Реакция взаимодействия карбоновых кислот. Подготовка к егэ по химии. карбоновые кислоты. Высшие непредельные кислоты
Химические соединения, основу которых составляет одна и более групп СООН, получили определение карбоновые кислоты.
В основу соединений входит группа СООН, имеющая два составляющих — карбонил и гидроксил. Группу атомов СООН называют карбоксильной группой (карбоксилом). Взаимодействие элементов обеспечивается сочетанием двух атомов кислорода и атома углерода.
Вконтакте
Одноклассники
Строение карбоновых кислот
Углеводородный радикал в одноосновных предельных кислотах соединяется с одной группой СООН. Общая формула карбоновых кислот выглядит так: R-COOH.
Строение карбоновой группы влияет на химические свойства.
Номенклатура
В названии карбоновых соединений сначала нумеруют атом углерода группы COOH. Количество карбоксильных групп обозначают приставками ди-; три-; тетра-.
Например,СН3-СН2-СООН — формула пропановой кислоты.
У карбоновых соединений существуют и привычные слуху названия: муравьиная, уксусная, лимонная…Все это названия карбоновых кислот.
Названия солей карбоновых соединений получаются из названий углеводорода с добавлением суффикса «-оат» (СООК)2- этандиот калия.
Классификация карбоновых кислот
Карбоновые кислоты классификация .
По характеру углеводорода:
- предельные;
- непредельные;
- ароматические.
По количеству групп СООН бывают:
- одноосновные (уксусная кислота);
- двуосновные (щавелевая кислота);
- многоосновные (лимонная кислота).
Предельные карбоновые кислоты — соединения, в которых радикал соединен с одним карбонилом.
Классификация карбоновых кислот разделяет их еще и по строению радикала, с которым связан карбонил. По этому признаку соединения бывают алифатические и алициклические.
Физические свойства
Рассмотрим карбоновые кислоты физические свойства.
Карбоновые соединения имеют различное число атомов углерода. В зависимости от этого числа физические свойства этих соединений различаются.
Соединения, имеющие в составе от одного до трех углеродных атомов, считаются низшими. Это жидкости без цвета с резким запахом. Низшие соединения с легкостью растворяются в воде.
Соединения, имеющие в составе от четырех до девяти углеродных атомов — маслянистые жидкости, имеющие неприятный запах.
Соединения, имеющие в составе более девяти углеродных атомов, считаются высшими и физические свойства этих соединений таковы: они являются твердыми веществами , их невозможно растворить в воде.
Температура кипения и плавления зависит от молекулярной массы вещества. Чем больше молекулярная масса, тем выше температура кипения. Для закипания и плавления нужна более высокая температура, чем спиртам.
Существует несколько способов получения карбоновых кислот .
При химических реакциях проявляются следующие свойства:
Применение карбоновых кислот
Карбоновые соединения распространены в природе.Поэтому их применяют во многих областях: в промышленности (легкой и тяжелой), в медицине и сельском хозяйстве , а также в пищевой промышленности и косметологии.
Ароматические в большом количестве содержатся в ягодах и фруктах.
В медицине используют молочную, винную и аскорбиновую кислоту. Молочную применяют в качестве прижигания, а винную — как легкое слабительное. Аскорбиновая укрепляет иммунитет.
В косметологии используются фруктовые и ароматические. Благодаря им клетки быстрее обновляются. Аромат цитрусовых способен оказать тонизирующее и успокаивающее действие на организм. Бензойная встречается в бальзамах и эфирных маслах, она хорошо растворяется в спирте.
Высокомолекулярные непредельные соединения встречаются в диетологии. Олеиновая в этой области наиболее распространена.
Полиненасыщенные с двойными связями (линолевая и другие) обладают биологической активностью. Их еще называют активными жирными кислотами. Они участвуют в обмене веществ, влияют на зрительную функцию и иммунитет, а также на нервную систему. Отсутствие этих веществ в пище или недостаточное их употребление затормаживает рост животных и оказывает негативное влияние на их репродуктивную функцию.
Сорбиновая получается из ягод рябины. Она является отличным консервантом .
Акриловая имеет едкий запах. Она применяется для получения стекла и синтетических волокон.
На основе реакции этирификации происходит синтез жира, который применяют при изготовлении мыла, а также моющих средств.
Муравьиная используется в медицине , в пчеловодстве, а также в качестве консервантов.
Уксусная — жидкость без цвета с резким запахом; легко смешивается с водой. Ее широко применяют в пищевой промышленности в качестве приправы. Также она используется при консервации. Еще она обладает свойствами растворителя. Поэтому широко применяется в производстве лаков и красок, при крашении. На ее основе изготавливают сырье для борьбы с насекомыми и сорняками.
Стеариновая и пальмитиновая (высшие одноосновные соединения) являются твердыми веществами и не растворяются в воде. Но их соли применяются в производстве мыла. Они делают брикеты мыла твердыми.
Поскольку соединения способны придавать однородность массам, то они широко используются в изготовлении лекарств.
Растения и животные также вырабатывают карбоновые соединения. Поэтому употреблять их внутрь безопасно. Главное, — соблюдать дозировку. Превышение дозы и концентрации ведет к ожогам и отравлениям.
Едкость соединений приносит пользу в металлургии, а также реставраторам и мебельщикам. Смеси на их основе позволяют выравнивать поверхности и очищать ржавчину.
Сложные эфиры, получаемые при реакции этерификации, нашли свое применение в парфюмерии. Они используются также в качестве компонентов лаков и красок, растворителей. А также как аромадобавки.
Образование галогеналканов при взаимодействии спиртов с галогеноводородами - обратимая реакция. Поэтому понятно, что спирты могут быть получены при гидролизе галогеналканов - реакции этих соединений с водой:
Многоатомные спирты можно получить при гидролизе галогеналканов, содержащих более одного атома галогена в молекуле. Например:
Гидратация алкенов
Гидратация алкенов - присоединение воды по π — связи молекулы алкена, например:
Гидратация пропена приводит в соответствии с правилом Марковникова к образованию вторичного спирта - пропанола-2:
Гидрирование альдегидов и кетонов
Окисление спиртов в мягких условиях приводит к образованию альдегидов или кетонов. Очевидно, что спирты могут быть получены при гидрировании (восстановлении водородом, присоединении водорода) альдегидов и кетонов:
Окисление алкенов
Гликоли, как уже отмечалось, могут быть получены при окислении алкенов водным раствором перманганата калия. Например, этиленгликоль (этандиол-1,2) образуется при окислении этилена (этена):
Специфические способы получения спиртов
1. Некоторые спирты получают характерными только для них способами. Так, метанол в промышленности получают реакцией взаимодействия водорода с оксидом углерода (II) (угарным газом) при повышенном давлении и высокой температуре на поверхности катализатора (оксида цинка):
Необходимую для этой реакции смесь угарного газа и водорода, называемую также «синтез-газ», получают при пропускании паров воды над раскаленным углем:
2. Брожение глюкозы . Этот способ получения этилового (винного) спирта известен человеку с древнейших времен:
Основными способами получения кислородсодержащих соединений (спиртов) являются: гидролиз галогеналканов, гидратация алкенов, гидрирование альдегидов и кетонов, окисление алкенов, а также получение метанола из «синтез-газа» и сбраживание сахаристых веществ.
Способы получения альдегидов и кетонов
1. Альдегиды и кетоны могут быть получены окислением или дегидрированием спиртов . При окислении или дегидрировании первичных спиртов могут быть получены альдегиды, а вторичных спиртов - кетоны:
3CH 3 –CH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 –CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O
2. Реакция Кучерова. Из ацетилена в результате реакции получается уксусный альдегид, из гомологов ацетилена - кетоны:
3. При нагревании кальциевых или бариевых солей карбоновых кислот образуются кетон и карбонат металла:
Способы получения карбоновых кислот
1. Карбоновые кислоты могут быть получены окислением первичных спиртов или альдегидов :
3CH 3 –CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 = 3CH 3 –COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O
5CH 3 –CHO + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 =5CH 3 –COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O,
3CH 3 –CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 –COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O,
CH 3 –CHO + 2OH CH 3 –COONH 4 + 2Ag + 3NH 3 + H 2 O.
Но при окислении метаналя аммиачным раствором оксида серебра, образуется карбонат аммония, а не муравьиная кислота:
HCHО + 4OH = (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag + 6NH 3 + 2H 2 O.
2. Ароматические карбоновые кислоты образуются при окислении гомологов бензола :
5C 6 H 5 –CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O,
5C 6 H 5 –C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 12MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 28H 2 O,
C 6 H 5 –CH 3 + 2KMnO 4 = C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O
3. Гидролиз различных производных карбоновых кислот также приводит к получению кислот. Так, при гидролизе сложного эфира образуются спирт и карбоновая кислота. Реакции этерификации и гидролиза, катализируемой кислотой, обратимы:
4. Гидролиз сложного эфира под действием водного раствора щелочи протекает необратимо, в этом случае из сложного эфира образуется не кислота, а ее соль.
Альдегидами называют соединения, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с атомом водорода, т.е. общая формула альдегидов может быть записана как
где R – углеводородный радикал, который может быть разной степени насыщенности, например, предельный или ароматический.
Группу –СНО называют альдегидной.
Кетоны – органические соединения, в молекулах которых содержится карбонильная группа, соединенная с двумя углеводородными радикалами. Общую формулу кетонов можно записать как:
где R и R’ – углеводородные радикалы, например, предельные (алкилы) или ароматические.
Гидрирование альдегидов и кетонов
Альдегиды и кетоны могут быть восстановлены водородом в присутствии катализаторов и нагревании до первичных и вторичных спиртов соответственно:
Окисление альдегидов
Альдегиды легко могут быть окислены даже такими мягкими окислителями, как гидроксид меди и аммиачный раствор оксида серебра.
При нагревании гидроксида меди с альдегидом происходит исчезновение изначального голубого окрашивания реакционной смеси, при этом образуется кирпично-красный осадок оксида одновалентной меди:
В реакции с аммиачным раствором оксида серебра вместо самой карбоновой кислоты образуется ее аммонийная соль, поскольку находящийся в растворе аммиак реагирует с кислотами:
Кетоны в реакцию с гидроксидом меди (II) и аммиачным раствором оксида серебра не вступают. По этой причине эти реакции являются качественными на альдегиды. Так реакция с аммиачным раствором оксида серебра при правильной методике ее проведения приводит к образованию на внутренней поверхности реакционного сосуда характерного серебряного зеркала.
Очевидно, что если мягкие окислители могут окислить альдегиды, то само собой это могут сделать и более сильные окислители, например, перманганат калия или дихромат калия. При использовании данных окислителей в присутствии кислот образуются карбоновые кислоты:
Химические свойства карбоновых кислот
Карбоновыми кислотами называют производные углеводородов, содержащие одну или несколько карбоксильных групп.
Карбоксильная групп а:
Как можно видеть, карбоксильная группа состоит из карбонильной группы –С(О)- , соединенной с гидроксильной группой –ОН.
В связи с тем, что к гидроксильной группе непосредственно прикреплена карбонильная, обладающая отрицательным индуктивным эффектом связь О-Н является более полярной, чем в спиртах и фенолах. По этой причине карбоновые кислоты обладают заметно более выраженными, чем спирты и фенолы, кислотными свойствами. В водных растворах они проявляют свойства слабых кислот, т.е. обратимо диссоциируют на катионы водорода (Н+) и анионы кислотных остатков:
Реакции образования солей
С образованием солей карбоновые кислоты реагируют с:
1) металлами до водорода в ряду активности:
2) аммиаком
3) основными и амфотерными оксидами:
4) основными и амфотерными гидроксидами металлов:
5) солями более слабых кислот – карбонатами и гидрокарбонатами, сульфидами и гидросульфидами, солями высших (с большим числом атомов углерода в молекуле) кислот:
Систематические и тривиальные названия некоторых кислот и их солей представлены в следующей таблице:
Формула кислоты | Название кислоты тривиальное/систематическое | Название соли тривиальное/систематическое |
HCOOH | муравьиная/ метановая | формиат/ метаноат |
CH 3 COOH | уксусная/ этановая | ацетат/ этаноат |
CH 3 CH 2 COOH | пропионовая/ пропановая | пропионат/ пропаноат |
CH 3 CH 2 CH 2 COOH | масляная/ бутановая | бутират/ бутаноат |
Следует помнить и обратное: сильные минеральные кислоты вытесняют карбоновые кислоты из их солей как более слабые:
Реакции с участием ОН группы
Карбоновые кислоты вступают в реакцию этерификации с одноатомными и многоатомными спиртами в присутствии сильных неорганических кислот, при этом образуются сложные эфиры:
Данного типа реакции относятся к обратимым, в связи с чем с целью смещения равновесия в сторону образования сложного эфира их следует осуществлять, отгоняя более летучий сложный эфир при нагревании.
Обратный реакции этерификации процесс называют гидролизом сложного эфира:
Необратимо данная реакция протекает в присутствии щелочей, поскольку образующаяся кислота реагирует с гидроксидом металла с образованием соли:
Реакции замещения атомов водорода в углеводородном заместителе
При проведении реакций карбоновых с хлором или бромом в присутствии красного фосфора при нагревании происходит замещение атомов водорода при α-атоме углерода на атомы галогена:
В случае большей пропорции галоген/кислота может произойти и более глубокое хлорирование:
Реакции разрушения карбоксильной группы (декарбоксилирование)
Особые химические свойства муравьиной кислоты
Молекула муравьиной кислоты, несмотря на свои малые размеры, содержит сразу две функциональные группы:
В связи с этим она проявляет не только свойства кислот, но также и свойства альдегидов:
При действии концентрированной серной кислоты муравьиная кислота разлагается на воду и угарный газ.
КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ.Карбоновыми кислотами называются производные углеводородов, в молекуле которых содержится одна или несколько карбоксильных групп
Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот: С n H 2n O 2
Классификация карбоновых кислот.
1. По числу карбоксильных групп:
Одноосновные (монокарбоновые)
Многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т.д.).
По характеру углеводородного радикала:
Предельные CH 3 -CH 2 -CH 2 -COOH ; бутановая кислота.
- непредельные CH 2 =CH-CH 2 -COOH ; бутен-3-овая кислота.
- ароматические
пара-метилбензойная кислота
НАЗВАНИЯ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.
Название |
Формула кислоты
|
||
кислоты |
её соли и (эфиры)
|
||
муравьиная |
метановая |
формиат |
HCOOH |
уксусная |
этановая |
ацетат |
CH 3 COOH |
пропионовая |
пропановая |
пропионат |
CH 3 CH 2 COOH |
масляная |
бутановая |
бутират |
CH 3 (CH 2) 2 COOH |
валериановая |
пентановая |
валерат |
CH 3 (CH 2) 3 COOH |
капроновая |
гексановая |
гексанат |
CH 3 (CH 2) 4 COOH |
пальмитиновая |
гексадекановая |
пальмитат |
С 15 Н 31 СООН |
стеариновая |
октадекановая |
стеарат |
С 17 Н 35 СООН |
акриловая |
пропеновая |
акрилат |
CH 2 =CH–COOH |
олеиновая |
цис -9-октадеценовая |
олеат |
СН 3 (СН 2) 7 СН=СН(СН 2) 7 СООН |
бензойная |
бензойная |
бензоат |
C 6 H 5 -COOH |
щавелевая |
этандиовая |
оксалат |
НООС - COOH |
ИЗОМЕРИЯ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.
1.
Изомерия углеродной цепи.
Начинается с бутановой кислоты (С
3
Н
7
СООН
)
, которая существует в виде двух изомеров: масляной (бутановой) и изомасляной (2-метилпропановой) кислот.
2.
Изомерия положения кратной связи в непредельных кислотах,
например:
СН 2 =СН-СН 2 -СООН СН 3 -СН=СН-СООН
Бутен-3-овая кислота Бутен-2-овая кислота
(винилуксусная кислота) (кротоновая кислота)
3.
Цис-, транс-изомерия в непредельных кислотах,
например:
4. Межклассовая изомерия : Карбоновые кислоты изомерны сложным эфирам:
Уксусная кислота СН 3 -СООН и метилформиат Н-СООСН 3
5. Изомерия положения функциональных групп у гетерофункционалъных кислот.
Например, существуют три изомера хлормасляной кислоты: 2-хлорбутановая, 3-хлорбутановая и 4-хлорбутановая.
СТРОЕНИЕ КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ.
Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы – карбонил и гидроксил, взаимно влияющие друг на друга
Кислотные свойства карбоновых кислот обусловлены
смещением электронной плотности к карбонильному кислороду
и вызванной этим дополнительной (по сравнению со спиртами) поляризацией связи О–Н.
В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:
Растворимость в воде и высокие температуры кипения кислот обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей. С увеличением молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается.
ПРОИЗВОДНЫЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ – в них гидроксогруппа замещена на некоторые другие группы. Все они при гидролизе образуют карбоновые кислоты.
Соли |
Сложные эфиры |
Галогенангидриды |
Ангидриды |
Амиды. |
|
|
|
|
|
ПОЛУЧЕНИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.
1. Окисление спиртов в жестких условиях – раствором перманганата или дихромата калия в кислой среде при нагревании. |
|
2.Окисление альдегидов : раствором перманганата или дихромата калия в кислой среде при нагревании, реакцией серебряного зеркала, гидроксидом меди при нагревании. |
|
3. Щелочной гидролиз трихлоридов : |
R-CCl 3 + 3NaOH + 3NaCl неустойчивое вещество
RCOOH + H 2 O
|
4. Гидролиз сложных эфиров. |
R-COOR 1 + KOH RCOOK + R 1 OH RCOOK + HCl R-COOH + KCl |
5. Гидролиз нитрилов, ангидридов, солей. |
1)нитрил: R-CN + 2H 2 O –(H +) RCOOH 2)ангидрид: (R-COO) 2 O + H 2 O 2RCOOH 3)натриевая соль: R-COONa+HClR-COOH + NaCl
|
6. Взаимодействие реактива Гриньяра с СО 2: |
R-MgBr + CO 2 R-COO-MgBr R-COO-MgBr -(+H 2 O) R-COOH +Mg(OH)Br |
7. Муравьиную кислоту получают нагреванием оксида углерода (II) с гидроксидом натрия под давлением: |
NaOH + CO –(200 o C,p) HCOONa 2HCOONa+ H 2 SO 4 2HCOOH + Na 2 SO 4 |
8. Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана : |
2C 4 H 10 + 5O 2 4CH 3 -COOH + 2H 2 O |
9. Для получения бензойной кислоты можно использовать окисление монозамещенных гомологов бензола кислым раствором перманганата калия: |
5C 6 H 5 –CH 3 +6KMnO 4 +9H 2 SO 4 5C 6 H 5 -COOH+3K 2 SO 4 + MnSO 4 + 14H 2 O |
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.
1. Кислотные свойства – замещение атома Н в карбоксильной группе на металл или ион аммония.
1.Взаимодействие с металлами |
2CH 3 COOH+Ca (CH 3 COO) 2 Ca+H 2 ацетат кальция |
2.Взаимодействие с оксидами металлов |
2CH 3 COOH+BaO (CH 3 COO) 2 Ba+H 2 O |
3.Реакция нейтрализации с гидроксидами металлов |
2CH 3 COOH+Cu(OH) 2 (CH 3 COO) 2 Cu + 2H 2 O |
4.Взаимодействие с солями более слабых и летучих (или нерастворимых) кислот |
2CH 3 COOH+CaCO 3 (CH 3 COO) 2 Ca + H 2 O + CO 2 |
4*. Качественная реакция на карбоновые кислоты: взаимодействие с содой (гидрокарбонатом натрия) или другими карбонатами и гидрокарбонатами. В результате наблюдается выделение углекислого газа. 2CH 3 COOH+Na 2 CO 3 à 2CH 3 COONa+H 2 O+CO 2
|
|
2. Замещение гидроксильной группы:
|
|
5.Реакция этерификации |
|
6.Образование галоген-ангидридов – с помощью хлоридов фосфора (III) и (V). |
|
7. Образование амидов: |
|
8. Получение ангидридов. |
С помощью Р 2 О 5 можно дегидратировать карбоновую кислоту – в результате получается ангидрид. 2СН 3 – СООН + Р 2 О 5 (СН 3 СО) 2 О + НРО 3 |
3. Замещение атома водорода при атоме углерода, ближайшем к карбоксильной группе (-углеродный атом)
|
|
9.Галогенирование кислот – реакция идёт в присутствии красного фосфора или на свету. |
CH 3 -COOH+Br 2 –(Р кр) CH 2 -COOH + НВr |
Особенности муравьиной кислоты.
|
|
1. Разложение при нагревании. |
Н-СООН –(H 2 SO 4 конц,t) CO + H 2 O |
2. Реакция серебряного зеркала и с гидроксидом меди (II) – муравьиная кислота проявляет свойства альдегидов. |
Н-COOH+2OH(NH 4) 2 СО 3 +2 Ag +2NH 3 +H 2 O H-COOH + Cu(OH) 2 –t CO 2 + Cu 2 O + H 2 O |
3. Окисление хлором и бромом, а также азотной кислотой. |
H-COOH + Cl 2 CO 2 + 2HCl |
Особенности бензойной кислоты.
|
|
1. Разложение при нагревании – декарбоксилирование. |
При нагревании бензойной кислоты она разлагается на бензол и углекислый газ: |
2. Реакции замещения в ароматическом кольце. |
Карбоксильная группа является электроноакцепторной, она уменьшает электронную плотность бензольного кольца и является мета-ориентантом. + HNO 3 –(H 2 SO 4) +H 2 O |
Особенности щавелевой кислоты.
|
|
1. Разложение при нагревании |
|
2. Окисление перманганатом калия. |
|
Особенности непредельных кислот (акриловой и олеиновой).
|
|
1. Реакции присоединения. |
Присоединение воды и бромоводорода к акриловой кислоте происходит против правила Марковникова, т.к. карбоксильная группа является электроноакцепторной: СН 2 =СН-СООН + НBr Br-CH 2 -CH 2 -COOH Также к непредельным кислотам можно присоединять галогены и водород: С 17 Н 33 -СООН+H 2 C 17 H 35 -COOH(стеариновая) |
2. Реакции окисления |
При мягком окислении акриловой кислоты образуется 2 гидроксогруппы: 3СН 2 =СН-СООН+2KMnO 4 +2H 2 O 2CH 2 (OH)-CH(OH)-COOК + CH 2 (OH)-CH(OH)-COOH +2MnO 2 |
Свойства солей карбоновых кислот.
Свойства галогенангидридов
СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ
– это соединения, содержащие карбоксильную группу, связанную с двумя алкильными радикалами.
Общая формула сложных эфиров такая же, как у карбоновых кислот: C n H 2 n O 2
НОМЕНКЛАТУРА СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ. Названия сложных эфиров определяются названиями кислоты и спирта, из которых они образуются.
ПОЛУЧЕНИЕ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ.
1)Cложные эфиры могут быть получены при взаимодействии карбоновых кислот со спиртами (реакция этерификации ). Катализаторами являются минеральные кислоты.
2) Сложные эфиры фенолов нельзя получить с помощью этерификации , для их получения используют реакцию фенолята с галогенангидридом кислоты:
С 6 Н 5 -О - Na + + C 2 H 5 –C=O NaCl + C 6 H 5 –O-C=O
Cl C 2 H 5
Фениловый эфир пропановой кислоты (фенилпропаноат)
Виды изомерии сложных эфиров.
1. Изомерия углеродной цепи начинается по кислотному остатку с бутановой кислоты, по спиртовому остатку - с пропилового спирта, например, этилбутаноату изомерны этилизобутаноат, пропилацетат и изопропилацетат.
2. Изомерия положения сложноэфирной группировки -СО-О-. Этот вид изомерии начинается со сложных эфиров, в молекулах которых содержится не менее 4 атомов углерода, например этилацетат и метилпропионат.
3.
Межклассовая изомерия
с карбоновыми кислотами.
СВОЙСТВА СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ.
1. Гидролиз сложных эфиров.
Реакция этерификации обратима. Обратный процесс – расщепление сложного эфира при действии воды с образованием карбоновой кислоты и спирта – называют гидролизом сложного эфира.
Кислотный гидролиз обратим:
Щелочной гидролиз протекает необратимо:
Эта реакция называется омылением сложного эфира.
2. Реакция восстановления. Восстановление сложных эфиров водородом приводит к образованию двух спиртов:
Карбоновыми кислотами называются производные углеводородов, в молекуле которых содержится одна или несколько карбоксильных групп
Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот: С n H 2n O 2
Классификация карбоновых кислот.
1. По числу карбоксильных групп:
Одноосновные (монокарбоновые)
Многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т.д.).
По характеру углеводородного радикала:
Предельные CH 3 -CH 2 -CH 2 -COOH ; бутановая кислота.
Непредельные CH 2 =CH-CH 2 -COOH ; бутен-3-овая кислота.
Ароматические
пара-метилбензойная кислота
Названия карбоновых кислот.
