Способы получения муравьиной кислоты реакции

Муравьиная кислота

Муравьиная кислота НСООН была открыта еще в XVII столетии в едких выделениях муравьев. Она содержится также в жгучей крапиве.

Муравьиная кислота может быть получена всевозможными способами (аналогичными описанным выше общим способам) из различных простейших соединений углерода. Так, например, она получается из хлороформа действием разбавленной щелочи

В настоящее время единственным промышленным способом получения муравьиной кислоты является пропускание окиси углерода через нагретый едкий натр:

Пропусканием окиси углерода через нагретые спиртовые растворы алкоголятов получаются эфиры муравьиной кислоты по уравнению

Муравьиную кислоту в виде водного раствора можно получить из муравьинокислых солей перегонкой с разбавленной серной кислотой. Безводную кислоту не удается получить дробной перегонкой водных растворов, так как муравьиная кислота дает с водой постояннокипящую (при 107° С) смесь, содержащую 77,5% кислоты. Безводная кислота может быть получена или разложением сероводородом муравьинокислого свинца, или обезвоживанием водной кислоты при помощи безводной щавелевой кислоты.

Безводная муравьиная кислота — жидкость, обладающая крайне острым запахом.

Муравьиная кислота отличается от всех остальных жирных кислот тем, что карбоксильный углерод в ней соединен не с алкилом, а с атомом водорода. Поэтому ее можно рассматривать и как альдегид, в котором группа СНО соединена с гидроксилом. Подобно альдегидам муравьиная кислота может окисляться, образуя угольную кислоту

т. е. представляет собой как бы альдегид, соответствующий угольной кислоте.

Муравьиная кислота, как и альдегиды, является сильным восстановителем. Она может восстанавливать при нагревании соли окиси ртути до солей закиси и даже до металлической ртути, а также окись серебра до металлического серебра, вследствие чего серебряная соль муравьиной кислоты легко разлагается с выделением серебра.

При нагревании с концентрированной серной кислотой муравьиная кислота распадается на окись углерода и воду:

Эта реакция может быть использована для получения чистой окиси углерода.

В присутствии порошкообразного иридия или родия муравьиная кислота распадается на водород и двуокись углерода:

При быстром нагревании муравьинокислого натрия до 400° С выделяется водород и образуется щавелевокислый натрий:

Муравьиная кислота находит довольно значительное применение как восстановитель, а также используется при крашении тканей; 1,25%-ный водный раствор ее употребляется в медицине («муравьиный спирт», или spiritus formicarum).

Источник

Карбоновые кислоты

Карбоновые кислоты — класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп COOH.

Имеют разнообразное промышленное применение и большое биологическое значение. Общая формула одноосновных карбоновых кислот C_nH_2nO₂ .

Классификация карбоновых кислот

По количеству карбоксильных групп в молекуле карбоновые кислоты подразделяются на:

• Одноосновные — 1 карбоксильная группа
• Двухосновные — 2 карбоксильных группы
• Трехосновные — 3 карбоксильных группы

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.

Многие карбоновые кислоты имеют тривиальные названия. Наиболее известные:

• Метановая — HCOOH — муравьиная кислота
• Этановая — CH₃-COOH — уксусная кислота
• Пропановая — C₂H₅-COOH — пропионовая кислота
• Бутановая — C₃H₇-COOH — масляная кислота
• Пентановая — C₄H₉-COOH — валериановая кислота

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.

При окислении альдегиды образуют соответствующие карбоновые кислоты. Окисление можно проводить качественной реакцией на альдегиды — реакцией серебряного зеркала.

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.

Окисление альдегидов также может быть успешно осуществлено другим реагентом — свежеосажденным гидроксидом меди II. В результате такой реакции образуется осадок кирпично-красного цвета оксида меди I.

Существует специфический способ получения муравьиной кислоты, который заключается в реакции твердого гидроксида щелочного металла с угарным газом под давлением и температуре 200°С — образуется формиат (соль муравьиной кислоты).

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.

Галогенирование происходит по типу замещения в радикале, который соединен с карбоксильной группой. Напомню, что наиболее легко замещается водород у третичного, чуть сложнее — у вторичного, и значительно сложнее — у первичного атома углерода.

Сила карбоновых кислот тем выше, чем меньше электронной плотности сосредоточено на атоме углерода в карбоксильной группе. Поэтому самая слабая из трех кислот — уксусная, чуть сильнее — хлоруксусная, за ней — дихлоруксусная и самая сильная — трихлоруксусная.

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

Получение сложных эфиров происходит в реакции этерификации (лат. aether — эфир), заключающейся во взаимодействии карбоновой кислоты и спирта.

Названия сложных эфиров формируются в зависимости от того, какой кислотой и каким спиртом эфир образован. Примеры:

• Метановая кислота + метанол = метиловый эфир метановой кислоты (метилформиат)
• Этановая кислота + этанол = этиловый эфир уксусной кислоты (этилацетат)
• Метановая кислота + этанол = этиловый эфир метановой кислоты (этилформиат)
• Пропановая кислота + бутанол = бутиловый эфир пропионовой кислоты (бутилпропионат)

Для сложных эфиров характерной реакцией является гидролиз — их разложение. Возможен щелочной гидролиз, при котором образуется соль кислоты и спирт, и кислотный гидролиз, при котором образуются исходные спирт и кислота.

Кислотный гидролиз протекает обратимо, щелочной — необратимо. Реакция щелочного гидролиза по-другому называется реакция омыления, и напомнит о себе, когда мы дойдем до темы жиров.

