Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Сборник задач и заданий по органической химии. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 159 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

ГЛАВА 5. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

5.1. 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. 12). 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.

В зависимости от природы углеводородного радикала существуют разные гомологические ряды кислот: алифатические (жирные), предельные (алкановые и циклоалкановые), непредельные (алкеновые и алкиновые), ароматические (табл. 12).

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

В пределах класса алкановых монокарбоновых кислот возможен только один вид изомерии – изомерия углеродной цепи. Например, бутановая кислота CH3CH2CH2COOH один изомер

2-метилпропановую кислоту

СH3–CH–COOH.

СH

Предельные Непредельные

COOH

Алкановые

Алифатические

Цикло-

аклкановые

Классификация карбоновых кислот

Карбоновые кислоты

Алкеновые Алкиновые

Монокарбоновые

Таблица 12

Ароматические

CH3COOH

этановая

(уксусная)

кислота

HOOC–CH2–COOH

пропандиовая

COOH

циклогексан-

карбоновая

кислота

(малоновая)

кислота

CH2=CH–COOH

пропеновая

(акриловая)

кислота

Дикарбоновые

HOOC COOH C = C H H

цис-бутендиовая

(малеиновая)

Трикарбоновые

HOOC–CH2–СH–CH2–COOH

1,2,3-пропантрикарбоновая кислота

СH=C–

(пропиоловая)

кислота

COOH

пропиновая

кислота

бензол-

карбоновая

кислота

COOH

1,2-бензол-

дикарбоновая

(фталевая)

кислота

В межклассовой изомерии бутановая кислота имеет четыре

ООН

изомера – сложные эфиры, принадлежащие к другому классу органических веществ:

CH3–CH2 –C–O–CH3 СH3–C–OC2H

O O

метилпропионат этилацетат

H–C–O–CH2–CH2–CH3 H–C–O–CH–CH

O O CH

пропилформиат изопропилформиат

Контрольные задания

1. Составьте структурные формулы следующих карбоновых

кислот: бутановой, 2-метилпропановой, пентановой, 3-метилбутановой.

2. Напишите названия карбоновой кислот, имеющих сле-

дующие структурные формулы:

а) CH3 б) CH2 = C – COOH

׀ ׀

CH3 – C – COOH CH

в) HOOC – CH2 – CH2 – COOH г) СH3 – (CH2)4 – COOH

д) е)

СООН

ОН

СООН

5.2. Предельные алифатические монокарбоновые кислоты

Общая формула предельных алифатических монокарбоновых кислот CnH

эмпирическая структурная тривиальное международное

HCOOH

CH3COOH

C2H5COOH

C3H7COOH

C4H9COOH

C5H11COOH

C6H13COOH

C7H15COOH

C15H31COOH

C16H33COOH

COOH (табл. 13).

2n+1

Формулы и названия некоторых карбоновых кислот

Формула Название

O H–C OH O CH3–C OH O CH3–CH2–C OH O

CH3–CH2–СH2–C

OH O CH3– CH–C OH СH O

CH3–(CH2)3–C

ОH O

CH3–(CH2)4–C

ОH O

CH3–(CH2)5–C

ОH O

CH3–(CH2)6–C

ОH O

CH3–(CH2)14–C

ОH O

CH3–(CH2)15–C

ОH

Муравьиная Метановая

Уксусная Этановая

Пропионовая Пропановая

Масляная Бутановая

Изомасляная 2-Метил-

Валериановая Пентановая

Капроновая Гексановая

Энантовая Гептановая

Каприловая Октановая

Пальмитиновая Гексадекановая

Маргариновая Гептадекановая

Таблица 13

пропановая

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 эфиров - реакция этерификации:

H–C–OH + CH3O–H H–C–O–CH3 + H2O

H+, t

׀׀ ׀׀

O O

метилформиат (метилметаноат)

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

H–C–OH + PCl5 H–C–Cl + POCl3 + HCl;

׀׀ ׀׀

O O

формилхлорид (хлорангидрид муравьиной кислоты)

P2O5, t

CH3–C–OH + H–O–C–CH3 CH3–C–O–C–CH3 + H2O;

׀׀ ׀׀ ׀׀ ׀׀

O O O O

уксусный альдегид

CH3–C–OH + NH3 H–C–NH2 + H2O.

׀׀ ׀׀

O O

формамид (амид муравьиной кислот ы)

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, способ-

-Mn+2

ных замещаться атомами галогенов (кроме йода):

CH3COOH + Cl2 → CH2ClCOOH + HCl;

хлоруксусная кислота

CH2ClCOOH + Cl2 → CHCl2COOH + HCl;

дихлоруксусная кислота

CHCl2COOH + Cl2 → CCl3COOH + HCl.

трихлоруксусная кислот а

Предельные монокарбоновые кислоты получают следующими реакциями:

- окисления альдегидов и первичных спиртов под действи-

ем различных окислителей:

O O

+ [O]

R – CH2OH + [O] R – C R – C ;

H H

– H2O

- окисления предельных и непредельных углеводородов ки- слородом воздуха: 2CH3–CH2–СH2–CH3 + 5O

4CH

COOH + 2H2O;

- окисления алкенов и алкинов перманганатом калия в

кислой среде при нагревании, которые сопровождаются образованием смеси кислот:

R1CH=CHR2 + 4[O] R1COOH + R2COOH;

(из KMnO4)

- гидролиза функциональных производных карбоновых ки- слот (галогенангидридов, амидов, нитрилов, сложных эфиров): R–C–Hal + H2O R–C–OH + HHal;

׀׀ ׀׀

O O R–C–NH2 + H2O R–C–OH + NH3;

׀׀ ׀׀

O O

- гидролиза тригалогенпроизводных алканов, содержащих атомы галогена у первого атома углеводорода:

R–CCl3 + 2H2O R–C–OH + 3HCl;

H+/OH

- карбонилирования – взаимодействие оксида углерода (II)

со спиртами или щелочами в присутствии катализаторов при повышенной температуре:

CH3OH + CO CH3COOH;

NaOH + CO HCOONa;

2HCOONa + H2SO4 2HCOOH + Na2SO4;

- декарбоксилированием двухосновных кислот (например,

щавелевой), у которых карбоксильные группы находятся близко друг к другу:

HO–C–C–OH HCOOH + CO2.

׀׀ ׀׀

O O

Контрольные задания

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

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

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

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

5. Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

а) карбонат кальция → карбид кальция →ацетилен → эта-

новая кислота → этанол;

б) метанол → метаналь → формиат натрия → муравьиная

кислота → угольная кислота;

в) метан → бромметан → этанол → уксусная кислота →

→ хлоруксусная кислота;

5.3. Непредельные алифатические монокарбоновые кислоты

Непредельные монокарбоновые кислоты содержат непредельный углеводородный радикал, связанный с карбоксильной группой. Гомологический ряд непредельных алифатических монокарбоновых кислот с одной двойной связью, имеющих общую формулу CnH

COOH (n ≥ 2), начинается акриловой (пропено-

2n-1

вой) кислотой CH2=CH–COOH. Следующий представитель - бутеновая кислота, для которой характерны структурная и пространственная изомерии, существует в виде четырех изомеров:

Изомерия цепи C3H5COOH Изомерия цепи

Изомерия положения двойной связи

CH2=C–COOH

CH2=CH–CH2–COOH CH3–CH=CH–COOH

бутен-3-овая

(винилуксусная)

кислота

бутен-2-овая

(β-метилакриловая)

кислота

2-метилпропеновая (α-метилакриловая)

кислота

Цис-транс изомерия

H H С=С CH3 COOH

изокротоновая

(цис-бутен-2-овая)

кислота

H COOH С = С CH3 H

кротоновая

(транс-бутен-2-овая)

кислота

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 гидроксилирования α, β-непредельные кислоты ведут себя так же, как алкены:

CH2=CH–COOH + Br2 CH2–CH–COOH;

׀ ׀

Br Br

2,3-дибромпропановая кислота

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):

СH3–CH=CH–COOH + HBr CH3–CH–CH2–COOH;

H2O, H

3-бромбутановая кислота

CH2=CH–COOH CH2–CH2–COOH;

β-гидроксипропионовая кислота

CH2=CH–COOH + NH3 CH2–CH2–COOH.

β-аминопропионовая кислота

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:

H H

C = C ;

CH3–(CH2)7 (CH2)7 –COOH

олеиновая кислота ( цис-изомер)

H (CH2)7 –COOH

C = C .

CH3–(CH2)7 H

элаидиновая кислота (транс-изомер)

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, 4-метилиентен-2-овой кислоты, 2-этилбутен-3- овой кислоты.

3. Составьте уравнения реакций возможных способов получения олеиновой кислоты.

4. Составьте уравнения реакций линолевой, линоленовой и арахидоновой кислот с гидроксидом кальция, металлическим цинком, этиловым спиртом, аммиаком, бромоводородом.

5. Составьте структурные формулы всех изомеров пентеновой кислоты и напишите их названия.

6. Найдите формулу непредельной монокарбоновой кислоты, в которой массовая доля углерода равна 55,8 %, массовая доля водорода – 7,0 % и массовая доля кислорода – 37,2 %. Составьте структурную формулу этого вещества.

7. Определите массу 2 ,3- дибромпропановой кислоты, которая образуется при взаимодействии пропеновой кислоты массой 216 г с бромом массой 320 г.

8. Определите массу β-аминопропионовой кислоты, которая образуется при взаимодействии акриловой кислоты массой

144 г с аммиаком объемом 67,2 дм3(н. у.).

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 159 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]