Название | |||
её соли и |
|||
муравьиная |
метановая | ||
уксусная |
этановая | ||
пропионовая |
пропановая |
пропионат | |
масляная |
бутановая |
CH 3 (CH 2) 2 COOH |
|
валериановая |
пентановая |
CH 3 (CH 2) 3 COOH |
|
капроновая |
гексановая |
гексанат |
CH 3 (CH 2) 4 COOH |
пальмитиновая |
гексадекановая |
пальмитат |
С 15 Н 31 СООН |
стеариновая |
октадекановая |
С 17 Н 35 СООН |
|
акриловая |
пропеновая | ||
олеиновая |
СН 3 (СН 2) 7 СН=СН(СН 2) 7 СООН |
||
бензойная |
бензойная | ||
щавелевая |
этандиовая |
НООС - COOH |
ИЗОМЕРИЯ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.
1. Изомерия углеродной цепи. Начинается с бутановой кислоты (С 3 Н 7 СООН ) , которая существует в виде двух изомеров: масляной (бутановой) и изомасляной (2-метилпропановой) кислот.
2. Изомерия положения кратной связи в непредельных кислотах, например:
СН 2 =СН-СН 2 -СООН СН 3 -СН=СН-СООН
Бутен-3-овая кислота Бутен-2-овая кислота
(винилуксусная кислота) (кротоновая кислота)
3. Цис-, транс-изомерия в непредельных кислотах, например:
4. Межклассовая изомерия : Карбоновые кислоты изомерны сложным эфирам:
Уксусная кислота СН 3 -СООН и метилформиат Н-СООСН 3
5. Изомерия положения функциональных групп у гетерофункционалъных кислот.
Например, существуют три изомера хлормасляной кислоты: 2-хлорбутановая, 3-хлорбутановая и 4-хлорбутановая.
Строение карбоксильной группы.
Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы – карбонил и гидроксил, взаимно влияющие друг на друга
Кислотные свойства карбоновых кислот обусловлены смещением электронной плотности к карбонильному кислороду и вызванной этим дополнительной (по сравнению со спиртами) поляризацией связи О–Н. В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:
Растворимость в воде и высокие температуры кипения кислот обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей. С увеличением молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается.
ПРОИЗВОДНЫЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ – в них гидроксогруппа замещена на некоторые другие группы. Все они при гидролизе образуют карбоновые кислоты.
Сложные эфиры |
Галогенангидриды |
Ангидриды | ||
ПОЛУЧЕНИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.
1. Окисление спиртов в жестких условиях – раствором перманганата или дихромата калия в кислой среде при нагревании. | |
2.Окисление альдегидов : раствором перманганата или дихромата калия в кислой среде при нагревании, реакцией серебряного зеркала, гидроксидом меди при нагревании. | |
3. Щелочной гидролиз трихлоридов : |
R-CCl 3 + 3NaOH + 3NaCl неустойчивое вещество RCOOH + H 2 O |
4. Гидролиз сложных эфиров. |
R-COOR 1 + KOH RCOOK + R 1 OH RCOOK + HCl R-COOH + KCl |
5. Гидролиз нитрилов, ангидридов, солей. |
1)нитрил: R-CN + 2H 2 O –(H +) RCOOH 2)ангидрид: (R-COO) 2 O + H 2 O 2RCOOH 3)натриевая соль: R-COONa+HClR-COOH + NaCl |
6. Взаимодействие реактива Гриньяра с СО 2 : |
R-MgBr + CO 2 R-COO-MgBr R-COO-MgBr -(+H 2 O) R-COOH +Mg(OH)Br |
7. Муравьиную кислоту получают нагреванием оксида углерода (II) с гидроксидом натрия под давлением: |
NaOH + CO –(200 o C,p) HCOONa 2HCOONa+ H 2 SO 4 2HCOOH + Na 2 SO 4 |
8. Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана : |
2C 4 H 10 + 5O 2 4CH 3 -COOH + 2H 2 O |
9. Для получения бензойной кислоты можно использовать окисление монозамещенных гомологов бензола кислым раствором перманганата калия: |
5C 6 H 5 –CH 3 +6KMnO 4 +9H 2 SO 4 5C 6 H 5 -COOH+3K 2 SO 4 + MnSO 4 + 14H 2 O |
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.