Органическая химия (Для студентов-иностранцев). Часть 2. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВО

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

В. Н. ДАНИЛОВ

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

(Для студентов-иностранцев)

ЧАСТЬ 2

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

ВОРОНЕЖ

2017

1

УДК 54 (075)

ББК Г1я7

Д36

Научный редактор профессор А. С. БОРСЯКОВ

Р е ц е н з е н т ы:

кафедра химии Воронежского государственного педагогического университета;

д-р тех. наук Л. И. БЕЛЬЧИНСКАЯ

(Воронежский государственный лесотехнический университет)

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Воронежского государственного университета инженерных технологий

Данилов, В. Н.

Д36 Органическая химия (Для студентов-иностранцев) [Текст] учеб. пособие: В 2 ч.: Ч. 2. / В. Н. Данилов ; Воронеж. гос. ун-т инж. технол. – Воронеж : ВГУИТ, 2017. – 95 с.

ISBN 978–5–00032–248–2

Учебное пособие написано для иностранных учащихся подготовительного факультета, обучающихся по медико-биологическому профилю. Оно предназначено для закрепления теоретического материала курса«Органическая химия» и овладения практическими навыками решения химических задач. Пособие включает тематический текстовый материал, таблицы, рисунки, контрольные вопросы и задания, оценочные средства самостоятельного контроля знаний.

Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежского государственного университета инженерных технологий, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия университета запрещается.

2

ГЛАВА 1. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

1.1. Классификация и номенклатура карбоновых кислот

Карбоновыми кислотами называют органические соединения, в молекулах которых содержится одна или несколько карбоксильных групп – СООН, соединенных с углеводородными радикалами (табл. 1). Общая формула карбоновых кислот R(COOH)n, где n – число карбоксильных групп – определяет основность кислоты. В зависимости от числа карбоксильных групп в молекуле различают одноосновные– монокарбоновые

(R–COOH), двухосновные – дикарбоновые (HOOC– R –COOH),

трехосновные – трикарбоновые (HOOC– R–COOH) кислоты.

׀

COOH.

Взависимости от природы углеводородного радикала -су ществуют разные гомологические ряды кислот: алифатические (жирные), предельные (алкановые и циклоалкановые), непредельные (алкеновые и алкиновые), ароматические (табл. 1).

По международной номенклатуре название кислоты образуют из названия соответствующего углеводорода с учетом атома карбоксильной группы с добавлением окончания-овая, напри-

мер, CH3–COOH – этановая кислота, CH2=CH–COOH – пропеновая кислота. Часто используют тривиальные названия кислот: муравьиная, уксусная, масляная, щавелевая и др.

Рациональное название производится от тривиального названия кислоты, соответствующего главной цепи, при этом атомы углерода, начиная с соседнего к карбоксилу, обозначаются буквами греческого алфавита (α, β, γ, δ, ε и т. д.).

Впределах класса алкановых монокарбоновых кислот возможен только один вид изомерии– изомерия углеродной цепи. Например, бутановая кислота CH3CH2CH2COOH имеет один изомер 2-метилпропановую кислоту СH3–CH–COOH.

׀

СH3

3

В межклассовой изомерии бутановая кислота имеет четыре изомера – сложные эфиры, принадлежащие к другому классу органических веществ:

Функциональной группой карбоновых кислот является карбоксильная, которая состоит из карбонильной и гидроксильной группы, электронные системы которых взаимодействую ме-

O H

В этой связи свойства карбоновых кислот отличаются от свойств карбонильных соединений и спиртов, содержащих эти группы. Как известно, карбонильная группа сильно поляризована: электроны смещены к атому кислорода, углерод имеет положительный заряд. Смещение электронной плотности в сторону карбонильного атома кислорода приводит к увеличению полярности связи O – H, что обусловливает легкость отщепления протона. В свою очередь, гидроксигруппа оказывает влияние на карбонильную: смещение электронной пары от кислорода гидроксигруппы к углероду частично нейтрализует положительный заряд углерода. В результате π-связь карбонильной группы становится более прочной, уменьшается способность карбонильной группы к реакциям присоединения. На связь между водородом и кислородом в гидроксигруппе оказывает влияние также углеводородный радикал: с увеличением отрицательного индукционного эффекта радикала сильнее оттягиваются электроны от кислорода. В результате сила кислот увеличивается: хлоруксусная кислота сильнее, чем уксусная, ароматические сильнее, чем алифатические с

5

таким же числом атомов углерода, многоосновные кислоты сильнее одноосновных. Алканы проявляют положительные индукционные эффекты, поэтому муравьиная кислота сильнее, чем ее гомологи.

Контрольные задания

1.Составьте структурные формулы следующих карбоновых кислот: бутановой, 2-метилпропановой, пентановой, 3-метил- бутановой.

2.Напишите названия карбоновой кислот, имеющих следующие структурные формулы:

1.Какие вещества называют кислотами?

2.По каким признакам классифицируют карбоновые - ки

слоты?

3.Как влияет углеводородный радикал на связь между водородом и кислородом в гидроксигруппе?

4.Как составляются названия карбоновых кислот?

1.2.Предельные алифатические монокарбоновые кислоты

Общая формула предельных алифатических монокарбоно-

вых кислот CnH2n+1COOH (табл. 2).

Насыщенные монокарбоновые кислоты представляют -со бой бесцветные жидкости (с числом атомов углерода в молекуле кислоты до десяти) и кристаллические вещества (с числом атомов углерода в молекуле кислоты свыше десяти). Жидкие кислоты обладают острым своеобразным запахом, растворяются в воде.

6

Низшие кислоты (С1 – С3) смешиваются с водой в любых массовых соотношениях. Увеличение числа атомов углерода в молекулах карбоновых кислот сопровождается снижением растворимости. Твердые кислоты практически нерастворимы в воде.

7

Карбоновые кислоты имеют высокие температуры кипения и плавления. Между молекулами кислот устанавливаются водородные связи. Жидкие кислоты состоят из димеров:

O ······HO

OH········O

Химические свойства насыщенных карбоновых кислот определяются наличием в молекулах функциональной карбоксильной группы и связанного с ней углеводородного радикала. Важнейшими реакциями карбоновых кислот являются реакции с участием карбоксильной группы.

В водных растворах карбоновые кислоты диссоциируют с образованием стабильного карбоксилатного аниона:

дельных монокарбоновых кислот. Электроакцепторные заместители, стабилизирующие карбоксильный анион, увеличивают кислотность, электродонорные – снижают.

Монокарбоновые кислоты вступают в реакции с металлами, оксидами, основаниями с образованием солей:

2СH3–CH2–CH2–COOH + Mg → (СH3–CH2–CH2–COO)2Mg + H2;

2CH3COOH + ZnO → (CH3COO)2Zn + H2O;

HCOOH + KOH →HCOOK + H2O.

При взаимодействии с солями карбоновые кислоты вытесняют более слабые и летучие кислоты:

2CH3COOH + CaCO3 → (CH3COO)2Ca + H2O + CO2.

Характерным свойств карбоновых кислот является взаимодействие их со спиртами с образованием сложных эфировреакция этерификации:

8

Реакции с участием углеводородного радикала монокарбоновых кислот сопровождаются образованием галогенангидридов, ангидридов и амидов:

H–C–OH + PCl5 + HCl;

׀׀

O

Реакции с участием углеводородного радикала обусловлены тем, что у карбоновых кислот под влиянием карбоксильной группы увеличивается подвижность атомов водорода, стоящих при атоме углерода, соседнем с карбоксильной группы, способных замещаться атомами галогенов (кроме йода):

CH3COOH + Cl2 → CH2ClCOOH + HCl;

хлоруксусная кислота

CH2ClCOOH + Cl2 → CHCl2COOH + HCl;

дихлоруксусная кислота

CHCl2COOH + Cl2 → CCl3COOH + HCl.

трихлоруксусная кислота

Предельные монокарбоновые кислоты получают следующими реакциями:

- окисления альдегидов и первичных спиртов(окисляются через стадию образования альдегида в кислоту с тем же числом углеродных атомов) под действием различных окислителей:

9

- окисления предельных и непредельных углеводородов ки-

O O

10