карбоновая кислота для чего нужна
Роль карбоновых кислот в жизни человека и их применение: описание
Содержание:
Карбоновые кислоты – органические соединения, которые содержат карбоксильную группу –СООН. Функциональная группа состоит из карбонильной =С=О и гидроксильной –ОН групп. Карбоновые кислоты в жизни человека играют важную роль.
Классификация карбоновых кислот
Также карбоновые кислоты можно разделить на несколько групп по строению углеводородного радикала на предельные, непредельные, ароматические и циклические.
Нахождение кислот в природе
Области применения карбоновых кислот
Предельные одноосновные кислоты
Уксусная кислота СН3СООН необходима для производства красителей. В составе продуктов она обозначается как Е260. Уксусную кислоту применяют при консервировании овощей, грибов и т. д.
Предельные двухосновные кислоты
Янтарная кислота НООС−СН₂−СН₂−СООН внутри организма участвует в метаболических процессах. С ее помощью осуществляется клеточное дыхание и синтез белков. Янтарная кислота выводит отравляющие вещества и уменьшает вредное действие алкоголя в организме.
Жирные ненасыщенные кислоты
Линолевая кислота С₁₇H₃₁COOH участвует в регуляции обмена белка и жиров, предотвращении накопления холестерина в организме. Она защищает клетки от преждевременного старения.
Применение карбоновых кислот в медицине
Масляная кислота СH₃(CH₂)₂СООН используется при лечении заболеваний ЖКТ. В кишечнике она образует кислую среду, в которой погибают патогенные микробы и развиваются полезные бактерии.
Карбоновая кислота для чего нужна
Предельные одноосновные
Благодаря своему уникальному молекулярному составу муравьиная кислота обладает антибактериальными свойствами, поэтому основная сфера ее применения – это пищевая промышленность (пищевая добавка E 236). В пищевой промышленности она используется в качестве дезинфицирующего и консервирующего средства при производстве кондитерских изделий, консервированных и молочных продуктов, безалкогольных напитков. Помимо этого, муравьиная кислота применяется для дезинфекции пивных и винных бочек.
Она применяется в химической промышленности в качестве восстановителя при синтезе органических веществ, при получении щавелевой кислоты. А также, при изготовлении стекла, промышленного клея, промышленных лаков и химических красителей.
Сложные эфиры муравьиной кислоты используют в качестве растворителей и душистых веществ.
В текстильной промышленности ее используют в качестве протравы при крашении тканей, в кожевенном производстве – для отмывания извести, используемой при обработке шкур.
Муравьиная кислота обладает болеутоляющим, бактерицидным, противовоспалительным, согревающим действием и благодаря этим свойствам находит широкое применение в медицине. Ее используют в медицине в качестве наружного обезболивающего средства. Смесь кислоты с водой, так называемый муравьиный спирт, используется как раздражающее кожу, рефлекторно действующее средство при ревматических и неврологических болях.
Муравьиная кислота входит в состав не только лечебных, но и косметических препаратов.
Кроме того ее применяют в сельском хозяйстве при заготовке различных кормов. Муравьиной кислотой обрабатывают сено, силос, что помогает замедлить процессы гниение и распада, благодаря чему корма способны храниться намного дольше.
Муравьиная кислота также используется для борьбы с паразитами в пчеловодстве.
Из всех карбоновых кислот уксусная кислота находит наиболее широкое применение. Она необходима для синтеза красителей для тканей, лекарственных веществ, сложных эфиров, растворителей лаков. Большое ее количество расходуются для производства искусственного волокна (ацетатного шелка), пластических масс, невоспламеняющейся кинопленки, органического стекла, ядохимикатов, стимуляторов роста растений.
В пищевой промышленности (пищевая добавка Е 260) уксусную кислоту применяют для консервирования овощей, грибов, рыбы и в качестве приправы к пище. Консервирующее действие кислоты связано с подавлением развития гнилостных бактерий и плесневых грибков.
Солями уксусной кислоты (Al, Fe, Cr) протравливают ткани при крашении, они способствуют закреплению красителей на волокне.
Ацетат свинца применяется для изготовления свинцовых белил и свинцовой примочки в медицине.
Соли уксусной кислоты используются также в сельском хозяйстве. В результате применения 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и ее солей на полях с зерновыми погибают только широколиственные сорняки, что используется при выращивании зерновых культур.
Уксусный ангидрид применяется в производстве пластических масс, искусственного шелка, ацетанилида.
Из монохлоруксусной кислоты получают негорючую кинопленку, органическое стекло, пропускающее ультрафиолетовые лучи.
Масляная кислота применяется для лечения некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта. В процессе ферментативных реакций кислота и ее соли создают в кишечнике кислую среду, благоприятную для развития полезных бактерий и подавляющую развитие патогенных, таких как возбудитель сальмонеллы и кишечная палочка. Кроме этого, масляная кислота способствует регуляции водно-электролитного баланса в кишечнике, регулирует его моторику.
Соли масляной кислоты используются в животноводстве, птицеводстве и рыбоводстве как кормовые добавки. Эти добавки усиливают иммунитет, способствуют лучшей усвояемости пищи, подавляют деятельность многих вредных кишечных бактерий, уменьшают необходимость применения антибиотиков.
Также она используется для изготовления лакокрасочных материалов, пластификаторов для лаков, эмульгаторов.
Применяется в парфюмерной и кондитерской промышленностях в виде сложных эфиров, являющихся ценными ароматическими веществами.
Стеариновая и пальмитиновая кислота входят в состав животных жиров и растительных масел. Натриевые и калиевые соли этих кислот входят в состав мыла.
Стеариновая кислота часто используется при изготовлении косметических средств, в качестве стабилизатора смеси и эмульгатора. Она делает состав непрозрачным и густым. Косметические средства, содержащие активные вещества стеарина быстро впитываются в сухую кожу и оказывают на нее благотворное влияние.
При производстве мыла часто используется соль стеариновой кислоты, поскольку она обладает хорошим моющим свойством и применяется в роли загустителя. Стеариновая кислота в мыле постепенно затвердевает.
Другое применение активных веществ стеарина – это возможность создания на их основе пластичных масок и наполнителей резиновых смесей. Эти компоненты помогают сделать резину более пластичной и однородной.
Пальмитиновая кислота используется в качестве одного из основных компонентов для приготовления напалма, различных моющих и косметических средств, а также при производстве стеарина (смесь со стеариновой кислотой).
Пальмитиновая кислота используется в производстве технических масел для смазки, для изготовления пластификаторов и свечей.
Пальмитат натрия находит свое применение в производстве хозяйственного и туалетного мыла, где он выполняет роль загустителя.
Соли пальмитиновой кислоты нашли применение в производстве косметических препаратов в качестве эмульгатора.
Метилпальминат (метиловый эфир пальмитиновой кислоты) используется для ароматизации некоторых пищевых продуктов.
Предельные двухосновные
Щавелевая кислота благодаря своим уникальным свойствам применяется во многих отраслях промышленности.
В химической промышленности щавелевая кислота используется при синтезе красителей, при производстве чернил, пластмасс, пиротехники.
Также она используется как дезинфицирующее и отбеливающее средство в составе синтетических моющих средств. В бытовой химии ее применяют в качестве одного из основных компонентов чистящих и моющих средств для раковин, унитазов.
В металлургической промышленности щавелевая кислота используется в виде специального состава при очистке металлов, котлов от коррозии, накипи, ржавчины, оксидов.
В кожевенной и текстильной промышленности она находит применение в качестве потравы при окраске шелка и шерсти, для дубления кожи. Это обработка поверхности необходима для того, чтобы краситель лег на материю равномерно.
Широко применяется щавелевая кислота для уменьшения жесткости воды и очистка ее от примесей.
В косметологии она применяется как отбеливающий компонент в кремах от пигментных пятен, веснушек.
В сельском хозяйстве ее используют как инсектицид, особенно она востребована у пчеловодов для обработки пчел.
В настоящее время щавелевая кислота широко применяется в пищевой промышленности для производства пищевых добавок.
Янтарная кислота нашла свое применение в медицинской промышленности для производства лекарственных препаратов, в косметологии, аналитической химии и химической промышленности — в производстве пластмасс и смол, в птицеводстве и животноводстве — как средство, снижающее заболеваемость, в сельском хозяйстве = как средство, повышающее урожайность растений и их устойчивость к неблагоприятным внешним факторам.
Она способна стимулировать адаптационные и защитные функции организма, повышать диастолическое артериальное давление и секреторную функцию желез желудка, улучшать аппетит, повышать физическую работоспособность, нейтрализует образующиеся свободные радикалы.
Янтарная кислота участвует в обменных процессах, протекающих в организме. Она необходима для обеспечения клеточного дыхания, синтеза белков, выработки внутриклеточной энергии. Кроме того янтарная кислота способствует выведению из организма отравляющих веществ и уменьшает токсическое действие алкоголя.
В аналитической химии с помощью щавелевой кислоты осаждают редкоземельные металлы.
Ненасыщенные кислоты
Акриловая кислота и её производные используются при производстве акриловых эмульсий для лакокрасочных материалов, пропитки тканей и кожи, в качестве сырья для полиакрилонитрильных волокон и акриловых каучуков, строительных смесей и клеев.
В производстве полимеров широко применяют сложные эфиры акриловой и метакриловой кислот. Например, полиакрилонитрил – основа волокна нитрон, используемого для производства лечебного белья.
Жирные ненасыщенные кислоты
Олеиновая кислота применяется как флотореагент и собиратель при обогащении руд цветных металлов.
Олеиновая кислота и ее эфиры применяют как пластификаторы для изготовления лакокрасочных материалов.
В пищевой промышленности она применяется при производстве ароматизаторов.
Также олеиновая кислота широко применяется в качестве смазывающе-охлаждающих жидкостей при сверлении и обработке труднообрабатываемых нержавеющих сталей и сплавов. Выступает эмульгатором в резинотехнической промышленности.
Олеиновая кислота применяется при изготовлении хозяйственного мыла, моющих средств.
Небольшие количества олеиновой кислоты используют в качестве наполнителя в фармацевтических препаратов.
Особенно нужно подчеркнуть роль линолевой и линоленовой кислот как соединений, незаменимых для человека (в организме они не могут быть синтезированы и должны поступать с пищей около 5 гр в день). По этой причине эти кислоты относят к так называемым незаменимым жирным кислотам. Линолевая и линоленовая кислоты содержатся в основном в растительных маслах.
Линолевая кислота регулирует жировой и белковый обмен, предотвращает накопление холестерина в сосудах, препятствует возникновению тромбов, защищает клетки от преждевременного старения, улучшает функции нервной системы, повышает усвояемость жирорастворимых витаминов и витаминов группы В. Она нормализует, а также ускоряет обменные процессы в организме, повышает иммунитет.
Линоленовая кислота регулирует артериальное давление, предупреждает инфаркт миокарда. Снижает уровень холестерина в крови, предотвращая развитие атеросклероза. Обладает противовоспалительными свойствами и применяется для лечения кожных заболеваний.
Линоленовая кислота улучшает усвоение жирорастворимых витаминов (D, А, Е, К). Витамин Е является важным элементом в питании беременной женщины, так как он снижает вероятность отслойки плаценты.
Она способствует сохранению влаги в коже и волосах, поэтому ее применяют для ухода за сухой кожей.
Ароматические кислоты
Бензойная кислота
Также ее используют в качестве консерванта для пищевых продуктов. Она проявляет антимикробное и антигрибковое действие, оказывает угнетающее воздействие на плесень, дрожжи и некоторые виды бактерий.
Бензойную кислоту применяют в медицине при кожных заболеваниях как наружное антисептическое (противомикробное) и фунгицидное (противогрибковое) средства, натриевую соль бензойной кислоты добавляют в сиропы от кашля, поскольку она обладает отхаркивающим свойством и разжижает мокроту. Оно прекрасно борется с потливостью ног.
Карбоновые кислоты
Классификация карбоновых кислот
Высшие карбоновые кислоты называют жирными кислотами. Более подробно мы изучим их теме, посвященной жирам, в состав которых они входят.
Номенклатура и изомерия карбоновых кислот
Названия карбоновых кислот формируются путем добавления суффикса «овая» к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода и слова кислота: метановая кислота, этановая кислота, пропановая кислота, и т.д.
Для предельных карбоновых кислот характерна структурная изомерия: углеродного скелета, межклассовая изомерия со сложными эфирами.
Получение карбоновых кислот
При повышенной температуре и в присутствии катализатора становится возможным неполное окисление алканов, в результате которого образуются кислоты.
При реакции спиртов с сильными окислителями, такими как подкисленный раствор перманганата калия, спирты окисляются до соответствующих кислот.
Обратите особое внимание, что при написании реакции с аммиачным раствором серебра в полном виде, правильнее будет указать не кислоту, а ее аммиачную соль. Это связано с тем, что выделяющийся аммиак, который обладает основными свойствами, реагирует с кислотой с образованием соли.
При дальнейшей обработке формиата серной кислотой образуется муравьиная кислота.
