smaku. Sastāvā kā esteris govs sviestā. Brīvā stāvoklī tas ir atrodams sasmakusi eļļā.
2. Divbāzu karbonskābes
Piesātināto divvērtīgo skābju homologās sērijas vispārīgā formula 
Piemēri:
Piesātinātās divvērtīgās skābes ir kristāliskas cietas vielas. Tāpat kā tika atzīmēts monobāziskām skābēm, piesātinātās divvērtīgās skābes ar pāra oglekļa atomu skaitu kūst augstākā temperatūrā nekā blakus esošie homologi ar nepāra oglekļa atomu skaitu. Skābju ar nepāra oglekļa atomu skaitu šķīdība ūdenī ir ievērojami augstāka nekā skābju šķīdība ar pāra oglekļa atomu skaitu, un, palielinoties ķēdes garumam, skābju šķīdība ūdenī samazinās.
Divbāziskās skābes secīgi sadalās:
Tās ir stiprākas par attiecīgajām vienbāziskām skābēm. Divbāzisko skābju disociācijas pakāpe samazinās, palielinoties molekulmasai.
Divbāzisko skābju molekula satur divas karboksilgrupas, tāpēc tās veido divas atvasinājumu sērijas, piemēram, vidējos un skābos sāļus, vidējos un skābes esterus:
Karsējot skābeņskābi un malonskābi, CO 2 viegli atdalās:
Divbāzu skābes ar četriem un pieciem oglekļa atomiem molekulā, t.i., dzintarskābe un glutārskābe, karsējot izvada ūdens elementus un veido iekšējos cikliskos anhidrīdus:
3. Nepiesātinātās karbonskābes
Nepiesātināto vienbāzisko skābju ar vienu dubultsaiti sastāvu var izteikt ar vispārīgo formulu C n H 2 n -1 COOH. Tāpat kā visiem bifunkcionāliem savienojumiem, tiem raksturīgas gan skābju, gan olefīnu reakcijas. α.β-Nepiesātinātās skābes ir nedaudz stiprākas par atbilstošām taukskābēm, jo dubultsaite, kas atrodas blakus karboksilgrupai, uzlabo tās skābās īpašības.
Akrilskābe. Vienkāršākā nepiesātinātā vienbāziskā skābe
Oleīnskābes, linolskābes un linolēnskābes.
Oleīnskābe C 17 H 33 COOH glicerīna ētera veidā ir ļoti izplatīta dabā. Tās struktūru izsaka formula
Oleīnskābe ir bezkrāsains eļļains šķidrums, vieglāks par ūdeni, kas aukstumā sacietē adatveida kristālos, kas kūst 14 °C temperatūrā. Gaisā tas ātri oksidējas un kļūst dzeltens.
Oleīnskābes molekula spēj piesaistīt divus halogēna atomus: 
Katalizatoru, piemēram, Ni, klātbūtnē oleīnskābe pievieno divus ūdeņraža atomus, kļūstot par stearīnskābi.
Oleīnskābe ir cis izomērs (visas dabiskās nepiesātinātās augstas molekulmasas skābes, kā likums, pieder pie cis sērijas).
Linolskābes C 17 H 31 COOH un linolēnskābes C 17 H 29 COOH ir vēl nepiesātinātākas nekā oleīnskābe. Esteru veidā ar glicerīnu - glicerīdi- tās ir galvenā linsēklu un kaņepju eļļu sastāvdaļa:
Linolskābes molekulā ir divas dubultās saites. Tas var pievienot četrus ūdeņraža vai halogēna atomus. Linolskābes molekulā ir trīs dubultās saites, tāpēc tā pievieno sešus ūdeņraža vai halogēna atomus. Abas skābes pievieno ūdeņradi, veidojot stearīnskābi.
Sorbīnskābe
Tam ir divas dubultsaites, kas konjugētas viena ar otru un ar karboksilgrupu un kurām ir trans konfigurācija; ir lielisks konservants daudziem pārtikas produktiem: konservētiem dārzeņiem, sieram, margarīnam, augļiem, zivīm un gaļas produktiem.
Maleīnskābes un fumārskābes. Vienkāršākās no divbāziskām skābēm, kas satur etilēna saiti, ir divi strukturālie izomēri:
Turklāt otrajai no šīm skābēm ir iespējamas divas telpiskās konfigurācijas:
Fumārskābe ir atrodama daudzos augos: īpaši bieži sastopama sēnēs. Maleīnskābe dabā nav atrodama.
Abas skābes parasti pagatavo, karsējot ābolskābi (hidroksidzintarskābi):
Lēna, maiga karsēšana galvenokārt ražo fumārskābi; spēcīgāk karsējot un destilējot ābolskābi, iegūst maleīnskābi.
Gan fumārskābe, gan maleīnskābe, reducējot, dod vienu un to pašu dzintarskābi.
· Izplatība dabā · Preparāts · Fizikālās īpašības · Struktūra · Stiprums · Karbonskābes atlikumi · Raksturīgās ķīmiskās reakcijas un svarīgu atvasinājumu sagatavošana · Ķīmiskās metodes karbonskābju analīzei · Spektrālās metodes karbonskābju analīzei · Pielietojums · Literatūra · Oficiālā vietne · Piezīmes · Saistītie raksti ·
Dabā ir ļoti izplatītas dažādas karbonskābes.
Vienbāziskas piesātinātās karbonskābes
Skudrskābe ir atrodama skudru, nātru, bišu indes izdalījumos, priežu skujās, etiķskābe ir etiķskābes fermentācijas produkts. Sviestskābe veidojas, kad sviests kļūst sasmacis. Baldriānskābe ir atrodama baldriāna saknē. Kaproīnskābes, kaprilskābes un kaprīnskābes ieguvušas savu nosaukumu no tā, ka tās ir atrodamas kazas pienā (latīņu a caper — kaza). Enantīnskābe savu nosaukumu ieguvusi no grieķu valodas oine — vīns un anthos — zieds. Pelargonskābe ir atrodama rozes pelargonijas un citu ģerāniju dzimtas augu gaistošajā eļļā. Laurīnskābe (arī lauru) lielos daudzumos ir atrodama lauru eļļā. Miristīnskābe dominē miristisko dzimtas augu eļļā, piemēram, muskatriekstu koka aromātiskajās sēklās - muskatriekstā. Palmitīnskābi visvieglāk izdalīt no palmu eļļas, ko iegūst no kokosriekstu kodoliem (kopras). Stear grieķu valodā nozīmē tauki, speķis – no šejienes arī radies nosaukums stearīnskābe. Kopā ar palmitīnskābi tā ir viena no svarīgākajām taukskābēm un veido lielāko daļu augu un dzīvnieku tauku. Sveces iepriekš tika izgatavotas no šo skābju (stearīna) maisījuma. Arahidīnskābe ir atrodama zemesriekstu eļļā – zemesriekstos. Behenīnskābe ir atrodama behēna eļļā, ko izspiež no Indonēzijā izplatīta Moringaceae dzimtas auga lielajām, riekstiem līdzīgām sēklām. No dižskābarža sveķiem iegūst gandrīz tīru lignocerskābi (latīņu lignum - koks, koks un cera - vasks). Iepriekš šo skābi sauca arī par karnaubskābi, jo tās diezgan daudz ir karnaubas vaskā, kas klāj Brazīlijas vaska palmas lapas. Skābes ar garākām molekulām atrodamas galvenokārt vaskos, piemēram, cerotīna, montaniskā (kalnu vaskā (montan-vasks), no latīņu valodas montana - kalnainas vietas, kalnaini reģioni), melisāna (bišu vaskā, melissa grieķu valodā - bite), lacerīna. Sazarotā ftionskābe (3,13,19-trimetiltrikozānskābe) (no grieķu valodas phthisis — patēriņš) atrodas tāpat kā tuberkulostearīnskābe (tā ir 10-metiloktadekānskābes jeb 10-metilstearīnskābes izomērs, kas griežas pa kreisi) čaumalā. tuberkulozes bacilis.
