Реакции с разрывом связи С – О

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Химия

Лекция

Тема: Карбоновые кислоты

Карбоновые кислоты – производные углеводородов, содержащие функциональную группу – СООН (карбоксил).

Карбоксильная группа представляет собой сочетание гидроксильной и карбонильной групп:

О карбонил

- С карбоксил

ОН гидроксил

Классификация. В зависимости от числа карбоксильных групп в молекуле карбоновые кислоты подразделяют на:

— одноосновные (монокарбоновые), содержащие одну rpyппу — СООН, например:

СНз - СООН СН₃-СН₂-СН₂-СООН

этановая кислота бутановая кислота

— двухосновные (дикарбоновые), содержащие две групп - СООН, например:

НООС-СООН НООС-СН₂-СН₂-СООН

щавелевая кислота янтарная кислота

В зависимости от природы, углеводородного радикала различают кислоты:

— предельные — производные алканов, например:

СН₃-СН₂-СООН

пропановая кислота

— непредельные — производные алкенов и других ненасыщенных углеводородов, например:

СН₂=СН-СООН

пропеновая кислота

— ароматические — производные бензола, содержащие одну или несколько карбоксильных групп, непосредственно связанных (в отличие от ароматических спиртов) с углеродными атомами бензольного ядра.

По числу углеродных атомов в углеводородном радикале различают кислоты низшие (до С₁₀) и высшие (свыше С₁₀).

Предельные одноосновные карбоновые кислоты

Предельные одноосновные карбоновые кислоты — это производные алканов, в молекулах которых один атом водорода замещен на карбоксильную группу. Общая формула веществ этого

R-COOH

C_mH₂_mО₂

Исключением является муравьиная кислота, в молекуле которой карбоксильная группа связана не с углеводородным радикалом, а с атомом водорода: Н—СООН.

Номенклатура, изомерия кислот и строение карбоксильной группы

Номенклатура. По систематической номенклатуре название кислоты образуют от названия соответствующего алкана с добавлением окончания -овая и слова «кислота». Нумерацию углеродной цепи начинают с атома углерода карбоксильной группы. Однако чаще всего пользуются исторически сложившимися (тривиальными) названиями, связанными с источниками нахождения кислот в природе.

Наиболее распространенные предельные монокарбоновые кислоты

Формула кислоты	Название
Формула кислоты	систематическое	тривиальное
Н - СООН	Метановая	Муравьиная
СН₃ - СООН	Этановая	Уксусная
С₂Н₅ - СООН	Пропановая	Пропионовая
С₃Н₇ - СООН	Бутановая	Масляная
С₄Н₉ - СООН	Пентановая	Валериановая
С₅Н₁₁ - СООН	Гексановая	Капроновая

Изомерия. Для монокарбоновых кислот возможны следующие виды структурной изомерии: — изомерия углеродной цепи. Она начинается с бутановой кислоты (С > 4), которая существует в виде двух изомеров: бутановая (масляная) кислота и 2-метилпропановая (изомасляная) кислота;

— межклассовая изомерия. Одноосновные карбоновые кислоты изомерны сложным эфирам.

Строение. Карбонильная ( С = О) и гидроксильная (- ОН) группы, входящие в состав карбоксильной группы, оказывают взаимное влияние друг на друга.

Влияние карбонильной группы. Углерод карбонильной группы несет частичный положительный заряд и притягивает к себе электроны атома кислорода гидроксильной группы. Вследствие смещения электронной плотности полярность связи О - Н увеличивается настолько, что атом водорода способен отщепляться в виде иона Н⁺. Поэтому карбоновые кислоты — более сильные кислоты, чем спирты.

Влияние гидроксильной группы. Смещение электронов от гидроксильной группы к карбонильной понижает частичный положительный заряд на атоме углерода. Поэтому карбонильная группа в кислотах, в отличие от альдегидов и кетонов, теряет способность к реакциям присоединения. Следовательно, для кислот не характерны реакции присоединения по двойной связи.

Вопросы.

1. Вещество, которое относится к предельным монокарбоновым кислот это...

а) С₃Н₈О₂; б) С₃Н₆О₂; в) С₃Н₈О; г) С₃Н₆О.

2. Составьте электронную формулу уксусной кислоты и поясните, как происходит перекрывание и сдвиг электронных плотностей при образовании химических связей в карбоксильной группе.

3. Связь О-Н в молекулах кислот по сравнению со спиртами:

а) менее полярная; в) по полярности не отличается;

б) более полярная; г) неполярная.

4. Напишите структурные формулы возможных изомерных кислот и сложных эфиров, соответствующие формуле С₄Н₈О₂. Назовите их.

Химические свойства. Предельные одноосновные кислоты – химически активные соединения, что обусловлено наличием карбоксильной группы. Для них характерны реакции, протекающие с разрывом связей О - Н и С - О (замещение группы -ОН), а также реакции замещения атома водорода у а - углеродного атома.

I. Реакции с разрывом связи О - Н

Карбоновые кислоты, по сравнению со спиртами, обладают лее выраженными кислотными свойствами, что обусловлено повышенной подвижностью атома водорода карбоксильной группы, свойствам они сходны со слабыми минеральными кислотами.

1. Диссоциация кислот. В водном растворе монокарбоновые кислоты обратимо диссоциируют с образованием катиона водорода и аниона кислотного остатка:

СН₃СООН СН₃СОО^- + Н⁺

ацетат-ион

Карбоновые кислоты являются слабыми электролитами. Равновесие процесса ионизации сильно смещено влево. Но тем не менее их растворы изменяют окраску индикаторов, имеют кислый вкус, проводят электрический ток, они образуют соли.

муравьиная кислота

2. Образование солей. Карбоновые кислоты, подобно неорганическим кислотам, вступают в реакции:

- с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода

2НСООН + Mg (HCOO)₂Mg + Н₂

формиат магния

- с основаниями — реакция нейтрализации

С₂Н₅СООН + NaOH C₂H₅COONa + Н₂О

пропионат натрия

- с основными и амфотерными оксидами

2CH₃COOH + ZnO (CH₃COO)₂Zn + Н₂О

ацетат цинка

- с солями, образованными более слабыми и летучими кислотами, как неорганическими

2CH₃COOH + Na₂CО₃ 2CH₃COONa + Н₂О + СО₂

так и органическими

CH₃COOH + C₁₇H₃₅COONa CH₃COONa + С₁₇Н₃₅СООН

стеарат натрия

Карбоновые кислоты являются слабыми кислотами, поэтому их соли в водном растворе легко гидролизуются:

KCH₃CОО + H₂О CH₃COOH + КОН

Сильные неорганические кислоты вытесняют карбоновые кислоты из их солей:

2CH₃COONa + H₂SО₄ 2СН₃СООН + Na₂SО₄

П оявление запаха уксусной кислоты является качественной реакцией на ацетат-ион (СН ₃ СОО^-).

Реакции с разрывом связи С – О

При замещении группы — ОН в карбоновых кислотах на другие заместители образуются функциональные производные кислот.

Сложные эфиры — продукты замещения гидроксильной группы на остаток - OR. Они образуются при нагревании органической кислоты со спиртом в присутствии концентрированной серной кислоты (известная вам реакция этерификации). Meханизм этой реакции был установлен методом меченых атомов. С этой целью использовали спирт, меченный изотопом кислорода ¹⁸О. После реакции изотоп кислорода был обнаружен в молекуле сложного эфира:

О H₂SO₄ _конц t, р. О

СН₃- С + ¹⁸О - СН₃ СН₃ -С + Н₂О

ОН Н ¹⁸О-СН₃

метилацетат (метиловый эфир укс. кис-ты)

Следовательно, в реакции этерификации кислота отдает группу ОН, а спирт — атом Н (образуется вода). Реакция этерификации обратима. Серная кислота в этой реакции одновременно оказывает каталитическое действие и способствует смещению равновесия в сторону продуктов реакции за счет связывания воды.

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 588; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!