Подготовка к ЕГЭ по химии. Лекция по теме «Карбоновые кислоты»


Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
Средняя общеобразовательная школа села Старобурново
муниципального района Бирский район Республики Башкортостан
Тематические лекции
по химии для 11 класса
для подготовки к ЕГЭна 2015-2016 учебный годcоставила учитель химииАсылбаева Марина Евгеньевна
Тема 18. Кислородсодержащие органические вещества.
18.4. Карбоновые кислоты.
Карбоновые кислоты – органические соединения, содержащие одну или несколько карбоксильных групп -СООН.
Карбоксильная группа содержит две функциональные группы – карбонил >С=О и гидроксил -OH, непосредственно связанные друг с другом:

Строение карбоксильной группы
Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы – карбонил и гидроксил, взаимно влияющие друг на друга. Это влияние передается по системе сопряжения sp2-атомов O–C–O.

Электронное строение группы –СООН придает карбоновым кислотам характерные химические и физические свойства.
Смещение электронной плотности к карбонильному атому кислорода вызывает дополнительную (по сравнению со спиртами и фенолами) поляризацию связи О–Н, что определяет подвижность водородного атома (кислотные свойства).
В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:

Однако карбоновые кислоты в целом – слабые кислоты: в водных растворах их соли сильно гидролизованы.
Пониженная электронная плотность (δ+) на атоме углерода в карбоксильной группе обусловливает возможность реакций нуклеофильного замещения группы -ОН.
Группа -СООН за счет положительного заряда на атоме углерода снижает электронную плотность на связанном с ней углеводородном радикале, т.е. является по отношению к нему электроноакцепторным заместителем. В случае предельных кислот карбоксильная группа проявляет -I-эффект, а в непредельных (например, CH2=CH-COOH) и ароматических (С6Н5-СООН) – -I и -М-эффекты.
Карбоксильная группа, являясь электроноакцептором, вызывает дополнительную поляризацию связи С–Н в соседнем (α-) положении и увеличивает подвижность α-водородного атома в реакциях замещения по углеводородному радикалу.
Реакционные центры в молекулах карбоновых кислот.
Большинство реакций карбоновых кислот протекают с участием одного из 4-х реакционных центров.
1.Реакции по связи О–Н с отщеплением протона (H+)

Например, кислотная диссоциация, образование солей.
2. Реакции с разрывом связи C–O под действием нуклеофильного реагента Nu:, который замещает ОН-группу.

Это реакция нуклеофильного замещения с образованием функциональных производных карбоновых кислот.
3. Реакции по связи R–C, сопровождающиеся отщеплением CO2.

Реакции этого типа называются декарбоксилированием (например, образование муравьиной кислоты HCOOH при нагревании щавелевой HOOC-COOH, или уксусной кислоты CH3COOH из малоновой HOOC-CH2-COOH).
4. Реакции с участием связи С–Н в α-звене.

Атомы водорода и кислорода в карбоксильной группе -СООН способны к образованию межмолекулярных водородных связей, что во многом определяет физические свойства карбоновых кислот.

Вследствие ассоциации молекул карбоновые кислоты имеют высокие температуры кипения и плавления. При нормальных условиях они существуют в жидком или твёрдом состоянии.
Например, простейший представитель – муравьиная кислота НСООН – бесцветная жидкость с т. кип. 101 °С, а чистая безводная уксусная кислота CH3COOH при охлаждении до 16,8 °С превращается в прозрачные кристаллы, напоминающие лед (отсюда ее название ледяная кислота).
Простейшая ароматическая кислота - бензойная C6H5COOH (т. пл. 122,4°С) - легко возгоняется, т.е. переходит в газообразное состояние, минуя жидкое. При охлаждении её пары сублимирутся в кристаллы. Это свойство используется для очистки вещества от примесей.
Растворимость карбоновых кислот в воде обусловлена образованием межмолекулярных водородных связей с растворителем:

