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.

Хлорангидриды получают 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: _t^o

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 ): р_кр.

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:

Н₂SО_4(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:

_t^o

CH₃-CH₂-COONa + NaOH → С₂Н₆↑ + Na₂CO₃

Двухосновные карбоновые кислоты легко отщепляют СО₂ при нагревании:

_t^o

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

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Бгава 3. Функциональные стили современного
2. Внутренняя среда фирмы. Основные функциональные сферы деятельности фирмы
3. Глава 5. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И ПСИХИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ
4. Карбоновые кислоты и их производные. Реакции нуклеофильного замещения
5. Комплексные (полифункциональные) растворы
6. Креолин, деготь, ихтиол и другие производные.
7. ЛЕКЦИЯ 7 (2). КОЖА И ЕЕ ПРОИЗВОДНЫЕ.
8. Лекция №6 Основные функциональные возможности Authorware
9. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СТАТИСТИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ
10. Номинативно-функциональные типы метафор и их роль в языковой картине мира
11. Определите промежуточные вещества Х и Y в схеме синтеза молочной кислоты