КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ
План
1. Классификация карбоновых кислот.
2. Номенклатура, получение.
3. Изомерия, строение.
4. Монокарбоновые кислоты (предельные, непредельные, ароматические).
5. Дикарбоновые кислоты.
6. Производные карбоновых кислот.
Производные углеводородов, содержащие карбоксильную группу -СООН,называются карбоновыми кислотами.
Карбоновые кислоты классифицируют по двум структурным признакам:
а) по природе радикала, различают - алифатические R(CООН)n (предельные, непредельные) и ароматические кислоты Аr(СООН)n;
б) по числу карбоксильных групп, различают - монокарбоновые ( n =1), ди- и поликарбоновые (n ≥ 2) кислоты.
Номенклатура.По номенклатуре ИЮПАК названия кислот образуют от названия углеводорода, добавляя окончание -овая кислота, например, СН3СООН - этановая кислота. Широко распространены тривиальные названия кислот: уксусная, масляная, олеиновая, винная, щавелевая и т.д.
Получение.
а) Окисление алкенов, алкинов, первичных спиртов и альдегидов (см. «Химические свойства» соответствующих классов соединений):
R-СН= СН-СН3 + [О] → R-СООН + СН3-СООН
алкен
R-СН2 -ОН + [О] → R-СН=О + [О] → R-СООН
спирт альдегид кислота
Окислители - КМnО4, К2Сr2О7 в кислой среде.
б) Окисление алканов:
R-CH2-CH2-R' + [O] → R-COOH + R'-COOH + H2O
Окисление осуществляют в присутствии катализаторов - солей кобальта или марганца.
в) Окисление алкилбензолов (см. «Химические свойства ароматических углеводородов»).
г) Гидролиз нитрилов, производных карбоновых кислот в кислой или щелочной среде:
R-C≡N + 2H2O + HСl → R-COOH + NH4Сl
R-C≡N + H2O + NaOH → R-COONa + NH3
X: -OR, -Наl, -OCOR, -NH2.
д) Металлорганический синтез:
Строение.Атомы углерода и кислорода карбоксильной группы находятся в состоянии sр2-гибридизации. σ-связь С-О образована перекрыванием sр2-sр2-гибридизованных орбиталей, σ-связь О-Н - перекрыванием sр2 - s- орбиталей, π- связь С-О - перекрыванием негибридизованных р-р-орбиталей. Карбоксильная группа представляет собой плоскую р,π- сопряженную систему:
В результате сопряжения связь С-О становится короче по сравнению с аналогичной связью в спиртах, связь С=О - длиннее по сравнению с аналогичной связью в карбонильных соединениях, т.е. происходит заметное выравнивание длин связей в карбоксильной группе.
Межмолекулярное взаимодействие карбоновых кислот характеризуется сильными водородными связями, в результате чего образуются линейные ассоциаты и циклические димеры:
и
Водородная связь в карбоновых кислотах более прочная, чем в спиртах. Это обусловливает более высокие растворимость в воде, температуры кипения и плавления карбоновых кислот по сравнению со спиртами близкой молекулярной массы.
Взаимное влияние карбонильной и гидроксильной групп в составе карбоксильной группы обусловливает химические свойства, отличные от свойств карбонильных соединений и спиртов. Реакции с участием карбоксильной группы протекают по следующим основным направлениям: кислотно-основное взаимодействие, нуклеофильное замещение, декарбоксилирование.
Химические свойства карбоновых кислот рассмотрены далее на примере предельных монокарбоновых кислот.
Монокарбоновые кислоты(предельные, непредельные, ароматические кислоты).
Общая молекулярная формулапредельных монокарбоновых кислот
Сn Н2nО2.
Таблица 4.
Гомологический ряд предельных монокарбоновых кислот
| Кислота | Формула | Тпл., °С | Ткип., °С | Ацильный остаток - кислотный остаток |
| Муравьиная (метановая) | H-COOH | +8,25 | 100,5 | формил - формиаты |
| Уксусная (этановая) | CH3COOH | +16,60 | 118,5 | ацетил - ацетаты |
| пропионовая (пропановая) | CH3-CH2-COOH | -20,70 | 141,1 | пропионил - пропионаты |
| масляная (бутановая) | CH3-(CH2)2-COOH | -3,10 | 163,0 | бутирил - бутираты |
| валериановая | CH3-(CH2)3-COOH | -34,50 | 186,0 | валерил - валераты |
| капроновая | CH3-(CH2)4-COOH | -1,50 | 205,3 | капроноил |
| лауриновая | CH3-(CH2)10-COOH | +44,30 | 225,0 | лаурил |
| пальмитиновая | CH3-(CH2)14-COOH | +62,60 | 271,0 | пальмитил-пальмитаты |
| стеариновая | CH3-(CH2)16-COOH | +69,40 | 287,0 | стеарил - стеараты |
В таблице приведены названия ацильных (R-СО-) и кислотных (R-СОО-) остатков некоторых монокарбоновых кислот предельного ряда.
Изомерия.Для предельных монокарбоновых кислот характерна структурная изомерия (различное строение углеродной цепи и различное расположение функциональной группы ). Например, молекулярной формуле С4Н8О2 соответствуют изомеры: СН3-СН2-СН2-СООН (бутановая кислота), (СН3)2 СН-СООН (2-метилпропановая или изобутановая кислота), СН3-СН2-СООСН3 (метилпропаноат) (подробно см. раздел «Изомерия»).
Физические свойства.Кислоты с числом атомов углерода от 1 до 9 - бесцветные жидкости с неприятными запахами, с С≥ 10 - твердые вещества без запаха. Кислоты с числом атомов углерода от 1 до 3 хорошо растворяются в воде, с С≥ 4 - не растворимые в воде вещества, но хорошо растворимые в органических растворителях (спирт, эфир).
Дата добавления: 2016-02-20; просмотров: 1841;