Карбоновые кислоты и
их производные
1. Классификация карбоновых кислот
O
R C
OH
Карбоксильная группа
R C
OH
O
Карбоновая кислота
1. По количеству карбоксильных групп
одноосновные
двухосновные (дикарбоновые)
HOOC
COOH
гептандиовая кислота,
2. По строению углеводородного радикала
алифатические
COOH
пентановая кислота,
валериановая кислота
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH цис-октадецен-9-овая кислота,
олеиновая кислота
ароматические
2. Номенклатура
O2N
1
COOH
Cl
3-(4-нитрофенил)-2-хлорпропановая кислота
COOH
-хлорфенилпропионовая кислота
Cl
2-chloro-3-(4-nitrophenyl)propanoic acid
O
R C O
O
R C O
O
R C O
ацильная группа
ацилоксигруппа
ацильный атом
кислорода
O
R C O
алкильный атом
кислорода
(эфирный кислород)
2. Номенклатура
Дикарбоновые кислоты
щавелевая
кислота
малеиновая
кислота
малоновая
кислота
янтарная
кислота
фумаровая
кислота
глутаровая
кислота
фталевая
кислота
адипиновая кислота
гександиовая кислота
изофталевая
кислота
(бензол-1,2-дикарбоновая кислота)
терефталевая
кислота
2. Номенклатура
Производные карбоновых кислот по ОН-группе
H3C
H3C
O
O
C
O
C
OH уксусная кислота
этановая кислота
O CH3
O
H3C
O
C
Cl
ацетилхлорид
этаноил хлорид
метилацетат
метилэтаноат
O
CH3 CH3
уксусный ангидрид
этановый ангидрид
NH4+CH3COOацетат аммония
этаноат аммония
CH3CH2CN
пропионитрил
этилцианид
пропаннитрил
3. Физические свойства карбоновых кислот
Образование водородных связей
Название
Формула
Ткип, °С
формальдегид
CH2O
- 21
метанол
CH3OH
65
муравьиная кислота
HCO2H
101
O ... H O
C R
R C
O H ... O
4. Протонная теория, или теория кислот и
оснований Бренстеда (1923)
•Кислота – донор протона, снование - акцептор протона;
•кислоты и основания существуют только как сопряженные пары;
•протон не существует в растворе в свободном виде,
•в воде протон образует катион оксония.
Йоханнес-Николаус
Брёнстед
22.02.1879 - 17.12.1947
AH
кислота
+
B
A
основание
сопряженное
основание
Ka=[A-] [H3O+]/[AH]
pKa=-lgKa
+
BH
сопряженная
кислота
Количественно кислотность и основность
оценивают, как правило, по отношению к
воде
Мерой кислотности является
константа равновесия,
называемая константой
кислотности (Ka)
Для оценки величин Ka удобно использовать
показатель кислотности
AH
кислота
+
B
A
основание
сопряженное
основание
Сила
кислоты
определяется
устойчивостью (стабильностью)
ее сопряженного основания
BH
+
сопряженная
кислота
В общем, кислота X-H сильнее кислоты Y-H по той причине,
что сопряженное основание (анион) X- стабильней аниона YAlkOH (спирты) < H2O < ArOH (фенолы) < СН3RCOOH (карбоновые кислоты)
Увеличение кислотности
CH3OH + H2O
H2O + H2O
H3C
H
O
O
+
O
+ H2O
C
OH
Увеличение стабильности
аниона (сопряженного
основания)
H3O
H3O
O
H3C
+
H3C
+
C
O
H3O
5. Методы синтеза карбоновых кислот
№
Наименование
реакции
1
Промышленный
метод
2
Окисление
непредельных
соединений
3
Окисление спиртов
4
Окисление
альдегидов
5
Окисление
алкилбензолов
6
Синтез Гриньяра
7
Гидролиз
нитрилов
Общая схема реакции
Это мы уже знаем!
Методы синтеза карбоновых кислот
8. Малоновый синтез
O
Et
O
O
O
O
O
Et
диэтиловый эфир
малоновой кислоты
EtONa
EtOH
Et
O
O
O
O
Et
RX
Et
Na
O
O
Et
R
натрмалоновый эфир
a) EtONa
б) R'-X
R
O
Et
O
R'
O диалкилмалоновый
эфир
O
Et
H2SO4 aq, t0C
R O
R' C
H OH
замещенная
уксусная кислота
OH OH
1600C
-CO2
O
O
R'
R
Карбоновые кислоты и их производные.
Взаимопревращения
ангидрид кислоты
амид кислоты
сложный эфир
хлорангидрид кислоты
1. Образование сложных эфиров
А) Этерификация по Фишеру
RCO2H + R'OH
карбоновая
спирт
кислота
+ CH3OH
H+
O
R C O R'
сложный эфир
75%
H2SO4
O
COOH
- H2O
O
метиловый эфир
м-метилбензойной кислоты
Механизм этерификации по Фишеру
R
O
C
OH
H+
OH
R
OH
R'OH
OH
R
OH
O
H
R'
H
H
O
R C O H
O
R'
O
+
R C O R' + H3O
1. Образование сложных эфиров.
Б) Ацилирование спиртов
R
O
C
+ R'OH
Cl
хлорангидрид
кислоты
O
R C O R'
+ HCl
сложный эфир
O
O + CH OH
3
C
Cl
бензоилхлорид
O
метилбензоат
95%
+
HCl
Гидролиз сложных эфиров
O
R C O R' + H2O
сложный эфир
H+
R
O
C
OH
карбоновая
кислота
O
R C O R' + H2O
сложный эфир
OH-
Механизм гидролиза сложных эфиров
обратен механизму этерификации
по Фишеру.
Исследовался методом
изотопной метки H218O
+ R'OH
спирт
O
C
+ R'OH
R
Oсоль карбоновой
кислоты
BAC2
Основания могут катализировать
только гидролиз сложного эфира,
но не его образование
Омыление (гидролиз) жиров
глицерин
Триглицерид
стеариновой кислоты
Стеарат натрия
(мыло)
2. Образование амидов
O
Br
Cl
п-бромбензоилхлорид
+ 2 NH3
O
+ NH4+Cl-
Br
NH2
п-бромбензамид
Аммонолиз сложных эфиров
Гидролиз амидов
R
O
C
+
0
H3O , t C
R
NH2
O
C
OH
+ NH4+
Гидролиз, катализируемый кислотами
R
O
C
NH2
OH-, t0C
H2O
R
O
C
O-
+ NH3
Гидролиз, катализируемый основаниями
Гидролизованный протеин шелка,
Пептид шелка (Hydrolyzed Silk)
Получают щелочным гидролизом
шелковых волокон из кокона тутового
шелкопряда
Водный раствор содержит смесь
фиброина (белок) и смесь аминокислот
3. Образование галогенангидридов карбоновых кислот
SOCl2 тионилхлорид
PCl5 пентахлорид фосфора
PBr3 трибромид фосфора
PCl3 трихлорид фосфора
O
SOCl2, t0C
O
90%
OH
O2N
Cl
O2N
м-нитробензоилхлорид
4. Образование ангидридов карбоновых кислот
F
F
P2O5, t0C
O
F
OH
F
F
O
FFF
+ H3PO4
O
F
трифторуксусная
кислота
O
ангидрид
трифторуксусной
кислоты
O
R C
Cl
O
O
+
O
R C
O-Na+
CH2=C=O + CH3COOH
кетен
O
O
R
R
O
O
уксусный ангидрид
5. Синтез нитрилов
H3C
R
O
C
O
C
NH2
R-Hal
OH
- H2O
NaCN
Br
CuCN
уксусная
кислота
H3C C N
R C N
R-CN + NaHal
CN
R C N
ацетонитрил
P2O5, POCl3,(CF3CO)2O
Галогенирование алифатических кислот
(реакция Геля-Фольгарда-Зелинского)
