A. формальдегид и фенол
B. фталевий альдегид и фенол
C. бензальдегид и N,N-диметиланилин
D. бензальдегид и N,N-диэтиланилин
E. бензальдегид и резорцин
Эталоны ответов:
1.B, 2.D, 3.E, 4.E, 5.B, 6.A, 7.B.
Тема №16
МонокарбоновЫЕ кислотЫ
АктуальнОсть темЫ
Монокарбоновые относятся к классу производных углеводородов, в которых карбоксильная и карбонильная группа входят в состав карбоксильной. Изучение класса карбоновых кислот завершает информацию о оксигеновмисни производные углеводородов и расширяет данные о кислотно-щелочные свойства органических соединений и их реакционную способность.
Муравьиная кислота используется как протрава при окрашивании текстиля, для получения пестицидов и др. В медицине муравьиная кислота применяется в виде 1% спиртового раствора! (Муравьиный спирт) для растирания при невралгиях, миозитах и др.
Уксусная кислота широко применяется в качестве реагента и растворитель в органическом синтезе. В больших количествах уксусная кислота используется в производстве искусственных волокон на основе целлюлозы, а также в синтезе лекарственных препаратов.
Пропионовая, масляная, валериановая, коричный кислоты применяются для производства душистых веществ. Масляная кислота в виде эфира с глицерином входит в состав коровьего масла.
Ненасыщенные карбоновые кислоты используются не только в синтезе лекарственных средств, но и в синтезе медицинских материалов. Важное практическое значение имеют полимеры на основе сложных эфиров акриловой кислоты, так называемые полиакрилаты. В медицине полиакрилаты применяются в изготовлении зубных протезов.
Изучение карбоновых кислот умение интерпретировать их химическое строение и свойства необходимые студенту фармацевтического факультета для изучения таких дисциплин, как фармацевтическая химия, токсикологическая химия, фармакология. Они позволяют разрабатывать и совершенствовать новые методы синтеза лекарственных веществ.
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
Общая цель: Уметь определять химические свойства монокарбоновых кислот для применения в фармацевтических и токсикологических исследованиях.
Конкретные цели
Уметь:
1. Интерпретировать строение монокарбоновых кислот.
2. Выбирать способы добывания монокарбоновых кислот.
3. Определять химические свойства монокарбоновых кислот.
4. Интерпретировать реакции идентификации монокарбоновых кислот.
СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ
1. Основные теоретические вопросы:
1. Классификация, номенклатура, изомерия насыщенных, ненасыщенных и ароматических карбоновых кислот.
2. Способы получения кислот.
3. Физические свойства кислот.
4. Электронное строение карбоксильной группы и карбоксилат-иона.
5. Кислотность карбоновых кислот и ее зависимость от природы углеводородного радикала.
6. Химические свойства насыщенных одноосновных карбоновых кислот: образование солей; реакции нуклеофильного замещения; образование сложных эфиров, Амид, галогенангидридов и ангидридов кислот; замещения водорода в -углеродного атома; окисления и восстановления.
7. Ненасыщенные монокарбоновые. Особенности реакций электрофильного присоединения в ряду a, b-ненасыщенных кислот.
8. Ароматические монокарбоновые кислоты. Ориентирующий влияние карбоксильной группы в реакциях электрофильного замищення (SE)., -
2. Основные термины и их определения
Карбоновыми кислотами называют производные углеводородов, содержащие в своем составе карбоксильную группу. По природе углеводородного радикала различают алифатические, алициклические, ароматические, гетероциклические карбоновые кислоты и др. По количеству карбоксильных групп различают моно-, ди-, три- и поликарбоновые кислоты. Алифатические карбоновые кислоты по мере насыщенности углеводородного радикала бывают насыщенные и ненасыщенные. Монокарбоновыми кислотами называют производные углеводородов, содержащие в своем составе одну карбоксильную группу
Способы получения
1. Окисление первичных спиртов и альдегидов. В качестве окислителей используют К2Сr2О7, КМnО4 в кислой среде и др:
2. Гидролиз геминальних три галогенпроизводных углеводородов. Реакция протекает в кислой и щелочной среде:
3. Гидролиз нитрилов. Нитрилы при нагревании с водным раствором кислоты или щелочи гидролизуют до карбоновых кислот:
Реакция протекает через стадию образования Амида.
4. Гидро Декарбоксилирование алканов. Карбоновые кислоты образуются при нагревании алкенов с карбон (II) оксидом в присутствии кислотного катализатора и повышенном давлении:
5. Получение ненасыщенных кислот с дегидратацией b- гидроксикислот. –
6. Получение ароматических кислот окислением ароматичничних углеводородов.
Физические свойства. Кислоты с числом атомов углерода не более трех представляют собой жидкости с острым запахом. С увеличением углеводородного радикала растворимость в воде уменьшается. Температура кипения кислот выше температуры кипения спиртов с тем же числом атомов углерода. В результате образования межмолекулярных водородных связей карбоновые кислоты образуют ассоциаты, существующие в виде димеров.
Химические свойства. Реакционная способность карбоновых кислот характеризуется наличием карбоксильной группы, внутри которой осуществляется сопряжение между неподеленою парой электронов атома кислорода и π-электронами карбонильной группы (р, π-сопряжения). Вследствие этого связь О-Н становится полярным и водород способен видщеплятися в виде протона, что обусловливает кислотный характер кислот.
Кислотные свойства.
1. Диссоциации. В водных растворах карбоновые кислоты диссоциируют с образованием карбоксилат-иона:
R – СООН → R – СОО– + Н+
Электронодонорные заместители дестабилизируют карбоксилат-ион и ослабляют кислотные свойства. Электроноакцепторные заместители за счет -I-эффектf способствуют делокализации отрицательного заряда в карбоксилат-ионе, повышая его устойчивость, что приводит к повышению кислотных свойств.
2. Образование солей. При взаимодействии с активными металлами, основными оксидами, гидроксидами и карбонатами щелочных металлов карбоновые кислоты образуют соли
2 CH3COOH + Mg ® (CH2COO)2Mg + H2
2СН3СООН + СаО ® (СН3СОО)2Са + Н2О
CH3COOH + NaOH ® CH3COONa + H2O
CH3COOH + NaHCO3 ® CH3COONa + СО2 + Н2О
Взаимодействие с гидрокарбонатом натрия является простой качественной реакцией на карбоксильную группу.
Реакции нуклеофильного замещения. Благодаря наличию положительного заряда в атоме углерода карбоксильной группы карбоновые кислоты способны вступать в реакции нуклеофильного замищення (SN).
1. Взаимодействие со спиртами (реакция этерификации). Карбоновые кислоты реагируют со спиртами при нагревании в кислой среде. Реакция протекает с образованием эфиров.
2. Взаимодействие с галогенирующимы реагентами. При воздействии на карбоновые кислоты хлоридов фосфора (III) и (V), бромид фосфора (III) или тионилхлорида образуются галогенангидриды карбоновых кислот:
Галогенангидриды кислот используются как ацилюючи реагенты.
3. Взаимодействие с аммиаком и аминами. При взаимодействии карбонових кислот с аммиаком, первичными или вторичными аминами образуются аммониевые соли, которые при пирролизи превращаются в амиды:
4. Образование ангидридов кислот. При действии водоотнимающих средств, таких, как пентаоксид фосфора (Р2О5), образуются ангидрида карбоновых кислот:
Ангидриды карбоновых кислот являются активными ацилюючий средствами.
Другие реакции карбоновых кислот:
1. Замещение водорода при a-атоме углерода (реакция Геля - Фольгарда - Зелинского). При взаимодействии карбоновых кислот с галогенами в присутствии тригалогенидив фосфора атом водорода при a-атомы карбона замещаются на галоген:
2. Окисления. Монокарбоновые устойчивы к воздействию окислителей, кроме муравьиной кислоты, которая легко окисляется КМnО4 и другими окислителями. Конечными продуктами окисления является карбон (IV) оксид и воду:
В связи с особенностью строения муравьиная кислота подобно альдегидов дает реакцию "серебряного зеркала".
3. Ненасыщенные кислоты вступают в реакции присоединения по двойной связи. Акриловая кислота, благодаря акцепторному (М-эффект) влияния карбоксильной группы, присоединяет галогенводни против правила Марковникова:
4. Полимеризации ненасыщенных кислот.
5. Реакции электрофильного замещения (SE) в ароматических кислот протекают в м положение так карбоксильная группа является заместителем II-рода:
6. Ароматические кислоты под действием температуры декарбоксилюють:
Граф логической структуры
| МонокарбоновЫЕ кислотЫ |
| СТРОЕНИЕ молекул |
| СпособЫ ПОЛУЧЕНИЯ |
| ХИмИчЕСКИЕ СВОЙСТВА |
| Окисление спиртов и альдегидов |
| Образование солей |
| Гидролиз нитрилов |
| Гидролиз геминальных тригалогеналканов |
| Окисление углеводородов |
| Реакции нуклеофильного замещения |
| Реакции с участием a-углеродного атома |
| Реакции полимеризации ненасыщенных кислот |
| Реакции по бензольному кольцу ароматических кислот |
| Реакции идентификации |
| Монокарбоновые кислоты в лекарственных средствах |
4. Источники информации
1. Черных, В. П. Органическая химия: в 3–х кн. Кн.2. Углеводороды и их функциональные производные: учебник для фармац. вузов и фак. / В. П. Черных, Б. С. Зименковский, И. С. Гриценко. – Х.: Основа, 1993, с. 358-382.
2. Лекции по органической химии В. П. Черных: Учеб. пособие для студ. вузов. – Х.: Издательство НФаУ: Золотые страницы, 2005, с. 267-280.
3. Черных, В. П. Общий практикум по органической химии / В. П. Черных, И. С. Гриценко, З. И. Коваленко. – Х.: Изд–во НФАУ; Золотые страницы, 2002, с.287-297.
4. Сборник тестов по органической химии / Под редакцией чл.-корр. НАН Украины, проф. Черных В. П. – Харьков: Изд-во НФаУ: Золотые страницы, 2005, с. 209-225.
Обучающие ЗАДАнИЯ
Задание 1
Напишите формулы предложенных кислот и охарактеризуйте их по строению: муравьиная, уксусная, масляная, акриловая, кротоновая, бензойная, толуолова.
Задание 2
Назовите приведенные соединения:
а) 
б) 
с) 
Задание 3
Составьте схемы добычи a-метил пропионовой и фенил уксусной кислот из предложенных классов соединений: а) спиртов, б) галогенпроизводных в) нитрилов.
Задание 4
Расположите приведены кислоты в порядке увеличения кислотных свойств:
а) 
б) 
в) 
Задание 5
Напишите схемы взаимодействия предложенных кислот с хлором:
а) уксусная, б) пропионовая, в) акриловая, г) бензойная.
ЗАДАЧИ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ
