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

Контрольные задания

1.Напишите уравнения реакций хлорирования бутановой

кислоты.

2.Составьте все возможные уравнения реакций получения пропановой кислоты реакциями декарбоксилирования и этановой кислоты реакциями гидролиза.

3.Расположите бензойную, этановую, угольную, щавелевую, трихлоруксусную и 2-метилпропановую кислоты в порядке возрастания их кислотных свойств.

Контрольные вопросы

1.Что такое предельные алифатические монокарбоновые

кислоты?

2.В чем сходство и различие карбоновых и неорганических

кислот?

3.Почему монокарбоновые кислоты имеют высокие температуры плавления и кипения?

4.Чем обусловлены химические свойства насыщенных карбоновых кислот?

1.3.Основные представители предельных алифатических

монокарбоновых кислот

Первым представителем гомологического ряда предельных алифатических монокарбоновых кислот является муравьиная (метановая) кислота – бесцветная жидкость с резким запахом, содержится в хвое, крапиве, выделения муравьев и пчел.

Карбоксильная группа в муравьиной кислоте соединяется с атомом водорода и поэтому в ее формуле можно выделить карбоксильную (I) и альдегидную группы (II):

11

электролитом среди гомологического ряда предельных алифатических монокарбоновых кислот.

Альдегидные свойства муравьиной кислоты обусловливают ее восстановительные свойства; кислота способна окисляться даже слабыми окислителями, например, Ag2O (реакция серебряного зеркала), или Cu(OH)2:

O

Высокие температуры и действие концентрированной кислоты разрушают муравьиную кислоту:

H2SO4

HCOOH CO + H2O;

t

HCOOH CO2 + H2.

Муравьиную кислоту получают в две стадии:

- взаимодействие гидроксида натрия с оксидом углерода (II) при нагревании:

Муравьиная кислота применяется как восстановитель при синтезе органических веществ, как дезинфицирующее и консервирующее средство, как коагулирующее средство в производстве природного каучука, а также в медицине.

Одной из самых важных предельных монокарбоновых кислот является уксусная кислота, представляющая собой бесцветную жидкость с характерным резким запахом. При температуре ниже минус 16,6 оС кислота кристаллизуется, напоминает лед. Поэтому безводную уксусную кислоту называют ледяной. Раствор уксусной кислоты с массовой долейCH3COOH 0,03-0,05 называется столовым уксусом, с массовой долей CH3COOH 0,7-0,8

– уксусной эссенцией. Уксусная кислота смешивается с водой в

12

любых соотношениях. Соли уксусной кислоты – ацетаты – хорошо растворяются в воде и как соли слабой кислоты гидролизуются в водных растворах.

Уксусная кислота, являющаяся слабым электролитом, проявляет все химические свойства, характерные для карбоновых кислот: взаимодействует с металлами, стоящими в ряду стандартных электродных потенциалов перед водородом, основаниями, амфотерными гидроксидами, солями.

Вотличие от муравьиной уксусная кислота не обладает свойствами альдегидов.

Уксусную кислоту получают реакциями окисления: - этанола:

CH3–CH2–OH + O2 CH3COOH + H2O; - бутана:

2 CH3–CH2–СH2–CH3 + 5O2 4CH3COOH + 2H2O;

Впромышленности получение уксусной кислоты осуществляется в три стадии:

- крекинг метана из ацетилена:

2CH4 C2H2 + H2;

- получение уксусного альдегида по реакции Кучерова:

Из всех карбоновых кислот наибольшее практическое значение имеет уксусная кислота, которая применяется при синтезе красителей, для получения пластических масс, лекарств (аспирина, фенацетина), искусственного волокна. Соли уксусной кислоты используются при крашении тканей, медицине, сельском хозяйстве, эфиры – как растворители и душистые вещества.

Из высших предельных алифатических монокарбоновых кислот наиболее важными являются пальмитиновая и стеариновая кислоты, которые в виде сложных эфиров глицерина входят в состав животных и растительных жиров. Эти кислоты представ-

13

ляют собой твердые вещества белого цвета нерастворимые в воде. Для этих кислот характерны все реакции, что и для других карбоновых кислот, например, с щелочами и солями:

C15H31COOH + NaOH C15H31COONa + H2O; 2C16H33COOH + Na2CO3 2C16H33COONa + H2O + CO2.

Растворимые в воде натриевые соли этих кислот обладают моющим действием и составляют основную часть твердого мыла. Калиевые соли этих кислот образуют жидкое мыло. В этой связи соли этих кислот широко применяются для производства моющих средств.

Контрольные задания

1.Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза ацетатов натрия и железа (III).

2.Напишите уравнения реакций всех возможных способов получения пропановой кислоты.

3.Составьте уравнения реакций пальмитиновой и стеариновой кислот с гидроксидом кальция, металлическим цинком, этиловым спиртом.

Контрольные вопросы

1.Чем объясняются восстановительные свойства муравьиной кислоты?

2.Почему безводную уксусную кислоту называют ледя-

ной?

3.Где применяются важнейшие представители предельных алифатическим монокарбоновых кислот?

4.Почему уксусная кислота или этиловый эфир обладают более сильными кислотными свойствами?

1.4.Непредельные алифатические монокарбоновые кислоты

Непредельные монокарбоновые кислоты содержат непредельный углеводородный радикал, связанный с карбоксильной группой. Непредельные кислоты могут содержать одну или несколько кратных связей между атомами углерода в молекуле.

