Моно- та дикарбонові кислоти. Функціональні похідні карбонових кислот

1.

Моно- та дикарбонові кислоти
Функціональні похідні карбонових кислот
1

2.

План
1. Номенклатура та ізомерія
карбонових кислот.
2. Способи одержання карбонових
кислот (створення карбоксильної
групи).
3. Фізичні властивості.
4. Будова карбоксильної групи.
Хімічні властивості.

3.

Класифікація
Карбоновими кислотами називаються
сполуки, що містять карбоксильну групу
—СООН.
O
R C
OH

4.

Класифікація

5.

Монокарбонові кислоти
Номенклатура і ізомерія
CH3 COOH
етанова кислота
3
2
CH3CH
CH3
CH3CH2CH2 COOH
бутанова кислота
1
COOH
2-метилпропанова кислота

6.

Монокарбонові кислоти
Номенклатура і ізомерія
COOH
2-метилбензойна кислота
COOH
CH3
COOH
CH3
4-метилбензойна кислота
CH3
3-метилбензойна кислота

7.

Монокарбонові кислоти
Номенклатура і ізомерія
COOH
COOH
COOH
CH3
2-метилциклогексанкарбонова кислота
CH3
3-метилциклогексанкарбонова кислота
CH3
4-метилциклогексанкарбонова кислота

8.

Монокарбонові кислоти
Номенклатура і ізомерія
Систематичні і тривіальні назви монокарбонових кислот С1-С10
Формула
Систематична назва
Тривіальна назва
HCOOH
метанова кислота
мурашина кислота
CH3COOH
етанова кислота
оцтова кислота
CH3CH2COOH
пропанова кислота
пропіонова кислота
CH3(CH2)2COOH
бутанова кислота
масляна кислота
CH3(CH2)3COOH
пентанова кислота
валеріанова кислота
CH3(CH2)4COOH
гексанова кислота
капронова кислота
CH3(CH2)5COOH
гептанова кислота
енантова кислота
CH3(CH2)6COOH
октанова кислота
каприлова кислота
CH3(CH2)7COOH
нонанова кислота
пеларгонова кислота
CH3(CH2)8COOH
деканова кислота
капринова кислота

9.

Монокарбонові кислоти
Способи одержання
Одержання з первинних спиртів і альдегідів
O
R
CH2 OH
R
C
R
H
первичный спирт
CH3CH2CH2CH2OH
пентанол-1
O
альдегид
KMnO4, NaOH
C
OH
карбоновая кислота
CH3CH2CH2COOH
валериановая кислота

10.

Монокарбонові кислоти
Способи одержання
Одержання з гомологів бензену
CH3
COOH
KMnO4, KOH, 100°C
толуол
бензойная кислота

11.

Монокарбонові кислоти
Способи одержання
Одержання з алканів
R
CH2 CH2 R'
O2
R
COOH + R'
COOH
Одержання з нітрилів (ціанідів)
R
Br + NaCN
R
C
N + NaBr
O
R
C
N + 2H2O
R
C
+ NH3
OH

12.

Монокарбонові кислоти
Фізичні властивості

13.

Монокарбонові кислоти
Фізичні властивості
O
H
O
CH3 C
C
O
H
CH3
O
димерний асоціат оцтової кислоти
O
H
H
H
C
C
C
OH
O
OH
O
лінійний асоціат мурашиної кислоти
OH

14.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
R
+
O
электрофильный центр
C
O
H
кислотный центр

15.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
O
R
-M , -I
+
C
R
O
..
O
H
+ M > -I
C
O
H

16.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Кислотні властивості
O
O
R
C
-H+
..
O
H
R
O-
C
R
O-
O
карбоновая кислота
O
R
C
-1/2
C
O -1/2
карбоксилат-ион

17.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Кислотні властисвості
pKa
оцтова кислота
4,76
Cl
CH2COOH
монохлороцтова кислота
2,85
Cl
CHCOOH
дихлороцтова кислота
1,25
трихлороцтова кислота
0,66
Cl
Cl
Cl
CCOOH
Cl
Увеличение кислотности
CH3COOH

18.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Кислотні властивості
pKa
-хлормасляна кислота
2,84
Cl
CH3CHCH2COOH
-хлормасляна кислота
4,06
-хлормасляна кислота
4,52
Cl
CH2CH2CH2COOH
Cl
CH3CH2CH2COOH
масляна кислота
4,82
Уменьшение кислотности
CH3CH2CHCOOH

19.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Кислотні властивості
H
CH3COOH + H2O
CH3OO- + H
O
H
ацетат-ион
CH3COOH + NaOH
ион гидроксония
CH3COONa + H2O
ацетат натрия

20.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Реакції нуклеофільного заміщення
Реакція естерифікації
O
O
C6H5 C
+ C2H5OH
OH
бензойная кислота
C6H5 C
+ H2O
OC2H5
этилбензоат

21.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Реакції нуклеофільного заміщення
Реакція естерифікації
катализатор
+
C6H5 C
O
OH
OH
OH
+
H
присоединение
C6H5 C
C6H5 C
OH
OH
C2H5OH

22.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Реакції нуклеофільного заміщення
Реакція естерифікації
OH
C6H5
H
OH
C
O
O
H
C2H5
C6H5
C
O
O
H
H
C2H5
-H2O

23.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Реакції нуклеофільного заміщення
Реакція естерифікації
OH
C6H5
C
OH
O
C2H5
C6H5
O
C6H5
C
O
C2H5
C
O
C2H5
-H+

24.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Утворення галогенангідридів
O
COOH
C
Cl
+ PCl5
бензойная
кислота
+ POCl3 + HCl
фосфорилхлорид
бензилхлорид
O
CH3COOH + SOCl2
уксусная
кислота
тионилхлорид
CH3 C
Cl
ацетилхлорид
+ SO2 + HCl

25.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Утворення ангідридів кислот
O
CH3
C
OH
OH
CH3
O
C
O
P2O5
-2HPO3
CH3
C
CH3
C
O
O
уксусный ангидрид

26.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Утворення ангідридів кислот
O
+
O
O
CH3 C
C
+
Cl
ацетилхлорид
CH3 C
O + NaCl
CH3
Na+-O
ацетат натрия
(нуклеофил)
CH3 C
O
уксусный
ангидрид

27.

Монокарбонові кислоти
Хімічні властивості
Утворення амідів
CH3COOH
NH3
O
CH3COO- NH4+
ацетат аммония
-H2O
CH3 C
NH2
ацетамид

28.

Монокарбонові кислоти
Реакції за участю радикалів монокарбонових кислот
Галогенування насичених аліфатичних кислот (реакція Гелля—
Фольгарда—Зелінського)
CH3
CH
CH3
CH
COOH + Br2
H
изовалериановая кислота
(3-метилбутановая кислота)
P
CH3
CH
CH3
CH
COOH + HBr
Br
-бромизовалериановая кислота
(2-бром-3-метилбутановая кислота)

29.

Монокарбонові кислоти
Реакції за участю радикалів монокарбонових кислот
Реакції електрофільного приєднання до ненасичених кислот
O
CH2 CH
C
+ HBr
OH
акриловая кислота
(пропеновая кислота)
CH2 CH2
Br
COOH
3-бромпропановая
кислота

30.

Монокарбонові кислоти
Реакції за участю радикалів монокарбонових кислот
Реакції електрофільного заміщення в ароматичних кислотах
H
O
C
COOH
KNO3, H2SO4, 90°C
-
-
NO2
бензойная
кислота
3-нитробензойная
кислота

31.

Функціональні похідні
карбонових кислот
Z
Типи похідних
O
R-C
Z
Типи похідних
– OR/
Складні ефіри
(естери)
– OOH
Пероксикислоти
–NHOH
Гідроксамові
кислоти
–
OC(O)R
– SR/
Ангідриди
–NHNH2
Гідразиди
Тіоестери
–NHC(O)NH2
- Hal
Галогенангідриди
–NH2, –NHR, –
NR2
z
–N3
Аміди
Уреїди
Ацилазиди

32.

Функціональні похідні карбонових
кислот
O
R
C
Общая формула функциональных
производных карбоновых кислот
X
O
O
R
C
O
R
Cl
C
O
R
R
C
O
C
OR
NH2
R
C
O
хлорангідрид
естер (складний
ефір)
амід
ангідрид

33.

Функціональні похідні карбонових
кислот
Механізм нуклеофільного заміщення
O
O
R-C
z
+ Nu-
R
C
z
Nu
O
R-C
Nu
+ Z-

34.

Функціональні похідні карбонових
кислот
Естери (складні ефіри) — це функціональні
похідні карбонових кислот, в яких гідроксильна
група замінена залишком спирту або фенолу —
OR.
O
O
CH3
CH3CH2 C
C
OCH2CH2CH3
OCH
пропилпропаноат
CH3
CH3
O
CHCH2 C
CH3
OCH2CH3
этил-3-метилбутаноат
изопропилбензоат

35.

Функціональні похідні карбонових
кислот
Отримання
O
CH3
C
Cl
CH3CH2OH
-HCl
ацетилхлорид
O
CH3
O
CH3
CH3
OCH2CH3
C
O
C
O
уксусный
ангидрид
C
CH3CH2OH
-CH3COOH

36.

Функціональні похідні карбонових
кислот
Отримання
O
ONa + CH3 C
феноксид натрия
Cl
ацетилхлорид
O
CH3 C
+ NaCl
O
фенилацетат

37.

Функціональні похідні карбонових
кислот
Отримання
..
O- Na+
OH
+ H2O
+ NaOH
фенол
(слабый нуклеофил)
+
CH3 C
феноксид натрия
(сильный нуклеофил)
O-
O
+ -O
Cl
C6H5
присоединение
CH3 C
Cl
отщепление
O
CH3 C
+ ClOC6H5
OC6H5

38.

Функціональні похідні карбонових
кислот
Гідроліз кислотний та лужний
O
CH3 C
+ H2O
OC2H5
этилацетат
O
+
H
CH3 C
этилацетат
+ NaOH
OC2H5
OH
уксусная
кислота
этанол
O
O
CH3 C
+ C2H5OH
CH3 C
ONa
+ C2H5OH
ацетат натрия

39.

Функціональні похідні карбонових
кислот
+
CH3 C
O-
O
+ -OH
присоединение
OC2H5
CH3 C
OH
OC2H5
отщепление
O
CH3 C
кислота
O
+ -OC2H5
OH
основание
CH3 C
O
-
+ C2H5OH

40.

Функціональні похідні карбонових
кислот
Аміди — це функціональні похідні карбонових
кислот, в яких гідроксильна група замінена на
аміногрупу
Отримання
O
O
+
C
Cl
C
+ 2NH3
NH2
+ NH4Cl
бензоилхлорид
бензамид

41.

Функціональні похідні карбонових
кислот
Отримання
CH3
+
O
NH
C
O
CH3
NH2
C
O
+
-CH3COOH
C
O
уксусный
ангидрид
анилин
N -фенилацетамид
(ацетанилид)
CH3

42.

Функціональні похідні карбонових
кислот
Отримання
+
O
O
NH
CH3 C
OC2H5 +
этилацетат
CH3
-C2H5OH
CH3 C
N
CH3
диметиламин
CH3
CH3
N,N -диметилацетамид
Номенклатура
O
O
CH3CH2C
NH2
пропанамід
CH3CH2CH2C
NH
N-метилбутанамід
CH3

43.

Функціональні похідні карбонових
кислот
Єлектронні ефекти
O
R
R
-M, -I
+
O
C
..
O
H
C
+M > -I
N
H
H

44.

Функціональні похідні карбонових
кислот
Хімічні властивості
O
+ H2O + HCl
CH3 C
t°
O
CH3 C
OH
NH2
O
CH3 C
+ NaOH
NH2
+ NH4Cl
t°
O
CH3 C
+ NH3
ONa

45.

Ацилююча здатність функціональних похідних
карбонових кислот
O
O
R
R
C
O
Cl
R
O
O
C
R
C
R
C
C
O
R
OR'
OH
C
NH2
O
хлорангидрид
ангидрид
O
Cl
-
R
C
карбоновая
кислота
сложный эфир
OH-
R'O
-
амид
NH2-
Oхлорид-ион
карбоксилат-ион
гидроксид-ион алкоксид-ион
Уменьшение стабильности уходящего иона,
снижение ацилирующей способности
амид-ион

46.

Функціональні похідні карбонових кислот
O
R-C
O-R1
R1OH
O
R-C
H2O
R1SH
R1OH
SOCl2
O
R-C
O
R-C
OH
R1-COONа
Cl
H2O
R1-C
R-C
окрім реакції (3)
R-C
O
O
3
O
O
R2-NH
NH2
4
O
R-C
O
S-R1
2
O
R-C
O
R-C
O
NH3
P2O5
O-R1
R1-C
H2O
1
NR2
5

47.

Монокарбоновые кислоты
Ацилирующая способность функциональных
производных карбоновых кислот

48.

Дикарбонові кислоти
Номенклатура, ізомерія і фізичні властивості
Назва
Структурна формула
pKa1 pKa2
Аліфатичні
Етандіова (оксалатна,
щавлева)
Пропандіова (малонова)
Бутандіова (янтарна)
Пентандіова (глутарова)
Гександіова (адипінова)
HOOC
HOOC
HOOC
HOOC
HOOC
1,27
4,27
2,86
5,70
4,21
5,64
4,34
5,27
4,41
5,28
COOH
CH2 COOH
(CH2)2 COOH
(CH2)3 COOH
(CH2)4 COOH

49.

Дикарбонові кислоти
Номенклатура, ізомерія і фізичні властивості
Назва
Структурна формула
pKa1 pKa2
Ненасичені
цис-Бутендіова
(малеїнова)
транс-Бутендіова
(фумарова)
HOOC
HOOC
HC
Ароматичні
COOH
HC
CH
CH
1,92
6,23
3,02
4,38
2,58
5,64
COOH
COOH
Бензен-1,2-дикарбонова
(фталева)
COOH

50.

Дикарбонові кислоти
Номенклатура, ізомерія і фізичні властивості
COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
Бензен1,2-дикарбонова
(фталева кислота)
Бензен1,3-дикарбонова
(ізофталева кислота)
Бензен1,2-дикарбонова
(терефталева кислота)

51.

Дикарбонові кислоти
Хімічні властивості
Кислотні властивості
O
O
HOOC
C
OH
щавелевая кислота
-H
+
HOOC
C
-
O
гидроксалат-ион

52.

Дикарбонові кислоти
Хімічні властивості
Кислотні властивості
HOOC
COOH + NaOH
HOOC
COONa + H2O
гидроксалат натрия
(кислая соль)
HOOC
COOH + 2NaOH
NaOOC
COONa + 2H2O
оксалат натрия
(средняя соль)

53.

Дикарбонові кислоти
Хімічні властивості
Реакції нуклеофільного заміщення
O
C2H5OH
-H2O
O
C
C
HO
OC2H5
этилгидроксалат
HOOC
COOH
O
2C2H5OH
-2H2O
O
C
C2H5O
C
OC2H5
диэтилгидроксалат

54.

Дикарбонові кислоти
Хімічні властивості
Специфічні реакції дикарбонових кислот
O
O
C
HO
O
200°С
C
OH
щавелевая кислота
O
C
+ CO2
OH
муравьиная кислота
O
O
C
HO
H
150°С
CH2 C
OH
малоновая кислота
CH3
C
+ CO2
OH
уксусная кислота

55.

Дикарбонові кислоти
Хімічні властивості
Специфічні реакції дикарбонових кислот
O
O
CH2
CH2
C
OH
OH
CH2
C
O
янтарная кислота
C
220-230°C
-H2O
O
CH2
C
O
янтарный ангидрид

56. Дякую за увагу!