Нуклеофильные реакции у карбоксильного атома углерода

В дополнение к электрофильному, основному и слабому СН-кислотному центрам, имеющимся в альдегидах и кетонах, в молекулах карбоновых кислот и их функциональных производных присутствует также связанный с атомом углерода карбонильной группы заместитель, способный уходить в виде аниона или сопряженной кислоты. В результате такие соединения способны вступать в реакции нуклеофильного замещения.

Лабораторная работа № 6

Цель:изучить некоторые особенности химического поведения карбоновых кислот

Опыт 1. Открытие уксусной кислоты

Уксусная кислота – жидкость со специфическим запахом уксуса, температура кипения 118С. В безводном состоянии имеет вид кристаллов, похожих на лед (т. пл. 16,7С). С этим связано ее название – ледяная уксусная кислота.

Уксусная кислота оказывает бактерицидное и бактериостатическое действие. Например, 3 %-ный раствор уксусной кислоты убивает палочки брюшного тифа, 4 %-ный раствор – кишечную палочку. Особенно активна уксусная кислота по отношению к стафилококкам, служащим причиной пищевых отравлений.

В пробирку поместите по 3 капли уксусной кислоты и воды. Испытайте реакцию раствора на лакмус. К раствору прибавьте 2-3 капли 10 %-ного раствора гидроксида натрия до полной нейтрализации уксусной кислоты. После этого добавьте 2-3 капли 1 %-ного раствора хлорида железа (III). Появляется желто-красное окрашивание за счет образования ацетата железа (III).

Подогрейте раствор до кипения. Выделяется красно-бурый осадок не растворимого в воде гидроксида диацетата железа. Раствор над осадком становится бесцветным.

Вопросы

1. Напишите схему реакции диссоциации уксусной кислоты. Как подтвердить этот процесс экспериментально?

2. Напишите схему реакции взаимодействия уксусной кислоты с гидроксидом натрия. Как экспериментально определить момент нейтрализации уксусной кислоты?

3. Напишите схему реакции образования ацетата железа (III).

4. Напишите структурную формулу гидроксида диацетата железа (III).

Опыт 2. Образование нерастворимых кальциевых солей

высших жирных кислот

В пробирку поместите 5 капель раствора мыла и добавьте 1 каплю раствора хлорида кальция. Взболтайте содержимое пробирки, появляется белый осадок.

Вопросы

1. Напишите схему реакции образования кальциевой соли стеариновой кислоты.

2. Какие соединения называют мылами?

3. В состав каких биологически важных соединений входят высшие жирные кислоты?

Опыт 3. Получение этилацетата

В пробирку налейте 1 мл этанола, 1 мл уксусной кислоты и 1 мл концентрированной серной кислоты. Смесь в пробирке осторожно взболтайте, в пробирку вставьте пробку с трубкой – холодильником, закрепите в штативе и нагрейте на водяной бане (60-70˚С). Через 5-10 мин. пробирку охладите, и остывшую реакционную смесь вылейте в стакан с насыщенным раствором поваренной соли. Ощущается приятный запах уксусно-этилового эфира (этилацетат), не растворимого в воде и собирающегося в верхнем слое.

Вопросы

1. Напишите схему реакции образования этилацетата.

2. По какому механизму осуществляется реакция этерификации?

3. Какую роль выполняет концентрированная серная кислота в реакции этерификации?

Опыт 4. Гидролиз этилацетата

Поместите в две пробирки по 5 капель этилацетата и воды. Затем в 1-ю пробирку прибавьте 1 каплю концентрированной серной кислоты, во 2-ю – 7 капель 10 %-ного раствора гидроксида натрия. Обе пробирки нагрейте при энергичном встряхивании. Реакционная смесь становится однородной.

Вопросы

1. Чем объясняется полное исчезновение запаха этилацетата во 2-й пробирке? Напишите схему происходящей реакции.

2. Почему в 1-й пробирке сохраняется запах этилацетата? Напишите схему реакции гидролиза этилацетата в кислой среде.

Опыт 5. Декарбоксилирование щавелевой кислоты

В сухую пробирку поместите 2-3 лопаточки щавелевой кислоты. Пробирку закройте пробкой с газоотводной трубкой и нагрейте. Конец газоотводной трубки опустите в другую пробирку, содержащую 5-10 капель известковой воды.

Вопросы

1. Напишите схему реакции, происходящей при нагревании щавелевой кислоты.

2. Какое изменение наблюдается в пробирке с известковой водой?

3. Почему проделанный опыт можно использовать для обнаружения щавелевой кислоты?