Карбоновые кислоты (методическая разработка)

Карбоновые кислоты.

Карбоновыми называют кислоты, создающие карбоксильную группу.

Монокарбоновые кислоты.

Номенклатура и изомерия

Заместительная номенклатура – к названию углеводорода добавляется окончание –овая.

В названиях ароматических кислот в качестве родоначальной структуры используется бензойная кислота.

Если – СООН не входит в родоначальную структуру, используется сочетание – карбоновая кислота (циклогексанкарбоновая кислота).

Используются и тривиальные названия до кислот с С₁₅ (муравьиная).

Структурная изомерия обусловлена разветвленностью углеродного скелета и расположением заместителей относительно карбоксильной группы в циклах.

Способы получения.

1. Окисление первичных спиртов и альдегидов.

2. Окисление гомологов бензола.

3. Окисление алканов.

4. Смесь нитрилов (цианидов).

Физические свойства.

Низшие кислоты (С₁-С₉) – бесцветные жидкости, высшие – твердые вещества.

Первые гомологи (С₁-С₃) обладают резким запахом, при попадании на слизистые оболочки вызывают ожоги, смачиваются водой. Карбоновые кислоты образуют ассоциаты за счет водородных связей.

Химические свойства.

I. Кислотные свойства

Влияние заместителей на кислотные свойства.

Кислая среда в растворах карбоновых кислот обнаруживается с помощью индикатора. Карбоновые кислоты значительно слабее минеральных кислот.

II. Реакция замещения

1. Образование сложных эфиров (реакция этерификации).

2. Образование галогенангидридов.

3. Образование ангидридов кислот.

Весь материал - в документе.

Карбоновые кислоты

Карбоновыми называют кислоты, создающие карбоксильную группу

Карбоновые кислоты

ароматические

фталевая кислота

СООН

/

\

СООН

Бензойная кислота

СООН

/

Циклогексан-1,2-дикарбоновая кислота

Циклогексанкарболовая

кислота

\

СООН

СООН

/

алициклические

СООН

/

алифатические

НООССН₂СН₂СООН

Янтарная кислота

СН₃СООН

Уксусная кислота

по числу групп СООН

монокарбоновые

дикарбоновые

Монокарбоновые кислоты

Номенклатура и изомерия

Заместительная номенклатура – к названию углеводорода добавляется окончание –овая.

СН3СООН	СН3СН2СН2СООН	3 2 1 СН3СНСООН
Этановая кислота 2 1 СН2СООН /		
2-фенилэтановая кислота 2-фенилэтановая кислота	Бутановая кислота СН3 2-метилпропановая кислота изомеры

В названиях ароматических кислот в качестве родоначальной структуры используется бензойная кислота.

СООН

 СН₃

/

СООН



2-метилбензойная кислота

4-метилбензойная кислота



СН₃

Если – СООН не входит в родоначальную структуру, используется сочетание – карбоновая кислота (циклогексанкарбоновая кислота). Используются и тривиальные названия до кислот с С₁₅ (муравьиная).

Структурная изомерия обусловлена разветвленностью углеродного скелета и расположением заместителей относительно карбоксильной группы в циклах.

Способы получения

1. Окисление первичных спиртов и альдегидов

O O

[O] // [O] //

RCH₂OH  RC  RO

KMNO₄ \ Ag₂O \

H OH

кислота

альдегид

спирт

1. Окисление гомологов бензола

С



СН₃



KMnO₄, KOH, 100⁰

Бензойная кислота

толуол

1. Окисление алканов

O₂

ROH₂CH₂R’  RCOOH  R’COOH

Смесь кислот

1. Смесь нитрилов (цианидов)

O

//

RCN + 2H₂O  RC + NH₃

\

OH

(нитрилы получают из алкилгалогенидов RBr + NaCN  RCN+NaBr).

Физические свойства

Низшие кислоты (С₁С₉) – бесцветные жидкости, высшие – твердые вещества. Первые гомологи (С₁С₃) обладают резким запахом, при попадании на слизистые оболочки вызывают ожоги, смачиваются водой. Карбоновые кислоты образуют ассоциаты за счет водородных связей.

Н

I

С

// \

О ОН

Н

I

С

// \

О ОН

Н

I

С

// \

О ОН

Н

I

С

// \

О ОН

…. … … …. …

Ассоциат муравьиной кислоты

Химические свойства

1. Кислотные свойства

Влияние заместителей на кислотные свойства

Увеличение кислотности

Влияние взаимного расположения заместителя и карбоксильной группы

Увеличение кислотности

Кислая среда в растворах карбоновых кислот обнаруживается с помощью индикатора. Карбоновые кислоты значительно слабее минеральных кислот.