Ангидриды

Ангидриды — химические соединения, производные неорганических и органических кислот, образующиеся при их дегидратации.

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.

Источник

Муравьиная кислота: общая характеристика и применение

HCOOH – рациональная формула муравьиной кислоты, насыщенной односоставной карбоновой кислоты, входящая в так называемую карбоксильную группу. В настоящее время муравьиная кислота имеет систематическое название метановой, является органическим соединением, зарегистрированным в качестве пищевой добавки Е236.

История появления муравьиной кислоты

Открытие

В 1670 году натуралист, член Лондонского королевского общества Джон Рей провел эксперимент, результатом которого стало появление нового водного раствора химического соединения, проявляющего типичные свойства кислот. Рей путем кипячения воды в сосуде с помещенными в него рыжими лесными муравьями, произвел процесс перегонки паром.

Сейчас процесс заменен синтезом муравьиной кислоты из угарного газа и воды. Позже энтомологи подтвердят, что в теле муравьев в брюшной полости находятся ядовитые железы, которые вырабатывают кислоту как средство защиты от нападения.

Рыжие лесные муравьи оказались не единственными носителями кислоты данного вида. Муравьиная кислота, хоть и в меньших объемах, обнаружена в пчелином яде, гусеницах шелкопряда, сосновой хвое, крапиве, фруктах, а также выделениях животных и даже человека. Соли и эфиры кислоты, формиаты, также получили название от латинского formica — муравей.

Получение

С XIX века муравьиную кислоту получают химическим путем в виде натриевой соли. Большее количество муравьиной кислоты получается как побочный продукт при жидкофазном окислении бутана и бензиновой фракции при производстве другой кислоты – уксусной.

Около 35% мирового производства получают гидролизом формамида. Основным промышленным способом получения муравьиной кислоты является реакция монооксида углерода с гидроксидом натрия: NaOH + CO → HCOONa → (+H2SO4, −Na2SO4) HCOOH. Процесс разделен на две стадии:

• 1 стадия. Монооксид углерода пропускают под давлением 0.6 – 0.8 МПа через 120 – 130 °C гидроксид натрия.
• 2 стадия. Обработка формиата натрия серной кислотой и перегонка продукта вакуумом.

Еще одним способом является разложение глицериновых эфиров щавелевой кислоты. При нагревании щавелевой кислоты и безводного глицерина путем отгона воды образуют щавелевые эфиры. Разлагая щавелевые эфиры методом нагревания, получают углекислый газ и образования муравьиных эфиров. Последние методом разложения водой образуют глицерин и муравьиную кислоту.

Физические и химические свойства муравьиной кислоты

Одна из самых простых карбоновых кислот, муравьиная одновременно является самой сильной. При попадании на кожу вызывает ожог, жжение, растворение. Растворяет капрон, нейлон и прочие полимеры.

Муравьиная кислота представляет собой бесцветную жидкость с едким и резким запахом. Смешивается с водой, этанолом, диэтиловым эфиром. Растворяется в ацетоне, бензоле, глицерине и толуоле. Обладает свойствами кислот и альдегида, в молекулярной формуле есть кислотная часть (CO-OH) и атом углерода (H-CO). Такая особенность привела к особенной реакции восстанавливать серебро, что характерно для альдегидов, но не для кислот.

Важная особенность муравьиной кислоты является изготовление «тяжелых» жидкостей. Применяемые геологами, минеролагами, геммологами, помогают при идентификации и разделении минералов по свойствам их плотности.

При растворении металлического таллия в 90% растворе муравьиной кислоты, получают формиат таллия. При растворении таких веществ и их солей получают раствор в котором плавают тяжелый шпат, корунд, малахит.

Муравьиная кислота известна своими бактерицидными свойствами. Используется при дезинфекции продовольственной тары. Кислота используется как пищевой концентрат. Слабые растворы применяют в медицине.

Применение

Основное применение муравьиной кислота – консервант, это обусловлено высоким бактерицидными и антисептическими свойствами. Останавливающая свойства гнилостности муравьиная кислота (пищевой вариант E236) широко применяется во многих областях, среди которых:

• пищевая:
  • консервация соков, овощей
  • очистка от примесей сахаров при производстве меда, маринадов
  • дезинфекция винных и пивных емкостей
• медицинская:
  • анальгетическое и противовоспалительное средство
  • лечение грибковых заболеваний, ушибов, растяжений, варикозного расширения вен
  • противотуберкулерных растворах
  • анестетиков
• косметологическая:
  • очищающие средства при лечении угревой сыпи
  • стимуляция роста волос
  • средства для соляриев и загара
• бытовая:
  • чистящие средства против ржавчины и известкового налета
• сельское хозяйство:
  • заготовка зимних кормов
  • борьба с клещами при пчеловодстве

Более подробно о сферах применения муравьиной кислоты можно узнать в публикации «Применение муравьиной кислоты в различных отраслях».

Безопасность и допустимость использования

Следует обратить внимание на то, что применение муравьиной кислоты в продуктах питания разрешено России, Беларуси, а также странах ЕАЭС. В странах Евросоюза разрешено применять Е236 в косметических средствах, а в США в составе синтетических ароматизаторов для продуктов питания.

Неразбавленная муравьиная кислота вызывает сильные химические ожоги, 10% и более обладает разъедающим эффектом, менее 10% — раздражающим.

Основная отличительная особенность метановой кислоты — это отсутствие производств в России. Тем не менее, муравьиную кислоту всегда можно купить в ООО «Эверест». Узнать подробнее можно здесь.

Источник