Карбоновые кислоты. Химические свойства. Получение
Карбоновые кислоты. Непредельные (ненасыщенные) карбоновые кислоты - соединения, в углеводородном радикале которых имеются кратные связи. В зависимости от их числа и природы различают: 1) алкеновые карболовые кислоты с общей формулой C*H2*-iCOOH, имеющие одну двойную связь; 2) алкадиеновые карбоновые кислоты с общей формулой СяНгя-зСООН, имеющие две двойные связи; 3) алкатриеновые карбоновые кислоты с общей формулой СяНгл-зСООН, имеющие три двойные связи; 4) алкиновые карбоновые кислоты с общей формулой ОД^-эСООН, имеющие одну тройную связь. Способ получения. 1. Окисление непредельных альдегидов: акролеин акриловая кислота 2. Дегидрогалогенирование галогенкарбоновых кислот: СН2-СН2-СН2-СООН + 2КОН - сн2=сн-сн2-соок+2И2о+ка 3. Дегидратация р-оксикислот: Физические свойства. Ненасыщенные карбоновые кислоты с числом атомов углерода 10 и более, имеющие ^^-конфигурацию, в отличие от предельных карбоновых кислот при обычных условиях являются жидкостями. 7/?а«оизомеры непредельных карбоновых кислот с любым числом атомов углерода являются кристаллическими веществами. . В табл. 29.3 указаны физические свойства некоторых представителей непредельных карбоновых кислот. Таблица 29.3. Физические свойства некоторых представителей непредельных карбоновых кислот Название кислоты Формула Температура плавления, °С Температура дпвниж, °С Акриловая С2Н3-СООН 12,1 140,9 Пропиоловая С2Н - СООН 17,6 144 Кро тоновая (тране- из ом ер) С3Н5-СООН 71,4-71,7 185 Название кислоты Формул» Температура плавления, °С Температура X) Изокро тоновая (tfuc- изомер) С3Н5-СООН 15,5 169 Олеиновая (цис-изомер) С17Н33СООН 13,4 228/15 Эландиновая (транс-изомер) С17Н33СООН 44 234/15 Линолевая Ci7H3iCOOH -5 149Д Линоленовая C,7H29COOH -11,3 184/4 Последние четыре кислоты кипят при низких давлениях (указаны в мм рт. ст. через дробь). Химические свойства. Наличие в углеводородном радикале двойных и тройных связей влияет на силу карбоновых кислот. Если у пропионовой кислоты константа диссоциации К- = 1,34 Ю, то у акриловой кислоты она приблизительно в 4 раза больше (#=5,6* 10"5), а у пропиоловой кислоты она больше в тысячу раз (К= 1,35 ИГ1). Наличие кратных связей в молекулах непредельных карбоновых кислот обусловливает их способность вступать в реакции присоединения и полимеризации и особенности протекания реакций окисления. 1. Реакции присоединения: 2. Реакции полимеризации: соон соон 3. Реакции окисления: а) при осторожном окислении образуются диоксикислоты акриловая диоксипропноновая кислота кислота б) при энергичном окислении происходит разрыв молекулы по месту кратной связи с образованием смеси одноосновной и двухосновной кислот: СНз-СН«СН-СООН гротоповая кислота СН эСООН+НООС - СООН уксусная щавелевая кислота кислота [О} Отдельные представители. Акриловая (пропеновая) кислота СН2=СН - СООН представляет собой жидкость с резким запахом, смешивается с водой во всех отношениях. Широко используется для получения различных полимеров. Олеиновая кислота С8Н,7СН=СН - (СН^-СООН содержится в виде глидеридов в большинстве растительных масел и животных жиров, получается их гидролизом, представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, легко окисляющуюся на воздухе, растворимую в органических растворителях и несме-шивающуюся с водой. Используется для производства парфюмерных и косметических средств, пеноочистителей, смачивателей и пластификаторов. Линолевая кислота СН3 - (СН2)3 - (СН2 - СН - СН)2 - (СН2)7 -- СООН. Содержится в виде глицеридов в растительных маслах, получается их гидролизом, представляет собой светло-желтую жидкость, хорошо растворимую в органических растворителях и нерастворимую в воде. Легко окисляется и полимеризуется на воздухе. Линоленовая кислота - маслянистая жидкость светло-желтого цвета, нерастворимая в воде и хорошо растворимая в органических растворителях. Содержится в виде глицеридов в растительных маслах и получается в результате их гидролиза. Легко окисляется и полимеризуется. Линолевая и линоленовая кислоты в организме человека и животных не синтезируются, но необходимы для жизнедеятельности, в организм поступают с пищей, поэтому они относятся к так называемым незаменимым жирным кислотам.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Управление Алтайского края по образованию и делам молодёжи
КГОУ СПО «Каменский педагогический колледж»
Карбоновые кислоты
(Реферат по химии)
Выполнил:
студент 212 группы Чебаков Д.С.
Проверил:
учитель химии Мерзлова С.А.
Камень-на-Оби
1.Определение Карбоновых кислот
2.Изомерия и номенклатура
3.Нахождение в природе
4.Получение
5.Физические свойства
6.Химические свойства
7.Применение
Список литературы
Определение карбоновых кислот
КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ - органические соединения, содержащие одну или несколько карбоксильных групп -СООН. Название происходит от лат. carbo - уголь и греч. oxys - кислый. По числу этих групп различают моно-, ди, три- и тетракарбоновые кислоты (большее число групп -СООН в одной молекуле встречается редко). Карбоновые кислоты могут быть алифатическими - с нормальной и разветвленной цепью, циклическими и ароматическими, предельными и непредельными, содержать атомы галогенов и различные функциональные группы: ОН (оксикислоты), NH2 (аминокислоты), СО (кетокислоты) и т.д. Многие карбоновые кислоты в свободном состоянии, а также в виде различных производных (солей, эфиров) широко распространены в природе и играют важнейшую роль в жизнедеятельности растений и животных.
Изомерия и номенклатура
Изомерия предельных одноосновных карбоновых кислот аналогична изомерии альдегидов. Чаще всего употребляется исторически сложившиеся названия кислот (муравьиная, уксусная и т.д.).По международной номенклатуре их образуют от названий соответствующих углеводородов с прибавлением окончания -овая и слова «Кислота», например: метановая кислота, этановая кислота.
Для карбоновых кислот характерна изомерия:
1.Углеродного скелета
СН3 - СН2 - СН2 - СН2 -СООН
СН2 - СН2 -СООН
карбоновая кислота органический химический
2.Радикала
СН3 - СН2 - СН2 - СН2 -СООН 3 метилэтановая
СН3 - СН2 - СН2 - СН2 -СООН 4 метилпентановая
3.Кратных связей
СН2 = СН - СН2 -СООН бутеновая кислота 3
СН2 - СН = СН2 -СООН бутеновая кислота 2
Нахождение в природе
В природных источниках в виде сложных эфиров содержится множество непредельных кислот. Высшие непредельные кислоты, как правило, содержат четное число атомов углерода и названы по природным источникам. Называя вновь выделенные кислоты, химики нередко дают волю фантазии. Так, название ближайшего гомолога акриловой кислоты, кротоновой СН3-СН=СН-СООН, происходит вовсе не от крота, а от растения Croton tiglium, из масла которого она была выделена. Очень важен синтетический изомер кротоновой кислоты - метакриловая кислота СН2=С(СН3)-СООН, из эфира которой (метилметакрилата), как и из метилакрилата, делают прозрачную пластмассу - оргстекло. Когда были открыты две изомерные кислоты, имеющие строение СН3-СН=С(СН3)-СООН, их назвали ангеликовой и тиглиновой. Ангеликовая кислота была выделена из ангеликового масла, полученного из ангеликового (дягильного) корня растения Angelica officinalis. А тиглиновая - из того же масла Croton tiglium, что и кротоновая кислота, только названа по второй части этого ботанического термина. Другой способ придумать новое название - переставить буквы в уже известном названии.
Арахиновая кислота встречается в масле земляного ореха - арахиса. По масштабам производства оно занимает одно из первых мест среди всех пищевых масел, но собственно арахиновой кислоты в нем мало - всего несколько процентов. Бегеновая кислота содержится в бегеновом масле, которое выжимают из крупных, как орех, семян распространенного в Индонезии растения семейства моринговых. Практически чистую лигноцериновую кислоту (в ее названии легко усмотреть латинские lignum - дерево, древесина и cera - воск) извлекают из смолы букового дерева. Раньше эту кислоту называли также карнаубовой, потому что ее довольно много в карнаубском воске, которыми покрыты листья бразильской восковой пальмы.
Жирные кислоты в составе масел и жиров добываются человеком в огромных количествах, измеряемых ежегодно миллионами тонн. Так что у химиков никогда не было недостатка в природных жирных кислотах для их исследования.
Муравьиная кислота стала известна в 17 в., когда ее обнаружили в едких выделениях рыжих муравьев. Большинство других кислот, имеющих свои «собственные» исторически сложившиеся названия, были получены главным образом в 19 в. и названы по природному источнику, в котором они содержатся в значительных количествах или были впервые обнаружены. Например, масляная кислота есть в маслах, в том числе и в обычном сливочном масле - только не в свободном состоянии, а в виде сложного эфира с глицерином. Свободная масляная кислота, как и все карбоновые кислоты, с небольшим числом атомов углерода, обладает резким запахом, когда масло портится (прогоркает), масляная и другие кислоты выделяются в свободном состоянии и придают ему неприятный запах и вкус.
В названиях рассмотренных трех кислот используются русские корни. Для производных этих кислот (солей, сложных эфиров и др.) принято использовать латинские корни: формиат - для муравьиной кислоты (лат. formica - муравей), ацетат - для уксусной (лат. acetum - уксус), бутират - для масляной (греч. butyron - масло); эти названия, в том числе и для самих кислот, приняты и в западноевропейских языках.
Другие карбоновые кислоты встречаются в природе в составе сложных эфиров с глицерином и другими многоатомными спиртами - в виде жиров, масел, восков и редко - в свободном состоянии.
Валериановая кислота содержится в валериановом корне. В названиях трех последующих четных кислот (капроновая, каприловая и каприновая) есть общий корень (Capra на латыни - коза), эти кислоты, действительно, содержатся в жире козьего молока (как, впрочем, и коровьего), а в свободном состоянии «пахнут козлом». Содержание этих кислот в молочных жирах не очень велико - от 7 до 14% от суммы всех жирных кислот.
Пеларгоновая кислота содержится в летучем масле пеларгонии розовой и других растений семейства гераниевых. Лауриновая кислота (в старых книгах ее называли лавровой) содержится в больших количествах в лавровом масле (до 45%). Миристиновая кислота преобладает в масле растений семейства миристиковых, например, в ароматных семенах мускатного дерева - мускатном орехе.
Пальмитиновую кислоту легко выделить из пальмового масла, выжимаемого из ядер кокосового ореха (копры). Это масло почти целиком состоит из глицерида пальмитиновой кислоты. Название стеариновой кислоты происходит от греч. stear - жир, сало. Вместе с пальмитиновой она относится к наиболее важным жирным кислотам и составляет главную часть большинства растительных и животных жиров. Из смеси этих кислот (стеарина) раньше изготовляли свечи.
Получение
В лаборатории карбоновые кислоты, как и не органические, можно получить из их солей, действуя на них серной кислотой при нагревании:
В промышленности карбоновые кислоты получают различными способами.
Общий способ получения карбоновых кислот - окисление углеводородов кислородом воздуха. Реакцию проводят как в газовой фазе при повышенных давлении и температуре без катализаторов, так и в растворах. При этом происходит крекинг углеродных цепей, так что полученные таким способом кислоты содержат всегда меньше атомов углерода, чем исходные углеводороды. Например, уксусную кислоту получают окислением Н-бутана в растворе уксусной кислоты:
Mn, Co, 6-8 MПа
2CH3 - CH2 - CH2 - CH3 + 5O2 4СH3COOH+2H2O
Физические свойства
Низшие карбоновые кислоты -- жидкости с острым запахом, хорошо растворимые в воде. С повышением относительной молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается, а температура кипения повышается. Высшие кислоты, начиная с пеларгоновой (н-нонановой) СН3-(СН2)7-СООН, -- твердые вещества, без запаха, нерастворимые в воде. Низшие карбоновые кислоты в безводном виде и в виде концентрированных растворов раздражают кожу и вызывают ожоги, особенно муравьиная кислота и уксусная кислота.
Химические свойства
Общие свойства карбоновых кислот аналогичны соответствующим свойствам неорганических кислот.
Карбоновые кислоты обладают и некоторыми специфическими свойствами, обусловленными наличием в их молекулах радикалов. Так, например, уксусная кислота реагирует с хлором:
монохлоруксусная кислота
Муравьиная кислота по химическим свойствам несколько отличается от других карбоновых кислот.
1.Из одноосновных карбоновых кислот муравьиная кислота является самой сильной кислотой.
2. Из-за особенностей строения молекул муравьиная кислота подобна альдегидам легко окисляется (реакция «серебряного зеркала»):
угольная кислота.
3. При нагревании с концентрированной серной кислотой муравьиная кислота отщепляет воду и образуется оксид углерода (II):
Эта реакция иногда используется для получения оксида углерода (II) в лаборатории.
Как уже было отмечено, самой сильной из одноосновных карбоновых кислот является муравьиная кислота.
Уксусная кислота значительно слабее. Следовательно, радикал метил СН3 - (и другие радикалы) влияет на карбоксильную группу. В результате этого связь между атомами водорода и кислорода в карбоксильной группе становится менее полярной и отщепление иона водорода затрудняется. В радикалах карбоновых кислот атомы водорода могут замещаться галогенами. При этом замещение легче происходит в углеводородном звене, которое находится ближе к карбоксильной группе. Следовательно, карбоксильная группа действует на углеводородный радикал, то есть их влияние взаимно.
Применение
Муравьиная кислота применяется в промышленности в качестве сильного восстановителя. Её 1,25% - ный раствор в спирте (муравьиный спирт) применяется в медицине. Наибольшее значение имеет уксусная кислота она необходима для синтеза красителей (например индиго), медикаментов (например, аспирина),сложных эфиров, уксусного ангидрида, монохлоруксусной кислоты и т.д. Большие её количества расходуются для производства ацетатного волокна, не горючей кинопленки, органического стекла, пропускающего УФ лучи.
Широко используются её соли - ацетаты. Ацетат свинца (II) применяется для изготовления свинцовых белил и свинцовой примочки в медицине, ацетаты железа (III) и алюминия - в качестве протрав при крошении тканей, ацетат меди (II) - для борьбы с вредителями растений. 3-9%-ный водный раствор уксусной кислоты - уксус - вкусовое и консервирующее средство. Некоторые соединения, при получении которых используется уксусная кислота, например натриевая соль 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты, являются гербицидами - средством для борьбы с сорняками. Натриевые и калевые соли высших карбоновых кислот - основные составные части мыла.
Сложные эфиры муравьиной кислоты используются в качестве растворителей и душистых веществ
Список литературы
Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман Химия: Органическая химия: Учебник для 10 кл. общеобразовательных учреждений. - 5-е изд. - М.: Просвещение, 1998. - 160 с.
О.С. Габриелян Химия. 10 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений / О.С.Габриелян.-11-е изд., испр-М. : Дрофа, 2006.- 267, с.
Л.С. Гузей Химия. 11 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений / Р.П. Суровцева, Г.Г. Лысова- 7-е изд., стереотип. М. : Дрофа, 2006. - 223, с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Карбоновые кислоты-органические соединения, содержащие карбоксильную группу (карбоксил). Номенклатура и изомерия. Физические свойства. Химические свойства. Уксусная (метанкарбоновая, этановая) кислота СН3-СООН. Применение кислот в прмышленности.
реферат , добавлен 16.12.2007
Одноосновные карбоновые кислоты. Общие способы получения. Двухосновные кислоты, химические свойства. Пиролиз щавелевой и малоновой кислот. Двухосновные непредельные кислоты. Окисление оксикислот. Пиролиз винной кислоты. Сложные эфиры. Получение жиров.
учебное пособие , добавлен 05.02.2009
Объединение соединений с функциональной группой карбоксила в класс карбоновых кислот. Совокупность химических свойств, часть из которых имеет аналогию со свойствами спиртов и оксосоединений. Гомологический ряд, номенклатура и получение карбоновых кислот.
контрольная работа , добавлен 05.08.2013
Ацильные соединения - производные карбоновых кислот, содержащие ацильную группу. Свойства кислот обусловлены наличием в них карбоксильной группы, состоящей из гидроксильной и карбонильной групп. Способы получения и реакции ангидридов карбоновых кислот.
реферат , добавлен 03.02.2009
Карбоновые кислоты - более сильные кислоты, чем спирты. Ковалентный характер молекул и равновесие диссоциации. Формулы карбоновых кислот. Реакции с металлами, их основными гидроксидами и спиртами. Краткая характеристика физических свойств кислот.
презентация , добавлен 06.05.2011
Изучение физических и химических свойств карбоновых кислот. Анализ реакции нуклеофильного замещения в ряду производных. Характеристика общей схемы механизма в присутствии катализатора. Обзор циклического, ароматического и гетероциклического ряда кислот.
реферат , добавлен 19.12.2011
Ознакомление с историческими фактами открытия и получения фосфорной кислоты. Рассмотрение основных физических и химических свойств фосфорной кислоты. Получение экстракционной фосфорной кислоты в лабораторных условиях, ее значение и примеры применения.
реферат , добавлен 27.08.2014
Понятие термина ароматические карбоновые кислоты. Серная кислота: химические показатели, правила использования. Влияние температуры на реакцию нитрования и ее лабораторные соединения. Способы получения одноосновных карбоновых кислот ароматического ряда.
курсовая работа , добавлен 05.12.2008
Структурная, химическая формула серной кислоты. Сырьё и основные стадии получения серной кислоты. Схемы производства серной кислоты. Реакции по производству серной кислоты из минерала пирита на катализаторе. Получение серной кислоты из железного купороса.
презентация , добавлен 27.04.2015
Исследование мезогенных свойств жидкокристаллических полиэфиров, содержащих в качестве центрального ядра остаток камфорной кислоты. Изучение хироптических свойств сополиэфиров VIII в растворе, влияние растворителя. Получение оптически активных полимеров.
Получение карбоновых кислот
I . В промышленности
1. Выделяют из природных продуктов
(жиров, восков, эфирных и растительных масел)
2. Окисление алканов:
2CH 4 + + 3O 2 t,kat → 2HCOOH + 2H 2 O
метанмуравьиная кислота
2CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 5O 2 t,kat,p →4CH 3 COOH + 2H 2 O
н-бутануксусная кислота
3. Окисление алкенов:
CH 2 =CH 2 + O 2 t,kat → CH 3 COOH
этилен
СH 3 -CH=CH 2 + 4[O] t,kat → CH 3 COOH + HCOOH (уксусная кислота+муравьиная кислота )
4. Окисление гомологов бензола (получение бензойной кислоты):
C 6 H 5 -C n H 2n+1 + 3n[O] KMnO4,H+ → C 6 H 5 -COOH + (n-1)CO 2 + nH 2 O
5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 -COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 + 14H 2 O
толуолбензойная кислота
5.Получение муравьиной кислоты:
1 стадия: CO + NaOH t , p →HCOONa ( формиат натрия – соль )
2 стадия : HCOONa + H 2 SO 4 → HCOOH + NaHSO 4
6. Получение уксусной кислоты:
CH 3 OH + CO t,p →CH 3 COOH
Метанол
II . В лаборатории
1. Гидролиз сложных эфиров:
2. Из солей карбоновых кислот :
R-COONa + HCl → R-COOH + NaCl
3. Растворением ангидридов карбоновых кислот в воде:
(R-CO) 2 O + H 2 O → 2 R-COOH
4. Щелочной гидролиз галоген производных карбоновых кислот:
III . Общие способы получения карбоновых кислот
1. Окисление альдегидов:
R-COH + [O] → R-COOH
Например, реакция «Серебряного зеркала» или окисление гидроксидом меди (II ) – качественные реакции альдегидов
2. Окисление спиртов:
R-CH 2 -OH + 2[O] t,kat → R-COOH + H 2 O
3. Гидролиз галогензамещённых углеводородов, содержащих три атома галогена у одного атома углерода.
4. Из цианидов (нитрилов) – способ позволяет наращивать углеродную цепь:
СH 3 -Br + Na-C≡N → CH 3 -CN + NaBr
CH 3 -CN - метилцианид (нитрил уксусной кислоты)
СH 3 -CN + 2H 2 O t → CH 3 COONH 4
ацетат аммония
CH 3 COONH 4 + HCl → CH 3 COOH + NH 4 Cl
5. Использование реактива Гриньяра
R-MgBr + CO 2 →R-COO-MgBr H2O → R-COOH + Mg(OH)Br
ПРИМЕНЕНИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Муравьиная кислота – в медицине - муравьиный спирт (1,25% спиртовой раствор муравьиной кислоты), в пчеловодстве, в органическом синтезе, при получении растворителей и консервантов; в качестве сильного восстановителя.
Уксусная кислота – в пищевой и химической промышленности (производство ацетилцеллюлозы, из которой получают ацетатное волокно, органическое стекло, киноплёнку; для синтеза красителей, медикаментов и сложных эфиров). В домашнем хозяйстве как вкусовое и консервирующее вещество.
Масляная кислота – для получения ароматизирующих добавок, пластификаторов и флотореагентов.
Щавелевая кислота – в металлургической промышленности (удаление окалины).
Стеариновая C 17 H 35 COOH и пальмитиновая кислота C 15 H 31 COOH – в качестве поверхностно-активных веществ, смазочных материалов в металлообработке.
Олеиновая кислота C 17 H 33 COOH – флотореагент и собиратель при обогащении руд цветных металлов.
Отдельные представители
одноосновных предельных карбоновых кислот
Муравьиная кислота
впервые была
выделена в XVII веке из красных лесных муравьев. Содержится также в соке жгучей
крапивы. Безводная муравьиная кислота – бесцветная жидкость с острым запахом и
жгучим вкусом, вызывающая ожоги на коже. Применяется в текстильной
промышленности в качестве протравы при крашении тканей, для дубления кож, а
также для различных синтезов.
Уксусная
кислота
широко распространена в природе – содержится в выделениях
животных (моче, желчи, испражнениях), в растениях (в зеленых листьях).
Образуется при брожении, гниении, скисании вина, пива, содержится в кислом
молоке и сыре. Температура плавления безводной уксусной кислоты + 16,5°C,
кристаллы ее прозрачны как лед, поэтому ее называют ледяной уксусной кислотой.
Впервые получена в конце XVIII века русским ученым Т. Е. Ловицем. Натуральный
уксус содержит около 5% уксусной кислоты. Из него приготовляют уксусную
эссенцию, используемую в пищевой промышленности для консервирования овощей,
грибов, рыбы. Уксусная кислота широко используется в химической промышленности
для различных синтезов.
Представители ароматических и непредельных карбоновых кислот
Бензойная кислота
C
6 H
5 COOH
- наиболее важный представитель
ароматических кислот. Распространена в природе в растительном мире: в
бальзамах, ладане, эфирных маслах. В животных организмах она содержится в
продуктах распада белковых веществ. Это кристаллическое вещество, температура
плавления 122°C, легко возгоняется. В холодной воде растворяется плохо. Хорошо
растворяется в спирте и эфире.
Ненасыщенные непредельные кислоты с одной двойной связью в молекуле имеют общую формулу C n H 2 n -1 COOH .
Высокомолекулярные непредельные кислоты
часто
упоминаются диетологами (они называют их ненасыщенными). Самая распространенная
из них – олеиновая
СН 3 –(СН 2) 7 –СН=СН–(СН 2) 7 –СООН
или C
17 H
33 COOH
. Она представляет собой бесцветную жидкость,
затвердевающую на холоде.
Особенно важны полиненасыщенные кислоты с несколькими двойными связями: линолевая
СН 3 –(СН 2) 4 –(СН=СН–СН 2) 2 –(СН 2) 6 –СООН
или C
17 H
31 COOH
с двумя двойными связями, линоленовая
СН 3 –СН 2 –(СН=СН–СН 2) 3 –(СН 2) 6 –СООН
или C
17 H
29 COOH
с тремя двойными связями и арахидоновая
СН 3 –(СН 2) 4 –(СН=СН–СН 2) 4 –(СН 2) 2 –СООН
с четырьмя двойными связями; их часто называют незаменимыми жирными кислотами.
Именно эти кислоты обладают наибольшей биологической активностью: они участвуют
в переносе и обмене холестерина, синтезе простагландинов и других жизненно
важных веществ, поддерживают структуру клеточных мембран, необходимы для работы
зрительного аппарата и нервной системы, влияют на иммунитет. Отсутствие в пище
этих кислот тормозит рост животных, угнетает их репродуктивную функцию,
вызывает различные заболевания. Линолевую и линоленовую кислоты организм
человека сам синтезировать не может и должен получать их готовыми с пищей (как
витамины). Для синтеза же арахидоновой кислоты в организме необходима линолевая
кислота. Полиненасыщенные жирные кислоты с 18 атомами углерода в виде эфиров
глицерина находятся в так называемых высыхающих маслах – льняном, конопляном,
маковом и др. Линолевая кислота
C
17 H
31 COOH
и линоленовая
кислота
C
17 H
29 COOH
входят в состав
растительных масел. Например, льняное масло содержит около 25% линолевой
кислоты и до 58% линоленовой.
Сорбиновая (2,4-гексадиеновая) кислота СН 3 –СН=СН–СН=СНСООН была получена из ягод рябины (на латыни – sorbus). Эта кислота – прекрасный консервант, поэтому ягоды рябины не плесневеют.
Простейшая непредельная кислота, акриловая СН 2 =СНСООН, имеет острый запах (на латыни acris – острый, едкий). Акрилаты (эфиры акриловой кислоты) используются для получения органического стекла, а ее нитрил (акрилонитрил) – для изготовления синтетических волокон.
Называя вновь выделенные кислоты, химики, нередко, дают волю фантазии. Так, название ближайшего гомолога акриловой кислоты, кротоновой
СН 3 –СН=СН–СООН, происходит вовсе не от крота, а от растения Croton tiglium , из масла которого она была выделена. Очень важен синтетический изомер кротоновой кислоты – метакриловая кислота СН 2 =С(СН 3)–СООН, из эфира которой (метилметакрилата), как и из метилакрилата, делают прозрачную пластмассу – оргстекло.
Непредельные карбоновые кислоты способны к реакциям присоединения:
СН 2 =СН-СООН + Н 2 → СН 3 -СН 2 -СООН
СН 2 =СН-СООН + Сl 2 → СН 2 Сl -СНСl -СООН
ВИДЕО:
СН 2 =СН-СООН + HCl → СН 2 Сl -СН 2 -СООН
СН 2 =СН-СООН + Н 2 O → НО-СН 2 -СН 2 -СООН
Две последние реакции протекают против правила Марковникова.
Непредельные карбоновые кислоты и их производные способны к реакциям полимеризации.
Карбонильные соединения. Строение ихимические свойства карбоновых кислот. Липиды.
Карбоновые кислоты. Строение карбоксильной группы. Номенклатура.
Неспелые фрукты, щавель, барбарис, клюква, лимон. Что общего между ними. Даже дошкольник, не задумываясь, ответит: они кислые. А вот обусловлен кислый вкус плодов и листьев многих растений различными карбоновыми кислотами, в состав которых входит одна или несколько карбоксильных групп - СООН.
Название кислот "карбоновые" происходит от латинского названия угольной кислоты acidum carbonicum, которая была первой изученной в истории химии углеродсодержащей кислотой. Их часто называют жирными кислотами, так как высшие гомологи впервые были получены из природных жиров.
Карбоновые кислоты можно рассматривать как производные углеводородов, содержащие в молекуле одну или несколько функциональных карбоксильных групп:
Термин "карбоксильная" является составным, образовавшимся в соответствии с названиями двух групп: и гидроксил -ОН, входящих в состав карбоксильной группы.
Классификация карбоновых кислот.
Карбоновые кислоты в зависимости от природы радикала делятся на
предельные,
непредельные,
ациклические,
циклические.
По числу карбоксильных групп различают
одноосновные (с одной группой -СООН)
многоосновные (содержат две и более групп -СООН).
Алкановые кислоты - производные предельных углеводородов, содержащие одну функциональную карбоксильную группу. Их общая формула R - COOH, где R - радикал алкана. Гомологический ряд простейших низкомолекулярных кислот:
Изомерия, номенклатура .
Изомерия предельных кислот, так же как и предельных углеводородов, определяется изомерией радикала. Простейшие три кислоты с одним, двумя и тремя атомами углерода в молекуле изомеров не имеют. Изомерия кислот начинается с четвертого члена гомологического ряда. Так, масляная кислота C 3 H 7 - COOH имеет два изомера, валериановая кислота C 4 H 9 - COOH - четыре изомера.
Наиболее распространенными являются тривиальные названия кислот. Многие из них связаны с наименованием продуктов, из которых они первоначально были выделены или в которых были обнаружены. Например, муравьиную кислоту получили из муравьев, уксусную - из уксуса, масляную - из прогоршего масла.
По номенклатуре ИЮПАК к названию предельного углеводорода, соответствующего главной углеродной цепи, включая углерод карбоксила добавляется окончание -овая кислота . Так, например, муравьиная кислота - метановая кислота, уксусная - этановая, пропионовая - пропановая и т. д. Нумерацию атомов углерода главной цепи начинают от карбоксильной группы.
Остаток
молекулы карбоной кислоты, образованный отнятием гидроксильной группы от
карбоксила, имеющей строение,
называется кислотным остатком или ацилом (от лат. acidum - кислота). Ацил
муравьиной кислоты (лат. acidum formicum) называется формил ,
уксусной (acidum aceticum) - ацетил 
.
Физические и химические свойства .
Физические свойства.
Первые три кислоты гомологического ряда (муравьиная, уксусная, пропионовая) - жидкости, хорошо растворимые в воде. Следующие представители - маслянистые жидкости, слабо растворимые в воде. Кислоты, начиная с каприновой С 9 Н 19 СООН, - твердые вещества, нерастворимые в воде, но растворимые в спирте, эфире.
Все жидкие кислоты отличаются своеобразным запахами.
Высокомолекулярные твердые кислоты запаха не имеют. С увеличением молекулярной массы кислот повышается их температура кипения и уменьшается плотность.
Химические свойства.
Диссоциация кислот:
Степень диссоциации карбоновых кислот различна. Самой сильной кислотой является муравьиная, в которой карбоксил не связан с радикалом. Степень диссоциации органических кислот по сравнению с неорганическими значительно меньшая. Поэтому они являются слабыми кислотами. Органические кислоты, так же как и неорганические, дают характерные реакции на индикаторы.
Образование солей .
При взаимодействии с активными металлами (а), оксидами металлов (б), основаниями (в) водород карбоксильной группы кислоты замещается на металл и образуются соли:
Образование галогенагидридов кислот .
При замещении гидроксила карбоксильной группы кислот галогеном образуются производные кислот - галогенагидриды:
Образование ангидридов кислот.
При отнятии воды от двух молекул кислоты в присутствии катализатора образуются ангидриды кислот:
Образование сложных эфиров .
Так называемая реакция этерификации:
Образование амидов:
Реакции хлорангидридов карбоновых кислот с аммиаком
СН 3 -СО-Сl + CН 3 → СН 3 -СО-CН 2 + HCl.
Галогены способны замещать водород радикала кислоты, образуя галогенокислоты . Это замещение происходит постепенно:
Галогенозамещенные кислоты - более сильные кислоты, чем исходные. Например, трихлоруксусная кислота примерно в 10 тыс. раз сильнее уксусной. Они используются для получения оксикислот, аминокислот и других соединений.
Дикарбоновые кислоты.
Дикарбоновые кислоты - это кислоты в которых есть два или три карбоксильные группы.
Например.
НООС - СООН- этандиовая кислота (щавлевая кислота)
НООС - СН 2 - СООН- пропандиовая кислота (малоновая кислота)
НООС - СН 2 - СН 2 - СООН-бутандиовая кислота (янтарная кислота)
Для дикарбоновых кислот свойственны реакции декарбоксилирования (отщепления СО 2) при нагревании:
t °
НООС-СН 2 -СООН→СН 3 СООН + CO 2
Физиологически важным конечным продуктом преобразований в организме белков и нуклеиновых кислот является мочевина.
Липиды. Классификация.
Липиды - являются сложными эфирами, образованными высшими одноосновными карбоновыми кислотами, главным образом пальмитиновой , стеариновой (насыщенные кислоты) и олеиновой (ненасыщенная кислота) и трехатомным спиртом - глицерином . Общее название таких соединений - триглицериды
Природные жиры представляют собой не индивидуальное вещество, а смесь различных триглицеридов.
Классификация липидов.
Липиды делят на:
Простые:
а) ацилглицериды
б) воски
Сложные:
а) фосфолипиды
б) гликолипиды
Высшие жирные кислоты.
В состав липидов организма человека и животных входят жирные кислоты с парным количеством атомов углерода от 12 до 24.
Высшие жирные кислоты бывают насыщенные (предельные)
пальмитиновая кислота- С 15 Н 31 СООН
стеариновая- С 17 Н 35 СООН
Ненасыщенные (непредельные)
олеиновая- С 17 Н 33 СООН
линолевая-С 17 Н 31 СООН
линоленовая-С 17 Н 29 СООН
арахидоновая-С 19 Н 31 СООН
Простые липиды - это липиды которые при гидролизе образуют спирты и жирные кислоты.
Ацилглицериды – это липиды которые есть сложными эфирами глицерина и высших жирных кислот.
Образование одного из триглицеридов, например триглицерида стеариновой кислоты, можно изобразить уравнением
глицерин стеариновая кислота стеариновый триглицерид
В состав молекул триглицеридов могут входить разнородные кислотные радикалы, что особенно характерно для природных жиров, однако остаток глицерина является составной частью всех жиров:
Все жиры легче воды и в ней нерастворимы. Они хорошо растворяются в бензине, эфире, тетрахлориде углерода, сероуглероде, дихлорэтане и других растворителях. Хорошо впитываются бумагой и кожей. Жиры содержатся во всех растениях и животных. Жидкие жиры обычно называются маслами . Твердые жиры (говяжий, бараний и др) состоят главным образом из триглицеридов предельных (твердых) кислот, жидкие (подсолнечное масло и др.) - из триглицеридов непредельных (жидких) кислот.
Жидкие жиры превращаются в твердые путем реакции гидрогенизации . Водород присоединяется по месту разрыва двойной связи в углеводородных радикалах молекул жиров:
Реакция протекает при нагревании под давлением и в присутствии катализатора - мелко раздробленного никеля. Продукт гидрогенизации - твердый жир (искусственное сало), называется саломасом идет на производство мыла, стеарина и глицерина. Маргарин - пищевой жир, состоит из смеси гидрогенизованных масел (подсолнечного, хлопкового и др.), животных жиров, молока и некоторых других веществ (соли, сахара, витаминов и др.).
Важное химическое свойство жиров, как и всех сложных эфиров, - способность подвергаться гидролизу (омылению). Гидролиз легко протекает при нагревании в присутствии катализаторов - кислот, щелочей, оксидов магния, кальция, цинка:
Реакция гидролиза жиров обратима. Однако при участии щелочей она доходит практически до конца - щелочи превращают образующиеся кислоты в соли и тем самым устраняют возможность взаимодействия кислот с глицерином (обратную реакцию).
Жиры - необходимая составная часть пищи. Они широко используются в промышленности (получение глицерина, жирных кислот, мыла).
Мыла и моющие средства
Мыла - это соли высших карбоновых кислот. Обычные мыла состоят главным образом из смеси пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот. Натриевые соли образуют твердые мыла , калиевые соли - жидкие мыла .
Мыла получаются при гидролизе жиров в присутствии щелочей:
триглицерид стеариновой Глицерин Стеарат натрия
Кислоты (тристеарин) (мыло)
Отсюда реакция, обратная этерификации получила названия реакции омыления ,
Омыление жиров может протекать и в присутствии серной кислоты (кислотное омыление). При этом получаются глицерин и высшие карбоновые кислоты. Последние действием щелочи или соды переводят в мыла.
Исходным сырьем для получения мыла служат растительные масла (подсолнечное, хлопковое и др.), животные жиры, а также гидроксид натрия или кальцинированная сода. Растительные масла предварительно подвергаются гидрогенизации, т. е. их превращают в твердые жиры. Применяются также заменители жиров - синтетические карбоновые жирные кислоты с большой молекулярной массой.
Производство мыла требует больших количеств сырья, поэтому поставлена задача получения мыла из непищевых продуктов. Необходимые для производства мыла карбоновые кислоты получают окислением парафина. Нейтрализацией кислот, содержащих от 10 до 16 углеродных атомов в молекуле, получают туалетное мыло, а из кислот, содержащих от 17 до 21 атома углерода, - хозяйственное мыло и мыло для технических целей. Как синтетическое мыло, так и мыло, получаемое из жиров, плохо моет в жесткой воде. Поэтому наряду с мылом из синтетических кислот производят моющие средства из других видов сырья, например из алкилсульфатов - солей сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты.
Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли растворимы в воде, а потому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих стиральных порошках.
Синтетические моющие средства высвобождают сотни тысяч тонн пищевого сырья - растительных масел и жиров.
Сложные липиды.
Это липиды которые при гидролизе освобождают спирт и фосфорную кислоту, аминоспирты, углеводы..
Фосфолипиды - основой фосфолипидов является фосфатидная кислота.
Фосфолипиды образуют липидный матрикс биологических мембран.
Гетерофункциональные соединения.
К гетерофункциональным соединениям принадлежат гидрокси – и оксокислоты.
Гидроксикислоты
Гидроксикислоты характеризуются наличием в молекуле кроме карбоксильной еще гидроксильной группы О–Н, их общая формула R(OH) n (COOH). Первым представителем органических гидроксикислот будет оксиэтановая кислота (оксиуксусная, оксиметанкарбоновая, гликолевая кислота).
Наиболее важными из гидроксикислот, участвующих в процессах жизнедеятельности, являются:
молочная (2-окси-этанкарбоновая, 2-оксипропановая кислота, оксипропионовая кислота)
яблочная
(2-окси-1,2-этандикарбоновая кислота, оксиянтарная кислота)
винная
(1,2-диокси-1,2-этандикарбоновая кислота, диоксиянтарная кислота)
лимонная
(2-окси-1,2,3-пропантрикарбоновая кислота)
Карбоновыми кислотами называют соединения, в которых содержится карбоксильная группа:
Карбоновые кислоты различают:
- одноосновные карбоновые кислоты;
- двухосновные (дикарбоновые) кислоты (2 группы СООН ).
В зависимости от строения карбоновые кислоты различают:
- алифатические;
- алициклические;
- ароматические.
Примеры карбоновых кислот.
Получение карбоновых кислот.
1. Окисление первичных спиртов перманганатом калия и дихроматом калия:
2. Гибролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих 3 атома галогена у одного атома углерода:
3. Получение карбоновых кислот из цианидов:
При нагревании нитрил гидролизуется с образованием ацетата аммония:
При подкисления которого выпадает кислота:
4. Использование реактивов Гриньяра:
5. Гидролиз сложных эфиров:
6. Гидролиз ангидридов кислот:
7. Специфические способы получения карбоновых кислот:
Муравьиная кислота получается при нагревании оксида углерода (II) с порошкообразным гидроксидом натрия под давлением:
Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана кислородом воздуха:
Бензойную кислоту получают окислением монозамещенных гомологов раствором перманганата калия:
Реакция Каннициаро . Бензальдегид обрабатывают 40-60% раствором гидроксида натрия при комнатной температуре.
Химические свойства карбоновых кислот.
В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют:
Равновесие сдвинуто сильно влево, т.к. карбоновые кислоты являются слабыми.
Заместители влияют на кислотность вследствие индуктивного эффекта. Такие заместители оттягивают электронную плотность на себя и на них возникает отрицательный индуктивный эффект (-I). Оттягивание электронной плотности приводит к повышению кислотности кислоты. Электронодонорные заместители создают положительный индуктивный заряд.
1. Образование солей. Реагирование с основными оксидами, солями слабых кислот и активными металлами:
Карбоновые кислоты - слабые, т.к. минеральные кислоты вытесняют их из соответствующих солей:
2. Образование функциональных производных карбоновых кислот:
3. Сложные эфиры при нагревании кислоты со спиртом в присутствие серной кислоты - реакция этерификации:
4. Образование амидов, нитрилов:
3. Свойства кислот обуславливаются наличием углеводородного радикала. Если протекает реакция в присутствие красного фосфора, то образует следующий продукт:
4. Реакция присоединения.
8. Декарбоксилирование. Реакцию проводят сплавлением щелочи с солью щелочного металла карбоновой кислоты:
9. Двухосновная кислота легко отщепляет СО 2
при нагревании:
Дополнительные материалы по теме: Карбоновые кислоты.
Калькуляторы по химии |
|
| Химия онлайн на нашем сайте для решения задач и уравнений. | |