3.16. ПРОИЗВОДНЫЕ УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЫ

Угольную кислоту можно отнести к ряду карбонильных соединений. Замена в карбоновой кислоте алкильного радикала на акцепторную группу приводит к повышению подвижности атома водорода карбоксильной группы:

Поэтому угольная кислота по первой константе диссоциации является кислотой средней силы .

Благодаря наличию мезомерного эффекта из угольной кислоты легко образуется углекислый газ — ангидрид этой кислоты:

Как и в молекулах карбоновых кислот, группа может быть заменена на и другие группы, в связи с чем угольная кислота образует два ряда производных: и причем в ряду (II) группы X могут быть однотипными или разными.

Общим признаком строения угольной кислоты, ее ангидрида и производных определяющим их химические свойства, является полярная карбонильная группа, способная подвергаться нуклеофильной атаке с последующим замещением одной или обеих групп:

где

Монозамещенные производные (I), как правило, неустойчивы и легко разлагаются с образованием углекислого газа:

Замена подвижного атома водорода в соединениях типа (I) на алкильный радикал стабилизирует молекулу. Например, эфиры хлоругольной кислоты довольно устойчивы и образуются в результате алкоголиза полного хлорангидрида угольной кислоты (фосгена):

Карбаминовая кислота (неполный амид угольной кислоты) в свободном виде также не существует. Известны ее аммониевая соль и эфиры (уретаны):

Большое практическое значение имеют полиуретаны где двухвалентные радикалы. Их можно рассматривать как производные карбамиповой кислоты, образовавшиеся на основе гликолей и диаминов

Неполные (кислые) эфиры угольной кислоты в свободном состоянии не существуют, но известны их соли:

Из бифункциональных производных наиболее важное значение имеют полный хлорангидрид угольной кислоты (фосген), полный амид угольной кислоты (мочевина), полные эфиры угольной кислоты.

Фосген — источник многих производных угольной кислоты — получают по реакции

Карбонильная группа в молекуле фосгена очень активна и легко подвергается воздействию нуклеофильиых реагентов, например:

Мочевину, или карбамид, в промышленности получают из аммиака и углекислого газа:

B связи с проявлением мезомерного эффекта карбонильная группа в молекуле мочевины менее активна, чем в молекуле фосгена. Тем не менее для нее свойственны все реакции производных кислот. Например, в кислой или щелочной среде мочевина гидролизуется:

Ъмоте амиды карбоновых кислот, является нуклеофилом, содержащим подвижные атомы водорода. Следовательно, он подвергается алкилированию и ацилированию:

Две молекулы мочевины конденсируются в биурет:

Полные (средние) эфиры угольной кислоты образуются при взаимодействии фосгена со спиртами:

При хлорировании обоих эфиров все атомы водорода метильиых групп можно заместить атомами хлора с образованием соответственно дифосгена и трифосгеиа

Известны также ортоугольные эфиры:

К производным угольной кислоты следует отнести также циановую кислоту рассматривая ее по аналогии с нитрилами карбоновых кислот как нитрил угольной кислоты. Изомерная ей изоциановая кислота в свободном виде не существует, однако при алкилироваиии серебряной соли циановой кислоты йодистым алкилом образуются эфиры изоциановой кислоты — алкилизоцианаты:

Изоцианаты получают реакцией аминов с фосгеном:

Диизоцианаты, полученные на основе диаминов жирного или ароматического ряда, служат основой для полиуретанов:

Изомером циановой кислоты является также гремучая кислота которая существует только в виде солей, например, гремучей ртути.