КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Занятие 14. Карбоновые кислоты. Задачи и упражнения на карбоновые кислоты.

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

План:

1. Определение, строение молекулы, классификации, общая формула гомологического ряда насыщенных монокарбоновых кислот.

2. Виды изомерии (строения углеродного скелета и межвидовая), номенклатура на примере изомеров.

3. Физические свойства насыщенных монокарбоновых кислот.

4. Химические свойства:

а) реакции с разрывом связи О-Н (диссоциация, взаимодействие с акт. металлами, основными оксидами, щелочами, аммиаком и гидроксидом аммония, с солями более слабых кислот)

б) реакции с разрывом связи С-О (образование сложных эфиров, амидов, галогенангидридов; межмолекулярная дегидратация)

в) реакции с участием радикала (галогенирование)

г) реакция окисления (горения).

5. Способы получения: общие и специфические

6. Особенности строения и свойств муравьиной кислоты.

 

Карбоновые кислоты – это производные углеводородов, содержащие функциональную карбоксильную группу –СООН (карбонил + гидроксил). Карбоксильная группа содержит высокополяризованную карбонильную группу >С=О. Атом углерода карбонильной группы, имеющий частичный положительный заряд, оттягивает на себя электроны связи С-О. Неподеленная пара электронов атома кислорода гидроксильной группы взаимодействует с электронами p-связи карбонильной группы. Это приводит к большему оттягиванию электронов от атома водорода гидроксильной группы и увеличению полярности связи О-Н по сравнению со спиртами, а также уменьшению положительного заряда на атоме углерода карбонильной группы кислот по сравнению с альдегидами. В результате свойства гидроксильной и карбонильной групп в карбоновых кислотах отличаются от свойств соответствующих групп в спиртах и альдегидах. В отличие от спиртов, кислоты диссоциируют с образованием протона; в отличие от альдегидов, для кислот не характерны реакции присоединения по двойной связи С=О.

По числу карбоксильных групп различают кислоты одноосновные (монокарбоновые), двухосновные (дикарбоновые), трехосновные (трикарбоновые) и т.д. Составьте структурные формулы и назовите кислоты – первые представители гомологических рядов одноосновных и двухосновных предельных карбоновых кислот:

 

По строению УВ радикала различают предельные, непредельные и ароматические карбоновые кислоты. Составьте структурные формулы уксусной, акриловой и о-фталевой кислот, назовите их по систематической номенклатуре:

 

Наибольшее значение имеют насыщенные монокарбоновые кислоты. Составьте общую формулу гомологического ряда насыщенных монокарбоновых кислот:

 

 

Для предельных монокарбоновых кислот возможна изомерия углеродной цепи, начинающаяся с бутановой кислоты. Составьте структурные формулы бутановой и метилпропановой кислот:

Существует так же межвидовая изомерия, обусловленная одинаковой общей формулой монокарбоновых кислот и сложных эфиров кислот. Составьте структурные формулы пропановой кислоты и метилацетата:

 

 

Физ. свойства: Первые десять представителей ряда карб. кислот – жидкости, высшие – твердые вещества. Муравьиная, уксусная и пропановая кислоты смешиваются с водой во всех соотношениях, с увеличением молекулы растворимость в воде карбоновых кислот уменьшается, а температура кипения увеличивается. В твердом и жидком состояниях молекулы насыщенных монокарбоновых кислот димеризуются в результате образования между ними водородных связей, которые в кислотах сильнее, чем в спиртах (поэтому темп. кипения кислот больше темп. кипения соответствующих спиртов). Составьте структурную формулу димера уксусной кислоты, покажите образование водородных связей:

 

Для насыщенных монокарбоновых кислот характерна высокая реакционная способность.

Реакции с разрывом связи О-Н (кислотные свойства): предельные монокарбоновые кислоты обладают всеми свойствами обычных кислот.

Диссоциация: ведут себя как слабые кислоты, в водных растворах диссоциируют на протон и карбоксилат-ион, с ростом радикала сила кислот уменьшается. Напишите уравнение реакции диссоциации уксусной кислоты:

 

 

Взаимодействие с активными металлами. Напишите уравнение реакции взаимодействия пропионовой кислоты и натрия:

 

 

Взаимодействие с основными оксидами. Напишите уравнение реакции взаимодействия пропионовой кислоты и оксида кальция:

 

Взаимодействие с щелочами. Напишите уравнение реакции взаимодействия уксусной кислоты и гидроксида натрия:

Взаимодействие с аммиаком или гидроксидом аммония с образованием аммонийных солей. Напишите уравнение реакции взаимодействия уксусной кислоты с аммиаком и с гидроксидом аммония:

 

 

Взаимодействие с солями более слабых кислот (карбонатами и гидрокарбонатами). Составьте уравнение реакции «гашения» питьевой соды раствором уксусной кислоты:

 

Расположите по убыванию силы электролитической диссоциации следующие вещества: уксусная кислота, соляная кислота, угольная кислота. Уравнениями химических реакций подтвердите свой выбор:

Реакции с разрывом связи С-О (замещение гидроксогруппы):

Взаимодействие со спиртами с образованием сложных эфиров. Напишите уравнение реакции получения этилового эфира уксусной кислоты:

 

 

Взаимодействие с аммиаком с образованием амидов кислот. Получите амид уксусной кислоты:

 

 

Взаимодействие с галогенидами фосфора с образованием галогенангидридов кислот. Напишите уравнение реакции взаимодействия уксусной кислоты и пентахлорида фосфора:

 

 

Межмолекулярная дегидратация с образованием ангидридов. Составьте уравнение межмолекулярной дегидратации уксусной кислоты:

 

Реакции с разрывом связей С-Н у a-углеродного атома (реакции с участием радикала):

Галогенирование. Напишите уравнение реакции хлорирования уксусной кислоты:

 

 

Окисление. Поскольку карбоксильная группа является наиболее «окисленной» функциональной группой, из реакций окисления карбоновых кислот возможны только реакции горения. Напишите уравнение реакции горения масляной кислоты:

 

 

Способы получения предельных монокарбоновых кислот можно разделить на общие и специфические. К общим способам получения относятся:

Окисление первичных спиртов и альдегидов под действием различных окислителей. Используя электронно-ионный баланс, составьте уравнения получения уксусной кислоты окислением соответствующего спирта бихроматом калия в сернокислом растворе и окислением соответствующего альдегида перманганатом калия в сернокислом растворе:

 

 

Окисление алканов кислородом воздуха (обычно образуется смесь кислот, но при окислении бутана единственным продуктом является уксусная кислота). Напишите уравнения окисления метана:

 

Омыление (щелочной гидролиз) сложных эфиров. Указанным способом получите пропионовую кислоту:

 

 

Гидролиз галогенангидридов кислот. Напишите уравнение гидролиза хлорангидрида уксусной кислоты:

 

Специфические способы получения: