ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА ТЕМЫ: ОРГАНИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ, Карбоновые кислоты. Карбоновыми кислотами называются соединения, содержащие карбоксильную группу - Организация самостоятельной работы при изучении карбоновых кислот

Карбоновые кислоты. Карбоновыми кислотами называются соединения, содержащие карбоксильную группу

Классификация. По числу карбоксильных групп карбоновые кислоты делят на монокарбоновые, или одноосновные (одна группа - СООН), дикарбоновые, или двухосновные (две группы - СООН), и т. д. В зависимости от строения углеводородного радикала, с которым связана карбоксильная группа, карбоновые кислоты бывают алифатическими (например, уксусная или акриловая), алициклическими (например, циклогексанкарбоновая) или ароматическими (бензойная, фталевая).

Если в углеводородном радикале карбоновых кислот атом (атомы) водорода замещен на другие функциональные группы, то такие кислоты называются гетерофункциональными. Среди них различают галогенкарбоновые (например, CH2Cl-СООН), нитрокислоты (например, NО2-С6Н4СООН), аминокислоты (см. "Азотсодержащие соединения"), оксикислоты (например, СН3-СН(ОН)-СООН) и др.

Карбоновые кислоты с числом атомов углерода выше 6 называют Высшими (жирными) кислотами.

Номенклатура. В основе названий карбоновых кислот лежат названия соответствующих углеводородов. Наличие карбоксильной группы отражается окончанием -овая. Карбоновые кислоты часто имеют тривиальные названия: муравьиная, уксусная и др. (см. табл.).

Карбоновые кислоты

Формула

Систематическое название

Тривиальное название

Монокарбоновые кислоты

НСООН

Метановая

Муравьиная

СН 3СООН

Этановая

Уксусная

C2H5COOH

Пропановая

Пропионовая

C6H5COOH

Бензойная

Ѕ

СН3(СН2)16СООН

Октадециловая

Стеариновая

CH2==CH-СООН

Пропеновая

Акриловая

Дикарбоновые кислоты

НООС-СООН

Этандиовая

Щавелевая

НООС-CH2-СООН

Пропандиовая

Малоновая

НООС-СН2-CH2-СООН

 p>Бутандиовая

Янтарная

Бензол-1,2-дикарбоновая

Фталевая

Бензол-1,4-дикарбоновая

Терефталевая

Названия ароматических кислот производят от бензойной кислоты, например:

Изомерия. Возможны следующие виды изомерии:

    1. Изомерия углеродной цепи. Она начинается с бутановой кислоты (С3Н7СООН), которая существует в виде двух изомеров: масляной и изомасляной (2-метилпропановой) кислот. 2. Изомерия положения кратной связи, 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, например:

    4. Межклассовая изомерия: например, масляной кислоте (СН3-СН2-CH2-СООН) изомерны метиловый эфир пропановой кислоты (СН3-СН2-СО-О-СНз) и этиловый эфир уксусной кислоты (СН3-СО-О - CH2-СН3). 5. У гетерофункционалъных кислот возможна изомерия, связанная с положением функциональных групп, например, существуют три изомера хлормасляной кислоты: 2-хлорбутановая, 3-хлорбутановая и 4-хлорбутановая. Для гетерофункциональных кислот возможна также оптическая изомерия.

Способы получения. 1. Окисление альдегидов и первичных спиртов - общий способ получения карбоновых кислот:

2. Другой общий способ - гидролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих три атома галогена у одного атома углерода:

3. Взаимодействие реактива Гриньяра с СО2:

4. Гидролиз сложных эфиров:

    5. Гидролиз ангидридов кислот: 6. Для отдельных кислот существуют специфические способы получения:

Муравьиную кислоту получают нагреванием оксида углерода (II) с порошкообразным гидроксидом натрия под давлением и обработкой полученного формиата натрия сильной кислотой:

Уксусную кислоту получают в промышленных масштабах каталитическим окислением бутана кислородом воздуха:

Для получения бензойной кислоты можно использовать окисление монозамещенных гомологов бензола кислым раствором перманганата калия (см. "Ароматические углеводороды"):

Физические свойства. Насыщенные алифатические монокарбоновые кислоты образуют гомологический ряд, который характеризуется общей формулой СNН2n+1СООН. Низшие члены этого ряда (С1- С9) представляют собой жидкости, обладающие характерным острым запахом. Средние представители ряда-вязкие, "маслообразные" жидкости; начиная с С10 - твердые вещества.

