Химические свойства

В карбоксильной группе атом углерода находится в состоянии sp²-гибридизации и он связан двойной связью с атомом кислорода, а простой связью с гидроксигруппой и с водородом (муравьиная кислота) или углеводородным радикалом (остальные кислоты).

В карбоновых кислотах длина связи С=О больше, чем в кетонах, а связь С–ОН короче, чем в спиртах. Это свидетельствует о взаимодействии электронных пар атома кислорода ОН-группы и С=О за счёт мезомерного и индуктивного эффектов. С одной стороны это приводит к увеличению полярности связи Н–О, но с другой стороны способствует уменьшению положительного заряда на атоме углерода по сравнению с альдегидами и кетонами.

Таким образом, за счёт указанных электронных эффектов в карбоксильной группе формируются два электрофильных центра – водород гидроксигруппы и атом углерода. Атомы кислорода являются нуклеофильными центрами. Понижение электронной плотности на карбоксильном углероде приводит к смещению электронного облака от α-углеродного атома к карбоксилу.

Высокая полярность и лёгкая поляризуемость связи Н–О способствуют отрыву протона и образованию карбоксилат-аниона. Исходя из особенностей электронного строения карбоксильной группы, можно говорить о многосторонней реакционной способности карбоновых кислот, обусловленной: лёгкостью отрыва протона (ОН-кислотность); наличием нуклеофильных центров; наличием электрофильного центра; СН-кислотным центром в α-положении.

Кислотность

Карбоновые кислоты в водных растворах диссоциированны, что доказывается индикаторами. Они являются более сильными кислотами, чем спирты и фенолы, что объясняется делокализацией отрицательного заряда в образующемся карбоксилат-анионе:

В структуре III длина обеих связей С–О одинаковая и составляет примерно 0,127нм, что является средней между С=О связью (0,1245нм) и С–ОН (0,131нм).

Степень диссоциации карбоновых кислот зависит от различных факторов:

­ наибольшая степень диссоциации характерна для водных растворов;

­ в апротонных неполярных растворителях карбоновые кислоты практически недиссоциированы;

­ наличие электроноакцепторных заместителей в α-положении увеличивает кислотность (сравните для СН₃СООН рК_α = 4,76, а для Cl₃C–COOH рК_α = 0,64).

Карбоновые кислоты значительно сильнее угольной и вытесняют её из соответствующих солей:

2СН₃СООН + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂

Они образуют соли под действием алкоголятов:

CH₃COOH + C₂H₅ONa → CH₃COONa + C₂H₅OH

Как протонные кислоты, взаимодействуют с активными металлами, их оксидами и гидроксидами, а также аммиаком с образованием солей: