Карбоновые кислоты теория. Карбоновые кислоты

Скачать 0.65 Mb. Название Карбоновые кислоты Анкор Карбоновые кислоты теория.doc Дата 14.04.2017 Размер 0.65 Mb. Формат файла Имя файла Карбоновые кислоты теория.doc Тип Документы #991

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ. Карбоновыми кислотами называются производные углеводородов, в молекуле которых содержится одна или несколько карбоксильных групп Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот: СnH2nO2 Классификация карбоновых кислот. 1. По числу карбоксильных групп: - одноосновные (монокарбоновые) - многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т.д.). По характеру углеводородного радикала: - предельные CH3-CH2-CH2-COOH; бутановая кислота. - непредельные CH2=CH-CH2-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 CH3COOH пропионовая пропановая пропионат CH3CH2COOH масляная бутановая бутират CH3(CH2)2COOH валериановая пентановая валерат CH3(CH2)3COOH капроновая гексановая гексанат CH3(CH2)4COOH пальмитиновая гексадекановая пальмитат С15Н31СООН стеариновая октадекановая стеарат С17Н35СООН акриловая пропеновая акрилат CH2=CH–COOH олеиновая цис-9-октадеценовая олеат СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН бензойная бензойная бензоат C6H5 -COOH щавелевая этандиовая оксалат НООС - COOH ИЗОМЕРИЯ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ. 1. Изомерия углеродной цепи. Начинается с бутановой кислоты (С3Н7СООН), которая существует в виде двух изомеров: масляной (бутановой) и изомасляной (2-метилпропановой) кислот. 2. Изомерия положения кратной связи в непредельных кислотах, например: СН2=СН—СН2—СООН СН3—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 СН3-СООН и метилформиат Н-СООСН3 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-CCl3 + 3NaOH  [R-C(OH)3] + 3NaCl неустойчивое вещество [R-C(OH)3]  RCOOH + H2O 4. Гидролиз сложных эфиров. R-COOR1 + KOH  RCOOK + R1OH RCOOK + HCl  R-COOH + KCl 5. Гидролиз нитрилов, ангидридов, солей. 1)нитрил: R-CN + 2H2O –(H+) RCOOH 2)ангидрид: (R-COO)2O + H2O  2RCOOH 3)натриевая соль: R-COONa+HClR-COOH + NaCl 6. Взаимодействие реактива Гриньяра с СО2: R-MgBr + CO2  R-COO-MgBr R-COO-MgBr -(+H2O) R-COOH +Mg(OH)Br 7. Муравьиную кислоту получают нагреванием оксида углерода (II) с гидроксидом натрия под давлением: NaOH + CO –(200oC,p) HCOONa 2HCOONa+ H2SO42HCOOH + Na2SO4 8. Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана: 2C4H10 + 5O2  4CH3-COOH + 2H2O 9. Для получения бензойной кислоты можно использовать окисление монозамещенных гомологов бензола кислым раствором перманганата калия: 5C6H5–CH3+6KMnO4+9H2SO45C6H5-COOH+3K2SO4 + MnSO4 + 14H2O ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ. 1. Кислотные свойства – замещение атома Н в карбоксильной группе на металл или ион аммония. 1.Взаимодействие с металлами 2CH3COOH+Ca (CH3COO)2Ca+H2 ацетат кальция 2.Взаимодействие с оксидами металлов 2CH3COOH+BaO (CH3COO)2Ba+H2O 3.Реакция нейтрализации с гидроксидами металлов 2CH3COOH+Cu(OH)2  (CH3COO)2Cu + 2H2O 4.