14

Гомологический ряд непредельных алифатических монокарбоновых кислот с одной двойной связью, имеющих общую формулу CnH2n-1COOH (n ≥ 2), начинается акриловой (пропеновой) кислотой CH2=CH–COOH. Следующий представитель - бутеновая кислота, для которой характерны структурная и -про странственная изомерии, существует в виде четырех изомеров:

Винилуксусная кислота, являющаяся непредельной кислотой с изолированными двойными связями, проявляет все свойства алкенов и насыщенных монокарбоновых кислот.

Акриловая и метилакриловая кислоты(α, β-непредельные) являются представителями кислот с сопряженными двойными связями и проявляют некоторые специфические свойства. В реакциях галогенирования и гидроксилированияα, β-непредельные кислоты ведут себя так же, как алкены:

2,3-дибромпропановая кислота

15

2CH3–CH=CH–COOH + O2 + H2O 2CH3–CH–CH–COOH.

׀ ׀

OH OH

2,2-дигидроксибутановая кислота

Однако направление присоединения соединений типа НХ определяется карбоксильной группой(против правила Марковникова как 1,4-присоединение):

Акриловая кислота применяется в производстве полиакриловой кислоты, ионообменных смол, каучуков, эфиров.

Одной из наиболее распространенных в природе непредельных высших карбоновых кислот является олеиновая кислота C17H33COOH, молекула которой содержит в радикале одну двойную связь с цис-расположением атомов водорода:

олеиновая кислота (цис-изомер)

CH3–(CH2)7 H

элаидиновая кислота (транс-изомер)

16

Наряду с пальмитиновой и стеариновой кислотами она в виде сложного эфира входит в состав жиров. По месту двойной связи она может присоединять бром и водород. В последнем случае олеиновая кислота превращается в стеариновую:

СH3–(CH)7–CH=CH–(CH)7 –COOH +H2 CH3–(CH)16 –COOH.

Олеиновая кислота применяется в производстве синтетического каучука, косметических средств, лекарств.

Другими распространенными в природе непредельными кислотами являются: линолевая кислота C17H31COOH, линоленовая кислота C17H29COOH и арахидоновая кислота C19H31COOH.

Контрольные задания

1.Составьте уравнения реакций взаимодействия олеиновой кислоты с бромом, водой, бромоводородом, натрием, гидроксидом калия.

2.Напишите структурные формулы следующих веществ: 3-метилбутен-2-овой кислоты, 2-метилгексен-2-овой кислоты, акрилата натрия, метилакрилата.

3.Составьте уравнения реакций возможных способов получения олеиновой кислоты.

Контрольные вопросы

1.Какие химические реакции характерны для непредельных алифатических монокарбоновых кислот?

2.Какие виды изомерии существуюту непредельных алифатических монокарбоновых кислот?

3.Для каких кислот возможна цис- и транс изомерия?

1.5. Дикарбоновые кислоты

Дикарбоновые (двухосновные) кислоты содержат две карбоксильные группы, связанные с углеводородным радикалом. В алифатических кислотах карбоксильные группы находятся на концах углеродной цепи. Предельные дикарбоновые кислоты имеют общую формулу HOOC–(CH2)n–COOH:

17

По химическим свойствам предельные дикарбоновые -ки слоты аналогичны монокарбоновым кислотам, но имеют ряд особенностей, связанных с наличием двух карбоксильных групп:

2H2C2O4 + 2Na 2NaHC2O4 + H2;

Из двухосновных непредельных кислот наиболее важными являются малеиновая и фумаровая, представляющие собой гео-

шинство реакций, характерных для этиленовых соединений (присоединения, окисления, полимеризации) и карбоновых кислот. Например, в результате гидрирования малеиновой кислот образуется янтарная кислота:

Малеиновая кислота окисляется перманганатом калия до винной (дигидроксиянтарной) кислоты:

18

Контрольные задания

1.Составьте уравнения реакций взаимодействия малоновой кислоты с этанолом, гидроксидом натрия.

2.Напишите уравнения реакций возможных способов получения щавелевой кислоты.

Задачи и упражнения для самостоятельной работы

1.Определите массу сложного эфира, который образуется в результате реакции муравьиной кислоты массой46 г с метиловым спиртом массой 16 г.

2.Относительная плотность паров предельной одноосновной карбоновой кислоты по воздуху равна2,55. Определите относительную молекулярную массу этой кислоты.

3.Предельную одноосновную карбоновую кислоту массой 30 г нейтрализовали водным раствором гидрокарбоната натрия. Выделившийся газ пропустили через известковую воду, при этом образовалось 50 г осадка. Определите формулу кислоты и объем выделившегося газа.

4.Определите объем метана (н. у.) необходимый для получения 150 кг уксусной кислоты, если массовая доля выхода кислоты составляет 0,85.

5.Определите массу кислоты и массу спирта, которые необходимы для получения метилацетата массой34 г, если массовая доля его выхода составляет 0,92.

6.Рассчитайте массу пропилата натрия и объем водорода,

которые образуются при взаимодействии пропанола-1 массой 45 г с натрием массой 11,5 г.

7. При взаимодействии магния с раствором уксусной -ки слоты массой 500 г выделилось 11,2 дм3 водорода (н. у.). Определите массовую долю уксусной кислоты в растворе.

19

Тестовые задания

1. Как называется функциональная группа карбоновых кислот?

2. Какая кислота реагирует с аммиачным раствором оксида -се ребра, давая реакцию «серебряного зеркала»?

4. Укажите формулу кислоты, являющейся альдегидокислотой:

6. С какими веществами реагируют карбоновые кислоты в ходе

7. С каким веществом не взаимодействует уксусная кислота?

8. Какое вещество следует добавить к метанолу, чтобы

9. Самая высокая степень диссоциации у:

20