Divbāzu piesātinātās skābes
Arī skābenes un rabarberi satur skābeņskābi. Šī vienkāršākā divvērtīgā skābe ir noteiktu aminoskābju, piemēram, glicīna, sadalīšanās produkts. Vielmaiņas traucējumu (piemēram, B 6 vitamīna trūkuma) gadījumā cilvēka organismā izdalās tā nedaudz šķīstošais kalcija sāls. Dzintarskābi sintezēja alķīmiķis Agrikola, caurdurot dzintaru. Malonskābe savu nosaukumu ieguvusi no latīņu valodas. malum - ābols. Fumārskābe (no latīņu fumus — dūmi) tika atklāta augā Fumaria officinalis (dūmi), ko senatnē dedzināja, lai ar dūmiem atvairītu ļaunos garus. Glutārīnskābe (atvasināta no glutamīnskābes) savu nosaukumu ieguvusi no latīņu valodas. lipeklis ir līme, kā tas bija atrodams kviešu lipeklī. Brasilīskābe (HOOS–(CH 2) 11 –COOH) ir atrodama Brassica dzimtas (krustziežu) eļļā, tapsskābe (HOOS–(CH 2) 14 –COOH) - no tapsijas auga no Grieķijas salas. Thapsos, ko senatnē izmantoja kā ārstniecības līdzekli, japonica (NOOS–(CH 2) 19 –COOH) - izolēta no dažu Dienvidaustrumāzijā augošu akāciju un palmu koku žāvētām sulām.
Nepiesātinātās karbonskābes
Vienkāršākajam no tiem, akrilam, ir asa smarža (latīņu valodā acris - asa, asa), kas iegūta, dehidratējot glicerīnu (kad tauki sadedzina). Krotonskābes nosaukums cēlies no auga Croton tiglium, no kura eļļas tā tika izolēta. Eņģeļskābe tika izolēta no angelica eļļas, kas iegūta no Angelica officinalis auga Angelica officinalis - angelica, pazīstama arī kā angelica, saknes. Un tiglīnskābe ir no tās pašas Croton tiglium eļļas kā krotonskābe, tikai nosaukta pēc šī botāniskā termina otrās daļas. Sorbīnskābi ieguva no pīlādžu ogām (latīņu valodā - sorbus). Erukskābe tika izdalīta no Eruca auga eļļas - tās pašas Brassica dzimtas kā kāposti, un papildus no rāceņu (Brassica napus) eļļas, ilgstoši karsējot ar sērskābi, erukskābe izomerizējas par brasidīnskābi.
Visizplatītākā no augstmolekulārajām nepiesātinātajām skābēm ir oleīnskābe. Tas ir izomērs ar elaidīnskābi. Vislielākā bioloģiskā aktivitāte ir skābēm ar vairākām dubultsaitēm: linolskābei ar divām, linolēnskābei ar trim un arahidonskābei ar četrām. Cilvēka organisms pats nevar sintezēt polinepiesātinātās skābes un tās jāsaņem jau gatavas ar pārtiku. Šo skābju nosaukumi nāk no grieķu valodas elaion un lat. oleum ir eļļa, un nosaukums arahidonskābe (tāpat kā arahidonskābe) cēlies no zemesriekstiem. Nepiesātināto ricinolskābi izdala no rīcineļļas, kas atrodama rīcineļļu (Ricinus communis) sēklās. No tauriņu dzimtas indīgajiem augiem Aconitum tika izdalīta vēl viena nepiesātinātā divbāziskā akonīnskābe, un nepiesātinātās divbāziskās itakonskābes nosaukums iegūts, vienkārši pārkārtojot burtus akonīnskābes nosaukumā.
Tarrīnskābe ar acetilēna saiti tika izolēta no Amerikas tropiskā Tariri antidesma ģints koka mizas rūgtā ekstrakta.
Hidroksi skābes
Pienskābe veidojas cukuru pienskābes fermentācijas laikā (piena skābēšanas un vīna un alus raudzēšanas laikā).
Ābolskābe, vīnskābe, citronskābe, cinchonic - veidojas augļu šūnu vakuolos daļējas oksidācijas laikā
Vismaz viss sākās ar etiķi karbonskābju atklāšana. Nosaukumā ir apvienoti organiskie savienojumi, kas satur karboksilgrupu COOH.
Atomu izvietojums šādā secībā ir svarīgs, jo ir arī citi skābekli saturoši savienojumi.
Pirmais tika atklāts etiķskābes karbonāts, taču tā struktūra daudzus gadsimtus palika noslēpums. Viela bija pazīstama kā vīna skābēšanas produkts.
Kā 2 atomu, 4 atomu un 2 skābekļa kombinācija pasaule kļuva zināma tikai 18. gadsimtā.
Pēc tam viņi atvēra veselu virkni oglekļa. Iepazīsimies ar to klasifikāciju, vispārīgajām īpašībām un pielietojuma jomām.
Karbonskābju īpašības
Atšķiras no citām organiskām vielām karboksilgrupu klātbūtnē, karbonskābes klasificē pēc to skaita.
Ir viena, divu un daudzbāzu savienojumi. Vienbāziskās karbonskābes izceļas ar saiti starp karboksilgrupu un ogļūdeņraža radikāli.
Attiecīgi grupas vielu vispārīgā formula ir: - C n H 2 n +1 COOH. Etiķis - vienbāzisks. Tā ķīmiskais apzīmējums ir: - CH 3 COOH. Savienojuma struktūra ir vēl vienkāršāka: - COCOOH.
Tas ir arī klasificēts kā vienkāršākais ar formulu C 2 H 5 COOH. Atlikušajiem monobāziskās sērijas savienojumiem ir izomēri, tas ir, dažādas struktūras iespējas.
Skudrskābei, etiķskābei un propionskābei ir tikai viens strukturālais plāns.
Ja karbonskābes formula ar divām karboksilgrupām to var saukt par divbāzisku.
Vispārīgs kategorijas vielu ieraksts: - COOH-R-COOH. Kā redzat, karboksilgrupas atrodas lineārās molekulas pretējās pusēs.
Daudzbāziskajos karboksilradikāļos ir vismaz trīs. Divi atrodas molekulas malās, bet pārējie ir pievienoti centrālajiem oglekļa atomiem. Tas ir, piemēram, citrons. Tās formulas telpiskā ierakstīšana: -
Oglekļa savienojumus iedala arī pēc ogļūdeņraža radikāļa rakstura. Ķīmiskās saites starp tā atomiem var būt atsevišķas.
Šajā gadījumā mums ir priekšā piesātinātās karbonskābes. Divkāršo saišu klātbūtne norāda uz nepiesātinātām vielām.
Nepiesātināto karbonskābju formula var vienlaikus būt arī klases augstāko pārstāvju rekords.
Augstāki savienojumi ir tie, kuros ir vairāk nekā 6 oglekļa atomi. Attiecīgi no 1 līdz 5 oglekļa atomi ir zemāku vielu pazīme.
Augstākas karbonskābes- tie ir, piemēram, linolēns, palmitīns un arihidons. Pusē no pēdējās ir 21 oglekļa atoms, pārējās ir 18.
Tā kā lielākā daļa oglekļa ir organiskas izcelsmes, tām ir vismaz neliela smaka. Tomēr ir grupa īpaši smaržīgu.
Tie satur benzola gredzenu. Tas ir, grupas ir benzola atvasinājumi. Tās formula: - C 6 H 6 .
Vielai ir saldens aromāts. Tāpēc oglekli saturošus savienojumus ar benzola gredzenu sauc par aromātiskiem. Turklāt ir nepieciešams tiešs savienojums starp kodolu un karboksilgrupām.
Atbilstoši to fiziskajam stāvoklim oglekļa šķiedras ir šķidras vai kristāliskas. Tas attiecas uz vielu agregāciju normālos apstākļos.
Daļa savienojumu šķīst ūdenī, otra daļa ir sajaukta tikai ar organiskām vielām. Ķīmiskās uzvedības nianses ir atkarīgas no karboksilgrupu skaita molekulās.
Jā, tipiski karbonskābju reakcija viena pamata kategorija - lakmusa krāsošana krāsā.
Mijiedarbība ar halogēniem arī tiek uzskatīta par klasisku, savukārt var veidoties dikarbona savienojumi karbonskābju esteri. Viņi “dzimst” mijiedarbībā ar spirti.
Karbonskābe ar divām bāzēm vienmēr satur metilēngrupu, tas ir, divvērtīgo CH2.
Tā klātbūtne starp karboksilgrupām palielina ūdeņraža atomu skābumu. Tāpēc ir iespējama atvasinājumu kondensācija. Tas ir vēl viens ēteru parādīšanās skaidrojums.
Veidojas arī divbāzu savienojumi karbonskābju sāļi. Tos izmanto mazgāšanas līdzekļu, jo īpaši ziepju, ražošanā.
Tomēr mēs atsevišķi runāsim par to, kur noder karbonskābes un to savienojumi.
Karbonskābju pielietojums
Stearīnskābe un palmitīnskābe ir īpaši svarīgas ziepju ražošanā. Tas ir, tiek izmantoti augstāki savienojumi.
Tie padara ziepju briketes cietas un ļauj sajaukt frakcijas, atdalot bez skābju klātbūtnes.
Spēja padarīt masas viendabīgas ir noderīga arī zāļu ražošanā. Lielākā daļa tajos esošo savienojošo elementu ir karbonskābes.
Attiecīgi reaģentu lietošana iekšēji, kā arī ārēji ir droša. Galvenais ir zināt maksimālo devu.
Skābju devas vai koncentrācijas pārsniegšana noved pie postošām sekām. Iespējami ķīmiski apdegumi un saindēšanās.
Taču savienojumu kodīgums ir izdevīgs metalurgiem, mēbeļu ražotājiem un restauratoriem. Karbonskābes un maisījumi ar tām palīdz pulēt un notīrīt nelīdzenas, sarūsējušas virsmas.
Izšķīdinot virsējo metāla slāni, reaģenti uzlabo tā izskatu un darbības īpašības.
Ķīmiskās karbonskābes var būt rafinēts vai tehnisks. Pēdējie ir piemēroti arī darbam ar metāliem.
Taču kā kosmētiku un medikamentus izmanto tikai ļoti attīrītus savienojumus. Tādas ir vajadzīgas arī pārtikas rūpniecībā.
Apmēram trešā daļa karbonskābju ir oficiāli reģistrētas piedevas, ko parastie cilvēki pazīst kā eshki.
Uz iepakojumiem tie ir marķēti ar burtu E un sērijas numuru blakus tam. Piemēram, etiķskābe ir rakstīta kā E260.
Karbonskābes var kalpot arī kā barība augiem, kas ir daļa no mēslošanas līdzekļiem. Tajā pašā laikā ir iespējams radīt indes kaitīgiem kukaiņiem un nezālēm.
Ideja ir aizgūta no dabas. Vairāki augi patstāvīgi ražo karbonskābes, lai tuvumā nebūtu citu garšaugu, kas sacenšas par augsni un tās resursiem. Tajā pašā laikā augi, kas ražo indi, paši ir imūni pret to.
Apmēram trešdaļa oglekļa savienojumu tiek izmantoti kā kodinātāji audumiem. Apstrāde ir nepieciešama, lai audumi būtu vienmērīgi krāsoti. Tam pašam mērķim reaģentus izmanto ādas rūpniecībā.
Karbonskābju ekstrakcija
Tā kā karbonskābes ir biogēnas, aptuveni 35% no tām iegūst no dabīgiem produktiem. Bet ķīmiskā sintēze ir izdevīgāka.
Tāpēc, ja iespējams, pārejiet uz to. Tādējādi hialuronskābe, ko izmanto atjaunošanai, jau sen tiek iegūta no mazuļu un liellopu nabas saitēm.
