Презентация на тему Карбоновые кислоты

карбоксильного иона.
Реакционная способность кислот.
Функциональные производные карбоновых кислот: хлорангидриды, ангидриды,

сложные эфиры, амиды, нитрилы.

группу -СООН.
Общая формула:

O O
// //
R – C – C
\ \
OH OH

содержит карбонильную и гидроксильную группы, которые оказывают
взаимное влияние друг

на друга. Неподеленная электронная пара
атома кислорода в гидроксильной группе смещена в сторону
карбонильного углерода, на котором находится частичный положительный
заряд. Вследствие этого связь О-Н становится менее прочной, что
увеличивает кислотные свойства соединения (легче отщепляется протон
Н+ .
σ-
O
σ+//
R – C σ- σ+
O H
 

гидроксильного атома кислорода уменьшает частичный положительный заряд на

атоме углерода и тем самым ослабляет активность карбонильной группы С=О.
По числу карбоксильных групп в молекуле карбоновые кислоты делят на монокарбоновые или одноосновные (одна карбоксильная группа), дикарбоновые или двухосновные (две карбоксильные группы) и т.д..
В зависимости от структуры углеводородного радикала кислоты могут быть предельными и непредельными ,алифатическими, циклическими, ароматическими:
  O
//
CH3 – C уксусная кислота, этановая кислота
\
OH
 
O
//
CH2 = CH – C акриловая кислота, пропеновая кислота
\
OH

рассматриваются как производные углеводородов , названия которых используются как

корень слова с прибавлением окончания -овая кислота ( метановая кислота, пропановая кислота и т.д.). Названия двухосновных карбоновых кислот составляют с использованием окончания -диовая кислота
Для органических кислот широко распространены тривиальные названия, которые чаще всего связаны с природными источниками получения соответствующих кислот: масляная, яблочная,щавелевая, молочная, лимонная и т.д.
Если в молекуле кислоты есть заместители, то перед названием кислоты цифрой или буквой из греческого алфавита указывают их положение и название. Нумерация атомов углерода производят ,начиная с атома углерода карбоксильной группы. Буквой α
обозначают атом углерода , непосредственно связанный с карбоксильной группой, следующие за ним атом обозначают буквой β и т.д.
O
4 3 2 1 //
СН2=СН- СН - C 2-метилбутен-3-овая кислота
| \
СН3 OH
 
 
O
α //
CH3 – CH – C 2-метилпропановая кислота, α-метилпропионовая кислота
| \
СН3 ОН

уксусной кислоты.
Например:
Монокарбоновые кислоты

O
//
H – C муравьиная кислота, метановая кислота
\
OH
O
//
CH3 – C уксусная кислота, этановая кислота
\
OH
O
//
CH3 – CH2 – C пропионовая кислота, пропановая кислота, 2-метилуксусная
\ кислота (РН)
OH

O
//
CH3 – CH – C изомасляная кислота, 2-метилпропановая кислота,
| \ 2,2-диметилуксусная кислота
CH3 OH


 
O
//
CH2 = CH – C акриловая кислота, пропеновая кислота
\
OH
O
//
CH3 – CH = CH – C кротоновая кислота, бутен–2-кислота
\
OH

этандикарбоновая кислота, щавелевая кислота
НООС – СН2 – СООН пропандиовая кислота, малоновая кислота
НООС – СН2 – СН2 – СООН бутандиовая кислота, янтарная кислоты
НООС – СН2 – СН2 – СН2 – СООН пентандиовая кислота, глутаровая кислота
НООС – (СН2)4 – СООН гександиовая кислота, адипиновая кислота

Бензойная кислота метилфенилуксусная кислота
2-метил-2-фенилэтановая кислота





Фенил уксусная кислота п- метилбензойная кислота,
п- толуиловая кислота

O O
// H2O, H+ //
CH3 – C CH3 – C + C2H5OH
\ \
O – C2H5 OH
этилэтаноат или этилацетат
2) Окисление альдегидов и первичных спиртов:
H OH O O
/ [O] / // [O] //
CH3 – C – OH CH3 – C – OH CH3 – C CH3 – C
\ \ -H2О \ \
H H H OH

OH O
/ //
R–C ≡ N + 3 H2O R– C – OH R – C
- NH3 \ - H2O \
OH OH

4) Гидролиз тригалогенпроизводных
Cl OH O
/ 3H2O, OH- / //
CH3 – C – Cl CH3 – C – OH CH3 – C
\ -HCl \ -H2O \
Cl OH OH

R –

Br + Mg этил. эфир R – Mg – Br (реактив Гриньяра )

O O O
// // HOH //
R– Mg – Br + C R – C R – C + Mg (OH) Br
\\ \ \
O OMgBr OH
6)Ароматические кислоты получают из гомологов бензола:

O O
// //
CH2 – CH – C CH2 = CH – C
| | \ - HBr \
H Br OH OH
O O
// //
CH3 – CH – CH – C CH3 – CH = CH – C
| | \ - H2O \
H OH OH OH

с резким запахом, с водой смешиваются в
любых соотношениях. С

бутановой кислоты (С4) до ( – С9) – маслянистые жидкости, с неприятным
запахом. С С10 – и выше твердые вещества , не растворимые в воде. С увеличением молярной массы
карбоновых кислот растворимость в воде уменьшается Плотность уксусной и муравьиной кислот
выше 1, у других –ниже 1.
В сравнение со спиртами у карбоновых кислот температуры кипения выше , так как образуются
прочные ассоциаты за счет межмолекулярных водородных связей:

Межмолекулярные связи:

O …..НО
// \
CH3 – C С – СН3
\ //
OH….. О

Образование ассоциатов

карбоксильной группы:
атом углерода в карбоксиле находится в sp2 гибридном

состоянии,связь между атомами углерода и
кислорода одна–σ; другая –π. Электроотрицательность атома кислорода выше, чем у атома углерода,
поэтому π- электроны смещены в сторону атома кислорода. р-электроны атома кислорода в
гидроксильной группе перекрываются с π –электронами карбонильной группы, в связи с чем
образуется р, π -перекрывание (мезомерный эффект +М).
σ-
O
σ+ //
R – C -J< + M
sp2 σ- σ+
O H

и кислорода еще больше поляризуется. Поэтому карбоновые кислоты легко

отдают протон, проявляя кислотные свойства.
Строение карбоксилат- иона:





Заряды равномерно распределены между связями, поэтому карбоксилат-ионы устойчивы.

к ОН -кислотам .
В водных растворах карбоновые кислоты

диссоциируют :
R – COOH + H2O ↔ R- COO- + H3O+
карбоксилат гидроксоний
ион катион
Карбоновые кислоты являются слабыми кислотами.
Сила кислоты определяется величиной константы ионизации, которая зависит от природы заместителя R, связанного с карбоксильной группой.
Электронодонорные заместители, подавляя электронную плотность на атоме углерода карбоксильной группы, уменьшают частичный положительный заряд на нем. Следствием этого является уменьшение поляризации связи О-Н и ослабление силы кислоты. С увеличением предельного алифатического радикала сила кислот и константа диссоциации уменьшается .
Электроноакцепторные заместители , оттягивая на себя электронную плотность, способствуют большей поляризации связи О-Н, что приводит к повышению кислотных свойств .

к реакциям нуклеофильного замещения (SN) (реакции этерификации, получение галоген

ангидридов, ангидридов, амидов, гидразидов).
O - O O
// - / //
R – C + Nu R– C – Nu R– C
\ \ \
OH X Nu

с металлами, оксидами , гидроксидами, карбонатами, гидрокарбонатами)

O O
// //
CH3 – C + NaOH CH3 – C + H2O
\ \
OH ONa
Натриевая соль уксусной кислоты
ацетат натрия
натрия этаноат
 
2) Со спиртами карбоновые кислоты образуют сложные эфиры ( Все карбоновые кислоты взаимодействуют по этому механизму):
O O
// H+ //
CH3 – C + C2H5 OH CH3 – C
\ \
OH OC2H5
Этиловый эфир уксусной кислоты
этил этаноат
этилацетат

O

+OH OH
// H+ // + /
CH3 – C CH3 – C CH3 – C + C2H5 – OH
\ \ \
OH OH OH

OH OH
/ + /
CH3 – C – O – C2H5 CH3 – C – O – C2H5
\ \ \ - H2O
OH H + O – H
|
H
OH O
/ //
CH3 – C – O – C2H5 CH3 – C
+ -H+ \
O – C2H5

O
// O
CH3 – C //
\ CH3 – C
OH Al2O3 \
OH - H2O O уксусный ангидрид, этилацетат
/ /
CH3 – C CH3 – C
\\ \\
O O

O O O O
// // Н2SO4 // //
CH3 – C + P– OH CH3 – C – O – P – OH
\ / \ - H2O \
OH OHOH OH
смешанный ангидрид

O O
// //
H – C + PCl5 H – C + POCl3 + HCl ( Н-СОС1-хлорный метаноил
\ \ формил хлорид
ОН Cl хлорангидрид муравьиной кислоты

H – COOH + PCl3 → H – COCl + H3PO3
H – COOH + SOCl2 → H – COCl + SO2 + HCl

O O
// SN //
CH3 – CH2 – C + NH3 CH3 – CH2 – C
\ - H2O \
OH NH2 пропан амид
амид пропионовой кислоты
 
6) С водой образуют неустойчивые гидраты (орто гидраты, эфиры более устойчивы- ортоэфиры).
O OH
// /
R – C + HOH R – C – OH
\ \
OH OH

O O
// SN //
R – C + NH2 – NH2 R– C – NH – NH2
\ - H2O
OH
 
 
 
 8) Замещение галогена в α- положении
O O
// Cl2, SR //
CH3 – CH2 – C CH3 – CH – C
\ | \
OH Cl OH

Под действием ферментов при нагревании карбоновые кислоты подвергаются

декарбоксилированию.
O
// t0
R – C R – H + CO2
\
OH

1.Получение:
O O
t0 // H2SO4 //
NaOH + CO H – C H – C
\ - NaHSO4 \
ONa OH
2.Свойства:
O
// + H2SO4 (конц)
H – С CO + H2O
\
OH

O

O
// tº //
HO – C + [Ag (NH3)2 ] OH HO – C + Ag + NH3 + H2O
\ \
H OH


CO2 H2O
 
O O O
// t0 \\ //
H ¦– C C – C
¦ \ - H2 / \
¦ ONa NaO ONa
¦ O оксалат натрия (динатриевая соль щавелевой кислоты)
¦ //
H ¦– C
\
ONa

 

свойства монокарбоновых кислот. Они образуют моно- и дизамещенные производные.

Дикарбоновые кислоты диссоциируют ступенчато:
HOOC – COOH HOOC – COO- + H+ -OOC – COO- + H+

1) HOOC – COONa NaOOC – COONa
моно Na соль ди Na соль

O

O O
// \\ //
HOOC – C C – C
\ / \
OC2H5 C2H5O OC2H5
моноэтиловый эфир диэтиловый эфир
3) O O O O
\\ // \\ //
C – C C – C
/ \ / \
HO Cl Cl Cl
монохлор ангидрид дихлор ангидрид
4) O O O O
\\ // \\ //
C – C C – C
/ \ / \
HO NH2 H2N NH2
моно амид диамид щавелевой кислоты

и малоновая кислоты декарбоксилируются с образованием монокарбоновых кислот.

O O O
\\ // tº //
C – C H – C + CO2
/ \ \
HO OH OH
 
O O O
\\ // tº //
C – CH2 – C CH3 – C + CO2
/ \ \
HO OH OH

выделяют воду и образуют циклические ангидриды.

O O
// //
CH2 – C CH2 – C
\ / \
CH2 OH tº CH2 O + H2O
OH - H2O \ /
/ CH2 – C
CH2 – C \\
\\ O
O

O
//
CH2 – CH2 – C
\ CH2 – CH2
CH2 OH tº / \
OH - H2O CH2 C = O
/ - CO2 \ /
CH2 – CH2 – C CH2 – CH2
\\ циклический кетон
O
Гептандиовая кислота
 

Щавелевая кислота при нагревании с концентрированной H2SO4 кислотой

разлагается на CO2, СО и H2O .
O O
\\ // tº H2SO4 (конц)
C – C CO2 + CO + H2O
/ \
HO OH

кислота
O

O
\\ //
C – C соли оксалаты
/ \
HO OH



Окисление щавелевой кислоты
[O]
HOOC – COOH 2 CO2 + H2O