Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Н—СООН муравьиная кислота




Лекция №12.

ТЕМА: «ОДНООСНОВНЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ».

I. Общая характеристика карбоновых кислот.

 

Карбоновыми кислотами называются органические соединения, в молекулах которых

О

//

содержится карбоксильная группа— С .

\

ОН

Если в молекуле содержится одна карбоксильная группа, то кислота называется одноосновной, две – двухосновной и т. д. .

Общие формулы предельных одноосновных карбоновых кислот СnH2n+1COOH ;

O

//

R—C ; CnH2nO2 .

\

OH

 

Гомологический ряд предельных одноосновных карбоновых кислот и их названия.

 

Н—СООН муравьиная кислота

СН3—СООН уксусная кислота

СН3—СН2—СООН пропионовая кислота

СН3—СН2—СН2—СООН масляная кислота

СН3—(СН2)3—СООН валериановая кислота

СН3—(СН2)4—СООН капроновая кислота

СН3—(СН2)5—СООН энантовая кислота

СН3—(СН2)14—СООН пальмитиновая кислота

СН3—(СН2)16—СООН стеариновая кислота

 

Многие свойства карбоновых кислот обусловлены наличием в их молекулах карбоксильных групп.

Атом кислорода, связанный с углеродом двойной связью, оттягивает электроны в свою сторону.

Углерод приобретает некоторый положительный заряд и притягивает электроны второго атома кислорода из группы — ОН, что приводит к сдвигу электронного облака связи О — Н в направлении кислорода. Атом водорода становится подвижным.

Карбоновые кислоты обладают высокими температурами кипения, что связано с образованием водородных связей между молекулами:

. . . О ═ С — ОН . . . О ═ С — ОН . . . О ═ С — ОН

│ │ │

R R R

 

В водных растворах карбоновые кислоты диссоциируют на ионы подобно минеральным кислотам:

RCOOH + H2O H3O+ + RCOO-

 

Все карбоновые кислоты слабые электролиты, кроме муравьиной кислоты , она электролит средней силы.

 

H O Радикалы, содержащие хлор и бром, влияют на кислотность

│ // карбоксильной группы: степень диссоциации хлоруксусной

Сl ← C ← C кислоты в 10 раз больше, чем уксусной, а трихлоруксусная

│ кислота по силе близка к соляной или серной.

H O ← H

 

Cl

СН3—СООН Сl—CH2—COOH Cl—CH—COOH Cl—C—COOH

│ │

Cl Cl

уксусная хлоруксусная

кислота кислота дихлоруксусная трихлоруксусная

кислотность: 4,76 2,85 1,25 0,66

 

II. Номенклатура карбоновых кислот.

 

По заместительной номенклатуре названия кислот производят от названий соответствующих углеводородов с прибавлением окончания – овая и слова кислота.

Например: кислотность

  1. НСООН метановая кислота 3,75
  2. СН3СООН этановая кислота 4,76
  3. СН3СН2СООН пропановая кислота 4,87
  4. СН3(СН2)2—СООН бутановая кислота 4,82
  5. СН3(СН2)3СООН пентановая кислота 4,86

О

//

  1. СН3—СН—СН2—С изовалериановая кислота – 4,77

│ \

СН3 ОН

7. СН3—(СН2)4СOOH гексановая кислота – 4,88

8. СН2 ═ СН — СООН акриловая кислота – 4,25

9. СООН бензойная кислота – 4,19

 

 

5 4 3 2 1

СН3—СН—СН—СН2—СООН

│ │

СН3 С2Н5

4 -метил-3- этилпентановая кислота

 

III. Изомерия карбоновых кислот.

 

Для карбоновых кислот характерна изомерия углеродного скелета. Изомеры появляются, начиная с масляной кислоты С3Н7СООН

 

4 3 2 1 3 2 1

СН3—СН2—СН2—СООН СН3—СН—СООН

СН3

масляная или бутановая 2-метилпропановая кислота

кислота

 

Для ароматических карбоновых кислот характерна орто-, мета-, пара-изомерия.

 

IV. Физические свойства.

 

Все карбоновые кислоты жидкости или твердые вещества.

