15.6. Химические свойства: особенности непредельных одноосновных кислот

Определения и обозначения

Непредельная одноосновная карбоновая кислота — кислота с одной группой –COOH и одной или несколькими двойными связями C=C в углеводородном радикале. Она одновременно относится к карбоновым кислотам и непредельным соединениям. Это определение помогает сразу предсказать два типа химических свойств.

Акриловая кислота имеет формулу CH₂=CH–COOH и является простейшей непредельной одноосновной кислотой. Её двойная связь расположена рядом с карбоксильной группой, поэтому электронное строение молекулы отличается от строения обычного алкена. Акриловая кислота удобна для изучения присоединения и полимеризации.

Олеиновая кислота — непредельная одноосновная кислота с одной двойной связью в длинной углеводородной цепи. Это природная кислота, входящая в состав многих жиров. Её пример показывает, что непредельность встречается не только у малых лабораторных молекул.

Реакция присоединения по двойной связи — реакция, в которой атомы или группы атомов присоединяются к двум атомам углерода связи C=C. Двойная связь при этом превращается в одинарную. Так записывают гидрирование, присоединение галогенов и галогеноводородов.

Как это устроено

В молекуле непредельной кислоты есть два реакционно значимых участка: полярная группа –COOH и более реакционноспособная связь C=C. Карбоксильная группа определяет кислотный характер, потому что атом водорода в ней может замещаться или отщепляться в реакциях. Двойная связь содержит π-связь, которая легче разрывается при присоединении реагентов. Поэтому одна молекула сочетает свойства двух классов органических веществ.

Реакции по группе –COOH в целом такие же, как у предельных одноосновных кислот. С металлами образуются соли и выделяется водород, с основаниями протекает нейтрализация, а со спиртами образуются сложные эфиры. Наличие двойной связи не уничтожает карбоксильную группу, поскольку при этих превращениях реагирует именно её кислотный центр. Например, CH₂=CH–COOH + NaOH → CH₂=CH–COONa + H₂O.

Водород, галогены и галогеноводороды присоединяются по связи C=C, превращая её в C–C. Для акриловой кислоты соседство двойной связи с –COOH влияет на распределение электронной плотности и направление присоединения. При обычном ионном механизме в реакции с HX водород присоединяется к концевому атому углерода, а X — к атому, соседнему с карбоксильной группой. Условия реакции могут влиять на механизм и состав продуктов, поэтому направление нельзя определять только механическим подсчётом атомов.

Окисление двойной связи изменяет углеродный скелет и может привести к расщеплению молекулы на более простые кислоты или другие кислородсодержащие соединения. Это позволяет обнаруживать непредельность по химическому превращению связи C=C. В школьной практике часто используют обесцвечивание бромной воды, но оно связано с присоединением Br₂, а не с окислением. Реакция служит качественным признаком двойной связи при подходящих условиях.

Химические свойства непредельных одноосновных кислот

В таблице сначала определяйте, какая часть молекулы участвует в реакции: –COOH или C=C. Затем по реагенту устанавливайте тип превращения и проверяйте, исчезла ли двойная связь. Уравнение должно сохранять углеродный скелет и правильно отражать наблюдаемый признак.

Разбор задач

Задача 1

Условие: запишите присоединение Br₂ к акриловой кислоте CH₂=CH–COOH и назовите признак реакции. Сначала нужно найти участок молекулы, который изменяется. Карбоксильная группа сохраняется, а бром присоединяется к двум атомам углерода двойной связи.

1. Разрываем π-связь в фрагменте CH₂=CH–.
2. Добавляем по одному атому Br к каждому атому углерода.
3. Записываем продукт CH₂Br–CHBr–COOH.

Ответ: CH₂=CH–COOH + Br₂ → CH₂Br–CHBr–COOH. Бромная вода обесцвечивается.

Задача 2

Условие: составьте уравнение гидрирования олеиновой кислоты и назовите продукт. У олеиновой кислоты одна двойная связь, поэтому достаточно одной молекулы H₂. Углеродный скелет и группа –COOH при этом не изменяются.

1. Записываем формулу кислоты C₁₇H₃₃COOH.
2. Заменяем C=C на C–C и добавляем H₂.
3. Получаем C₁₇H₃₅COOH.

Ответ: C₁₇H₃₃COOH + H₂ → C₁₇H₃₅COOH, Ni, t. Органический продукт — стеариновая, или октадекановая, кислота.

Задача 3

Условие: для акриловой кислоты запишите реакции с NaOH и полимеризации. В первом случае реагирует кислотная группа, во втором — двойная связь. Это различие определяет вид продуктов.

1. Нейтрализация: CH₂=CH–COOH + NaOH → CH₂=CH–COONa + H₂O.
2. При полимеризации раскрываем C=C у многих молекул.
3. Записываем цепь: nCH₂=CH–COOH → [–CH₂–CH(COOH)–]ₙ.

Ответ: в реакции с NaOH образуются соль и вода, а при полимеризации — полиакриловая кислота; группа –COOH сохраняется в повторяющемся звене.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что C=C отменяет свойства карбоновой кислоты. Так думают, потому что внимание переключается на двойную связь. Проверьте формулу: если в ней есть –COOH, возможны реакции с основаниями, металлами и спиртами.

Ошибка: оставить двойную связь после присоединения или присоединить оба атома к одному углероду. Причина — механическое добавление реагента без перестройки связи. Проверьте себя: C=C должна стать C–C, а части реагента должны оказаться у разных атомов углерода.

Ошибка: связывать обесцвечивание бромной воды с группой –COOH. Кислотные свойства сами по себе не объясняют этот признак. Ищите в уравнении присоединение Br₂ к C=C.

Ошибка: разрывать карбоксильную группу при полимеризации акриловой кислоты. Такое происходит при смешении полимеризации с другими типами реакций. Проверьте повторяющееся звено: раскрыта только C=C, а –COOH сохранилась.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны строение карбоксильной группы и свойства одноосновных карбоновых кислот. Без этого трудно определить, какие реакции идут по –COOH.

Также пригодится умение составлять структурные формулы и уравнения присоединения по двойной связи алкенов. Эти навыки позволяют правильно распределять атомы реагента в продуктах.

Тема связана с изучением полимеров, органических реакций и природных жирных кислот. Она показывает, как одна двойная связь влияет на свойства больших молекул и природных жиров.

Что запомнить

• Непредельная одноосновная кислота содержит одну группу –COOH и связь C=C в радикале.
• Её свойства определяются и карбоксильной группой, и двойной связью.
• При присоединении по C=C двойная связь превращается в одинарную.
• Бромная вода обесцвечивается при присоединении брома к двойной связи.
• При гидрировании непредельная кислота превращается в предельную.
• При полимеризации акриловой кислоты раскрываются двойные связи, а группы –COOH сохраняются.