Двухосновные карбоновые кислоты

Двухосновные карбоновые кислоты (или дикарбоновые кислоты) — это карбоновые кислоты, содержащие две карбоксильные группы —COOH, с общей формулой HOOC—R—COOH, где R — любой двухвалентный органический радикал.

Химические свойства

Дикарбоновые кислоты проявляют те же химические свойства, что и монокарбоновые — эти свойства обусловлены наличием карбоксильной группы:

• диссоциация в водных растворах:

• первая стадия (Ka₁):

HOOC—X—COOH → HOOC—X—COO⁻ + H⁺

Дикарбоновые кислоты — более сильные кислоты по первой стадии диссоциации, чем соответствующие монокарбоновые: во-первых, из-за статистического фактора (две карбоксильные группы в молекуле), во-вторых, из-за взаимного влияния этих групп (если они находятся недалеко или связаны цепью кратных связей);

• вторая стадия (Ka₂):

HOOC—X—COO⁻ → ⁻OOC—X—COO⁻ + H⁺

На второй стадии эти кислоты становятся более слабыми, чем монокарбоновые кислоты (исключение — щавелевая кислота). Отделение катиона водорода второй карбоксильной группы происходит труднее, чем первой, так как требуется больше энергии, чтобы отделить H⁺ от аниона с зарядом −2, чем при отделении от аниона с зарядом −1;

• образование солей: в отличие от монокарбоновых кислот, дикарбоновые способны образовывать кислые соли;
• образование галогенангидридов.

В то же время есть существенные различия, обусловленные наличием второй карбоксильной группы:

• склонность к образованию хелатов;
• образование некоторыми кислотами циклических ангидридов;
• способность образовывать полимеры в реакции с другими полифункциональными соединениями.

Примеры

Некоторые насыщенные дикарбоновые кислоты

Двухосновные предельные карбоновые кислоты алифатического ряда имеют общую формулу HOOC—(CH₂)_n—COOH, где n = 0, 1, 2, … Систематические названия двухосновных предельных карбоновых кислот даются по названию соответствующего алкана с добавлением суффикса «-диовая» и слова «кислота».

Тривиальное название	Систематическое название	Химическая структура	pKa1	pKa2	Молекулярная масса	Температура плавления (°C)	Растворимость в воде (г. на 100 г.) при 20 °C
Щавелевая кислота	Этандиовая кислота	HOOC—COOH	1,27	4,23	90.02	189.5	8.6
Малоновая кислота	Пропандиовая кислота	HOOC—CH2—COOH	2,87	5,70	104.03	135.3	73.5
Янтарная кислота	Бутандиовая кислота	HOOC—(CH2)2—COOH	4,16	5,61	118.05	182.8	5.8
Глутаровая кислота	Пентандиовая кислота	HOOC—(CH2)3—COOH	4,34	5,27	132.06	97.5	63.9
Адипиновая кислота	Гександиовая кислота	HOOC—(CH2)4—COOH	4,26	5,30	146.8	153	1.5
Пимелиновая кислота	Гептандиовая кислота	HOOC—(CH2)5—COOH	4,47	5,52	160.1	105.5	5.0
Субериновая кислота	Октандиовая кислота	HOOC—(CH2)6—COOH	4,51	5,40	174.11	140	0.16
Азелаиновая кислота	Нонандиовая кислота	HOOC—(CH2)7—COOH	4,55	5,42	188.13	106.5	0.24
Себациновая кислота	Декандиовая кислота	HOOC—(CH2)8—COOH	4,62	5,59	202.4	134.5	0.1
Фетисоновая кислота	Ундекандиовая кислота	HOOC—(CH2)9—COOH	4.65		216.27	108-110 °C	0.51
Не имеет	Додекандиовая кислота	HOOC—(CH2)10—COOH	4.65		230.3	127–129 °C	0.004
Брассиловая кислота	Тридекандиовая кислота	HOOC—(CH2)11—COOH	4.65		244.2
Не имеет	Тетрадекандиовая кислота	HOOC—(CH2)12—COOH	4.65		258.2	125.8
Не имеет	Пентадекандиовая кислота	HOOC—(CH2)13—COOH	4.65		272.3	113-114 °C
Тапсиевая кислота	Гексадекандиовая кислота	HOOC—(CH2)14—COOH	4.65		286.4	120-123 °C
…	…	…	…
Японовая кислота	Генэйкозандиовая кислота	HOOC—(CH2)19—COOH			356.5	117-118 °C

Некоторые ароматические дикарбоновые кислоты

Тривиальное название	Систематическое название	Химическая структура	pKa1	pKa2
Фталевая кислота	Бензол-1,2-дикарбоновая кислота		3,54	4,46
Изофталевая кислота	Бензол-1,3-дикарбоновая кислота		3,62	4,60
Терефталевая кислота	Бензол-1,4-дикарбоновая кислота
Не имеет	Нафталин-1,3-дикарбоновая кислота
Не имеет	Нафталин-1,4-дикарбоновая кислота
Не имеет	Нафталин-1,5-дикарбоноваякислота
Не имеет	Нафталин-1,6-дикарбоновая кислота
Не имеет	Нафталин-1,7-дикарбоновая
Не имеет	Нафталин-1,8-дикарбоновая кислота
Не имеет	Нафталин-2,3-дикарбоновая кислота
Не имеет	Нафталин-2,6-дикарбоновая кислота
Не имеет	Нафталин-2,7-дикарбоновая кислота
Не имеет	1,1-динафтил-8,8-дикарбоновая кислота
Гемипиновая кислота	3,4-диметоксибензол-1,2-дикарбоновая кислота

Номенклатура

Для карбоновых кислот характерны тривиальные названия, поэтому используют названия природных продуктов, из которых они получены: щавелевая кислота — щавель, янтарная — из янтаря. По номенклатуре ИЮПАК двухосновные кислоты имеют окончания «-диовая» или «-дикарбоновая». Пример: щавелевая — этандиовая кислота, малоновая — пропандиовая или метандикарбоновая.

Применение

Используются для получения полиамидов и полиэфиров — например, таких широкоизвестных полимеров, как капрон и полиэтилентерефталат.