Муравьиная кислота хлор. Подготовка к егэ по химии
Карбоновые кислоты - органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп.
Карбоксильная группа (сокращенно —COOH) - функциональная группа карбоновых кислот - состоит из карбонильной группы и связанной с ней гидроксильной группы.
По числу карбоксильных групп карбоновые кислоты делятся на одноосновные, двухосновные и т.д.
Общая формула одноосновных карбоновых кислот R—COOH. Пример двухосновной кислоты - щавелевая кислота HOOC—COOH.
По типу радикала карбоновые кислоты делятся на предельные (например, уксусная кислота CH 3 COOH), непредельные [например, акриловая кислота CH 2 =CH—COOH , олеиновая CH 3 —(CH 2) 7 —CH=CH—(CH 2) 7 —COOH] и ароматические (например, бензойная C 6 H 5 —COOH).
Изомеры и гомологи
Одноосновные предельные карбоновые кислоты R—COOH являются изомерами сложных эфиров (сокращенно R"—COOR"") с тем же числом атомов углерода. Общая формула и тех, и других C n H 2n O 2 .
г | HCOOH метановая (муравьиная) |
||||
CH 3 COOH этановая (уксусная) | HCOOCH 3 метиловый эфир муравьиной кислоты |
||||
CH 3 CH 2 COOH пропановая (пропионовая) |
HCOOCH 2 CH 3 этиловый эфир муравьиной кислоты |
CH 3 COOCH 3 метиловый эфир уксусной кислоты | |||
CH 3 (CH 2) 2 COOH бутановая (масляная) |
2-метилпропановая |
HCOOCH 2 CH 2 CH 3 пропиловый эфир муравьиной кислоты |
CH 3 COOCH 2 CH 3 этиловый эфир уксусной кислоты |
CH 3 CH 2 COOCH 3 метиловый эфир пропионовой кислоты |
|
и з о м е р ы |
Алгоритм составления названий карбоновых кислот
- Найдите главную углеродную цепь - это самая длинная цепь атомов углерода, включающая атом углерода карбоксильной группы.
- Пронумеруйте атомы углерода в главной цепи, начиная с атома углерода карбоксильной группы.
- Назовите соединение по алгоритму для углеводородов.
- В конце названия допишите суффикс "-ов", окончание "-ая" и слово "кислота".
В молекулах карбоновых кислот p -электроны атомов кислорода гидроксильной группы взаимодействуют с электронами -связи карбонильной группы, в результате чего возрастает полярность связи O—H, упрочняется -связь в карбонильной группе, уменьшается частичный заряд (+) на атоме углерода и увеличивается частичный заряд (+) на атоме водорода.
Последнее способствует образованию прочных водородных связей между молекулами карбоновых кислот.
Физические свойства предельных одноосновных карбоновых кислот в значительной степени обусловлены наличием между молекулами прочных водородных связей (более прочных, чем между молекулами спиртов). Поэтому температуры кипения и растворимость в воде у кислот больше, чем у соответствующих спиртов.
Химические свойства кислот
Упрочнение -связи в карбонильной группе приводит к тому, что реакции присоединения для карбоновых кислот нехарактерны.
- Горение:
CH 3 COOH + 2O 2 2CO 2 + 2H 2 O
- Кислотные свойства.
Из-за высокой полярности связи O-H карбоновые кислоты в водном растворе заметно диссоциируют (точнее, обратимо с ней реагируют):HCOOH HCOO - + H + (точнее HCOOH + H 2 O HCOO - + H 3 O +)
Все карбоновые кислоты - слабые электролиты. С увеличением числа атомов углерода сила кислот убывает (из-за снижения полярности связи O-H); напротив, введение атомов галогена в углеводородный радикал приводит к возрастанию силы кислоты. Так, в рядуHCOOH CH 3 COOH C 2 H 5 COOH
сила кислот снижается, а в рядуВозрастает.
Карбоновые кислоты проявляют все свойства, присущие слабым кислотам:
Mg + 2CH 3 COOH (CH 3 COO) 2 Mg + H 2
CaO + 2CH 3 COOH (CH 3 COO) 2 Ca + H 2 O
NaOH + CH 3 COOH CH 3 COONa + H 2 O
K 2 CO 3 + 2CH 3 COOH 2CH 3 COOK + H 2 O + CO 2 - Этерификация (реакция карбоновых кислот со спиртами, приводящая к образованию сложного эфира):
В реакцию этерификации могут вступать и многоатомные спирты, например, глицерин. Сложные эфиры, образованные глицерином и высшими карбоновыми кислотами (жирными кислотами) - это жиры.Жиры представляют собой смеси триглицеридов. Предельные жирные кислоты (пальмитиновая C 15 H 31 COOH, стеариновая C 17 H 35 COOH) образуют твердые жиры животного происхождения, а непредельные (олеиновая C 17 H 33 COOH, линолевая C 17 H 31 COOH и др.) - жидкие жиры (масла) растительного происхождения.
- Замещение в углеводородном радикале:
Замещение протекает в -положение.Особенность муравьиной кислоты HCOOH состоит в том, что это вещество - двуфункциональное соединение, оно одновременно является и карбоновой кислотой, и альдегидом:
Поэтому муравьиная кислота кроме всего прочего реагирует и с аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала; качественная реакция):HCOOH + Ag 2 O(аммиачный раствор) CO 2 + H 2 O + 2Ag
Получение карбоновых кислот
Альдегидами называют соединения, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с атомом водорода, т.е. общая формула альдегидов может быть записана как
где R – углеводородный радикал, который может быть разной степени насыщенности, например, предельный или ароматический.
Группу –СНО называют альдегидной.
Кетоны – органические соединения, в молекулах которых содержится карбонильная группа, соединенная с двумя углеводородными радикалами. Общую формулу кетонов можно записать как:
где R и R’ – углеводородные радикалы, например, предельные (алкилы) или ароматические.
Гидрирование альдегидов и кетонов
Альдегиды и кетоны могут быть восстановлены водородом в присутствии катализаторов и нагревании до первичных и вторичных спиртов соответственно:
Окисление альдегидов
Альдегиды легко могут быть окислены даже такими мягкими окислителями, как гидроксид меди и аммиачный раствор оксида серебра.
При нагревании гидроксида меди с альдегидом происходит исчезновение изначального голубого окрашивания реакционной смеси, при этом образуется кирпично-красный осадок оксида одновалентной меди:
В реакции с аммиачным раствором оксида серебра вместо самой карбоновой кислоты образуется ее аммонийная соль, поскольку находящийся в растворе аммиак реагирует с кислотами:
Кетоны в реакцию с гидроксидом меди (II) и аммиачным раствором оксида серебра не вступают. По этой причине эти реакции являются качественными на альдегиды. Так реакция с аммиачным раствором оксида серебра при правильной методике ее проведения приводит к образованию на внутренней поверхности реакционного сосуда характерного серебряного зеркала.
Очевидно, что если мягкие окислители могут окислить альдегиды, то само собой это могут сделать и более сильные окислители, например, перманганат калия или дихромат калия. При использовании данных окислителей в присутствии кислот образуются карбоновые кислоты:
Химические свойства карбоновых кислот
Карбоновыми кислотами называют производные углеводородов, содержащие одну или несколько карбоксильных групп.
Карбоксильная групп а:
Как можно видеть, карбоксильная группа состоит из карбонильной группы –С(О)- , соединенной с гидроксильной группой –ОН.
В связи с тем, что к гидроксильной группе непосредственно прикреплена карбонильная, обладающая отрицательным индуктивным эффектом связь О-Н является более полярной, чем в спиртах и фенолах. По этой причине карбоновые кислоты обладают заметно более выраженными, чем спирты и фенолы, кислотными свойствами. В водных растворах они проявляют свойства слабых кислот, т.е. обратимо диссоциируют на катионы водорода (Н+) и анионы кислотных остатков:
Реакции образования солей
С образованием солей карбоновые кислоты реагируют с:
1) металлами до водорода в ряду активности:
2) аммиаком
3) основными и амфотерными оксидами:
4) основными и амфотерными гидроксидами металлов:
5) солями более слабых кислот – карбонатами и гидрокарбонатами, сульфидами и гидросульфидами, солями высших (с большим числом атомов углерода в молекуле) кислот:
Систематические и тривиальные названия некоторых кислот и их солей представлены в следующей таблице:
Формула кислоты | Название кислоты тривиальное/систематическое | Название соли тривиальное/систематическое |
HCOOH | муравьиная/ метановая | формиат/ метаноат |
CH 3 COOH | уксусная/ этановая | ацетат/ этаноат |
CH 3 CH 2 COOH | пропионовая/ пропановая | пропионат/ пропаноат |
CH 3 CH 2 CH 2 COOH | масляная/ бутановая | бутират/ бутаноат |
Следует помнить и обратное: сильные минеральные кислоты вытесняют карбоновые кислоты из их солей как более слабые:
Реакции с участием ОН группы
Карбоновые кислоты вступают в реакцию этерификации с одноатомными и многоатомными спиртами в присутствии сильных неорганических кислот, при этом образуются сложные эфиры:
Данного типа реакции относятся к обратимым, в связи с чем с целью смещения равновесия в сторону образования сложного эфира их следует осуществлять, отгоняя более летучий сложный эфир при нагревании.
