Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Органическая химия. Учебное пособие для СПО
.pdf
3.5. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Карбоновые кислоты – это производные УВ, содержащие
О
//
функциональную карбоксильную группу ─С─ОН
Это сложная функциональная группа.
О – карбонил
//
─С – карбоксил
\
ОН – гидроксил
Карбоновые кислоты
Основность кислоты Строение УВ-радикала
одноосновные двухосновные предельные непредельные
О О О
// || ||
СН3─С─ОН НО─С─С─ОН Ароматические
уксусная щавелевая
кислота кислота
Трехосновные
Насыщенные монокарбоновые кислоты
О
//
СnH
С─ОН – общая формула кислот.
2n+1
Гомологический ряд монокарбоновых кислот представлен
в табл. 3.3.
81
Гомологический ряд монокарбоновых кислот
ной
Таблица 3.3
Название кислоты
Формула кислоты
Н─СООН
СН3─СООН
СН3─СН2─СООН
СН3─(СН2)2─СООН
СН3─(СН2)3─СООН
СН3─(СН2)4─СООН
СН3─(СН2)8─СООН
СН3─(СН2)14─СООН
СН3─(СН2)16─СООН
По международ
номенклатуре
Метановая
Этановая
Пропановая
Бутановая
Пентановая
Гексановая
Декановая
Гексадекановая
Октодекановая
Номенклатура и изомерия
О
//
СH3─С─ОН – этановая кислота;
О
//
СН3─СН2─С─ОН – пропановая кислота.
Тривиальное
Муравьиная
Уксусная
Пропионовая
Масляная
Валериановая
Капроновая
Каприновая
Пальметиновая
Стеариновая
Название
кислотного
остатка
R─COO
Формиат
Ацетат
Пропионат
Бутират
Валеринат
Капронат
Капринат
Пальмитат
Стеарат
-
Изомерия
О
//
С3Н7С─ОН СН3
СН3─СН2─СН2─СООН СН3─СН─СООН
бутановая (масляная) кислота метилпропановая
(изомасляная) кислота
Электронное строение
Кислоты диссоциируют на Н+ и кислотный остаток. Для них,
в отличие от альдегидов, нехарактерны реакции присоединения
по двойной связи >С=О [1].
О δ- // ...
δ+
R ─ C ← O ← H
82
Физические свойства
НСООН, СН3СООН … С9Н19СООН С10Н21СООН ….
Жидкости, смешиваются с водой Твердые вещества
Растворимость уменьшается
Т
увеличивается
кип.
Сила кислот уменьшается
Химические свойства
Высокая реакционная способность кислот определяется реакциями карбоксильной группы (разрыв связей О–Н и С–О), а также реакциями замещения атома водорода у α-углеродного атома:
H O
│ //
R ─ C ─ C ─ O H
│
H
1. Разрыв связи O─H:
а) диссоциация
О О
// //
R─C─ОН
→
R─C─О- + H
←
+
б) взаимодействие с активными металлами
2НСОО Н + Mg
→
(HCОО)2Mg +H2↑
в) взаимодействие с основными оксидами
2СН3СОО Н + СаО
→
(СН3СОО)2Са + Н2О
ацетат кальция
83
г) взаимодействие со щелочами
СН3СООН + КОН
→
СН3СООК + Н2О
ацетат калия
д) взаимодействие с солями более слабых кислот
2СН3СООН + Na2CО3
→
2СН3СООNa + Н2О + СО2↑
2. Разрыв связи С─О (замещение ОН-группы):
а) взаимодействие со спиртами (реакция этерификации) с обра-
зованием сложных эфиров
О О
// //
конц.,SOHt,
42
СН3─С─ОН + С2Н5ОН
→←
СН3─С─О─С2Н5 + Н2О
этилацетат
б) взаимодействие с аммиаком
О О
// ║
СН3─С─ОН + NH3
→
СН3─С─NH2 + Н2О
ацетамид
(амид уксусной кислоты)
в) межмолекулярная дегидратация
О О О О
// \\ ║ ║
СН3─С─ ОН + Н О─С─СН3 → СН3─С─О─С─СН3 + Н2О
уксусный ангидрид
3. Разрыв связи С─Н:
О О O
// // //
СН3─С─ОН + Cl
hνt,
→
2
СН2Cl─С─ОH
+2Cl
→
СНCl2─С─ОH
- HCl - HCl
монохлоруксусная дихлоруксусная
кислота кислота
→
О
//
+2Cl
→
СCl3─С─ОH
- HCl трихлоруксусная кислота
84
Муравьиная кислота. У муравьиной кислоты можно выделить
→
две функциональные группы:
О
//
а) карбоксильная Н ─ C─ОН непосредственно связана с водоро-
дом, поэтому это самая сильная органическая кислота;
О
║
б) альдегидная группа Н─С ─ ОН, поэтому для муравьиной кис-
лоты характерны реакция окисления (до угольной кислоты) и качественные реакции альдегидов:
О О
// ║
а) Н─С─OН + [О] → НО─С─ОН → СО2↑ + Н2О
угольная кислота
в) реакция «серебряного зеркала»:
О
//
OHNHt,
4
Н─С─OН + Ag2О
→
CO2↑ + Н2О + 2Ag↓
в)
О
//
t
Н─С─OН + 2Cu(OH)2
→
CO2↑ + 3Н2О + Cu2O↓
голубой кирпично-красный
Получение кислот
1. Окисление первичных спиртов и альдегидов:
O O
// //
+[O]
R─CH2OH + [O]
− ОН
2
R─C─Н
→
R─C─ОН
2. Окисление алканов:
2СН3─СН2─СН2─СН3 + 5О2
85
kat
→
4СН3СООН + 2Н2О
3. Омыление сложных эфиров (щелочной гидролиз):
O O
// //
R─C─OR1 + NaOH → R─C─ONa + R1OH
O O
// //
R─C─ONa + HCl → R─C─OH + NaCl
Способы получения муравьиной кислоты:
Pt,
1. NaOH + CO
→
HCOONa
формиат натрия
2НСООNa + H2SO4
→
2HCOOH + Na2SO4
2. Нагревание щавелевой кислоты (реакция декарбоксилирова-
ния):
O
//
t
Н ─О─С─С─ОН
→
Н─С─ОН + СО2
║ ║
O О
Способы получения уксусной кислоты:
1. Пищевую уксусную кислоту получают брожением веществ,
содержащих спирт:
О
//
ферменты
СН3─СН2ОН + О
воздух
2
→
СН3─С─ОН + Н2О;
2. Синтетическую СН3СООН получают:
а) окислением бутана (см. выше);
б) окислением ацетальдегида
О О
// //
─С─Н + [O]
СН
3
→
СН3─С─ОН
86
в) синтезом из метанола и СО:
НС
О
ОН
(соли и эфиры)
katt,
СН3ОН + СО
→
СН3СООН
Применение важнейших кислот
Растворители
Пестициды
Формиаты
(соли и эфиры)
Дезинфекция
Для пищевых
целей
Инсектициды
Растворители
СН3СООН
Лекарственные
средства
Консервирование
Крашение тканей
и бумаги
Обработка кожи
Ацетаты
(СН3СО)2О
уксусный ангидрид
Лекарственные
средства
СН2СlCOOH
О
//
СН3─С─Сl
Красители
монохлорук-
ацетилхлорид
сусная кислота
Ненасыщенные карбоновые кислоты
Важнейшие представители:
О
//
СН2═СН─С─ОН – акриловая (пропеновая) кислота
С17Н33СООН – олеиновая кислота
87
О
//
СН3─(СН2)7─СН═СН─(СН2)7─С─ОН
С17Н31СООН – линолевая кислота
О
//
СН3─(СН2)4─СН═СН─СН2─СН═СН─(СН2)7─С─ОН
Химические свойства
1. Гидрирование
СН3─(СН2)7─СН═СН─(СН2)7─СООН+Н2
→
СН3─(СН2)16─СООН
олеиновая кислота стеариновая кислота
2. Галогенирование
СН3─(СН2)4─СН═СН─СН2─СН=СН─(СН2)7─СООН + 2Вr2
→
СН3─(СН2)4─СН─СН─СН2─СН─СН─(СН2)7─СООН
→
Вr Вr Вr Br
9,10,12,13 – тетрабромстеариновая кислота
Задача 3.8. Для нейтрализации 11,40 г столового уксуса понадо-
билось 18,24 мл водного раствора гидроксида натрия, содержащего
в литре 0,5 моль этого основания. Вычислите массовую долю (%) уксусной кислоты в этом образце столового уксуса.