Tagad savienojumu iegūst bioķīmiski, audzējot baktērijas uz kviešu substrāta, kas nepārtraukti ražo skābi.
Karbonskābju sagatavošana tīri ķīmiski – tā ir spirtu un aldehīdu oksidēšana.
Pēdējais jēdziens attiecas uz spirtiem, kuros nav ūdeņraža. Reakcija notiek šādi: - CH 3 - CH 2 OH → CH 3 - SON → CH 3 - COOH.
Vairākas karbonskābes iegūst esteru hidrolīzē. Saņemot ūdeni, viņi pārvēršas par varonēm.
Tos var veidot arī no monohalogēna atvasinājumiem. No tiem cianīda iedarbībā iegūst skābes. Reakcijas starpprodukts jāsadala ar ūdeni.
Galaproduktu izmaksas lielā mērā ir atkarīgas no ražošanas shēmas, tās posmu skaita un palīgmateriāliem. Noskaidrosim, kāda ir cenu zīme karbonskābēm tīrā veidā.
Karbonskābju cena
Lielākā daļa karbonskābju tiek pārdotas lielos daudzumos. Parasti tos iepako 25-35 kilogramos. Šķidrumus ielej kārbās.
Pulverus ielej plastmasas maisiņos, un stearīnskābi parasti iesaiņo. Cenu zīme parasti tiek noteikta par kilogramu.
Tātad 1000 grami citronskābes maksā ap 80 rubļiem. Par skudriņām un skābenēm viņi iekasē vienādu summu.
Oleīna izmaksas ir aptuveni 130 rubļu par kilogramu. Salicilskābe jau ir novērtēta 300. Stearīnskābe ir par 50-70 rubļiem lētāka.
Daudzas karbonskābes tiek novērtētas dolāros, jo galvenās piegādes tiek piegādātas no ASV un Eiropas Savienības.
No šejienes nāk, piemēram, hialuronskābe. Par kilogramu viņi vairs nemaksā pāris simtus rubļu, bet vairākus simtus dolāru.
Pašmāju produkts ir klāt, bet tam neuzticas, pirmkārt, skaistumkopšanas klienti.
Viņi zina, ka atjaunošanās ar hialuronskābi ir amerikāņu izgudrojums, ko viņi praktizē jau pusgadsimtu.
Attiecīgi ir liela prakse ražot zāles, kurām jābūt kvalitatīvām, jo tās nokļūst ādā un organismā.
Haloalkānu veidošanās, spirtiem reaģējot ar ūdeņraža halogenīdiem, ir atgriezeniska reakcija. Tāpēc ir skaidrs, ka spirtus var iegūt ar halogēnalkānu hidrolīze- šo savienojumu reakcijas ar ūdeni:
Daudzvērtīgos spirtus var iegūt, hidrolizējot halogēnalkānus, kas satur vairāk nekā vienu halogēna atomu vienā molekulā. Piemēram:
Alkēnu hidratācija
Alkēnu hidratācija- ūdens pievienošana pie alkēna molekulas π saites, piemēram:
Propēna hidratācija saskaņā ar Markovņikova likumu noved pie sekundārā spirta - propanola-2 - veidošanās:
Aldehīdu un ketonu hidrogenēšana
Spirtu oksidēšana vieglos apstākļos izraisa aldehīdu vai ketonu veidošanos. Ir skaidrs, ka spirtus var iegūt, hidrogenējot (reducējot ar ūdeņradi, pievienojot ūdeņradi) aldehīdus un ketonus:
Alkēnu oksidēšana
Glikolus, kā jau minēts, var iegūt, oksidējot alkēnus ar kālija permanganāta ūdens šķīdumu. Piemēram, etilēnglikols (etāndiols-1,2) veidojas, oksidējot etilēnu (etēnu):
Īpašas metodes spirtu ražošanai
1. Dažus spirtus iegūst, izmantojot metodes, kas raksturīgas tikai tiem. Tādējādi metanols tiek ražots rūpniecībā reakcija starp ūdeņradi un oglekļa monoksīdu(II) (oglekļa monoksīds) paaugstinātā spiedienā un augstā temperatūrā uz katalizatora virsmas (cinka oksīds):
Šai reakcijai nepieciešamo oglekļa monoksīda un ūdeņraža maisījumu, ko sauc arī par "sintēzes gāzi", iegūst, izlaižot ūdens tvaikus virs karstām oglēm:
2. Glikozes fermentācija. Šī etilspirta (vīna) iegūšanas metode cilvēkiem ir zināma kopš seniem laikiem:
Galvenās metodes skābekli saturošu savienojumu (spirtu) iegūšanai ir: haloalkānu hidrolīze, alkēnu hidratācija, aldehīdu un ketonu hidrogenēšana, alkēnu oksidēšana, kā arī metanola iegūšana no “sintēzes gāzes” un cukurotu vielu fermentācija.
Aldehīdu un ketonu iegūšanas metodes
1. Var ražot aldehīdus un ketonus oksidēšanās vai spirtu dehidrogenēšana. Oksidējot vai dehidrogenējot primāros spirtus, var iegūt aldehīdus, bet sekundāros spirtus - ketonus:
3CH 3 –CH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 – CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O
2.Kučerova reakcija. Reakcijas rezultātā acetilēns ražo acetaldehīdu, un acetilēna homologi veido ketonus:
3. Sildot kalcijs vai bārijs karbonskābju sāļi veidojas ketoni un metāla karbonāts:
Karbonskābju iegūšanas metodes
1. Var iegūt karbonskābes primāro spirtu oksidēšana vai aldehīdi:
3CH 3 –CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 = 3CH 3 –COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O
5CH3-CHO + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5CH3-COOH + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O,
3CH 3 –CHO + K 2Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 –COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O,
CH 3 -CHO + 2OH CH 3 -COONH 4 + 2Ag + 3NH 3 + H 2 O.
Bet, kad metanāls tiek oksidēts ar sudraba oksīda amonjaka šķīdumu, veidojas amonija karbonāts, nevis skudrskābe:
HCHO + 4OH = (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag + 6NH 3 + 2H 2 O.
2. Aromātiskās karbonskābes veidojas, kad homologu oksidēšana benzols:
5C 6 H 5 – CH 3 + 6 KMnO 4 + 9H 2 SO 4 = 5 C 6 H 5 COOH + 6 MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14 H 2 O,
5C 6 H 5 – C 2 H 5 + 12 KMnO 4 + 18 H 2 SO 4 = 5 C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 12 MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 28 H 2 O,
C 6 H 5 – CH 3 + 2 KMnO 4 = C 6 H 5 COOK + 2 MnO 2 + KOH + H 2 O
3. Dažādu oglekļa atvasinājumu hidrolīze skābes arī noved pie skābju veidošanās. Tādējādi estera hidrolīze rada spirtu un karbonskābi. Skābes katalizētās esterifikācijas un hidrolīzes reakcijas ir atgriezeniskas:
4. Estera hidrolīze sārmu ūdens šķīduma ietekmē šajā gadījumā no estera veidojas nevis skābe, bet gan tās sāls:
Ķīmiskos savienojumus, kas arī sastāv no karboksilgrupas COOH, zinātnieki sauc par karbonskābēm. Šiem savienojumiem ir liels skaits nosaukumu. Tos klasificē pēc dažādiem parametriem, piemēram, pēc funkcionālo grupu skaita, aromātiskā gredzena klātbūtnes utt.
Karbonskābju struktūra
Kā minēts, lai skābe būtu karbonskābe, tai ir jābūt karboksilgrupai, kurai savukārt ir divas funkcionālās daļas: hidroksilgrupa un karbonilgrupa. To mijiedarbību nodrošina tā funkcionālā viena oglekļa atoma kombinācija ar diviem skābekļa atomiem. Karbonskābju ķīmiskās īpašības ir atkarīgas no šīs grupas struktūras.
Karboksilgrupas dēļ šos organiskos savienojumus var saukt par skābēm. To īpašības nosaka paaugstināta ūdeņraža jona H+ spēja piesaistīt skābekli, tālāk polarizējot O-H saiti. Turklāt, pateicoties šai īpašībai, organiskās skābes spēj atdalīties ūdens šķīdumos. Šķīdināšanas spēja samazinās apgriezti proporcionāli skābes molekulmasas pieaugumam.
Karbonskābju šķirnes
Ķīmiķi izšķir vairākas organisko skābju grupas.
Monokarbonskābes sastāv no oglekļa skeleta un tikai vienas funkcionālās karboksilgrupas. Katrs skolēns zina karbonskābju ķīmiskās īpašības. 10. klases ķīmijas programmā ir iekļauta tieša vienbāzisko skābju īpašību izpēte. Divbāzisku un daudzbāzisku skābju struktūrā ir attiecīgi divas vai vairākas karboksilgrupas.
Tāpat, pamatojoties uz dubulto un trīskāršo saišu esamību vai neesamību molekulā, ir nepiesātinātās un piesātinātās karbonskābes. Ķīmiskās īpašības un to atšķirības tiks aplūkotas turpmāk.
Ja organiskās skābes radikālā ir aizvietots atoms, tad tās nosaukumā ir iekļauts aizvietotāju grupas nosaukums. Tātad, ja ūdeņraža atoms tiek aizstāts ar halogēnu, tad skābes nosaukumā būs halogēna nosaukums. Nosaukumā tiks veiktas tādas pašas izmaiņas, ja aizstāšana notiks ar aldehīda, hidroksilgrupām vai aminogrupām.
Organisko karbonskābju izomerisms
Ziepju ražošanas pamatā ir iepriekšminēto skābju esteru sintēzes reakcija ar kālija vai nātrija sāli.
Karbonskābju iegūšanas metodes
Ir daudz veidu un metožu skābju iegūšanai ar COOH grupu, bet visbiežāk tiek izmantoti šādi:
- Izolācija no dabīgām vielām (taukiem un citām lietām).
- Monospirtu vai savienojumu ar COH grupu oksidēšana (aldehīdi): ROH (RCOH) [O] R-COOH.
- Trihaloalkānu hidrolīze sārmā ar monospirta starpproduktu ražošanu: RCl3 + NaOH = (ROH + 3NaCl) = RCOOH + H2O.
- Skābju un spirta esteru (esteru) pārziepjošana vai hidrolīze: R−COOR"+NaOH=(R−COONa+R"OH)=R−COOH+NaCl.
- Alkānu oksidēšana ar permanganātu (cietā oksidēšana): R=CH2 [O], (KMnO4) RCOOH.
Karbonskābju nozīme cilvēkiem un rūpniecībai
Karbonskābju ķīmiskajām īpašībām ir liela nozīme cilvēka dzīvē. Tie ir ārkārtīgi nepieciešami ķermenim, jo lielā daudzumā tie ir atrodami katrā šūnā. Tauku, olbaltumvielu un ogļhidrātu vielmaiņa vienmēr iziet cauri stadijai, kurā tiek ražota viena vai otra karbonskābe.
Turklāt karbonskābes tiek izmantotas zāļu izveidē. Neviena farmācijas nozare nevar pastāvēt bez organisko skābju īpašību praktiskas pielietošanas.
Savienojumiem ar karboksilgrupu ir svarīga loma arī kosmētikas rūpniecībā. Tauku sintēze turpmākai ziepju, mazgāšanas līdzekļu un sadzīves ķimikāliju ražošanai balstās uz esterifikācijas reakciju ar karbonskābi.
Karbonskābju ķīmiskās īpašības atspoguļojas cilvēka dzīvē. Tiem ir liela nozīme cilvēka organismā, jo lielos daudzumos tie ir atrodami katrā šūnā. Tauku, olbaltumvielu un ogļhidrātu vielmaiņa vienmēr iziet cauri stadijai, kurā tiek ražota viena vai otra karbonskābe.