Карбоновые кислоты и их производные

РЕФЕРАТ

Карбоновыми кислотами называют органические соединения, содержащие в своем составе карбоксильную группу. По международной заместительной номенклатуре карбоновым кислотам соответствует окончание -овая кислота в названии.

Д
ля простейших представителей класса, а также высших жирных

кислот (см. тему "Жиры"), приняты тривиальные названия (уксусная, стеариновая).

По числу карбоксильных групп делятся на монокарбоновые (одноосновные) и дикарбоновые (двухосновные), в зависимости от строения углеводородного скелета - на алифатические (уксусная, щавелевая) и ароматические (бензойная).

Предельные одноосновные карбоновые кислоты, содержащие от одного до одиннадцати атомов углерода - жидкости, хорошо смешивающиеся с водой. В твердом и жидком состояниях, а также в водных растворах молекулы кислот димеризуются в результате образования между ними водородных связей.

Одноосновные карбоновые кислоты

Общие способы получения

О
кисление углеводородов:

О
кисление первичных спиртов и альдегидов КMпО4 или К2Сr2О7:

Оксосинтез (см. тему «Химические свойства алкенов»).

Н
итрильный синтез:

М
агнийорганический синтез:

Гидролиз сложных эфиров - см. тему «Химические свойства одноатомных спиртов».

Химические свойства

Взаимное влияние составляющих карбоксильную группу карбонила и гидроксила с одной стороны уменьшает поляризацию связей СO карбонила, с другой стороны ослабляет связь О-Н гидроксила, что приводит к отсутствию реакций нуклеофильного присоединения AN и увеличению подвижности водорода гидроксила (кислотные свойства).

Кислотные свойства.

Карбоновые кислоты - слабые кислоты. С увеличением углеводородного радикала степень диссоциации уменьшается. Предельные монокарбоновые кислбты обладают всеми свойствами обычных кислот:

a) 2RCOOH + Mg  (RCOO)2Mg + Н2;

б) 2RCOOH + СаО  (RCOO)2Ca + Н2О ;

в) RCOOH + КОН  RCOOK + Н2О;

г) 2RCOOH + Na2CO3  2RCOONa + СO2 + Н2О.

С
равнение силы кислот:

В
заимодействие со спиртами (реакция этерификации).

О
бразование галогенангидридов:

О
бразование ангидридов (действием водоотнимаюших средств):

В
заимодействие с аммиаком с образованием амидов и нитрилов:

Непредельные карбоновые кислоты

Способы получения

Г
идролиз галогенопроизводных:

Д
егидратация гидроксикислот:

Нитрильный синтез:

Х
имические свойства

Г
идрогалогенирование:

Г
идратация:

Двухосновные кислоты

Химические свойства

П
иролиз щавелевой и малоновой кислот:

С
интез с малоновым эфиром:

Двухосновные непредельные кислоты

С
пособ получения

Х
имические свойства

О
ксикислоты

Способы получения

Г
идролиз галогенпроизводных:

Нитрильный синтез:

Р

еакция Реформатского (получение -оксикислот):

Химические свойства

Д
егидратация -гидроксикислот:

Д
егидратация -гидроксикислот:

Д
егидратация -гидроксикислот:

Оптическая изомерия гидроксикислот

Зеркальные изомеры называются оптическими антиподами (энантиомерами). Они вращают плоскость поляризации в разные стороны. Стереоизомеры, не являющиеся антиподами, называются диастереомерами. Общее количество оптических изомеров N вычисляется по формуле: N = 2 n, где n – количество асимметрических атомов углерода в молекуле.

Для идентификации оптических изомеров гидроксилслдержащих веществ применяют D-L-номенклатуру. Оптические изомеры винной кислоты представлены на рисунке.

Композиция, состоящая из равных количеств энантиомеров, называется рацематом.

Альдегидо- и кетокислоты

Способы получения

О
кисление двухатомных спиртов с одной концевой группировкой:

О
кисление оксикислот:

Г
идролиз вицинальных дигалогенопроизводных карбоновах кислот:

П
иролиз винной кислоты:

Химические свойства

П
иролиз:

Кето-енольная таутомерия ацетоуксусного эфира.

Т
аутомерия – динамическая изомерия: с повышением температуры увеличивается содержание енольной формы:

Сложные эфиры

Сложные эфиры - производные органических или кислородсодержащих неорганических кислот, у которых атом водорода замещен на углеводородный радикал. Названия образуются из названий кислот (кислотных остатков) и названий алкильных радикалов, входящих в состав спиртов.

П
ростейшие по составу сложные эфиры - бесцветные легкокипящие жидкости с фруктовым запахом; высшие сложные эфиры - воскообразные вещества. Все сложные эфиры в воде растворяются плохо.

Способы получения

Реакция этерификации (см. тему "Химические свойства одноосновных карбоновых кислот").

В
заимодействие хлорангидридов кислот и алкоголятов щелочных металлов:

Изоамилацетат – запах груши.

В
заимодействие солей карбоновых кислот и галогензамещенных углеводородов:

Этилформиат – запах рома.

Р
еакция ангидридов карбоновых кислот со спиртами:

Этилбутират – запах ананаса.

Химические свойства

Г
идролиз (омыление):

Р
еакция переэтерификации:

3
) Образование амидов кислот под действием аммиака:

Жиры

Жиры (триглицериды) - сложные эфиры глицерина и высших карбоновых (жирных) кислот. Наиболее часто в состав жиров входят предельные (пальмитиновая С15Н31СООН, стеариновая С17Н35СООН) и непредельные кислоты (олеиновая С17Н33СООН, линолевая С17Н31СООН, линоленовая С17Н29СООН). Природные жиры представляют собой смесь различных триглицеридов.

Жиры - вязкие жидкости или твердые вещества, легче воды, в воде не растворяются, но растворяются в органических растворителях.

Жиры, образованные предельными кислотами - твердые вещества, а непредельными - жидкие (они называются маслами). Чем больше в жирах содержание непредельных кислот, тем ниже их температура плавления.

Получение

И
з природных источников.

Реакция этерификации глицерина:

Химические свойства

I) Гидролиз (омыление).

В зависимости от условий гидролиз бывает: водный (без катализатора, при высоких температуре и давлении), кислотный (в присутствии кислоты в качестве катализатора), щелочной (под действием щелочей) и ферментативный (в живых организмах).

М
ылами называют соли высших жирных кислот. Натриевые соли образуют твердые мыла, калиевые - жидкие.

Реакции присоединения: гидрирование или гидрогенизация - получение твердых жиров из жидких. Характерна для жидких жиров, содержащих кратные связи.