СН₃СООН + NaOH CH₃COONa + H₂O

гидролиз

Ацетат Na

1. Реакция замещения

1. Образование сложных эфиров (реакция этерификации)

С

//

СН₃С

\

ОС₂Н₅

С

//

СН₃С

\

ОН

H₂SO₄ (конц)

+ С₂Н₅ОН  + Н₂О

этилацетат

1. Образование галогенангидридов

С



СООН



+ PCl  + POCl₃ + HCl

фосфорилхлорид

бензолхлорид

Бензойная кислота

С

//

СН₃С

\

Cl

СН₃СООН + SOCl₂  + SO₂ + HCl

тионилхлорид

ацетилхлорид

уксусная кислота

3. Образование ангидридов кислот

С

//

СН₃С

\

О

С

//

СН₃С

\

ОН

P₂O₅

/

СН₃С

\\

О

ОН

//

СН₃С

\

О



О

//

СН₃С

\

Cl

Уксусный ангидрид

-2HPO₃

Уксусный ангидрид

/

СН₃С

\\

О

С

//

СН₃С

\

О

О

\\

CСН₃

/

+ NaO  NaCl +

Ацетат натрия

ацетилхлорид

Уксусный ангидрид используется для получения ацетатного шелка и лекарственных веществ.

1. Образование амидов

   О

   //

   СН₃С

   \

   NH₂

NH₃ t⁰

СН₃СООН  СН₃СООNН₄ 

Ацетамид

-H₂O

Ацетат аммония

1. Реакции с участием радикалов кислот

1. Галогенирование насыщенных алифатических кислот

 

СН₃СН₂СН₂СООН + Br₂  СН₃СН₂СНСООН + HBr



2-броммасляная кислота

масляная кислота

Br

2. Реакция присоединения к ненасыщенным кислотам

О

//

СНС

\

ОH

3 2 1

СН₂= + HBr СН₂СН₂СООН



3-бромпропановая кислота

Br

Акриловая кислота

(реакция происходит против правила Марковникова, т.к. – СООН, находясь у атома углерода с двойной связью, оттягивает электронную плотность кратной связи).

3.Реакция замещения в ароматических кислотах

3-нитробензойная кислота

Бензойная кислота

\

NO₂

COOH



KNO₃, H₂SO₄, 90⁰

С



Отдельные представители

Муравьиная (метановая) кислота НСООН – содержится в выделениях муравьев, крапиве. Соли – формиаты. Получают при взаимодействии СО с горячим раствором NaOH под давлением.

H₂SO₄

СО + NaOH  HCOONa  HCOOH

-NaHSO₄

Муравьиная кислота

Формиат натрия

Особенность муравьиной кислоты – реакция «серебряного зеркала» из-за наличия альдегидной группы

Н

\

С-ОН

//

О

НO

\

С-ОН

//

О

+ Ag₂O ® +2 Ag

Н₂О

СО₂

угольная кислота

муравьиная кислота

Спиртовой раствор муравьиной кислоты применяется как раздражающее средство при лечении ревматизма, а так же в органическом синтезе как восстановитель.

Уксусная (этановая) кислота СН₃СООН – известна с глубокой древности в виде уксуса (3-6% раствор), который обладает консервирующим действием, убивает гнилостные бактерии и плесневые грибки. Концентрированную 100% уксусную кислоту называют «ледяной», т.к. при 16⁰С она «замерзает», и кристаллы ее похожи на лед.

В промышленности получают:

1. Каталитическое окисление бутана

о₂

СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ ® 2СН₃СООН

2. Окисление этилена

O

//

СН₃-С

\

ОН

O

//

СН₃-С

\

Н

O₂ О₂

СН₂=СН₂ ® ®

уксусная кислота

ацетальдегид

этилен

3. Пищевую уксусную кислоту получают при окислении этанола (уксуснокислое брожение – биохимический процесс).

O

//

СН₃-С

\

Н

O

//

СН₃-С

\

ОН

С₂Н₅ОН ® ®

Из уксусной кислоты получают искусственные волокна, растворители, лекарства.

Изовалериановая кислота (3-метилбутановая кислота)

4 3 2 1

СН₃- СН- СН₂-СООН

ï

СН₃

Содержится в корнях валерианы, применяется для получения валидола.

Бензойная кислота С₆Н₅СООН – содержится в природе в растительных смолах, в ягодах клюквы, брусники, черники. Получают окислением толуола.

СН₃

ï

СН₃

ï

О₂

® + Н₂О

Применяют для получения лекарственных препаратов, душистых веществ, красителей. В медицине – как отхаркивающее средство.

Акриловая кислота СН₂=СН - СООН (пропеновая) – применяется в производстве прозрачных пластмасс (плексиглас, органическое стекло)

Олеиновая (С₁₇Н₃₃СООН), линолевая (С₁₇Н₃₁СООН) кислоты в виде сложных эфиров глицерина входят в состав растительных масел (оливковое, подсолнечное, льняное).

Пальмитиновая, стеариновая – их смесь называется стеарин, применяется в производстве свечей. Глицериновые эфиры этих кислот входят в состав животных жиров.