КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ
Лекции.ИНФО


КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ



Органические соединения, содержащие карбоксильную группу –СООН, относятся к классу кислот.

Биологически важные карбоновые кислоты:

Кислоты (тривиальное название) Название аниона Формула кислоты
Одноосновные    
муравьиная формиат HCOOH
уксусная ацетат CH3COOH
масляная бутират CH3(CH2)2COOH
валериановая валерат CH3(CH2)3COOH
Непредельные кислоты    
акриловая акрилаты СН2 = СН- СООН
кротоновая кротонат СН3 – СН = СН - СООН
Ароматические    
бензойная бензоат C6H5COOH
Дикарбоновые кислоты    
щавелевая кислота оксалаты НООС - СООН
малоновая малонаты НООС-СН2 - СООН
янтарная сукцинаты НООС-СН2 – СН2 -СООН
глутаровая глутараты НООС –(СН2)3 - СООН
Непредельные дикарбоновые    
Фумаровая (транс-изомер) фумараты НООС-СН=СН-СООН

Кислотные свойства карбоновых кислот:

RCOOH RCOO- + Н+

 

При диссоциации образуется карбоксилат анион, в котором отрицательный заряд равномерно распределяется между кислородными атомами, что увеличивает стабильность этой частицы. Сила карбоновых кислот зависит от длины радикала (чем больше радикал, тем слабее кислота) и заместителей (электроноакцепторные заместители усиливают кислотность). CI3COOH намного сильнее СН3СООН. Дикарбоновые кислоты сильнее одноосновных.

Функциональные производные карбоновых кислот:

Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность. Они вступают в реакции с различными веществами и образуют функциональные производные, т.е. соединения, полученные в результате реакций по карбоксильной группе.

1. Образование солей. Карбоновые кислоты обладают всеми свойствами обычных кислот. Они реагируют с активными метал­лами, основными оксидами, основаниями и солями слабых кис­лот:

2RCOOH + Мg → (RCOO)2Mg + Н2,

2RCOOH + СаО → (RCOO)2Ca + Н2О,

RCOOH + NaOH → RCOONa + Н2О,

RCOOH + NaHCO3→ RCOONa + Н2О + СО2↑.

Карбоновые кислоты — слабые, поэтому сильные минераль­ные кислоты вытесняют их из соответствующих солей:

CH3COONa + HCl → СН3СООН + NaCl.

Соли карбоновых кислот в водных растворах гидролизованы:

СН3СООК + Н2О СН3СООН + КОН.

Отличие карбоновых кислот от минеральных заключается в возможности образования ряда функциональных производных.

2. Образование функциональных производных карбоновых кис­лот. При замещении группы ОН в карбоновых кислотах различ­ными группами (X) образуются функциональные производные кислот, имеющие общую формулу R—СО—X; здесь R означает алкильную либо арильную группу. Хотя нитрилы имеют другую общую формулу (R—CN), обычно их также рас­сматривают как производные карбоновых кислот, поскольку они могут быть получены из этих кислот.

Хлорангидридыполучают действием хлорида фосфора (V) на кислоты:

R-CO-OH + РСl 5 → R-CO-Cl + РОСl3 + HCl.

Ангидриды образуются из карбоновых кислот при действии водоотнимающих средств:

2R-CO-OH + Р2О5 → (R-CO-)2O + 2НРО3.

Сложные эфиры образуются при нагревании кислоты со спир­том в присутствии серной кислоты (обратимая реакция этерификации):

Сложные эфиры можно также получить при взаимодействии хлорангидридов кислот и алкоголятов щелочных металлов:

R-CO-Cl + Na-O-R' → R-CO-OR' + NaCl.

Амиды образуются реакцией хлорангидридов карбоновых кислот с аммиаком :

СН3-СО-Сl + NН3 → СН3-СО-NН2 + HCl.

Кроме того, амиды могут быть получены при нагревании ам­монийных солей карбоновых кислот: to

CH3-COONH4 → CH3-CO-NH2 + Н2О

При нагревании амидов в присутствии водоотнимающих средств они дегидратируются с образованием нитрилов:

p2o5

CH3-CO-NH2 → CH3-C≡N + Н2О

 

3. Cвойства карбоновых кислот, обусловленные наличием угле­водородного радикала.Так, при действии галогенов на кислоты в присутствии красного фосфора образуются галогензамещенные кислоты, причем на галоген замещается атом водорода при со­седнем с карбоксильной группой атоме углерода (α-атоме ): ркр.

СН3-СН2-СООН + Вr2 → СН3-СНВr-СООН + НВr

 

4. Непредельные карбоновые кислоты способны к реакциям при­соединения:

СН2=СН-СООН + Н2 → СН3-СН2-СООН,

СН2=СН-СООН + Сl2 → СН2Сl-СНСl-СООН,

СН2=СН-СООН + HCl → СН2Сl-СН2-СООН,

СН2=СН-СООН + Н2O → НО-СН2-СН2-СООН,

 

Две последние реакции протекают против правила Марковникова.

Непредельные карбоновые кислоты и их производные способ­ны к реакциям полимеризации.

5. Окислительно-восстановительные реакции карбоновых кислот:

Карбоновые кислоты при действии восстановителей в при­сутствии катализаторов способны превращаться в альдегиды, спирты и даже углеводороды.

Муравьиная кислота НСООН отличается рядом особенностей, поскольку в ее составе есть альдегидная группа.

Муравьиная кислота — сильный восстановитель и легко окис­ляется до СО2. Она дает реакцию "серебряного зеркала":

НСООН + 2[Ag(NH3)2]OH → 2Ag + (NH4)2CO3 + 2NH3 + H2O,

или в упрощенном виде в аммиачном растворе при нагревании:

НСООН + Аg2О → 2Аg + СО2 + Н2О.

Насыщенные карбоновые кислоты устойчивы к действию кон­центрированных серной и азотной кислот. Исключение составля­ет муравьиная кислота:

Н24(конц)

НСООН → СО + Н2О

6. Реакции декарбоксилирования. Насыщенные незамещенные монокарбоновые кислоты из-за большой прочности связи С—С при нагревании декарбоксилируются с трудом. Для этого необхо­димо сплавление соли щелочного металла карбоновой кислоты со щелочью:

to

CH3-CH2-COONa + NaOH → С2Н6↑ + Na2CO3

Двухосновные карбоновые кислоты легко отщепляют СО2 при нагревании:

to

НООС-СН2-СООН → СН3СООН + CO2

 

Задачи для самостоятельного решения

1. Напишите структурные формулы следующих соединений: а) адипиновая кислота; б) 2,4-диметилгептановая кислота; в) малеиновая кислота; г) пентаноат натрия; д) янтарный ангидрид; е) амид 3-метилгексановой кислоты; ж) бутаннитрил; з) этилбутаноат; и) бензойная кислота; к) этаноилхлорид; л) акриловая кислота; м) изопропилформиат; н) 2-пентеновая кислота.

2. Какие кислоты могут быть получены при окислении следующих соединений:

а) 2-метилпропанол-1; б) гексанол-1; в) 3-метилбутаналь; г) 4-метилпентанол-2; д) гексин-3; е) бензол; ж) гексен-3? Напишите уравнения соответствующих реакций и укажите условия их проведения.

3. Соли каких кислот получатся при нагревании следующих соединений со спиртовым раствором щелочи: а) 3-хлорпропановая кислота; б) 2-бромбутановая кислота; в) 3-бром-2-метилбутановая кислота; г) 2-бром-3-фенилпропановая кислота? Напишите уравнения соответствующих реакций.

4. Какие вещества получатся при гидролизе следующих соединений: а) ангидрид пропановой кислоты; б) изопропилацетат в присутствии серной кислоты; в) пропаннитрил в присутствии гидроксида натрия; г) пропаноилхлорид; д) метилбутаноат в присутствии гидроксида натрия; е) метиламид бутановой кислоты в присутствии серной кислоты? Напишите уравнения соответствующих реакций. Опишите механизмы реакций (б), (в), (д).

5. Расположите в ряд по увеличению кислотности следующие кислоты: а) уксусная, хлоруксусная, бромуксусная, йодуксусная; б) уксусная, трифторуксусная, хлоруксусная, гидроксиуксусная; в) бутановая, 2-бромбутановая, 3-бромбутановая и 4-бромбутановая. Ответы обоснуйте.

6. Получите бутановую кислоту из: а) пропена; б) бутанола-1; в) этилэтаноата и этаналя; г) пропановой кислоты; д) пентена-1. Напишите уравнения соответствующих реакций.

7. Напишите уравнения реакций бутановой кислоты со следующими реагентами: а) хлор в присутствии катализатора; б) пентахлорид фосфора; в) аммиак при нагревании; г) NaHCO3; д) метанол в присутствии H2SO4; е) гидроксид кальция и затем пиролиз полученной соли.

8. Исходя из этилацетата в качестве единственного органического соединения и любых необходимых неорганических реагентов, получите следующие соединения: а) уксусная кислота; б) этаналь; в) этилен; г) пропановая кислота; д) ацетон; е) 2-бромпропановая кислота.

9. Из уксусной кислоты и любых необходимых реагентов получите:

а) ацетилхлорид; б) уксусный ангидрид; в) пропановую кислоту; г)

пропаннитрил; д) этанол; е) этилацетат; ж) этиламин.

10.Что происходит при нагревании следующих двухосновных кислот: а) щавелевая; б) малоновая; в) янтарная; г) адипиновая; д) фталевая?
Напишите уравнения реакций.

 

Тестовые задания









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-16; Просмотров: 306;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная