Вопросы и задачи
1. Какие соединения относятся к альдегидам? Приведите общие формулы альдегидов и кетонов.
2. На основе представлений об электронных облаках поясните строение функциональных групп альдегидов, и чем оно отличается от строения функциональных групп спиртов.
3. Основываясь на строении функциональной группы, поясните, почему для альдегидов характерны реакции присоединения.
4. Изобразите структурные формулы всех альдегидов, молекулярная формула которых С5Н10О, назовите их по номенклатуре ИЮПАК.
5. Напишите структурные формулы следующих соединений:
а) 2-метилпентаналя;
б) 2, 3-диметилбутаналя;
в) 3, 3-диметилпентанон-2;
г) этилизопропилкетон;
д) 3-этилбутанон-2.
6. Назовите по номенклатуре ИЮПАК следующие соединения:
а) СН3–СН(СН3)–СН(СН3)–СН(СН3)СОН;
б) СН3–СН(СН3)–СО–СН3;
в) СН3–СН2–СН(С2Н5)–(СН2)3–СОН;
г) С2Н5–СО–СН3;СН3–С(СН3)2СН3.
7. Какие карбонильные соединения можно получить при окислении бутанола-1; бутанола-2? Напишите уравнения реакций.
8. Дегидрированием каких спиртов можно получить 2-метилпропаналь; 3-метилбутанон-2. Напишите уравнения реакций.
9. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
а) уксусный альдегид → этанол → этилен → ацетилен → уксусный альдегид;
б) метан → метаналь → метанол → хлорметан → этан → этанол → уксусная кислота.
10. При сжигании 7,5 г органического вещества образуется 4,5 г водяных паров и 11 г оксида углерода (ІV). Найдите молекулярную формулу вещества и назовите его, если известно, что плотность его паров по водороду равна 15.
Лабораторная работа № 8
Получение
И основные свойства карбоновых кислот
Теоретическая часть
Карбоновые кислоты – органические соединения, содержащие одну или несколько карбоксильных групп –СООН. Общая формула карбоновых кислот:
Карбоновые кислоты классифицируют по двум структурным признакам.
1. По числу карбоксильных групп кислоты подразделяются на:
– одноосновные (монокарбоновые)
– многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т. д.)
2. По характеру углеводородного радикала различают кислоты:
– предельные (например, CH3CH2CH2COOH);
– непредельные (CH2=CH–CH2COOH);
– ароматические (RC6H4COOH).
Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы – карбонил и гидроксил, взаимно влияющие друг на друга. Это влияние передается по системе сопряжения sp2-атомов O–C–O.
Электронное строение группы –СООН придает карбоновым кислотам характерные химические и физические свойства.
1. Смещение электронной плотности к карбонильному атому кислорода вызывает дополнительную (по сравнению со спиртами и фенолами) поляризацию связи О–Н, что определяет подвижность водородного атома (кислотные свойства). В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:
2. Пониженная электронная плотность (δ+) на атоме углерода в карбоксильной группе обусловливает возможность реакций нуклеофильного замещения группы –ОН.
3. Группа –СООН за счет положительного заряда на атоме углерода снижает электронную плотность на связанном с ней углеводородном радикале, т. е. является по отношению к нему электроноакцепторным заместителем. В случае предельных кислот карбоксильная группа проявляет –I-эффект, а в непредельных (например, CH2=CH–COOH) и ароматических (С6Н5–СООН) – –I и –М-эффекты.
4. Карбоксильная группа, являясь электроноакцептором, вызывает дополнительную поляризацию связи С–Н в соседнем (α-) положении и увеличивает подвижность α-водородного атома в реакциях замещения по углеводородному радикалу.
Номенклатура. Систематические названия кислот даются по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса -овая и слова кислота.
Чтобы указать положение заместителя (или радикала), нумерацию углеродной цепи начинают от атома углерода карбоксильной группы. Например, соединение с разветвленной углеродной цепью (CH3)2CH–CH2–COOH называется 3-метилбутановая кислота.
Для органических кислот используются также тривиальные названия, которые обычно отражают природный источник, где были впервые обнаружены эти соединения. Формулы и названия некоторых одноосновных карбоновых кислот даны в табл. 2.
Таблица 2
Одноосновные карбоновые кислоты
Формула |
Название кислоты R–COOH |
Название остатка RCOO– |
|
систематическое |
тривиальное |
||
HCOOH |
метановая |
муравьиная |
формиат |
CH3COOH |
этановая |
уксусная |
ацетат |
C2H5COOH |
пропановая |
пропионовая |
пропионат |
C3H7COOH |
бутановая |
масляная |
бутират |
C4H9COOH |
пентановая |
валерьяновая |
валерат |
Продолжение табл. 2
C5H11COOH |
гексановая |
капроновая |
капрат |
C15H31COOH |
гексадекановая |
пальмитиновая |
пальмитат |
C17H35COOH |
октадекановая |
стеариновая |
стеарат |
C6H5COOH |
бензолкарбоновая |
бензойная |
бензоат |
CH2=СH–COOH |
пропеновая |
акриловая |
акрилат |
Название группы RCOO– (карбоксилат) входит в названия солей и сложных эфиров карбоновых кислот.
Для многоосновных кислот применяют суффиксы -диовая, -триовая:
– HOOC–COOH – этандиовая (щавелевая) кислота;
– HOOC–CH2–COOH – пропандиовая (малоновая) кислота.
Изомерия карбоновых кислот
Структурная изомерия
1. Изомерия скелета в углеводородном радикале (начиная с C4).
2. Межклассовая изомерия (начиная с C2).
Пространственная изомерия (цис-транс-изомерия в случае непредельных карбоновых кислот):
Оптическую изомерию проявляют карбоновые кислоты, в молекулах которых присутствует асимметрический атом углерода (sp3-атом, связанный с 4-мя различными заместителями). Например, 2-метилбутановая кислота C2H5CH(CH3)COOH существует в виде двух оптических изомеров:
Физические свойства. Атомы водорода и кислорода в карбоксильной группе –СООН способны к образованию межмолекулярных водородных связей:
Вследствие ассоциации молекул карбоновые кислоты имеют высокие температуры кипения и плавления. При нормальных условиях они существуют в жидком или твёрдом состоянии. Растворимость карбоновых кислот в воде обусловлена образованием межмолекулярных водородных связей с растворителем:
Низшие гомологи С1–С3 смешиваются с водой в любых соотношениях. С увеличением углеводородного радикала растворимость кислот в воде уменьшается. Высшие кислоты, например, пальмитиновая C15H31COOH и стеариновая C17H35COOH – бесцветные твердые вещества, не растворимые в воде.
Химические свойства. Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность. Они вступают в реакции с различными веществами и образуют разнообразные соединения.
1. Молекулы карбоновых кислот в водном растворе диссоциируют:
2. Карбоновые кислоты реагируют с металлами:
3. Карбоновые кислоты реагируют с основными оксидами:
4. Карбоновые кислоты реагируют с гидроксидами металлов и аммония:
5. Карбоновые кислоты реагируют с солями более слабых кислот:
6. Карбоновые кислоты реагируют со спиртами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации (от лат. ether – эфир)):
Получение карбоновых кислот
1. Из солей карбоновых кислот, действуя на них серной кислотой при нагревании:
ацетат натрия уксусная кислота
2. Окисление углеводородов:
3. Окисление спиртов:
4. Окисление альдегидов:
