Применение

Формальдегид используют для получения по­лимерных материалов (фенолформальдегидных смол). В водном растворе формальдегида (формалине) хранят анатомические пре­параты. Ацетальдегид применяют для получения различных соединений алифатического ряда — уксусной кислоты, уксусного ангидрида, этилового эфира уксусной кислоты и т.д. Ацетон используют как растворитель для лаков, красок и т.д.

Вопросы для закрепления темы:

1. Какие классы соединений с карбонильной группой известны?

2. Каковы общие формулы альдегидов, кетонов?

3. Какие виды изомерии характерны для альдегидов и кетонов?

4. Каковы тривиальные названия первых трех гомологов альдегидов?

5. В чем различие физических свойств альдегидов и кетонов? Каковы причины этих различий?

6. Каковы способы получения альдегидов и кетонов?

7. Каковы химические свойства предельных альдегидов?

8.Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при работе с альдегидами?

Лекция №24-25: Карбоновые кислоты. Состав и строение. Изомерия, номенклатура. Свойства. Применение и получение.

Карбоновыми кислотами называются соединения, содержащие карбоксильную группу

Классификация. По числу карбоксильных групп карбоновые кислоты делят на одноосновные (одна группа -СООН), двухосновные (две группы -СООН) и т.д. В зависимости от строения углеводородного ради­кала, с которым связана карбоксильная группа, карбоновые кислоты бывают алифатическими (например, уксусная или акриловая), алициклическими (например, циклогексанкарбоновая) или ароматическими (бензойная, фталевая).

Формула	Систематическое название	Тривиальное название
HCOOH	метановая	муравьиная
CH3COOH	этановая	уксусная
C2H5COOH	пропановая	пропионовая
C6H5COOH	бензойная	-
CH3(CH2)16COOH	октадециловая	стеариновая
HOOC-COOH	этандиовая	щавелевая
HOOC-CH2-COOH	пропандиовая	малоновая
HOOC-CH2CH2-COOH	бутандиовая	янтарная

Если в углеводородном радикале карбоновых кислот атом (атомы) водорода замещен на другие функциональные группы, то такие кислоты называются гетерофункционапьными. Среди них различают галогенкарбоновые (например, CH₂Cl—COOH), нитро-кислоты (например, NO₂—С₆Н₄СООН), аминокислоты, оксикислоты (например, молочная СН₃—СН(ОН)—СООН) и др.

Карбоновые кислоты с числом атомов углерода выше 6 называют высшими (жирными) кислотами. Название "жирные" эти кислоты получили потому, что большинство из них могут быть выделены из жиров.

Строение. Карбоксильная группа СООН состоит из карбо­нильной группы С=О и гидроксильной группы ОН. Свойства карбоксильной группы отличаются от свойств составляющих ее групп, которые оказывают взаимное влияние друг на друга. В группе СО атом углерода несет частичный положительный заряд и притягивает к себе неподеленную электронную пару атома кислорода в группе ОН. При этом электронная плотность на атоме кислорода уменьшается, и связь О-Н ослабляется:

В свою очередь, группа ОН "гасит" положительный заряд на группе СО, которая из-за этого теряет способность к реакциям присоединения, характерным для карбонильных соединений.

Номенклатура. В основе названий карбоновых кислот лежат названия соответствующих углеводородов. Наличие карбоксильной группы отражается окончанием -овая кислота. Низшие карбоновые кислоты часто имеют тривиальные названия: муравьиная, уксусная, масляная и др.

Углеводородную цепь нумеруют, начиная с атома углерода карбоксильной группы, например:

2-хлор-5-метилгептановая кислота

CH₃—CH=CH—COOH

бутен-2-овая кислота

Часто карбоксильную группу рассматривают как заместитель в молекуле углеводорода. При этом в названии употребляют словосочетание "карбоновая кислота" и в нумерацию атомов углерода цепи атом углерода карбоксильной группы не включают:

9 8
СН₃(СН₂)₇СН=СН(СН₂)₇СООН

Гептадецен-8-карбоновая (олеиновая) кислота

Названия дикарбоновых кислот производят от названия соответствующего углеводорода с добавлением суффикса "диовая" и слова "кислота". Например, этандиовая (щавелевая) кислота (НООС-СООН).

Изомерия. У карбоновых кислот возможны следующие виды изомерии:

1. Изомерия углеродной цепи. Она начинается с бутановой кислоты (С₃Н₇СООН), которая существует в виде двух изомеров:

2. Изомерия положения кратной связи, например:

СН₂=СН—СН₂—СООН СН₃—СН=СН—СООН
Бутен-3-овая кислота Бутен-2-овая кислота
(винилуксусная кислота) (кретоновая кислота)

3. Цис-транс- изомерия, например:

цис -бутен-2-овая транс-бутен-2-овая
кислота кислота

4. Межклассовая изомерия: например, масляной кислоте (СН₃—СН₂—СН₂—СООН) изомерны метиловый эфир пропановой кислоты (СН₃—СН₂—СО—О—СН₃) и этиловый эфир уксусной кислоты (СН₃—СО—О—СН₂—СН₃).

Физические свойства. Насыщенные алифатические монокарбоновые кислоты образуют гомологический ряд, который харак­теризуется общей формулой C_nH_2n+1 COOH. Низшие члены этого ряда при обычных условиях представляют собой жидкости, обла­дающие характерным острым запахом. Например, этановая (уксусная) кислота имеет характерный "уксусный" запах. Безвод­ная уксусная кислота при комнатной температуре представляет собой жидкость; при 17 °С она замерзает, превращаясь в льдистое вещество, которое получило название "ледяная" уксусная кисло­та. Средние представители этого гомологического ряда — вязкие, "маслообразные" жидкости; начиная с С₁₀ — твердые вещества. Кислоты, содержащие 1-3 углеродных атома, неограниченно смешиваются с водой. С дальнейшим ростом углеводородного радикала растворимость монокарбоновых кислот уменьшается, твердые высшие жирные кислоты в воде не растворяются. В жидком состоянии и в неводных растворах молекулы моно­карбоновых кислот димеризуются в результате образования меж­ду ними водородных связей. Это объясняет гораздо бо­лее высокие температуры кипения карбоновых кислот по сравнению со спиртами и альдегидами с тем же числом атомов углерода; температуры плавления и кипения с ростом молекуляр­ной массы возрастают.

Химические свойства. Карбоновые кислоты обладают всеми свойствами обычных кислот. Они реагируют с активными металлами, основными оксидами, основаниями и солями слабых кислот:

2RCOOH + Мg → (RCOO)₂Mg + Н₂,

2RCOOH + СаО → (RCOO)₂Ca + Н2О,

RCOOH + NaOH → RCOONa + Н2О,

RCOOH + NaHCO₃→ RCOONa + Н₂О + СО₂↑.

Карбоновые кислоты — слабые, поэтому сильные минеральные кислоты вытесняют их из соответствующих солей:

CH₃COONa + HCl → СН₃СООН + NaCl.

Соли карбоновых кислот в водных растворах гидролизованы:

СН₃СООК + Н₂О → СН₃СООН + КОН.

Отличие карбоновых кислот от минеральных заключается в возможности образования ряда функциональных производных. Сложные эфиры образуются при нагревании кислоты со спиртом в присутствии серной кислоты (обратимая реакция этерификации):

Гидролиз в щелочной среде необратим и приводит к образованию солей карбоновых кислот, например:

R-CO-OR' + NaOH → R-CO-ONa + R'OH.

Ряд свойств карбоновых кислот обусловлен наличием углеводородного радикала. При действии галогенов на кислоты в присутствии красного фосфора образуются галогензамещенные кислоты, причем на галоген замещается атом водорода при соседнем с карбоксильной группой атоме углерод:

СН₃-СН₂-СООН + Вr₂ → СН₃-СНВr-СООН + НВr

Карбоновые кислоты при действии восстановителей в присутствии катализаторов способны превращаться в альдегиды, спирты и даже углеводороды:

2[Н]

СН₃СООН → СН₃СНО + Н₂О

4[Н]

СН₃СООН →СН₃СН₂ОН + Н₂О

6[Н]

СН₃СООН →С₂Н₆ + 2Н₂0

Муравьиная кислота дает реакцию «серебряного зеркала»:

НСООН + Аg₂О → 2Аg + СО₂ + Н₂О.

Кроме того, муравьиная кислота окисляется хлором:

НСООН + Сl₂ → СО₂ + 2HCl.

В атмосфере кислорода карбоновые кислоты окисляются до СО₂ и Н₂О:

СН₃СООН + 2О₂ → 2СО₂ + 2Н₂О.

Дата добавления: 2014-01-07