Изомасляная кислота с хлором

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.

НАЗВАНИЯ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.

цис-9-октадеценовая

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:

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.

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-CCl₃ + 3NaOH  [R-C(OH) ₃ ] + 3NaCl

[ R - C ( OH ) ₃ ]  RCOOH + H ₂ O

4. Гидролиз сложных эфиров.

RCOOK + HCl  R-COOH + KCl

5. Гидролиз нитрилов, ангидридов, солей.

1)нитрил: R - CN + 2 H ₂ O –( H + )  RCOOH

2)ангидрид: ( R - COO )₂ O + H ₂ O  2 RCOOH

3)натриевая соль: R - COONa + HCl  R - COOH + NaCl

6. Взаимодействие реактива Гриньяра с СО₂:

R-MgBr + CO₂  R-COO-MgBr

R-COO-MgBr -(+H₂O)  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

8. Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана:

9. Для получения бензойной кислоты можно использовать окисление монозамещенных гомологов бензола кислым раствором перманганата калия:

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.

1. Кислотные свойства – замещение атома Н в карбоксильной группе на металл или ион аммония.

1.Взаимодействие с металлами

2.Взаимодействие с оксидами металлов

3.Реакция нейтрализации с гидроксидами металлов

4.Взаимодействие с солями более слабых и летучих (или нерастворимых) кислот

4*. Качественная реакция на карбоновые кислоты: взаимодействие с содой (гидрокарбонатом натрия) или другими карбонатами и гидрокарбонатами.

В результате наблюдается выделение углекислого газа.

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 Р₂О₅ можно дегидратировать карбоновую кислоту – в результате получается ангидрид.

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.

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.

3. Окисление хлором и бромом, а также азотной кислотой.

Особенности бензойной кислоты.

1. Разложение при нагревании – декарбоксилирование.

П
ри нагревании бензойной кислоты она разлагается на бензол и углекислый газ:

2. Реакции замещения в ароматическом кольце.

Карбоксильная группа является электроноакцепторной, она уменьшает электронную плотность бензольного кольца и является мета-ориентантом.

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 + Н Br  Br-CH ₂ -CH ₂ -COOH

Также к непредельным кислотам можно присоединять галогены и водород:

2. Реакции окисления

При мягком окислении акриловой кислоты образуется 2 гидроксогруппы:

3СН₂=СН-СООН+2 KMnO ₄+2 H ₂ O  2 CH ₂( OH )- CH ( OH )- COO К + CH ₂( OH )- CH ( OH )- COOH +2 MnO ₂

Свойства солей карбоновых кислот.

1. Обменные реакции с более сильными кислотами и со щелочами.

CH₃-COONa + HCl  CH₃-COOH + NaCl

2. Термическое разложение солей двухвалентных металлов (кальция, магния, бария)- образуются кетоны.

3. Сплавление солей щелочных металлов со щелочью (реакция Дюма)- получаются алканы.

4. Электролиз водных растворов солей карбоновых кислот (реакция Кольбе).

Свойства галогенангидридов

1. Гидролиз – получается кислота.

2. Реакции ацилирования бензола, аминов, солей фенола.

C

H₃-COCl+ -(AlCl₃)  HCl+

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

H +

Li +

K +

Na +

NH₄ +

Ba 2+

Ca 2+

Mg 2+

Sr 2+

Al 3+

Cr 3+

Fe 2+

Fe 3+

Ni 2+

Co 2+

Mn 2+

Zn 2+

Ag +

Hg +

Pb 2+

Sn 2+

Cu 2+

OH -

F -

Cl -

Br -

I -

S 2-

HS -

SO₃ 2-

HSO₃ -

SO₄ 2-

HSO₄ -

NO₃ -

NO₂ -

PO₄ 3-

CO₃ 2-

CH₃COO -

SiO₃ 2-

Растворимые (>1%)

Нерастворимые (

Скопируйте эту ссылку, чтобы разместить результат запроса " " на другом сайте.

Изображение вещества/реакции можно сохранить или скопировать, кликнув по нему правой кнопкой мыши.

Если вы считаете, что результат запроса " " содержит ошибку, нажмите на кнопку "Отправить".

Этим вы поможете сделать сайт лучше.

На сайте есть сноски двух типов:

Подсказки - помогают вспомнить определения терминов или поясняют информацию, которая может быть сложна для начинающего.