Обратный реакции этерификации процесс называют гидролизом сложного эфира:
Необратимо данная реакция протекает в присутствии щелочей, поскольку образующаяся кислота реагирует с гидроксидом металла с образованием соли:
Реакции замещения атомов водорода в углеводородном заместителе
При проведении реакций карбоновых с хлором или бромом в присутствии красного фосфора при нагревании происходит замещение атомов водорода при α-атоме углерода на атомы галогена:
В случае большей пропорции галоген/кислота может произойти и более глубокое хлорирование:
Реакции разрушения карбоксильной группы (декарбоксилирование)
Особые химические свойства муравьиной кислоты
Молекула муравьиной кислоты, несмотря на свои малые размеры, содержит сразу две функциональные группы:
В связи с этим она проявляет не только свойства кислот, но также и свойства альдегидов:
При действии концентрированной серной кислоты муравьиная кислота разлагается на воду и угарный газ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом, называют карбоновыми кислотами .
Первые три члена гомологического ряда карбоновых кислот, включая пропионовую кислоту, — жидкости, имеющие резкий запах, хорошо растворимые в воде. Следующие гомологи, начиная с масляной кислоты, — также жидкости, обладающие резким неприятным запахом, но плохо растворимые в воде. Высшие кислоты, с числом атомов углерода 10 и более, представляют собой твердые вещества, без запаха, нерастворимые в воде. В целом, в ряду гомологов с увеличением молекулярной массы уменьшается растворимость в воде, уменьшается плотность и возрастает температура кипения (табл. 1).
Таблица 1. Гомологический ряд карбоновых кислот.
Получение карбоновых кислот
Карбоновые кислоты получают окислением предельных углеводородов, спиртов, альдегидов. Например, уксусную кислоту - окислением этанола раствором перманганата калия в кислой среде при нагревании:
Химические свойства карбоновых кислот
Химические свойства карбоновых кислот обусловлены в первую очередь особенностями их строения. Так, растворимые в воде кислоты способны диссоциировать на ионы:
R-COOH↔R-COO — + H + .
Благодаря наличию в воде иона H + они имеют кислый вкус, способны менять окраску индикаторов и проводить электрический ток. В водном растворе эти кислоты - слабые электролиты.
Карбоновые кислоты обладают химическими свойствами, характерными для растворов неорганических кислот, т.е. взаимодействуют с металлами (1), их оксидами (2), гидроксидами (3) и слабыми солями (4):
2CH 3 -COOh + Zn → (CH 3 COO) 2 Zn + H 2 (1);
2CH 3 -COOH + CuO→ (CH 3 COO) 2 Cu + H 2 O (2);
R-COOH + KOH → R-COOK + H 2 O (3);
2CH 3 -COOH + NaHCO 3 → CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 (4).
Специфическое свойство предельных, а также непредельных карбоновых кислот, проявляемое за счет функциональной группы, — взаимодействие со спиртами.
Карбоновые кислоты взаимодействуют со спиртами при нагревании и в присутствии концентрированной серной кислоты. Например, если к уксусной кислоте прилить этиловый спирт и немного серной кислоты, то при нагревании появляется запах этилового эфира уксусной кислоты (этилацетата):
CH 3 -COOH + C 2 H 5 OH ↔CH 3 -C(O)-O-C 2 H 5 + H 2 O.
Специфическое свойство предельных карбоновых кислот, проявляемое за счет радикала, — реакция галогенирования (хлорирования).
Применение карбоновых кислот
Карбоновые кислоты служат исходным сырьем для получения кетонов, галогенангидридов, виниловых эфиров и других важных классов органических соединений.
Муравьиная кислота широко применяется для получения сложных эфиров, используемых в парфюмерии, в кожевенном деле (дубление кож), текстильной промышленности (как протрава при крашении), в качестве растворителя и консерванта.
Водный раствор (70-80%-ной) уксусной кислоты называется уксусной эссенцией, а 3-9%-ный водный раствор - столовым уксусом. Эссенция нередко используется для получения уксуса в домашних условиях путем разведения.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
Задание | С помощью каких химических реакций можно осуществить следующие превращения:
а) CH 4 → CH 3 Cl → CH 3 OH → HCHO → HCOOH → HCOOK. Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания. |
Ответ | а) Хлорирование метана на свету приводит к получению хлорметана:
CH 4 + Cl 2 →CH 3 Cl + HCl. Галогенпроизводные алканов подвергаются гидролизу в водной или щелочной среде с образованием спиртов: CH 3 Cl + NaOH→CH 3 OH + NaCl. В результате окисления первичных спиртов, например, дихроматом калия в кислой среде в присутствии катализатора (Cu, CuO, Pt, Ag) образуются альдегиды: CH 3 OH+ [O] →HCHO. Альдегиды легко окисляются до соответствующих карбоновых кислот, например, перманганатом калия: HCHO + [O] →HCOOH. Карбоновые кислоты, проявляют все свойства, присущие слабым минеральным кислотам, т.е. способны взаимодействовать с активными металлами с образованием солей: 2HCOOH+ 2K→2HCOOK + H 2 . |
ПРИМЕР 2
Задание | Напишите уравнения реакций между следующими веществами: а) 2-метилпропановой кислотой и хлором; б) уксусной кислотой и пропанолом-2; в) акриловой кислотой и бромной водой; г) 2-метилбутановой кислотой и хлоридом фосфора (V). Укажите условия протекания реакций. |
Ответ | а) в результате реакции взаимодействия между 2-метилпропановой кислотой и хлором происходит замещение атома водорода в углеводородном радикале, находящемся в a-положение; образуется 2-метил-2-хлорпропановая кислота
H 3 C-C(CH 3)H-COOH + Cl 2 → H 3 C-C(CH 3)Cl-COOH + HCl (kat = P). б) в результате реакции взаимодействия между уксусной кислотой и пропанолом-2 происходит образование сложного эфира - изопропиловый эфир уксусной кислоты. CH 3 -COOH + CH 3 -C(OH)H-CH 3 → CH 3 -C(O)-O-C(CH 3)-CH 3 . в) в результате реакции взаимодействия между акриловой кислотой и бромной водой присоединение галогена по месту двойной связи в соответствии с правилом Марковникова; образуется 2,3-дибромпропановая кислота CH 2 =CH-COOH + Br 2 → CH 2 Br-CHBr-COOH г) в результате реакции взаимодействия между 2-метилбутановой кислотой и хлоридом фосфора (V) образуется соответствующий хлорангидрид CH 3 -CH 2 -C(CH 3)H-COOH + PCl 5 →CH 3 -CH 2 -C(CH 3)H-COOCl + POCl 3 + HCl. |
КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ.
Карбоновыми кислотами называются производные углеводородов, в молекуле которых содержится одна или несколько карбоксильных групп
Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот: С n H 2n O 2
Классификация карбоновых кислот.
1. По числу карбоксильных групп:
Одноосновные (монокарбоновые)
Многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т.д.).
По характеру углеводородного радикала:
Предельные CH 3 -CH 2 -CH 2 -COOH ; бутановая кислота.
Непредельные CH 2 =CH-CH 2 -COOH ; бутен-3-овая кислота.
Ароматические
пара-метилбензойная кислота
НАЗВАНИЯ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.
Название
её соли и
муравьиная
метановая
HCOOH
уксусная
этановая
CH 3 COOH
пропионовая
пропановая
пропионат
CH 3 CH 2 COOH
масляная
бутановая
CH 3 (CH 2) 2 COOH
валериановая
пентановая
CH 3 (CH 2) 3 COOH
капроновая
гексановая
гексанат
CH 3 (CH 2) 4 COOH
пальмитиновая
гексадекановая
пальмитат
С 15 Н 31 СООН
стеариновая
октадекановая
С 17 Н 35 СООН
акриловая
пропеновая
CH 2 =CH–COOH
олеиновая
СН 3 (СН 2) 7 СН=СН(СН 2) 7 СООН
бензойная
бензойная
C 6 H 5 -COOH
щавелевая
этандиовая
НООС - COOH
ИЗОМЕРИЯ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.
1. Изомерия углеродной цепи. Начинается с бутановой кислоты (С 3 Н 7 СООН ) , которая существует в виде двух изомеров: масляной (бутановой) и изомасляной (2-метилпропановой) кислот.
2. Изомерия положения кратной связи в непредельных кислотах, например:
СН 2 =СН-СН 2 -СООН СН 3 -СН=СН-СООН
Бутен-3-овая кислота Бутен-2-овая кислота
(винилуксусная кислота) (кротоновая кислота)
3. Цис-, транс-изомерия в непредельных кислотах, например:
4. Межклассовая изомерия : Карбоновые кислоты изомерны сложным эфирам:
Уксусная кислота СН 3 -СООН и метилформиат Н-СООСН 3
5. Изомерия положения функциональных групп у гетерофункционалъных кислот.
Например, существуют три изомера хлормасляной кислоты: 2-хлорбутановая, 3-хлорбутановая и 4-хлорбутановая.
СТРОЕНИЕ КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ.
Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы – карбонил и гидроксил, взаимно влияющие друг на друга
Кислотные свойства карбоновых кислот обусловлены
смещением электронной плотности к карбонильному кислороду
и вызванной этим дополнительной (по сравнению со спиртами) поляризацией связи О–Н.
В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:
Растворимость в воде и высокие температуры кипения кислот обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей. С увеличением молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается.
ПРОИЗВОДНЫЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ – в них гидроксогруппа замещена на некоторые другие группы. Все они при гидролизе образуют карбоновые кислоты.
Сложные эфиры
Галогенангидриды
Ангидриды
ПОЛУЧЕНИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.
1. Окисление спиртов в жестких условиях – раствором перманганата или дихромата калия в кислой среде при нагревании.
2.Окисление альдегидов : раствором перманганата или дихромата калия в кислой среде при нагревании, реакцией серебряного зеркала, гидроксидом меди при нагревании.
3. Щелочной гидролиз трихлоридов :
R-CCl 3 + 3NaOH + 3NaCl
неустойчивое вещество
[ R - C ( OH ) 3 ] RCOOH + H 2 O
4. Гидролиз сложных эфиров.
R-COOR 1 + KOH RCOOK + R 1 OH
RCOOK + HCl R-COOH + KCl
5. Гидролиз нитрилов, ангидридов, солей.
1)нитрил: R -CN + 2H 2 O –(H +) RCOOH
2)ангидрид: (R -COO ) 2 O + H 2 O 2RCOOH
3)натриевая соль: R -COONa +HCl R -COOH + NaCl
6. Взаимодействие реактива Гриньяра с СО 2:
R-MgBr + CO 2 R-COO-MgBr
R-COO-MgBr -(+H 2 O) R-COOH +Mg(OH)Br
7. Муравьиную кислоту получают нагреванием оксида углерода (II) с гидроксидом натрия под давлением:
NaOH + CO –(200 o C,p) HCOONa
2HCOONa+ H 2 SO 4 2HCOOH + Na 2 SO 4
8. Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана :
2C 4 H 10 + 5O 2 4CH 3 -COOH + 2H 2 O
9. Для получения бензойной кислоты можно использовать окисление монозамещенных гомологов бензола кислым раствором перманганата калия:
5C 6 H 5 –CH 3 +6KMnO 4 +9H 2 SO 4 5C 6 H 5 -COOH+3K 2 SO 4 + MnSO 4 + 14H 2 O
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.
1. Кислотные свойства – замещение атома Н в карбоксильной группе на металл или ион аммония.
1.Взаимодействие с металлами
2CH 3 COOH+Ca (CH 3 COO) 2 Ca+H 2
ацетаткальция
2.Взаимодействие с оксидами металлов
2CH 3 COOH+BaO (CH 3 COO) 2 Ba+H 2 O
3.Реакция нейтрализации с гидроксидами металлов
2CH 3 COOH+Cu(OH) 2 (CH 3 COO) 2 Cu + 2H 2 O
4.Взаимодействие с солями более слабых и летучих (или нерастворимых) кислот
2CH 3 COOH+CaCO 3 (CH 3 COO) 2 Ca + H 2 O + CO 2
4*. Качественная реакция на карбоновые кислоты: взаимодействие с содой (гидрокарбонатом натрия) или другими карбонатами и гидрокарбонатами.
В результате наблюдается выделение углекислого газа.
2CH 3 COOH+Na 2 CO 3 à 2CH 3 COONa+H 2 O+CO 2
2. Замещение гидроксильной группы:
5 .Реакция этерификации
6.Образование галоген-ангидридов – с помощью хлоридов фосфора (III ) и (V ).
7. Образование амидов:
8. Получение ангидридов.
С помощью Р 2 О 5 можно дегидратировать карбоновую кислоту – в результате получается ангидрид.
2СН 3 – СООН + Р 2 О 5 (СН 3 СО) 2 О + НРО 3
3. Замещение атома водорода при атоме углерода, ближайшем к карбоксильной группе ( -углеродный атом)
9.Галогенирование кислот – реакция идёт в присутствии красного фосфора или на свету.
CH 3 -COOH+Br 2 –(Р кр ) CH 2 -COOH + НВr
Особенности муравьиной кислоты.
1. Разложение при нагревании.
Н- СООН –(H 2 SO 4 конц,t) CO + H 2 O
2. Реакция серебряного зеркала и с гидроксидом меди (II ) – муравьиная кислота проявляет свойства альдегидов.
Н-COOH +2OH (NH 4) 2 СО 3 +2 Ag +2NH 3 +H 2 O
H-COOH + Cu(OH) 2 –t CO 2 + Cu 2 O + H 2 O
3. Окисление хлором и бромом, а также азотной кислотой.
H-COOH + Cl 2 CO 2 + 2HCl
Особенности бензойной кислоты.
1. Разложение при нагревании – декарбоксилирование.
При нагревании бензойной кислоты она разлагается на бензол и углекислый газ:
-(t) + CO 2
2. Реакции замещения в ароматическом кольце.
Карбоксильная группа является электроноакцепторной, она уменьшает электронную плотность бензольного кольца и является мета-ориентантом.
HNO 3 –(H 2 SO 4 ) +H 2 O
Особенности щавелевой кислоты.
1. Разложение при нагревании
2. Окисление перманганатом калия.
Особенности непредельных кислот (акриловой и олеиновой).
1. Реакции присоединения.
Присоединение воды и бромоводорода к акриловой кислоте происходит против правила Марковникова, т.к. карбоксильная группа является электроноакцепторной:
СН 2 = СН- СООН + НBr Br-CH 2 -CH 2 -COOH
Также к непредельным кислотам можно присоединять галогены и водород:
С 17 Н 33 -СООН+H 2 C 17 H 35 -COOH (стеариновая)
2. Реакции окисления
При мягком окислении акриловой кислоты образуется 2 гидроксогруппы:
3СН 2 =СН-СООН+2KMnO 4 +2H 2 O 2CH 2 (OH )-CH (OH )-COO К + CH 2 (OH )-CH (OH )-COOH +2MnO 2
Свойства солей карбоновых кислот.
1. Обменные реакции с более сильными кислотами и со щелочами.
CH 3 -COONa + HCl CH 3 -COOH + NaCl
(CH 3 -COO) 2 Cu + KOH Cu(OH) 2 ↓+ CH 3 COOK
2. Термическое разложение солей двухвалентных металлов (кальция, магния, бария)- образуются кетоны.
(CH 3 -COO) 2 Ca -(t) CaCO 3 + CH 3 -C-CH 3
3. Сплавление солей щелочных металлов со щелочью (реакция Дюма)- получаются алканы.
CH 3 -COONa + NaOH -(t) CH 4 + Na 2 CO 3
4. Электролиз водных растворов солей карбоновых кислот (реакция Кольбе).
2CH 3 -COONa +2Н 2 О -(эл.ток)
C 2 H 6 +2CO 2 + H 2 +2NaOH
анодкатод
Свойства галогенангидридов
1. Гидролиз – получается кислота.
CH 3 -COCl + H 2 O CH 3 -COOH + HCl
2. Реакции ацилирования бензола, аминов, солей фенола.
CH 3 -COCl+ -(AlCl 3)
HCl+
3. Получение амидов и сложных эфиров
CH 3 -COCl + NH 3 CH 3 -CONH 2 + NH 4 Cl
С 6 Н 5 - ОNa+ C 2 H 5 -C=O -(t) NaCl + C 6 H 5 -O-C=O
Cl C 2 H 5
Классификация
а) По основности (т. е. числукарбоксильных групп в молекуле):
Одноосновные (монокарбоновые) RCOOH; например:
СН 3 СН 2 СН 2 СООН;
НООС-СН 2 -СООН пропандиовая (малоновая) кислота
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty2.png)
Трехосновные (трикарбоновые) R(COOH) 3 и т. д.
б) По строению углеводородного радикала:
Алифатические
предельные; например: СН 3 СН 2 СООН;
непредельные; например: СН 2 =СНСООН пропеновая(акриловая) кислота
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty3.png)
Алициклические, например:
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty4.png)
Ароматические, например:
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty5.png)
Предельные монокарбоновые кислоты
(одноосновные насыщенные карбоновые кислоты) – карбоновые кислоты, в которых насыщенный углеводородный радикал соединен с одной карбоксильной группой -COOH. Все они имеют общую формулу C n H 2n+1 COOH (n ≥ 0); или CnH 2n O 2 (n≥1)
Номенклатура
Систематические названия одноосновных предельных карбоновых кислот даются по названию соответствующего алкана с добавлением суффикса - овая и слова кислота.
1. НСООН метановая (муравьиная) кислота
2. СН 3 СООН этановая (уксусная) кислота
3. СН 3 СН 2 СООН пропановая (пропионовая) кислота
Изомерия
Изомерия скелета в углеводородном радикале проявляется, начиная с бутановой кислоты, которая имеет два изомера:
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty6.png)
Межклассовая изомерия проявляется, начиная с уксусной кислоты:
CH 3 -COOH уксусная кислота;
H-COO-CH 3 метилформиат (метиловый эфир муравьиной кислоты);
HO-CH 2 -COH гидроксиэтаналь (гидроксиуксусный альдегид);
HO-CHO-CH 2 гидроксиэтиленоксид.
Гомологический ряд
Тривиальное название |
Название по ИЮПАК |
|
Муравьиная кислота |
Метановая кислота |
|
Уксусная кислота |
Этановая кислота |
|
Пропионовая кислота |
Пропановая кислота |
|
Масляная кислота |
Бутановая кислота |
|
Валериановая кислота |
Пентановая кислота |
|
Капроновая кислота |
Гексановая кислота |
|
Энантовая кислота |
Гептановая кислота |
|
Каприловая кислота |
Октановая кислота |
|
Пеларгоновая кислота |
Нонановая кислота |
|
Каприновая кислота |
Декановая кислота |
|
Ундециловая кислота |
Ундекановая кислота |
|
Пальмитиновая кислота |
Гексадекановая кислота |
|
Стеариновая кислота |
Октадекановая кислота |
Кислотные остатки и кислотные радикалы
Кислотный остаток |
Кислотный радикал (ацил) |
|
НСООН |
НСОО- |
|
СН 3 СООН |
СН 3 СОО- |
|
СН 3 СН 2 СООН |
СН 3 СН 2 СОО- |
|
СН 3 (СН 2) 2 СООН |
СН 3 (СН 2) 2 СОО- |
|
СН 3 (СН 2) 3 СООН |
СН 3 (СН 2) 3 СОО- |
|
СН 3 (СН 2) 4 СООН |
СН 3 (СН 2) 4 СОО- |
Электронное строение молекул карбоновых кислот
Показанное в формуле смещение электронной плотности в сторону карбонильного атома кислорода обусловливает сильную поляризацию связи О-Н, в результате чего облегчается отрыв атома водорода в виде протона - в водных растворах происходит процесс кислотной диссоциации:
RCOOH ↔ RCOO - + Н +
В карбоксилат-ионе (RCOO -) имеет место р, π-сопряжение неподеленной пары электронов атома кислорода гидроксильной группы с р-облаками, образующими π- связь, в результате происходит делокализация π- связи и равномерное распределение отрицательного заряда между двумя атомами кислорода:
В связи с этим для карбоновых кислот, в отличие от альдегидов, не характерны реакции присоединения.
Физические свойства
Температуры кипения кислот значительно выше температур кипения спиртов и альдегидов с тем же числом атомов углерода, что объясняется образованием циклических и линейных ассоциатов между молекулами кислот за счет водородных связей:
Химические свойства
I. Кислотные свойства
Сила кислот уменьшается в ряду:
НСООН → СН 3 СООН → C 2 H 6 COOH → ...
1. Реакции нейтрализации
СН 3 СООН + КОН → СН 3 СООК + н 2 O
2. Реакции с основными оксидами
2HCOOH + СаО → (НСОО) 2 Са + Н 2 O
3. Реакции с металлами
2СН 3 СН 2 СООН + 2Na → 2СН 3 СН 2 COONa + H 2
4. Реакции с солями более слабых кислот (в т. ч. с карбонатами и гидрокарбонатами)
2СН 3 СООН + Na 2 CO 3 → 2CH 3 COONa + CO 2 + Н 2 O
2НСООН + Mg(HCO 3) 2 → (НСОО) 2 Мg + 2СO 2 + 2Н 2 O
(НСООН + НСО 3 - → НСОО - + СO2 +Н2O)
5. Реакции с аммиаком
СН 3 СООН + NH 3 → CH 3 COONH 4
II. Замещение группы -ОН
1. Взаимодействие со спиртами (реакции этерификации)
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty15.png)
2. Взаимодействие с NH 3 при нагревании (образуются амиды кислот)
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty16.png)
Амиды кислот гидролизуются с образованием кислот:
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty18.png)
или их солей:
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty19.png)
3. Образование галогенангидридов
Наибольшее значение имеют хлорангидриды. Хлорирующие реагенты - PCl 3 , PCl 5 , тионилхлорид SOCl 2 .
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty20.png)
4. Образование ангидридов кислот (межмолекулярная дегидратация)
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty21.png)
Ангидриды кислот образуются также при взаимодействии хлорангидридов кислот с безводными солями карбоновых кислот; при этом можно получать смешанные ангидриды различных кислот; например:
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty22.png)
III. Реакции замещения атомов водорода у α-углеродного атома
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty23.png)
Особенности строения и свойств муравьиной кислоты
Строение молекулы
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty24.png)
Молекула муравьиной кислоты, в отличие от других карбоновых кислот, содержит в своей структуре альдегидную группу.
Химические свойства
Муравьиная кислота вступает в реакции, характерные как для кислот, так и для альдегидов. Проявляя свойства альдегида, она легко окисляется до угольной кислоты:
В частности, НСООН окисляется аммиачным раствором Ag 2 O и гидроксидом меди (II) Сu(ОН) 2 , т. е. дает качественные реакции на альдегидную группу:
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty26.png)
При нагревании с концентрированной H 2 SO 4 муравьиная кислота разлагается на оксид углерода (II) и воду:
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty27.png)
Муравьиная кислота заметно сильнее других алифатических кислот, так как карбоксильная группа в ней связана с атомом водорода, а не с электроно-донорным алкильным радикалом.
Способы получения предельных монокарбоновых кислот
1. Окисление спиртов и альдегидов
Общая схема окисления спиртов и альдегидов:
В качестве окислителей используют KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , HNO 3 и другие реагенты.
Например:
5С 2 Н 5 ОН + 4KMnO 4 + 6H 2 S0 4 → 5СН 3 СООН + 2K 2 SO 4 + 4MnSO 4 + 11Н 2 O
2. Гидролиз сложных эфиров
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty29.png)
3. Окислительное расщепление двойных и тройных связей в алкенах и в алкинах
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty30.png)
Способы получения НСООН (специфические)
1. Взаимодействие оксида углерода (II) с гидроксидом натрия
СO + NaOH → HCOONa формиат натрия
2HCOONa + H 2 SO 4 → 2НСООН + Na 2 SO 4
2. Декарбоксилирование щавелевой кислоты
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty31.png)
Способы получения СН 3 СООН (специфические)
1. Каталитическое окисление бутана
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty32.png)
2. Синтез из ацетилена
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty33.png)
3. Каталитическое карбонилирование метанола
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty34.png)
4. Уксуснокислое брожение этанола
Так получают пищевую уксусную кислоту.
Получение высших карбоновых кислот
Гидролиз природных жиров
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty36.png)
Непредельные монокарбоновые кислоты
Важнейшие представители
Общая формула алкеновых кислот: C n H 2n-1 COOH (n ≥ 2)
CH 2 =CH-COOH пропеновая (акриловая) кислота
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty37.png)
Высшие непредельные кислоты
Радикалы этих кислот входят в состав растительных масел.
C 17 H 33 COOH - олеиновая кислота, или цис -октадиен-9-овая кислота
Транс -изомер олеиновой кислоты называется элаидиновой кислотой.
C 17 H 31 COOH - линолевая кислота, или цис, цис -октадиен-9,12-овая кислота
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty39.png)
C 17 H 29 COOH - линоленовая кислота, или цис, цис, цис -октадекатриен-9,12,15-овая кислота
Кроме общих свойств карбоновых кислот, для непредельных кислот характерны реакции присоединения по кратным связям в углеводородном радикале. Так, непредельные кислоты, как и алкены, гидрируются и обесцвечивают бромную воду, например:
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty41.png)
Отдельные представители дикарбоновых кислот
Предельные дикарбоновые кислоты HOOC-R-COOH
HOOC-CH 2 -COOH пропандиовая (малоновая) кислота, (соли и эфиры - малонаты)
HOOC-(CH 2) 2 -COOH бутадиовая (янтарная) кислота, (соли и эфиры - сукцинаты)
HOOC-(CH 2) 3 -COOH пентадиовая (глутаровая) кислота, (соли и эфиры - глутораты)
HOOC-(CH 2) 4 -COOH гексадиовая (адипиновая) кислота, (соли и эфиры - адипинаты)
Особенности химических свойств
Дикарбоновые кислоты во многом сходны с монокарбоновыми, однако являются более сильными. Например, щавелевая кислотасильнее уксусной почти в 200 раз.
Дикарбоновые кислоты ведут себя как двухосновные и образуют два ряда солей - кислые и средние:
HOOC-COOH + NaOH → HOOC-COONa + H 2 O
HOOC-COOH + 2NaOH → NaOOC-COONa + 2H 2 O
При нагревании щавелевая и малоновая кислоты легко декарбоксилируются:
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty43.png)