РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ В ПРИРОДЕ, ПРОМЫШЛЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ

Распространенность в природе

Карбоновые кислоты широко распространены в природе (некоторые примеры указаны в табл. 19.15). Многие длинноцепочечные («жирные») насыщенные и ненасыщенные кислоты и их сложные эфиры встречаются в жирах и маслах природного происхождения. (Химия жиров и масел описана в следующей главе.) Амиды тоже встречаются в веществах растительного и животного происхождения. Например, витамин В (никотиновая кислота, или ниацин), а также его производное никотинамид содержатся в дрожжах, печени, зеленых листовых овощах и молоке. N-Метилникотинамид представляет собой важный карбамидный метаболит этого витамина:

Карбамид (мочевина) тоже принимает важное участие в этих метаболических процессах.

Таблица 19.15. Природные карбоновые кислоты

Промышленные методы получения

Муравьиная кислота. Ее получают реакцией моноксида углерода с раствором гидроксида натрия при температуре 200°С и высоком давлении:

Формиат натрия (метаноат натрия)

Полученную соль затем гидролизуют с помощью разбавленной серной кислоты, отгоняя образующуюся муравьиную кислоту:

Уксусная кислота. Ее получают окислением бутана на воздухе при температуре 200°С в присутствии катализатора-ацетата кобальта(II). В этом процессе образуется также и муравьиная кислота.

Столовый уксус получается при окислении на воздухе вина или пива. Этот процесс катализируется ферментами, которые содержатся в некоторых бактериях.

Бензойная кислота. Ее получают каталитическим окислением метилбензола (толуола) кислородом воздуха.

Щавелевая (этандиовая) кислота. Ее получают из формиата натрия. Эту соль сначала нагревают, а затем образующиеся оксалатные (этандиоатные) ионы осаждают в виде кальциевой соли, добавляя гидроксид кальция. Гидролиз высушенного продукта с помощью разбавленной серной кислоты приводит к получению щавелевой кислоты:

Уксусный ангидрид. Его получают, пропуская нагретые пары пропанона (ацетона) над поверхностью катализатора из сплава никеля с хромом при температуре 750°С:

Образующийся в этой реакции этанон (кетен) представляет собой чрезвычайно реакционноспособный газ. Чтобы получить уксусный ангидрид, кетен сначала конденсируют охлаждением, а затем пропускают через уксусную кислоту:

Амиды. Их получают реакцией аммиака с хлорангидридами либо ангидридами карбоновых кислот. Другой способ получения амидов основан на нагревании аммониевых солей карбоновых кислот (см. выше).

Мочевина. Ее получают, нагревая диоксид углерода в избыточном количестве аммиака при температуре 200°С и давлении 200 атм:

Применения

Карбоновые кислоты, сложные эфиры, ангидриды карбоновых кислот и мочевина в больших количествах расходуются в производстве пластиков и синтетических смол (см. гл. 20). Кроме того, карбоновые кислоты и их эфиры широко используются в мыловаренной, а также пищевой промышленности (см. гл. 20); например, сложные эфиры в качестве вкусовых добавок к пищевым продуктам. Уксусная кислота и диэтиловый эфир - обычные растворители в промышленной и лабораторной практике. Бензойная кислота используется в пищевой промышленности в качестве консерванта, а пропионат кальция в качестве пищевой добавки в хлебопекарной промышленности. Мочевину применяют в качестве удобрения.

Пищевые добавки Е210 и Е282

Бензойная кислота представляет собой пищевую добавку гл. 13). Хотя для получения бензойной кислоты используется описанный выше метод, она, кроме того, встречается и в природе во многих съедобных ягодах. Бензойную кислоту добавляют в некоторые пищевые продукты в качестве бактерицидного и противогрибкового средства. К таким продуктам относятся джемы, фруктовые соки, маринады и фруктовые йогурты.

Пропионат кальция представляет собой пищевую добавку Е282. Его получают из пропионовой кислоты; кроме того, он содержится в таких пищевых продуктах, как швейцарский сыр. Пропионат кальция препятствует росту плесени в хлебных продуктах.

Карбоновые кислоты и их прозводные находят широкое применение в фармацевтической промышленности. Например, аспирин получают ацетилированием 2-гидроксибензойной (салициловой) кислоты с помощью уксусного ангидрида:

2-Гидроксибензойную кислоту получают нагреванием смеси фенолята натрия с диоксидом углерода под давлением, после чего гидролизуют образующуюся соль:

Барбитуратами называются алкилзамещенные производные барбитуровой кислоты (табл. 19.16):

Барбитуровую кислоту получают реакцией мочевины с пропандиовой (малоновой) кислотой в присутствии оксид-трихлорида фосфора:

Барбитураты раньше широко использовались в качестве снотворных и седативных средств. В настоящее время их заменили бензодиазепины. Однако барбитураты все еще используются в качестве анестезирующих средств и для лечения эпилепсии.

Таблица 19.16. Примеры барбитуратов

Итак, повторим еще раз!

1. Типичные реакции альдегидов и кетонов:

2. Типичные реакции карбоновых кислот и их солей:

3. Типичные реакции хлорангидридов карбоновых кислот:

4. Типичные реакции ангидридов карбоновых кислот:

5. Типичные реакции сложных эфиров:

6. Типичные реакции амидов: