Карбоновые кислоты и их производные
Карбоксильная группа состоит из двух групп: карбонильной и гидроксильной, но ее свойства не являются простой суммой свойств этих двух групп.
Причина – сопряжение -связи и неподеленной электронной пары атома кислорода ОН-группы, что приводит к смещению этой пары электронов в сторону карбонильной группы, и на атоме кислорода ОН‑группы возникает частичный положительный заряд:
Такое строение карбоксильной группы отражается в реакционной способности карбоновых кислот:
Атом кислорода ОН-группы сильнее притягивает к себе электроны связи О–Н, и кислотность карбоновых кислот гораздо выше, чем спиртов. Следует отметить, что из-за отрицательного индуктивного эффекта бензольного кольца на карбоксильную группу, ароматические карбоновые кислоты обладают большей кислотностью по сравнению с алифатическими представителями. Кроме того, для них характерно образование прочных водородных связей, за счет которых карбоновые кислоты существуют в виде димеров:
Например, муравьиная кислота даже в парах при температуре кипения полностью состоит из димерных молекул, доля димера в парах уксусной кислоты при 118 °С составляет 70 %. Как следствие, у эти соединений достаточно высокие температуры кипения.
В отличие от карбонильных соединений, для карбоновых кислот нехарактерно образование продуктов присоединения по связи С=О, так как это приводит к нарушению сопряжения. Нуклеофильные реагенты вступают в реакции замещения ОН-группы.
Аналогично карбонильным соединениям, карбоновые кислоты и их производные обладают С–Н кислотностью и способны вступать в реакции, характерные для енольных форм (например, α‑галогенирование, сложноэфирная конденсация).
Основные направления атаки электрофильных, нуклеофильных или основных реагентов:
Строение, номенклатура
12.1. Приведите названия по систематической номенклатуре:
12.2. Напишите формулы карбоновых кислот, назовите их по систематической номенклатуре.
а) масляная, б) олеиновая, в) акриловая, |
г) метакриловая, д) щавелевая, е) янтарная. |
12.3. Напишите формулы следующих соединений:
а) метилпропаноат, б) этил-м-нитробензоат, в) диметилоксалат, г) диэтилмалонат, |
д) ацетамид, е) бензамид, ж) ацетонитрил, з) пропаноилхлорид. |
12.4. Сколько сложноэфирных групп есть в структуре представленных соединений; выделите эти группы.
12.5. В следующих соединениях укажите амидные группы.
Химические свойства
12.6. Эксперименты показывают, что молекулярная масса паров уксусной кислоты равна 120. Объясните этот факт.
12.7. В каждой паре кислот укажите более сильную:
12.8. Напишите продукты взаимодействия изомасляной кислоты со следующими реагентами:
а) Ca(OH)2, затем t°, б) CH3MgBr (1 моль), |
в) 2-пропанол / H3PO4, t°(-H2O), г) SOCl2, затем анилин/NaOH. |
12.9. Напишите продукты взаимодействия этилпропаноата со следующими реагентами:
а) NH3/H2O, б) NH2NH2, в) NH2OH, затем FeCl3, |
г) NaOH/H2O/ t°, д) EtONa, затем H2O.
|
12.10. Напишите уравнения и схемы механизмов реакций метилбензоата со следующими реагентами:
а) водный раствор NaOH (нагревание), б) аммиак (нагревание), |
в) два экв. EtMgBr, затем H2O, г) два экв. LiAlH4 затем H2O. |
12.11. Напишите продукты реакций трет‑бутилбензола с пропионил-хлоридом в присутствии AlCl3, затем NH2NH2 / KOH / t°.
12.12.* Предскажите, где будет находиться меченый кислород после гидролиза метибензоата в 18ОН2.
12.13. Расположите в порядке уменьшения ацилирующей способности в реакции со спиртами следующие соединения: уксусная кислота, метилацетат, ацетамид, уксусный ангидрид, хлористый ацетил.
12.14. Объясните следующие наблюдения для реакций карбонилсодержащих соединений с нуклеофильными реагентами:
а) этилацетат менее активен, чем уксусный альдегид,
б) циклогексанкарбонилхлорид более активен, чем
бензоилхлорид,
в) пропионилхлорид более активен, чем этилпропионат,
г) уксусный ангидрид более активен, чем этилацетат, но менее
активен, чем ацетилхлорид .
12.15. Малеиновая кислота, нагретая до 200 °С, образует малеиновый ангидрид. Фумаровая кислота теряет молекулу воды значительно медленнее и при более высокой температуре, тоже образуя малеиновый ангидрид. Дайте объяснения этим фактам.
12.16.* Дополните схемы превращений:
12.17. Активным ингредиентом одного из репеллентов является N,N‑диэтил-м-толуамид (ДЭТА). Предложите путь его синтеза из м‑метилбензойной кислоты.
12.18. Предложите реакции, с помощью которых валериановую кислоту можно превратить в следующие соединения:
12.19. Предложите способы осуществления следующих превращений:
