13.5. Органічні кислоти та їхні естери

Оцтову кислоту CH₃COOH згадано в підрозд. 8.6 як типову органічну кислоту. Найпростішою органічною кислотою є мурашина кислота HCOOH. Цю кислоту можна добути сухою перегонкою мурашок, звідки й походить її назва.

Фізичні властивості деяких карбонових кислот

Властивості деяких органічних кислот наведено в табл. 13.3. З даних таблиці випливає, що константи кислотності для монокарбонових кислот лежать у межах 2·10^-4—1·10^-5 (за значень pK 3,7—5). Пояснення вищої кислотності OH-групи в карбонових кислотах порівняно зі спиртами дає теорія резонансу; воно аналогічне наведеному вище (підрозд. 13.3) поясненню причин підвищеної кислотності фенолів. Дисоціацію карбонової кислоти можна  зобразити рівнянням

RCOOH ⇔ RCOO^- + H⁺

Аніону RCOO^- можна приписати дві електронні структури:

Обидві ці структури еквівалентні, і нормальний стан аніона описується гібридною структурою, до якої обидві структури валентних зв'язків А і Б роблять однакові внески. Такий аніон стабілізований максимальною енергією резонансу, що відповідає повному резонансу між наведеними валентними структурами. Для недисоційованої кислоти двома такими валентними структурами будуть структури А' і Б'

Структура Б' менш стійка, ніж структура А', бо вона передбачає поділ електричних зарядів; отже, нормальний стан для цієї кислоти є гібридним з переважним внеском структури А' і лише невеликим внеском структури Б'; при цьому резонансна стабілізація невелика. Отже, аніон стабілізований резонансом і стійкіший, ніж недисоційована кислота; ця енергія стабілізації зсуває рівновагу в бік утворення іонів і таким чином збільшує силу кислоти. Зміна константи кислотності приблизно від 1·10^-16 (для спиртів) до 1·10^-4 відповідає вищій (приблизно на 67 кДж·моль^-1) енергії резонансу в карбокси-аніоні порівняно з молекулою недисоційованої кислоти.

Мурашина й оцтова кислоти — перші два члени ряду карбонових, або жирних кислот. Наступні дві кислоти цього ряду — пропіонова CH₃CH₂COOH і масляна CH₃CH₂CH₂COOH кислоти. Запах згірклого вершкового масла виникає головним чином через утворення масляної кислоти.

Деякі важливі органічні кислоти, що трапляються в природі, мають таку будову, за якої карбоксильна група міститься на кінці довгого вуглеводневого ланцюга. Саме таку структуру мають пальмітинова кислота CH₃(CH₂)₁₄COOH і стеаринова кислота CH₃(CH₂)₁₆COOH. Олеїнова кислота CH₃(CH₂)₇CH = CH(CH₂)₇COOH аналогічна стеариновій кислоті з тією лише різницею, що в її ланцюгу є подвійний зв'язок між атомами Карбону.

Щавлева кислота (COOH)₂ — отруйна речовина, що міститься в деяких рослинах. Її молекула складається з двох сполучених між собою карбоксильних груп

Молочна кислота, що має структурну формулу

містить не лише карбоксильну групу, а й гідроксильну; це оксипропіонова кислота. Вона міститься в прокислому молоці, надає кислого смаку кисляку й квашеній капусті. Винна кислота, що міститься у винограді, є діоксидикарбоновою кислотою зі структурною формулою

Лимонна кислота, що міститься в плодах цитрусових, є окситрикарбоновою кислотою, яка має формулу

Бензойна кислота C₆H₅COOH — найпростіша ароматична кислота. Її застосовують у медицині як антисептичний засіб. Саліцилову кислоту, яку називають також o-оксибензойною кислотою (o-HOC₆H₄COOH), використовують у медицині.

Естери — це продукти взаємодії кислот зі спиртами або фенолами. Етиловий спирт, наприклад, реагуючи з оцтовою кислотою, утворює етилацетат і воду.

C₂H₅OH + CH₃COOH → H₂O + CH₃COOC₂H₅ 

Етилацетат — летка рідина з приємним фруктовим запахом. Його застосовують як розчинник, зокрема під час виготовлення лаків.

Завдяки приємному запаху багато естерів застосовують у парфумерній промисловості. Аромат фруктів і квітів головним чином і зумовлений цими естерами. Бутилацетат CH₃COO(CH₂)₃CH₃ і амілацетат CH₃COO(CH₂)₄CH₃ пахнуть бананами, метилбутират CH₃(CH₂)₂COOCH₃ має запах ананаса, амілбутират CH₃(CH₂)₂COO(CH₂)₄CH₃ пахне абрикосами. Метилсаліцилат o-OHC₆H₄COOCH₃ — це вінтергренова (гаультерієва) олія.

Жири — це гліцеринові естери жирних кислот. Гліцерин — триосновний спирт CH₂OH—CHOH—CH₂OH (підрозд. 13.3). З'єднуючись із трьома молекулами жирної кислоти, наприклад із пальмітиновою кислотою (табл. 13.3), він утворює жир

Жир із трьома залишками жирних кислот зазвичай називають тригліцеридом. Вміст гліцеридів у плазмі крові править за один із показників стану здоров'я.

До складу жирів найчастіше входять такі насичені жирні кислоти:

Міристинова кислота H₃C(CH₂)₁₂COOH

Пальмітинова кислота H₃C(CH₂)₁₄COOH

Стеаринова кислота H₃C(CH₂)₁₆COOH

Найважливіші ненасичені кислоти, що входять до складу жирів, такі:

Олеїнова кислота H₃C(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOH

Лінолева кислота H₃C(CH₂)₄CH=CHCH₂CH=CH(CH₂)₇COOH

Ліноленова кислота H₃CCH₂CH=CHCH₂CH=CHCH₂CH=CH(CH₂)₇COOH

Арахідинова кислота H₃C(CH₂)₄CH=CHCH₂CH=CHCH₂CH=CHCH₂CH=CH(CH₂)₃COOH

Пальмітинова й олеїнова кислоти—важливі складники більшості жирів; тригліцериди часто містять по одному залишку кожної з цих кислот, а третє положення займає залишок однієї з-поміж інших жирних кислот. Ненасичені жирні кислоти мають цис-конфігурацію щодо подвійних зв'язків, внаслідок чого вуглеводневий ланцюг має зігнуту форму. Через це такий ланцюг не може точно відповідати кристалічному розташуванню насичених ланцюгів, найстійкіших у витягнутій транс-конфігурації, і температура плавлення таких жирів знижується. Жири з високим вмістом ненасичених жирних кислот (поліненасичені) за кімнатної температури є рідинами — оліями. Рослинні олії перетворюють на тверді жири (маргарин) методом гідрогенізації — реакції приєднання водню до атомів Карбону, сполучених подвійним зв'язком.

Жири — важливі харчові продукти (підрозд. 14.8). Використання жирів для виготовлення мила описано в підрозд. 9.14.

Воски — це естери жирних кислот і спиртів, відмінних від гліцерину, наприклад міріцилового спирту (1-триаконтанолу C₃₀H₆₁OH). Бджолиний віск, з якого бджоли будують стільники для меду, складається здебільшого з міріцилпальмітату. Карнаубський віск, який застосовують у виробництві гуталіну й мастики для підлоги, — це суміш міріцилового спирту, церотинової кислоти (C₂₅H₅₁COOH) і міріцилцеротинату.