 

V. Получение карбоновых кислот.

 

  1. Окисление спиртов, альдегидов и кетонов:

O O

t; K // t; K //

а) R— CH2OH + [ O ] —→ R—C + [ O ] —→ R—C

–H2O \ –Н2О \

H OH

O O

t; K // //

б) R1—C—R + 3 [ O ] —→ R1—C + R—C

║ \ \

O OH OH

 

  1. Из гомологов бензола:

t=100ºC; KOH

СН3 + [ О ] —————→ COOH

+H2O

 

толуол бензойная кислота

 

 

СН3 t COOH

+ 4KMnO4 + 4KOH—→ 4K2MnO4 + + 2H2O + H2

 

СН3 t COOH

+ 2KMnO4 + 2KOH—→ 2K2MnO4 + + 2H2

 

  1. Из алканов:

 

а)

CH3OH

t; K O

t; K //

СН4 + О2 H— C

\

t; K H

 

O

//

H— C

\

OH

+2O2, t, K

б) R— CH2 — CH2 — R1 —————→ R— COOH + R1— COOH

 

  1. Из цианидов (нитрилов): O

t t; K //

R — Br + NaCN —→ R— C ≡ N + 2H2O —→ R— C

–NaBr –NH3 \

нитрил OH

 

  1. Гидролизом (омылением) сложных эфиров:

O O

// t; K //

R—C + H2O —→ R1OH + R— C

\ (HOH) \

O — R1 OH

сложный эфир спирт кислота

 

  1. Из тригалогенопроизводных:

O

Cl Na OH t; K OH //

R—C — Cl + Na OH ———→ R— C — OH ——→ R— C + Н2О

Cl Na OH –3NaCl OH \

OH

 

 

  1. Оксосинтезом:

300-400ºС; 20,26-50,56 МПа

2СН3СН ═ СН2 + 2СО + 2Н2О ————————————→ СН3СН2СН2СООН +

пропен бутановая кислота

+ СН3СНСООН

СН3

2-метилпропановая

кислота

 

  1. Из металлоорганических соединений:

O O

t; K +CO2 // + H2O, H+ //

RНal + Mg —→ RMgHal —→ R—C + Hal ———→ R— C + Mg(OH)2 + HHal

\ \

O—Mg OH

 

VI. Химические свойства карбоновых кислот.

 

  1. Кислотные свойства:

1) диссоциация кислот:

 

R—COOH H+ + R— COO

 

R—COOH + H2O H3O+ + R— COO-

 

2) Взаимодействие со щелочами:

СН3СООН + NaOH ——→ CH3COONa + H2O

ацетат натрия

 

2. Галогенирование алифатических кислот (реакция Геля-Фольгарда-Зелинского).

4

СН3 CH3

\ 3 2 1 +P (красный) \

СН—СН2—СООН + Br2 ——————→ CH — CH — COOH

/ –HBr / │

СН3 CH3 Br

изовалериановая 2 - бромизовалериановая

кислота кислота

  1. Реакция нуклеофильного замещения:
    1. реакция этерификации:

O O

// H2SO4 (к), t //

R— C + R1—OH —————→ R— C

\ └┘ –H2O \

OH O—R1

└–┘

карбоновая к-та спирт сложный эфир

 

    1. образование галогенангидридов:

O O

// //

R—C + SOCl2 —→ R—C + SO2 ↑ + HCl

\ \

OH Cl

тионилхлорид хлорангидрид

карбоновой

кислоты

  1. Образование ангидридов кислот:

O

O //

R— C R— C

а) OH + P2O5 , t + 2 HPO3 \

+ ——————→ O + H2O

OH /

R— C R— C

O \\

О

 

ангидрид карбоновой кислоты

 

б) O

O O R—C

// \\ t O

R— C + C — R ———→

\ / –NaHal R—C

Hal NaO O

ангидрид карбоновой кислоты

 

  1. Образование амидов:

O O O

// t // t //

R—C + NH3 —→ R—C —→ R—C

\ \ –H2O \

OH ONH4 NH2

амид карбоновой кислоты

 

При отщеплении гидроксогруппы от карбоксила образуются ацильные радикалы.

O O

// //

R—C —→ R—C

\ \

OH

карбоновая кислота ацил.

О О

// //

1. СН3 — С ——→ СН3 — С

\ \

ОН

ацетил

 

О О

// //

2. Н— С ——→ Н—С

\ \

ОН

формил

 

 

3. О О

// //

С С

\ ——→ \

ОН

бензоил

К функциональным производным карбоновых кислот относят:

 

1. Сложные эфиры: - функциональные производные карбоновых кислот, в которых гидроксогруппа заменена остатком спирта или фенола.

O

//

R—C

\

O—R1

Названия сложным эфирам по международной номенклатуре дают с использованием суффикса –оат.

О О

// //

С2Н5—С С6Н5—С СН3

\ \

О—С3Н7 О—СН

 

СН3

пропилпропаноат изопропилбензоат

 

2. Амиды – это функциональные производные карбоновых кислот, в которых гидроксогруппа заменена на аминогруппу.

 

O

//

R—C

\

NH2

общая формула

амидов

 

О O

// //

С C2H5 — C Н2N—C—NH2

\ \ ║

NH2 NH2 O

бензамид пропанамид мочевина

(полный амид угольной кислоты )

 

 

3. Галогенангидриды – функциональне производные карбоновых кислот, в которых гидроксогруппа заменена на галоген.

 

 

O

//

R—C

\

Hal

 

4. Ангидриды – функциональные производные карбоновых кислот, в которых гидроксогруппа заменена на кислотный остаток карбоновой кислоты.

 

O

//

R—C

\

O

/

R— C

\\

O

Функциональными производными карбоновых кислот называются производные карбоновых кислот, в которых гидроксогруппа заменена на алкоксильную группу, аминогруппу, галогены, аминогруппу.

 

VII. Отдельные представители одноосновных карбоновых кислот и их применение.

 

  1. Муравьиная кислота: НСООН.

Соли муравьиной кислоты называются формиаты.

t

Н—СООН —→ CO0↑ + H2O

 

Получение: t

1) СО + NaOH —→ HCOONa + H2SO4 ———→ HCOOH

формиат –NaHSO4 муравьиная

натрия кислота

 

2) Разработан экономически более выгодный способ получения муравьиной кислоты: взаимодействие метанола с оксидом углерода (11) с образованием метилового эфира муравьиной кислоты:

СН3ОН + СО ——→ НСООСН3

 

Эфир подвергается гидролизу:

t; H+

НСООСН3 + Н2О ——→ НСООН + СН3ОН

 

Метанол вновь используют для реакции с оксидом углерода (II). Процесс получения кислоты является безотходным.

 

Н—С═О Муравьиную кислоту можно рассматривать как :

│ 1) карбоксильную группу, связанную с атомом водорода

ОН 2) альдегидную группу, связанную с гидроксильной группой

 

Муравьиная кислота – самая активная из одноосновных карбоновых кислот: она примерно в 10 раз сильнее уксусной кислоты. Объяснить это можно тем, что в муравьиной кислоте карбоксильная группа связана не с с углеродным радикалом, а с водородом, который не влияет на кислотные свойства карбоксильной группы.

 

Качественная реакция.

Муравьиная кислота – восстановитель, дает реакцию серебряного зеркала.

t

Н—С ═ О + 2 [ Ag (NH3)2 ]OH —→ 2Ag↓ + 4NH3↑ + H2O + HO—C—OH

│ ║

ОН O

угольная

кислота

СО2↑ Н2О

Муравьиная кислота – бесцветная жидкость с резким запахом, растворяется в воде в любых количествах.

Применение: Муравьиная кислота применяется в кожевенном деле (дубление кож), текстильной промышленности (как протрава при крашении), для получения сложных эфиров, используемых в парфюмерии, и в качестве растворителя. В медицине эта кислота применяется для растираний при ревматизме в виде 1,25% спиртового раствора, известного под названием муравьиного спирта. Название историческое. Это средство когда-то готовили настаиванием муравьев на спирту. Муравьиную кислоту используют в качестве консерванта для сохранения зеленых кормов.

 

  1. Уксусная кислота.

3-6% раствор называют столовый уксус. Это вкусовая приправа, консервант.

100% раствор СН3СООН называется ледяной. 70-80% называют эссенцией.

Уксусная кислота – бесцветная жидкость с резким характерным запахом, растворяется в воде в любых количествах. Соли и эфиры уксусной кислоты называются ацетаты.

Получение:

1. Гидратация этилена:

O O

t, K=Pd // //

СН2 ═ СН2 + Н2О ———→ H3C—C + [ O ] ——→ CH3—C

–H2↑ \ \

H OH

уксусный альдегид уксусная

этаналь кислота

 

2. Уксусно-кислое брожение этанола:

микроорганизмы

СН3—СН2—ОН + О2 ————————→ СН3—С═О

–Н2О │

ОН

 

3. Из метанола:

t, K

СН3ОН + СО ———→ CH3COOH

 

  1. Из метана:

t=150ºC

a) 2CH4 ————→ C2H2 + 3H2

t; Hg2+

б) С2Н2 + Н2О ———→ CH3—C ═ O

H

[ О ] t

в) СН3—С ═ О ——→ СН3—С ═ О

│ │

Н ОН

 

  1. Окислением бутана:

t; K

2СН3—СН2—СН2—СН3 + 5О2 ————→ 4СН3—С ═ О + 2Н2О

ОН

 

 







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 181. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.02 сек.) русская версия | украинская версия