Дополнительная информация - такие сноски содержат примечания или уточнения, выходящие за рамки базовой школьной химии, нужны для углубленного изучения.

Здесь вы можете выбрать параметры отображения органических соединений.

Размер шрифта

Отображение гетероатомов

Здесь, возможно, указаны не все изомеры данного вещества.

Более полный поиск изомеров следует проводить по формуле. Например, чтобы получить изомеры вещества с формулой С₆H₁₀O₆ , следует сделать запрос так:

Изомеры - это соединения с одинаковым количественным составом (то есть одинаковым числом атомов каждого элемента), но разным строением.

Карбоновые кислоты

Дикарбоновыми кислотами называются производные углеводородов, содержащие две карбоксильные группы в составе молекулы. Химические и физические свойства дикарбоновых кислот сильно зависят от количества атомов в цепи, разделяющих карбоксильные группы. Так, кислотность возрастает при их сближении, т.к. карбоксилы оказывают друг на друга отрицательный индуктивный эффект. Те соединения, в которых карбоксильные группы разделены более чем двумя атомами углерода, напоминают по свойствам уксусную кислоту.

Номенклатура

Нумерация атомов цепи, как и для обычных кислот, проводится таким образом, чтобы карбоксильные группы получили наименьшие номера.

Щавелевая кислота

Основной способ получения щавелевой (этандиовой) кислоты заключается в пиролизе формиата натрия. При этом происходит гомолитический разрыв связи С-Н и последующая рекомбинация образующихся анион-радикалов.

Щавелевая кислота обладает более высокой кислотностью, чем уксусная. Это связано с акцепторным влиянием одной карбонильной группы на другую. Вторая константа ионизации уже не сильно отличается от обычных алифатических кислот, т.к. карбоксилатная группа акцепторными свойствами не обладает. Щавелевая кислота вступает в характерные для карбоновых кислот превращения, например, образует сложные эфиры и амиды.

Симметричный хлорангидрид щавелевой кислоты оксалилхлорид является весьма активным соединением, и имеет склонность к реакциям, сопровождающимся разрывом связи С-С. Его применяют для хлоркарбонилирования органических соединений.

Под действием сильных протонных кислот щавелевая кислота разлагается с образованием окиси и двуокиси углерода.

Малоновая кислота

Малоновую (пропан-1,3-диовую) кислоту обычно синтезируют из хлоруксусной: сначала действием цианид-ионом ее переводят в циануксусную, затем проводят гидролиз, либо алкоголиз в кислой среде. В первом случае получается собственно малоновая кислота, а во втором – ее диэтиловый эфир.

Малоновая кислота и ее эфир обладают свойствами, которые присущи β-дикарбонильным соединениям, поэтому химия этих соединений более многогранна, нежели свойства простых кислот. Рассмотрим их поведение подробнее.

Свойства малоновой кислоты

Малоновая кислота и ее производные в большей степени, чем многие другие кислоты, склонна к декарбоксилированию и этим она сильно напоминает ацетоуксусную. Декарбоксилирование малоновой кислоты, как и ацетоуксусной, протекает по пути электроциклической реакции в шестичленном 6π-электронном переходном состоянии, в котором облегчена миграция электронных пар и элиминирование СО₂.

Наличие β-дикарбонильного фрагмента в молекуле приводит к тому, что малоновая кислота может выступать не только как ОН-, но и как СН-кислота (образует енолят-анион). Это делает возможной электрофильную атаку α-углеродного атома в щелочной среде; например, для малоновой кислоты характерна конденсация с оксосоединениями, в первую очередь с ароматическими альдегидами – разновидность реакции Кневенагеля.

Образующаяся в результате арилиденмалоновая кислота неустойчива и очень легко декарбоксилируется, давая соответствующие коричные кислоты в качестве основных продуктов.

Свойства малонового эфира

Малоновый эфир, или диэтилмалонат способен под действием оснований давать исключительно енолят-анион, поэтому его активность по отношению к электрофилам выше. Сильные основания, такие как этилат натрия (магния), металлоорганические соединения и т.д., нацело депротонируют малоновый эфир. Полученные таким образом металлические производные по метиленовой группе находят широкое применение в синтезе, т.к. легко алкилируются и ацилируются а образующиеся при этом замещенные малоновые эфиры можно подвергать гидролизу и декарбоксилированию, получая разнообразные ценные продукты. Здесь просматривается прямая аналогия с синтезами на основе ацетоуксусного эфира (кетонное расщепление). См. главу Производные кислот, ацетоуксусный эфир.

Так, с помощью натриймалонового эфира можно синтезировать разнообразные карбоновые кислоты.

Если на первой стадии проводить ацилирование, то после расщепления могут быть получены кетоны сложного строения. Происходит двукратное декарбоксилирование, которое возможно благодаря тому, что вначале образуется β-кетокислота, которая, как известно, без труда декарбоксилируется при небольшом нагревании.

Если требуется получить замещенные янтарные кислоты, на натриймалоновый эфир действуют молекулярным иодом. При этом сначала в результате сшивания метиновых С-атомов двух молекул натриймалонового эфира возникает эфир тетракарбоновой кислоты. Последний при гидролизе и декарбоксилировании дает янтарную кислоту.

Малоновый эфир, являясь 1,3-бисэлектрофилом, находит широкое применение и в синтезе гетероциклических соединений. Например, реакция с мочевиной в щелочной среде дает 2,4,6-пиримидинтрион – барбитуровую кислоту, которая ранее по своиму происхождению называлась малонилмочевиной.

Янтарная кислота

Янтарную (бутандиовую) кислоту синтезируют по методологии, которая аналогична вышеизложенной для получения малоновой. В качестве исходного соединения используют 1,2-дибромэтан. Гидролиз нитрильных групп проводится в щелочной либо кислой среде.

Янтарная кислота проявляет характерные свойства карбоновых кислот – образует сложные эфиры со спиртами, амиды, хлорангидрид и другие функциональные производные.

Вместе с тем, четырехуглеродная цепь молекулы обусловливает определенные особенности химических свойств. Поскольку янтарная кислота является 1,4-бисэлектрофилом, ее взаимодействие с нуклеофилами может приводить к образованию циклов. Действительно, она весьма легко превращается в циклический ангидрид при обработке водоотнимающими средствами и даже при нагревании.

Янтарный ангидрид, как и другие ангидриды карбокислот, взаимодействует с нуклеофилами. Если ацилирование спиртов приводит к полным эфирам янтарной кислоты, то реакция янтарного ангидрида с аммиаком дает циклическое азотистое производное – сукцинимид, находящий широкое применение в тонком органическом синтезе.

Благодаря наличию двух электроноакцепторных карбонильных групп по соседству с атомом азота NH-связь в молекуле сукцинимида сильно поляризована, и легко диссоциирует под действием оснований. Образующийся при этом анион является активным нуклеофилом, и реагирует с разнообразными положительно заряженными частицами. Взаимодействие сукцинимида с галогенами (хлор, бром) приводит к соответствующим N-галогенпроизводным – N-бромсукцинимиду (NBS) и N-хлорсукцинимиду (NCS).

Эти соединения широко используются в органическом синтезе в качестве эффективных галогенирующих реагентов. NBS и NCS склонны к гомолитической диссоциации с высвобождением радикалов галогена, поэтому применяются именно для свободно-радикального галогенирования, в первую очередь, боковых цепей ароматических соединений, а также α-углеродного атома алкилкетонов.

Фталевая кислота

Фталевая кислота – тривиальное название 1,2-бензолдикарбоновой кислоты. Ее получают окислением нафталина в жестких условиях.

В промышленности находит применение также каталитическое окисление орто-ксилола в аналогичных условиях.

Находящиеся по соседству карбоксильные группы придают фталевой кислоте некоторые свойства, нехарактерные для других дикарбоновых кислот. Так, в зависимости от условий, фталевая кислота образует два различающихся по структуре изомерных хлорангидрида.

Внутренний ангидрид фталевой кислоты, как и янтарный, в реакции с аммиаком дает циклический амид (фталимид), соединение которое используют для получения первичных алкиламинов (синтез Габриэля). Калиевая или натриевая соль фталимида, взаимодействуя с алкилгалогенидом или другим алкилирующим реагентом, превращается в соответствующий N-алкилфталимид. Последний вводят в реакцию с более мощным нуклеофилом – гидразином, в результате чего происходит переацилирование и выделяется первичный амин. Основным фактором, смещающим равновесие последней реакции вправо, является образование устойчивого ароматического гетероцикла – фталазин-1,4-диона (фталогидразида).

Для разложения N-алкилфталимида с целью получения алкиламина можно также применить гидролиз в кислой среде, но этот путь менее эффективен.

Читайте также: