\
Лекция 12 карбоновые кислоты
Схема лекции.
1. Классификация, номенклатура, изомерия.
2. Способы получения
2.1. Промышленные способы.
2.2. Гидролиз нитрилов.
2.2.1. Гидролиз нитрилов полученных из галогенопроизводных.
2.2.2. Гидролиз нитрилов полученных из карбонильных соединений.
2.3. Гидролиз сложных эфиров.
2.4. Карбоксилирование металлорганических соединений
3. Физические свойства
4. Химические свойства
4.1. Кислотно-основные свойства карбоновых кислот
4.2. Реакции, сопровождающиеся разрывом связи О-Н.
4.3. Реакции, сопровождающиеся разрывом связи С-О.
4.4. Реакции нуклеофильного присоединения по карбонильной группе.
4.5. Реакции замещения атома водорода у α-углродного атома.
4.6. Свойства производных карбоновых кислот.
4.6.3. Реакция переэтерификации
4.7. Особые свойства непредельных одноосновных кислот и их производных.
4.8. Особые свойства двухосновных предельных кислот
4.8. Особые свойства двухосновных предельных кислот
4.9 Особые свойства двухосновных непредельных кислот
4.10. Свойства ароматических карбоновых кислот
Органические соединения, содержащие карбоксильную группу –СООН, называются карбоновыми кислотами.
По числу карбоксильных групп различают одно-, двух-, трех и многоосновные кислоты.
В зависимости от того, с каким радикалом связана карбоксильная группа, различают насыщенные, ненасыщенные и ароматические органические кислоты.
Одноосновные предельные карбоновые кислоты имеют общую формулу СnH2nO2 или СnH2n+1COOH.
1. Классификация, номенклатура, изомерия.
Изомерия карбоновых кислот сводится к изомерии углеродного скелета. Кислоты с числом углеродных атомов меньше четырех изомеров не имеют. Кислота, углеродный скелет которой построен из четырех углеродных атомов, имеет два изомера. Число изомеров растет с ростом углеродного остова.
Действуют три номенклатуры.
По тривиальной номенклатуре карбоновые кислоты имеют собственные, исторически сложившиеся названия. Приставка «изо» используется для обозначения карбоновых кислот с изомерным строением углеродного скелета, которые содержат метильную группу на удаленном от карбоксильной группы конце цепи.
Рациональная номенклатура карбоновых кислот имеет несколько версий. Классический вариант, когда карбоновые кислоты рассматриваются как производные уксусной кислоты, в которой атомы водорода метильного радикала замещены на какие-то другие радикалы. Замещенные ароматические карбоновые кислоты бензольного и нафталинового рядов рассматриваются как производные бензойной и нафтойной кислот.
Для замещенных в углеводородный радикал кислот, положения заместителей, обозначают буквами греческого алфавита α, β, γ, δ и т.д.
Кроме того, названия кислот алициклического и гетероциклического рядов образуют путем прибавления к названию углеводорода или гетероарена суффикса «карбоновая кислота»
По систематической номенклатуре карбоновую кислоту называют по соответствующему предельному углеводороду с добавлением суффикса «-овая кислота». Причем карбоксильная группа всегда имеет первый номер. В дикарбоновых кислотах добавляется суффикс «-диовая кислота».
В иерархии функциональных групп карбоксильную группу обозначается после кетонной. Т.е. после альдегидной-, кетонной-, гидрокси-группы, кратной связи, алкила и галоида. Например:
Примеры насыщенных карбоновых кислот:
Примеры насыщенных дикарбоновых кислот:
Примеры ненасыщенных карбоновых и дикарбоновых кислот:
Примеры ароматических карбоновых и дикарбоновых кислот:
Для различных фрагментов карбоновых кислот приняты следующие обозначения:
Наиболее распространенные радикалы кислот – ацилы:
В ходе реакций с участием карбоновых кислот наиболее часто образуются соединения общей формулы:
Такие соединения называются функциональными производными карбоновых кислот. Ацильная группа является общим структурным элементом функциональных производных карбоновых кислот.
Функциональные производные карбоновых кислот или просто производные карбоновых кислот, в которых гидроксигруппа у ацильного атома углерода замещена на галоген называются галогенангидридами карбоновых кислот (ацилгалогенидами):
Название галогенангидридов карбоновых кислот образуется от названия карбоновой кислоты путем замены суффикса «-овая кислота» на суффикс «-оилгалогенид». Например, этаноилхлорид (ацетилхлорид), бензоилхлорид, 3-метилпентаноилбромид.
Производные карбоновых кислот, в которых гидроксигруппа у ацильного атома углерода замещена на ацилоксигруппу называются ангидридами карбоновых кислот:
Название ангидридов строится по названию соответствующих кислот. Например, уксусный ангидрид, малеиновый ангидрид, фталевый ангидрид.
Производные карбоновых кислот, в которых гидроксигруппа у ацильного атома углерода замещена на алкоксигруппу называются сложными эфирами карбоновых кислот:
В названии сложного эфира сначала указывают алкильную группу, связанную с кислородом, затем кислоту, заменяя суффикс в названии кислоты «-овая» на суффикс «-оат». Например:
Производные карбоновых кислот, в которых гидроксигруппа у ацильного атома углерода замещена на аминогруппу называются амидами карбоновых кислот:
Аминогруппа в амидах может иметь один или два заместителя.
В названиях амидов суффикс названия кислоты «-овая» заменяется на суффикс «-амид». Причем если атом азота имеет заместителей, то указывается положение и количество заместителей. Например:
Соединения, содержащие группу -СN вместо –С(=О)-Х, также относятся к производным карбоновых кислот и называются нитрилами:
R-CN
Нитрилы можно рассматривать как ангидриды амидов потому, что образуются при дегидратации амидов и наоборот гидролиз нитрилов приводит к образованию амидов:
Названия нитрилов строятся добавлением суффикса «-нитрил» к названию углеводорода, причем атом углерода цианогруппы включается в общее количество. Например:
