Контрольные вопросы:

1. Приведите структурные формулы карбонильных соединений с молекулярной формулой С₅Н₁₀О. Дайте им названия по систематической номенкулатуре.

2. Для масляного альдегида приведите примеры реакций:

а) присоединения;

б) замещения карбонильного кислорода;

в) замещения водорода в углеводородном радикале;

г) окисления.

3. На примере ацетона приведите уравнения реакций, используемых для выделения и очистки кетонов.

4. В каких реакциях альдегиды и кетоны обнаруживают различие в свойствах?

5. Какие альдоли могут образоваться при взаимодействии

этаналя и бутаналя?

4.7. Лабораторная работа № 7. Карбоновые кислоты и их производные.

Карбоновые кислоты содержат с своем составе карбоксильные группы (-СООН), количество которых определяет основность кислоты. Наряду с систематическими названиями зачастую используются и тривиальные, реже – рациональные. Причина в появлении кислотных свойств заключается в ослаблении связи О-Н под влиянием карбонильного кислорода:

δ –

δ +

Отщепление протона карбоксильной группы ведет к ее превращению в более стабильный анион кислоты, в котором обе связи С-О равноценны. Степень диссоциации кислот связана с величиной и характером радикала, соединенного с карбоксильной группой: с увеличением длины радикала сила кислот падает. Карбоксильная группа определяет повышенную активность атома водорода в α- положении.

Для карбоновых кислот известно значительное число производных. Те из них, которые образованы в результате замещения группы - ОН в карбоксиле называются функциональ-ными производными (например, амиды и галогенангидриды кислот). Они являются очень реакционноспособными соединениями.

В практическом отношении важны эфиры непредельных кислот, которые используются для получения высокомолекулярных соединений. Аналогичное применение находят двухосновные кислоты и циклические внутренние амиды. Не менее важное значение имеют сложные эфиры глицерина и высших жирных карбоновых кислот – жиры, а также их соли последних – мыла.

Материалы: уксусный ангидрид; ацетат натрия; концентрированная серная кислота; индикаторная бумага; 0,1 н раствор уксусной кислоты; металлический магний; оксид меди (II); хлорангидрид уксусной кислоты; ацетамид; 10 %-ный раствор гидроксида натрия; 10 %-ный раствор серной кислоты; щавелевая кислота; янтарная кислота; раствор гидроксида бария; изоамиловый спирт; ледяная уксусная кислота; изоамиловый спирт; хлористый ацетил; раствор гидроксида натрия; растительный или животный жир; этанол; 40 %-ный раствор гидроксида натрия; 5 %-ный раствор мыла; 2 %-ный раствор хлорида кальция; 10 %-ного раствор серной кислоты; бромная вода.

Опыт 1. Получение уксусной кислоты

1) в пробирку помещают 5 капель воды, 2 капли уксусного ангидрида и взбалтывают. Уксусный ангидрид в воде нерастворим, поэтому смесь после стояния расслаивается. Осторожно нагревают содержимое пробирки на пламени горелки, в результате чего жидкость становится однородной. Ангидриды кислот реагируют с водой при нагревании.

2) в пробирку помещают 0,5 г ацетата натрия и добавляют 1,5-1,0 мл концентрированной серной кислоты. Пробирку закрывают газоотводной трубкой и осторожно нагревают реакционную смесь. Выделяющуюся уксусную кислоту определяют по изменению окраски влажной индикаторной бумаги, поднесенной к отверстию газоотводной трубки. Уксусная кислота, как более слабая, вытесняется из ее соли серной кислотой.

3) в пробирку помещают 5 капель холодной воды и добавляют 2 капли хлористого ацетила. Осторожно встряхивают содержимое пробирки, происходит гидролиз хлорангидрида, образуется однородный раствор. Процесс экзотермичен.

Опыт 2. Взаимодействие уксусной кислоты с магнием и оксидом меди (II)

1) в пробирку наливают около 1 мл 0,1 н раствора уксусной кислоты и добавляют немного металлического магния. Пробирку закрывают прямой газоотводной трубкой с оттянутым концом. Через некоторое время поджигают выделяющийся водород.

2) к 0,2 г оксида меди (II), помещенного в пробирку, приливают 2-3 мл 0,1 н раствора уксусной кислоты, затем пробирку осторожно нагревают. В результате чего происходит изменение цвета раствора. Какое?

Опыт 3. Гидролиз ацетамида

Растворяют 0,5 г ацетамида в 5 мл воды, половину полученного раствора отливают в другую пробирку. К одной части раствора приливают 3 мл 10 %-ного раствора гидроксида натрия, к другой – 3 мл 10 %-ного раствора серной кислоты. Затем нагревают смеси в каждой пробирке до кипения и определяют выделяющиеся вещества по запаху и с помощью индикаторной бумажки.

Опыт 4. Отношение двухосновных кислот к нагреванию

В две сухие пробирки, к которым подобраны газоотводные трубки, всыпают в одну – 1 г щавелевой кислоты, в другую – 1 г янтарной кислоты. Конец каждой газоотводной трубки опускают в пробирки – приемники с 2 мл гидроксида бария. Пробирки нагревают. В случае щавелевой кислоты в пробирке появляется осадок, в случае янтарной – нет.

Опыт 5. Получение сложных эфиров карбоновых кислот

1)

В сухой пробирке смешивают 2 мл изоамилового спирта, 2 мл ледяной уксусной кислоты и 2 капли концентрированной серной кислоты. Реакционную смесь нагревают в кипящей водяной бане 5-10 минут, после чего охлаждают и выливают в пробирку с холодной водой. Сложный эфир (изоамилацетат) всплывает. Пары изоамилацетата вызывают раздражение.

2) в пробирку помещают 4 капли изоамилового спирта и прибавляют 4 капли хлорангидрида уксусной кислоты при взбалтывании и охлаждении пробирки холодной водой. Продолжая охлаждение, добавляют равный объем воды и осторожно нейтрализуют смесь раствором гидроксида натрия до слабощелочной реакции на лакмус или индикаторной бумаге. На поверхности появляется слой изоамилацетата с характерным запахом.

Опыт 6. Омыление жиров

В широкую пробирку помещают 3 г растительного или животного жира (опыты можно проводить параллельно с разными жирами), 3 мл этанола и 3 мл 40 %-ного раствора гидроксида натрия (спирт вводится для увеличения растворимости жира и ускорения реакции гидролиза). Перемешивают смесь встряхиванием (или при помощи палочки) и нагревают на водяной бане до начала кипения. Смесь быстро становится однородной, через 3-5 минут омыление заканчивается. Для проверки полноты омыления отбирают несколько капель смеси в пробирку, добавляют 5-6 мл горячей дистиллированной воды и нагревают раствор. Если проба растворяется в воде полностью, не выделяя капель жира, омыление можно считать законченным. В противном случае смесь нагревают еще несколько минут.

К полученной густой жидкости добавляют при перемешивании горячий насыщенный раствор поваренной соли. Дают смеси отстояться в водяной бане, затем погружают пробирку почти до краев в стакан с холодной водой на 5-10 минут, при этом слой мыла затвердевает. Полученное мыло извлекают из пробирки палочкой или шпателем.

Опыт 7. Свойства мыла

1) к 1 мл 5 %-ного раствора мыла добавляют 0,5 мл 2 %-ного раствора хлорида кальция, хорошо взбалтывают смесь. Выпадает белый творожистый осадок нерастворимого кальциевого мыла.

2) к 1 мл 5 %-ного раствора мыла добавляют 5 капель 10 %-ного раствора серной кислоты и слегка подогревают в пламени горелки. Всплывает маслянистый слой свободных жирных кислот.

Опыт 8. Обнаружение непредельных жиров

В пробирку наливают 1-2 мл бромной воды, добавляют 2-3 мл растительного масла и хорошо встряхивают. Наблюдают обесцвечивание.

В состав растительного масла входят остатки непредельных кислот, что обуславливает присоединение брома. Например:

гексабромтристеарин

триолеин

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Приведите сокращенные структурные формулы изомерных предельных одноосновных карбоновых кислот с молекулярной формулой С₅Н₁₀О₂.

2. Предложите различные способы получения пропановой кислоты.

3. Каким образом из пропилового спирта можно получить масляную и изомасляную кислоты?

4. Предложите возможные способы получения ангидрида, хлорангидрида и амида пропионовой кислоты.

5. Какие вещества образуются при гидролизе:

а) СН₃ – СН(СН₃) – ССl₃;

б) СН₃ – СН₂ – СN;

в) СН₃ – СН₂ – СООС₂Н₅;

г) НООС – СН₂ – СН₂ – СОNН₂.

6. Каким образом можно получить полиметилметакрилат, исходя из изомасляной кислоты?

7. Каким образом можно различить растворы акриловой, муравьиной и уксусной кислот?