Взаимодействие с солями более слабых и летучих (или нерастворимых) кислот 2CH3COOH+CaCO3  (CH3COO)2Ca + H2O + CO2 4*. Качественная реакция на карбоновые кислоты: взаимодействие с содой (гидрокарбонатом натрия) или другими карбонатами и гидрокарбонатами. В результате наблюдается выделение углекислого газа. 2CH3COOH+Na2CO3 à 2CH3COONa+H2O+CO2 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 Р2О5 можно дегидратировать карбоновую кислоту – в результате получается ангидрид. 2СН3 – СООН + Р2О5  (СН3СО)2О + НРО3 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. CH3-COOH+Br2 –(Ркр) CH2-COOH + НВr  Br Особенности муравьиной кислоты. 1. Разложение при нагревании. Н-СООН –(H2SO4конц,t) CO + H2O 2. Реакция серебряного зеркала и с гидроксидом меди (II) – муравьиная кислота проявляет свойства альдегидов. Н-COOH+2[Ag(NH3)2]OH(NH4)2СО3+2Ag+2NH3+H2O H-COOH + Cu(OH)2 –t CO2 + Cu2O + H2O 3. Окисление хлором и бромом, а также азотной кислотой. H-COOH + Cl2  CO2 + 2HCl Особенности бензойной кислоты. 1. Разложение при нагревании – декарбоксилирование. При нагревании бензойной кислоты она разлагается на бензол и углекислый газ: -(t) + CO2 2. Реакции замещения в ароматическом кольце. Карбоксильная группа является электроноакцепторной, она уменьшает электронную плотность бензольного кольца и является мета-ориентантом. + HNO3 –(H2SO4) +H2O 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: СН2=СН-СООН + НBr  Br-CH2-CH2-COOH Также к непредельным кислотам можно присоединять галогены и водород: С17Н33-СООН+H2 C17H35-COOH(стеариновая) 2. Реакции окисления При мягком окислении акриловой кислоты образуется 2 гидроксогруппы: 3СН2=СН-СООН+2KMnO4+2H2O 2CH2(OH)-CH(OH)-COOК + CH2(OH)-CH(OH)-COOH +2MnO2 Свойства солей карбоновых кислот. 1. Обменные реакции с более сильными кислотами и со щелочами. CH3-COONa + HCl  CH3-COOH + NaCl (CH3-COO)2Cu + KOH  Cu(OH)2 ↓+ CH3COOK 2. Термическое разложение солей двухвалентных металлов (кальция, магния, бария)- образуются кетоны. (CH3-COO)2Ca -(t) CaCO3 + CH3-C-CH3 ǁ O 3. Сплавление солей щелочных металлов со щелочью (реакция Дюма)- получаются алканы. CH3-COONa + NaOH -(t) CH4 + Na2CO3 4. Электролиз водных растворов солей карбоновых кислот (реакция Кольбе). 2CH3-COONa +2Н2О -(эл.ток)  C2H6 +2CO2 + H2+2NaOH анод катод Свойства галогенангидридов 1. Гидролиз – получается кислота. CH3-COCl + H2O  CH3-COOH + HCl 2. Реакции ацилирования бензола, аминов, солей фенола. CH3-COCl+ -(AlCl3)HCl+ 3. Получение амидов и сложных эфиров CH3-COCl + NH3  CH3-CONH2 + NH4Cl С6Н5-ОNa+ C2H5-C=O -(t) NaCl + C6H5-O-C=O \ \ Cl C2H5 СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ – это соединения, содержащие карбоксильную группу, связанную с двумя алкильными радикалами. Общая формула сложных эфиров такая же, как у карбоновых кислот: CnH2nO2 НОМЕНКЛАТУРА СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ. Названия сложных эфиров определяются названиями кислоты и спирта, из которых они образуются. Формула эфира Полное название Другие названия. СН3-С-ОСН3 ║ О метиловый эфир уксусной кислоты метилацетат уксуснометиловый эфир Н-С –ОС2Н5 ║ О этиловый эфир муравьиной кислоты этилформиат С2Н5 -С–ОС3Н7 ║ О пропиловый эфир пропановой (пропионовой) кислоты пропилпропаноат (пропионат) 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: С6Н5-О-Na+ + C2H5–C=O  NaCl + C6H5–O-C=O \ \ Cl C2H5 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: