Промышленные способы получения карбоновых кислот

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Лекция 20. ОДНООСНОВНЫЕ НАСЫЩЕННЫЕ КАРБОНОВЫЕ

КИСЛОТЫ

Гомологический ряд насыщенных карбоновых кислот. Общая формула. Изомерия. Номенклатура. Способы получения: из алканов, алкенов, алкинов, спиртов, альдегидов и кетонов, галогеналканов (через нитрилы и по реакции Гриньяра) и сложных эфиров (гидролиз жиров). Физические свойства. Строение карбоксильной группы, p,p - сопряжение.

Органические карбоновые кислоты характеризуются наличием функциональной карбоксильной группы -СООН. По числу этих групп в молекуле различают одно-, двух- и многоосновные кислоты. Органические кислоты могут быть предельными (насыщенными) – карбоксил связан с алкилом, непредельными (ненасыщенными) – карбоксил связан с радикалом непредельного углеводорода и ароматическими – карбоксил связан с бензольным кольцом.

Одноосновные предельные карбоновые кислоты имеют общую формулу С_nН_2nО₂ или C_nH_2n+1COOH. Изомерия связана с изомерией углеродного скелета.

Кислоты С₁-С₃ не имеют изомеров, по мере возрастания углеродной цепи число изомеров увеличивается.

По системе IUРАС карбоновые кислоты называют, выбирая за основу наиболее длинную цепь, содержащую карбоксильную группу, и добавляя окончание -овая кислота; углеродному атому карбоксильной группы приписывается номер 1. Для многих карбоновых кислот сохранились их тривиальные названия (муравьиная, уксусная, масляная); положение заместителей можно обозначать буквами греческого алфавита или цифрами:

Остатки карбоновых кислот имеют следующие названия:

Кислотные остатки RCO- (ацилы) имеют следующие названия:

Карбоксилат-анионы имеют следующие названия:

НСОО^- - формиат (метаноат)

СН₃СОО^- - ацетат (этаноат)

СН₃СН₂СОО^- - пропионат (пропаноат)

Промышленные способы получения карбоновых кислот

1. Окисление углеводородов. Существует два способа: окисление низших алканов C₄-C₈ преимущественно в уксусную кислоту и окисление твердого парафина в так называемые синтетические жирные кислоты (СЖК) с прямой цепью углеродных атомов С₁₀-С₂₀, являющихся сырьем для синтеза ПАВ (поверхностно-активных веществ).

Процесс протекает в жидкой фазе при нагревании или в присутствии катализаторов. При окислении алканов происходит деструкция по связям между вторичными углеродными атомами, поэтому из н-бутана образуется главным образом уксусная кислота, а в качестве побочных продуктов – метилэтилкетон и этилацетат.

2.Синтезы на основе оксида углерода (II). Карбоновые кислоты получают на основе оксида углерода по реакции карбонилирования:

Присоединение по двойной связи при кислотном катализе всегда протекает по правилу Марковникова, вследствие этого только из этилена получается неразветвленная кислота, а из его гомологов - α-метилзамещенные кислоты. Особый интерес данный метод представляет для синтеза кислот с третичным радикалом (неокислот) из изоолефинов (реакция Коха):

Механизм реакции состоит в предварительном протонировании алкена кислотой с образованием иона карбения, его взаимодействия с СО с получением ацилий – катиона и реакции последнего с водой с образованием карбоновой кислоты:

Неокислоты и их соли обладают очень высокой растворимостью и вязкостью, а их сложные эфиры - стабильностью к гидролизу, что обеспечивает им широкое применение в ряде отраслей.

Карбонилирование спиртов катализируется комплексами металлов (Ni, Со, Fe, Pd). Процесс реализован в промышленности для синтеза уксусной кислоты из метанола и характеризуется высокими экономическими показателями.

Кислоты также получают окислением альдегидов (продукт оксосинтеза).