Кислоты, содержащие 1-3 углеродных атома, неограниченно смешиваются с водой. С дальнейшим ростом углеводородного радикала растворимость монокарбоновых кислот уменьшается, твердые высшие жирные кислоты в воде не растворяются.

Ненасыщенные кислоты, как правило, жидкости.

Все дикарбоновые и ароматические кислоты при комнатной температуре - кристаллические вещества.

Строение. Карбоксильная группа СООН состоит из карбонильной группы С=O и гидроксильной группы ОН, которые оказывают взаимное влияние друг на друга. В группе СО атом углерода несет частичный положительный заряд и притягивает к себе неподеленную электронную пару атома кислорода в группе ОН. При этом электронная плотность на атоме кислорода уменьшается и связь O-Н ослабляется (увеличиваются кислотные свойства):

В свою очередь, группа ОН "гасит" положительный заряд на группе СО, которая из-за этого теряет способность к реакциям присоединения, характерным для карбонильных соединений.

Химические свойства. 1. Диссоциация кислот. В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют:

Однако это равновесие диссоциации сильно сдвинуто влево, поэтому Карбоновые кислоты, как правило, Слабые кислоты.

Вследствие взаимного влияния атомов в молекулах дикарбоновых кислот они являются более сильными, чем одноосновные.

2. Образование солей. Карбоновые кислоты обладают всеми свойствами обычных кислот: реагируют с активными металлами, основными оксидами, основаниями:

Карбоновые кислоты - слабые, поэтому сильные минеральные кислоты вытесняют их из соответствующих солей.

3. Образование функциональных производных. 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.

Хлорангидриды получают действием хлорида фосфора (V) на кислоты:

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

Механизм реакции этерификации был установлен методом "меченых атомов".

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

Реакции хлорангидридов карбоновых кислот с аммиаком приводят к образованию Амидов:

Амидами карбоновых кислот называются производные этих кислот, в которых гидроксилъная группа замещена на аминогруппу.

Например:

Общая формула амидов RCONH2. Функциональная группа СONH2 называется амидогруппой. Названия амидов производят от названий кислот, из которых они образовались, с добавлением слова Амид.

Физические свойства амидов. Амид муравьиной кислоты - жидкость, амиды всех других кислот - белые кристаллические вещества. Низшие амиды хорошо растворимы в воде. Водные растворы амидов дают нейтральную реакцию на лакмус.

Важнейшее свойство амидов - способность их к гидролизу в присутствии кислот и щелочей. При этом образуются кислота и аммиак:

К амидам кислот относится мочевина. Это конечный продукт азотистого обмена в организме человека и животных. Образуется при распаде белков и выделяется вместе с мочой. Мочевину можно рассматривать как полный амид угольной кислоты:

Мочевина, или карбамид, - белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Впервые была получена немецким ученым Велером в 1828 г. из цианата аммония:

Это первое органическое соединение, полученное синтетическим путем. В промышленности мочевину получают из оксида углерода (IV) и аммиака при нагревании (150° С) и высоком давлении:

С сильными минеральными кислотами мочевина образует соли:

Мочевина - ценное высококонцентрированное азотное удобрение (46,6% азота), широко используется на всех почвах и под все культуры. Как источник азота, ее добавляют в корм скоту. Применяется также как исходное вещество для получения мочевиноформальдегидных смол и лекарственных веществ (люминала, веронала и др.).

4. Ряд свойств карбоновых кислот обусловлен наличием углеводородного радикала. Так, при действии галогенов на свету образуются ? - галогензамещенные кислоты:

Непредельные карбоновые кислоты способны к реакциям присоединения.

5. Окислительно-восстановительные реакции карбоновых кислот.

Карбоновые кислоты при действии восстановителей способны превращаться в альдегиды или спирты:

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

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":

Кроме того, муравьиная кислота окисляется хлором:

Похожие статьи




ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА ТЕМЫ: ОРГАНИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ, Карбоновые кислоты. Карбоновыми кислотами называются соединения, содержащие карбоксильную группу - Организация самостоятельной работы при изучении карбоновых кислот

Предыдущая | Следующая