Специфичность синтеза уксусной кислоты заключается в реакции угарного газа с метанолом, в результате которой она образуется.
Также уксусную кислоту можно получить другим путем: сначала провести реакцию Кучерова, в ходе которой образуется уксусный альдегид. Окислить его до уксусной кислоты можно аммиачным раствором оксида серебра или гидроксидом меди II.
Химические свойства карбоновых кислот
Для карбоновых кислот не характерны реакции присоединения. Карбоновые кислоты обладают более выраженными кислотными свойствами, чем спирты.
Карбоновые кислоты вступают в реакции с металлами, которые способны вытеснить водород (стоят левее водорода в ряду напряжений металлов) из кислоты. Реагируют также с основаниями, с солями более слабых кислот, например, угольной кислоты.
Перераспределение электронной плотности в молекулах этих кислот для лучшего запоминания лучше увидеть наглядно. Это перераспределение обусловлено большей электроотрицательностью хлора, который притягивает электронную плотность.
Муравьиная кислота отличается от своих гомологов. За счет наличия у нее альдегидной группы, она, единственная из карбоновых кислот, способна вступать в реакцию серебряного зеркала.
В такой реакции идет ее окисление до нестойкой угольной кислоты, которая распадается на углекислый газ и воду.
При нагревании и в присутствии серной кислоты (водоотнимающего компонента) муравьиная кислота распадается на воду и угарный газ.
Сложные эфиры
Ангидриды
Хлорангидриды карбоновых кислот образуются в реакции карбоновых кислот с хлоридом фосфора V.
Следующая реакция не имеет отношения к ангидридам, однако (из-за их схожести) вы увидите ее здесь для наилучшего запоминания. Это реакция галогенирования гидроксикислот, в результате которой гидроксогруппа в радикале меняется на атом галогена.
Непредельные карбоновые кислоты
Распределение электронной плотности в молекулах творит чудеса: иногда реакции идут против правила Марковникова. Так происходит в непредельной акриловой кислоте.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Карбоновые кислоты. Свойства и применение карбоновых кислот
Все началось с уксуса, по крайней мере, открытие карбоновых кислот. Название объединяет органические соединения, содержащие карбоксильную группу COOH.
Важно расположение атомов именно в таком порядке, поскольку есть и другие кислородосодержащие соединения.
Уксусную кислоту из карбоновых открыли первой, но ее строение многие века оставалось тайной. Вещество знали, как продукт скисания вин.
Свойства карбоновых кислот
Отличаясь от другой органики наличием карбоксильных групп, карбоновые кислоты классифицируются по их числу.
Есть одно-, двух-, и многоосновные соединения. Одноосновные карбоновые кислоты выделяются связью между карбоксильной группой и углеводородным радикалом.
Соответственно, общая формула веществ группы: — CnH2n+1COOH. Уксусная кислота – одноосновная. Ее химическая запись: — CH3COOH. Еще проще строение муравьиного соединения: — COCOOH.
К простейшим отнесена и пропионовая кислота с формулой C2H5COOH. У остальных соединений одноосновного ряда есть изомеры, то есть, разные варианты строения.
У муравьиной же, уксусной и пропионовой кислот есть лишь один план строения.
Если у карбоновой кислоты формула с двумя карбоксильными группами, она может называться диосновной.
Общая запись веществ категории: — COOH-R-COOH. Как видно, карбоксильные группы располагаются по разные стороны линейной молекулы.
Подразделяют карбоновые соединения и по характеру углеводородного радикала. Химические связи между его атомами могут быть одинарными.
В этом случае перед нами предельные карбоновые кислоты. Наличие двойных связей указывает на непредельные вещества.
Формула непредельных карбоновых кислот может одновременно являться записью высших представителей класса.
Высшими называют соединения, в которых боле 6-ти атомов углерода. Соответственно, от 1-го до 5-ти атомов углерода – признак низших веществ.
Имея органическое происхождение, большинство карбоновых кислот пахнут, хотя бы слегка. Однако, есть группа особенно ароматных.
В их состав входит бензольное ядро. То есть, кислоты группы являются производными бензола. Его формула: — C6H6.
У вещества сладковатый запах. Поэтому, карбоновые кислоты с бензольным ядром именуют ароматическими. Причем, обязательна прямая связь ядра и карбоксильных групп.
По физическому состоянию карбоновые кислоты бывают, как жидкими, так кристаллическими. Имеется в виду агрегатность веществ при обычных условиях.
Часть соединений растворима в воде, другая часть смешивается лишь с органикой. Нюансы химического поведения зависят от количества в молекулах карбоксильных групп.
Так, типичная реакция карбоновых кислот одноосновной категории– окрашивание лакмусовой бумаги в красный цвет.
Классикой, так же, считается взаимодействие с галогенами, тогда как дикарбоновые соединения могут образовывать эфиры карбоновых кислот. Они «рождаются» во взаимодействии со спиртами.
Карбоновая кислота с двумя основаниями всегда содержит метиленовую группу, то есть, двухвалентную CH2.
Двухосновные соединения образуют, так же, соли карбоновых кислот. Они используются на производстве моющих средств, в частности, мыла.
Впрочем, о том, где пригождаются карбоновые кислоты и их соединения, поговорим отдельно.
Применение карбоновых кислот
В производстве мыла особенно важны стеариновая и пальмитиновая кислоты. То есть, используются высшие соединения.
Они делают мыльные брикеты твердыми и позволяют смешать фракции, расслаивающие без присутствия кислот.
Способность делать массы однородными пригождается и на производстве лекарств. Большинство связующих элементов в них – карбоновые кислоты.
Соответственно, применение реагентов внутрь, как и наружно, безопасно. Главное, знать предельную дозировку.
Превышение дозы, или концентрации кислот, ведет к разрушительным последствиям. Возможны химические ожоги, отравления.
Зато, едкость соединений наруку металлургам, мебельщикам, рестовраторам. Им карбоновые кислоты и смеси с ними помогают полировать и очищать неровные, заржавевшие поверхности.
Растворяя верхний слой металла, реагенты улучшают его внешний вид и эксплуатационные характеристики.
Химические карбоновые кислоты могут быть очищенными, или же, техническими. Для работы с металлами подойдут и последние.
Но, в качестве косметических и лекарственных средств применяют лишь высокоочищенные соединения. Такие нужны и в пищевой промышленности.
Около трети карбоновых кислот – официально зарегистрированные добавки, известные простым обывателям, как ешки.
На упаковках они отмечаются букврй Е и порядковым номером рядом с ней. Уксусная кислота, к примеру, пишется, как Е260.
Пищей карбоновые кислоты могут служить и для растений, входя в состав удобрений. Одновременно, можно создавать яды для вредоносных насекомых и сорняков.
Около трети карбоновых соединений используют в качестве протрав для тканей. Обработка необходима, чтобы материи равномерно окрашивались. С этой же целью реактивы применяют в кожевенной промышленности.
Добыча карбоновых кислот
Поскольку карбоновые кислоты биогенны, около 35% из них получают из природных продуктов. Но, химический синтез выгоднее.
Поэтому, при возможности переходят на него. Так, гиалуроновую кислоту, используемую для омоложения, долгое время добывали из пуповин младенцев и глаз крупного рогатого скота.
Теперь же, соединение получают биохимическим способом, выращивая на пшеничном субстрате бактерий, беспрерывно дающих кислоту.
Получение карбоновых кислот чисто химическим путем – это окисление спиртов и альдегидов.
Под последним понятием скрываются спирты, лишенные водорода. Реакция протекает так: — СН3 – СН2ОН → СН3 – СОН → СН3 – СООН.
От схемы производства, количества его ступеней, расходных материалов, во многом зависит стоимость конечных продуктов. Узнаем, каков ценник на карбоновые кислоты в их чистом виде.
Цена карбоновых кислот
Большинство карбоновых кислот продают большими объемами. Фасуют, обычно, по 25-35 килограммов. Жидкости разливают в канистры.
Так, 1000 граммов лимонной кислоты стоит в районе 80-ти рублей. Столько же берут за муравьиную и щавелевую.
Стоимость олеиновой – около 130-ти рублей за килограмм. Салициловая кислота оценивается уже в 300. Стеариновая кислота на 50-70 рублей дешевле.
Ряд карбоновых кислот оценивается в долларах, поскольку основные поставки ведутся из США и стран Евросоюза.
Оттуда поступает, к примеру, гиалуроновая кислота. За килограмм отдают уже не пару сотен рублей, а несколько сот баксов.
Отечественный продукт присутствует, но ему не доверяют, в первую очередь, клиенты салонов красоты.
Они знают, что омоложение с помощью гиалуроновой кислоты – придумка американцев, практикуемая ими полвека.
Соответственно, велика практика производства препарата, который должен быть качественным, ведь попадает в кожу и организм.