Решение
1. Запишем уравнение реакции нейтрализации:
СН3СООН + NaOH
→
CH3COONa + H2O
2. Определим массу NaОН, вступившего в реакцию:
0,36480,01824400,5VMCm
M(NaOH)
=⋅⋅=⋅⋅=
г,
где СМ – молярная концентрация (0,5 моль/л).
3. Определим количество вещества NaOH:
n
(NaOH)
m
(NaOH)
M(NaOH)
0,3648
40
0,009
===
88
моль.
4. По уравнению реакции
=⋅=⋅=
(CH
nn =
3
(NaOH)COOH)
;
(CH
COOH)
3
=
0,009n
моль.
5. Масса СН3СООН составит
Mn
COOHCHCOOHCHCOОOН
333
)()()(C
54,060009,0m
г.
6. Найдем массовую долю СН3СООН в столовом уксусе
ω
m
COOH)(CH
3
m
COOH)(CH
3
рар
−
100%
0,54
11,40
4,7%100%
=⋅=⋅=
.
Ответ: 4,7 %.
Задача 3.9. При прокаливании соли состава СаС2О4 образуются
оксид кальция и два газа, из которых один горючий, а другой негорючий. Составьте уравнение этой реакции.
Решение
1. При разложении соли СаС2О4 образуются два газа – оксид уг-
лерода (IV) СО2 (негорючий) и оксид углерода (II) CO (который горит
до СО2).
Запишем уравнения реакций:
t
СаС2О4
2CO + О2
→
СаО + СО + СО2
→
2СО2
СО2 + О2 ≠
Тренировочный тест
1. Общая формула СnH2nO. Это:
1) альдегид; 2) спирт;
3) кетон; 4) карбоновая кислота.
2. Химическая формула одноатомного фенола:
1) СnH
OН; 2) СnH
2n+1
OН;
2n-1
3) СnH
OН; 4) СnH2n(OН)2.
2n-7
3. Гомологами являются:
1) СН
СООН; 2) С6Н5СООН;
3
3) С5Н9СООН; 4) С7Н15СООН.
89
4. Вещества каких классов могут быть изомерны между собой:
1) спирты и альдегиды;
2) кислоты и соли;
3) сложные эфиры и карбоновые кислоты;
4) сложные эфиры и кетоны.
5. Атомы в молекуле этилового спирта соединены:
1) σ-связями;
2) σ-связями и π-связями;
3) π-связями;
4) водородными связями.
6. Какая из реакций невозможна:
1) СH3COOH + Ag →
2) СH3COOH + Ag2O →
3) СH3COOH + Cu(OH)2 →
4) СH3COOH + Na →
7. С помощью какого реактива можно различить водные раство-
ры уксусной кислоты и фенола:
1) лакмуса; 2) гидроксида натрия;
3) бромной воды; 4) гидроксида меди.
8. Каталитическому окислению бутана кислородом воздуха со-
ответствует уравнение реакции:
1) С2Н4 + [О] → СН3 – C = О;
\
H
2) 2СН3 – СН2 – СН2 – CH3 + 5O2 → 4CH3COOH + 2H2O;
3) С4Н8 + 6О2 → 4СО2 + 4Н2О;
4) 2С4Н10 + 13О2 → 8СО2 + 10Н2О.
9. Сколько изомеров соответствует формуле С4Н8О2?
1) 2; 2) 3; 3) 5; 4) 6.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]