 |
Тема 4. Органические кислоты
|
|
|
|
Методические указания
Карбоновые кислоты – это производные углеводородов, содержащие одну или несколько карбоксильных групп –COOH.
Число карбоксильных групп определяет основность кислот (одноосновные, двухосновные и т. д.). Одноосновные карбоновые кислотысодержат одну карбоксильную группу R–COOH.
По характеру углеводородного радикала они делятся на предельные, непредельные, ароматические. Предельные одноосновные кислотыимеютобщую формулу CnH2n+1COOH.
Основные представители:
H–COOH - муравьиная кислота, H3C–COOH - уксусная,
CH3–CH2 ‒COOH - пропионовая, CH3–CH2 ‒CH2 ‒COOH - масляная,
CH3–CH2 ‒CH2 ‒CH2 ‒COOH - валериановая, C15H31COOH -пальмитиновая, C17H35COOH - стеариновая и др.
Способы получения карбоновых кислот:
1. Окисление спиртов, альдегидов, кетонов.
2. Гидролиз нитрилов:
R ‒ C ≡ N + 2Н2О → R ‒ C = ОН + NН3
ǀ
ОН
3. Гидролиз тригалогенпроизводных, атомы галогенов находятся при одном атоме углерода.
Химические свойства карбоновых кислот определяются свойствами карбоксильной группы и связанного с ней углеводородного радикала.
Все карбоновые кислоты обладают кислотными свойствами: окрашивают синий лакмус в красный цвет; с основаниями, основными оксидами, металлами, стоящими в ряду активности до водорода, образуют соли. Кислотные свойства объясняются тем, что под влиянием карбонильной группы C=O в карбоксиле увеличивается подвижность атома водорода (связь O–H поляризуется), он способен отщепляться в виде протона:
Оδ − O
δ + ‖ ‖
R – C‒ OН → R – C ‒ О- + H+
Карбоновые кислоты – слабые электролиты.
Для карбоновых кислот характерны следующие группы реакций:
1) реакции, обусловленные подвижностью атома водорода в карбоксиле:
|
|
|
CH3CООН + NaOH → CH3CООNa + H2O;
уксусная соль
кислота ацетат натрия
2СH3COOH + Mg → (CH3COO)2Mg + H2
2) реакция замещения гидроксила в карбоксиле, образование функциональных производных: сложных эфиров, ангидридов, галогенангидридов кислот, амидов.
а) при взаимодействии со спиртами (в присутствии концентрированной H2SO4) образуются сложные эфиры. Образование сложных эфиров при взаимодействии кислоты и спирта в присутствии минеральных кислот называется реакцией этерификации (ester с латинского "эфир"):
О
Н2SO4, t° ‖
CH3 ‒CООН + C2H5OH → CH3 ‒C – O – C2H5 + H2O
сложный эфир
этилацетат
б) при воздействии водоотнимающих реагентов в результате межмолекулярной дегидратации образуются ангидриды:
О О О О
‖ ‖ P2O5 ‖ ‖
CH3‒ С ‒OH + HO ‒ С – CH3 → CH3‒ С ‒O ‒ С – CH3 + H2O
ангидрид уксусной
кислоты
в) при обработке карбоновых кислот пятихлористым фосфором получают хлорангидриды кислот:
О О
‖ ‖
CH3– С – OH + PCl5 → CH3– С – Cl + POCl3 + HCl
хлорангидрид уксусной
кислоты
г) при взаимодействии кислот с аммиаком и нагревании образовавшейся аммонийной соли образуются амиды:
вместо карбоновых кислот для получения амидов чаще используют их галогенангидриды:
3) реакции углеводородного радикала, при действии галогенов образуются α-галогензамещённые кислоты:
CH3 – COOH + Cl2 → CH2 – COOH + HCl
ǀ
Cl
хлоруксусная кислота
Непредельные одноосновные кислоты отличаются от предельных тем, что в углеводородном радикале имеют одну или несколько кратных связей.
Представители: CH2 = CH – COOH - акриловая кислота,
C17H33 ‒ CООН - олеиновая кислота, C17H31 ‒ CООН – линолевая,
C17H29 ‒ CООН - линоленовая и др.
Химические свойства непредельных кислот обусловливаются свойствами карбоксильной группы и свойствами углеводородного радикала. Они вступают во все реакции присоединения, свойственные непредельным углеводородам: галогенирования, гидрирования, гидрогалогенирования, гидратации, а также в реакции полимеризации.
|
|
|
Непредельные кислоты и их эфиры используются для получения полимеров (полиакрилата, полиметилметакрилата и др.).
Двухосновные кислоты содержат в своем составе две карбоксильные группы.
Представители: HOOC–COOH - щавелевая, HOOC–CH2–COOH - малоновая кислота и др.
Им соответствуют все свойства карбоновых кислот, реакции протекают последовательно по обеим карбоксильным группам.
HOOC−COOH + NaOH → HOOC−COONa + H2O
щавелевая кислота кислая соль
гидрооксалат натрия
HOO C −COOH + 2NaOH → NaOOC−COONa + H2O
средняя соль
оксалат натрия
Ароматические кислоты – производные ароматических углеводородов, у которых карбоксильная группа –COOH либо непосредственно связана с бензольным ядром, либо через группу атомов. Ароматические кислоты могут быть одноосновными и многоосновными (фталевые кислоты):
С6Н5 ‒ CH2–COOH фенилуксусная кислота.
Ароматические кислоты более сильные, по сравнению с алифатическими (влияние бензольного кольца).
Для ароматических кислот характерны реакции:
а) с участием карбоксильной группы (образование солей, сложных эфиров, галогенангидридов, амидов, ангидридов):
С6Н5–COOH + NaOH → С6Н5–COONa + H2O,
бензоат натрия
С6Н5СООН + НО–СН3 ⎯⎯→ С6Н5–СОO–СН3 + Н2О
метилбензоат
б) реакции замещения в бензольном кольце (нитрования, сульфирования, галогенирования). При этом образуются мета- замещенные производные, так как карбоксильная группа является заместителем второго рода.
Бензойная кислота используется в медицине, в производстве пищевых продуктов (как консервант), в синтезе красителей.
! Задачи для самостоятельной работы
1. Приведите способы получения уксусной кислоты. Напишите схемы реакций взаимодействия уксусной кислоты: а) с карбонатом кальция; б) вторичным пропиловым спиртом; в) аммиаком.
2. Получите масляную кислоту из соответствующего спирта. Напишите схемы реакций взаимодействия этой кислоты: а) с гидроксидом калия; б) карбонатом натрия; в) метанолом.
3. Как можно получить бензойную кислоту из углеводорода? Напишите схемы реакций взаимодействия этой кислоты: а) с гидроксидом натрия; б) этанолом; в) серной кислотой (сульфирование). Где в природе встречается бензойная кислота? Назовите области ее использования.
|
|
|
4. Напишите реакции получения кислот, используя нитрильный синтез, взяв в качестве исходного соединения: а) 1-бромпропан; б) 2-хлор-2-метилбутан.
5. Получите янтарную кислоту окислением гликоля и гидролизом динитрилов.
6. Напишите реакции взаимодействия:
а) масляной кислоты с аммиаком;
б) малоновой кислоты с одной и двумя молекулами NаОН;
в) 2-метипропионоаой кислоты с изопропиловым спиртом;
г) щавелевой кислоты с одной и двумя молекулами изобутилового спирта;
д) терефталевой кислоты с одной и двумя молекулами этилового спирта.
7. Напишите реакции получения амидов: а) масляной кислоты; б) 2,3-диметилвалериановой кислоты.
8. Напишите реакции галогенирования в присутствии РСl5 следующих кислот: а) метилэтилуксусной; б) о,п-диметилбензойной.
9. Какая реакция называется реакцией этерификации? Как отличить сложные эфиры от простых по их строению? Составьте уравнение образования диэтилового эфира янтарной кислоты.
10. Напишите реакции щелочного гидролиза сложных эфиров: а) ук-суснопропилового; б) метилизобутилового.
11. Какие вещества называются ангидридами карбоновых кислот? Как их получают из карбоновых кислот? Приведите реакцию образования ангидрида пропионовой кислоты.
12. Какие вещества называют амидами карбоновых кислот? Как их можно получить из хлорангидридов или ангидридов кислот? Приведите уравнение реакции на примере изомасляной кислоты.
13. Получите полный и неполный метиловые эфиры о -фталевой кисло-ты.
14. Напишите схемы следующих превращений:
Тема 5. Липиды
Методические указания
Липиды являются сборной группой органических соединений, большинство из которых принадлежит к сложным эфирам. Различают простые липиды (жиры, воски, стериды) и сложные липиды (фосфолипиды, гликолипиды).
Жиры – это сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта – глицерина.
Общая формула жира:
O
‖
Н2С ― О ― С ― R|
│
R|| ― O ― C ― CН O
|
|
|
‖ │ ‖
O Н2C ― O ― C ― R
Где R|, R||, R
Углеводородные радикалы высших жирных кислот. В состав жиров могут входить как насыщенные (миристиновая, пальмитиновая, стеариновая), так и ненасыщенные кислоты (олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая кислоты). Это кислоты нормального строения с четным числом атомов углерода. Консистенция жиров зависит от кислотного состава. Жиры, в составе которых преобладают насыщенные кислоты, являются твердыми; жиры, в составе которых содержатся преимущественно ненасыщенные кислоты, – жидкие (растительные масла). Так как жиры являются сложными эфирами, характерной реакцией для них является гидролиз. Гидролиз жира может происходить в кислой, нейтральной или щелочной среде (омыление). Кислотный гидролиз жиров используется для получения высших жирных кислот, а щелочной гидролиз – для получения мыла. По углеводородным радикалам остатков жирных кислот жиры могут вступать в реакции присоединения (гидрогенизация, галогенирование и др.). Воски – группа простых липидов, являющихся сложными эфирами высших спиртов и высших монокарбоновых кислот. Воски встречаются как в животном, так и в растительном мире, где выполняют главным образом защитные функции. Например: O ‖ • пчелиный воск C15H31C–O–C30H61; • ланолин (покрывает овечью шерсть) – смесь сложных эфиров полициклических спиртов; • спермацет (выделяют из спермацетового масла кашалота) O ‖ C15H31C–O–C16H33; • карнаубский воск – вещество, покрывающее листья пальмы – O ‖ C25H51C–O–C30H61, он защищает растение от потери влаги. Все воски представляют собой твердые вещества разнообразной окраски (чаще желтого или зеленого цвета). Воски более устойчивы к действию света, окислителей, нагреванию, а также хуже гидролизуются, чем жиры. Именно поэтому воски выполняют защитные функции. Воски применяются для приготовления различных кремов, мазей, в качестве добавок к мылам, пластырям, помадам и т.п. ! Задачи для самостоятельной работы 1. Напишите уравнения реакций образования следующих эфиров глицерина: а) тристеарина; б) диолеостеарина; в) пальмитодистеарина. 2. Напишите уравнения реакций, которые лежат в основе промышленных способов получения высших жирных кислот как сырья для получения мыла на примере диолеиностеарина. 3. Напишите уравнения реакций взаимодействия: а) пальмитиновой кислоты с карбонатом натрия; б) стеариновой кислоты с гидроксидом калия; в) олеиновой кислоты с бромом (Br2). 4. Что представляют собой жиры как химические соединения? От чего зависит консистенция жиров? Какой химический процесс лежит в основе превращения жидких жиров в твердые? Приведите пример такой реакции. 5. Напишите структурные формулы глицеридов: а) триолеина; б) тристеарина. Чем отличаются эти глицериды по физическим и химическим свойствам? Напишите соответствующие уравнения реакций 6. Что собой представляют воски как химические соединения? Приведите формулы отдельных представителей. Напишите уравнение реакции гидролиза для одного из них. Где применяется воск? 7. Какие вещества получаются при гидролизе жиров: а) в присутствии кислот; б) в щелочной среде? Какие реакции называются омылением жиров? 8. Получите твердое, жидкое и нерастворимое мыло из триолеина.
|
|
|
|
|
|