Низшие гомологи С1-С3 смешиваются с водой в любых соотношениях. С увеличением углеводородного радикала растворимость кислот в воде уменьшается. Высшие кислоты, например, пальмитиновая C15H31COOH и стеариновая C17H35COOH – бесцветные твердые вещества, не растворимые в воде.
Химические свойства карбоновых кислот.
1. Образование солей происходит при действии на карбоновые кислоты:
а) активных металлов
2RCOOH + Mg → (RCOO)2Mg + H2↑
б) аммиака
RCOOH + NH3 → RCOONH4
в) основных оксидов
2RCOOH + CuO →(RCOO)2Cu + H2O
г) гидроксидов металлов и аммония
RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O
д) солей более слабых кислот
2RCOOH + Na2CO3 → 2RCOONa + H2O + CO2
Названия солей составляют из названий остатка RCOO– (карбоксилат-иона) и металла. Например, CH3COONa – ацетат натрия, (HCOO)2Ca – формиат кальция, C17H35COOK – стеарат калия и т.п.
Более сильные кислоты способны вытеснять карбоновые кислоты из их солей:
CH3COONa + HCl →CH3COOH + NaCl
2. Образование сложных эфиров R–COOR':

Реакция образования сложного эфира из кислоты и спирта называется реакцией этерификации.
3. Образование амидов:

Вместо карбоновых кислот чаще используют их галогенангидриды:

Амиды образуются также при взаимодействии карбоновых кислот (их галогенангидридов или ангидридов) с органическими производными аммиака (аминами):

4. Реакции с участием связи С–Н в α-звене

Особенности химических свойств
Муравьиной кислоты.
Муравьиная кислота - единственная из карбоновых кислот, содержащая одновременно альдегидную и карбоксильную группы:
В ходе реакции метановая кислота окисляется до угольной, которая разлагается на углекислый газ и воду.
А) Реакция «серебряного зеркала» с реактивом Толленса (только для муравьиной к-ты)
НСООН + Ag2O (ам.р-р нитрата серебра(I)) t → CO2↑ + 2H2O + 2Ag↓ НСООН + 2[Ag(NH3)2]OH →CO2↑+2H2O+2Ag↓+4NH3↑ (гидроксид диамминсеребра(I))
Б) Помимо реакции серебряного зеркала существует также реакция с гидроксидом меди (II) Cu(OH)2 (феллингова жидкость). Для этого свежеприготовленному гидроксиду меди (II) добавляют муравьиную кислоту и нагревают смесь:
CuSO4 + 2NaOH → Na2SO4 + Cu(OH)2↓
НСООН + 2Cu(OH)2 t→ CO2↑+Cu2O↓+ 2H2O
Выпадает оксид меди (I) Cu2O - осадок красного цвета.
Способ получениякарбоновых кислот.

Реакции окисления
А. Окисление первичных спиртов
R-CH2-OH +[O] →R-COOH;
СН3-CH2-OH+[O]→СН3-COOH (этанол) (уксусная к-та)
Б. Окисление альдегидов
R-COH+[O] →R-COOH;
СН3-COH+[O] →СН3-COOH 1 (этаналь) (уксусная к-та)
В. Окисление гомологов бензола
C6H5СН3 + 3[O]→ C6H5СООН (бензойная кислота) метилбензол (толуол)
Гидролиз различных производных карбоновых кислот
А. Гидролиз сложных эфиров
СН3-СOOCH3 + Н2О → СН3-СOOH + СН3ОН (обратимый процесс) метилацетат
СН3-СOOCH3 +NaOH → СН3-СOONa + СН3ОН (необратимый процесс) метилацетат (ацетат Na ) ( метанол)
Специфические способы получения важнейших Карбоновых кислот
Получение муравьиной кислоты
Реакция соединения и обмена
NaOH + CО→. HCOONa (формиат Na). Реакция протекает при условиях 2000C, 15 атм.
2HCOONa + H2SO4 = Na2SO4 + 2НСOOН (муравьиная к-та)
Каталитическое окисление метана
СН4+ [O]→ НСOOН
Декарбоксилирование щавелевой кислоты

НООС-СООН t→ СO2 + НСООН (муравьиная к-та) (щавелевая к-та)
Получение уксусной кислоты
Каталитическое окисление н-бутана кислородом воздуха

2С4Н10 + 5О2 cat.→ 4СН3СООН + 2Н2О
Синтез из метанола (метод карбонилирования метанола, т. е. присоединения к нему молекулы угарного)

СН3ОН + СО t, cat.(СоI2)→ СН3СООН
Уксуснокислое брожение спирта
СН3CH2ОН ферменты, О2→ СН3СООН + Н2О
Взаимосвязь кислот и их производных
Карбоновые кислоты и их функциональные производные находятся в тесной взаимосвязи друг с другом. На схеме показаны возможные пути их взаимопревращений:


Приложенные файлы

  • docx kislota
    Размер файла: 230 kB Загрузок: 23