Карбоновые кислоты

1. Органическая химия

Центр дистанционного обучения
Органическая химия
ФИО преподавателя: Коновалова Надежда Валерьевна
e-mail: [email protected]
Online-edu.mirea.ru
online.mirea.ru

2. Тема лекции: Карбоновые кислоты

Центр дистанционного обучения
Тема лекции: Карбоновые кислоты
Карбоновые кислоты - органические вещества, молекулы которых
содержат одну или несколько карбоксильных групп -СООН.
Номенклатура и классификация карбоновых кислот
1. Одноосновные карбоновые кислоты
1.1. Алифатические
а) насыщенные (предельные)
O
H C
O
CH3
OH
муравьиная кислота
(метановая кислота)
C
OH
уксусная кислота
(этановая кислота)
O
CH3
CH2
C
O
CH3
OH
пропионовая кислота
(пропановая кислота)
CH2
CH2
C
OH
масляная кислота
(бутановая кислота)
online.mirea.ru

3.

Центр дистанционного обучения
1. Одноосновные карбоновые кислоты
1.1. Алифатические
а) насыщенные (предельные)
O
CH3
CH2
CH2
CH2
O
C
CH3
OH
валериановая кислота
(пентановая)
CH2
CH2
CH2
CH2
C
OH
капроновая кислота
(гексановая)
CH2
C
OH
CH 3
изовалериановая кислота
(3-метилбутановая кислота)
O
CH3
CH
O
CH3
CH
CH3
C
OH
изомасляная кислота
(2-метилпропановая)
online.mirea.ru

4.

Центр дистанционного обучения
• б) ненасыщенные (непредельные)
O
CH 2
CH C
OH
акриловая кислота
(пропеновая кислота)
O
CH3
CH CH C
OH
кротоновая кислота
(2-бутеновая кислота)
• 1.2. Ароматические
C
O
OH
O
C
C
O
OH
OH
бензойная кислота
(бензолкарбоновая)
OH
салициловая кислота
(2-гидроксибензойная)
CH3
пара-толуиловая кислота
(4-метилбензойная)
online.mirea.ru

5.

Центр дистанционного обучения
• 1.3. Алициклические
O
CH2 CH COOH
CH2
циклопропанкарбоновая
кислота
C
C
O
OH
OH
циклопентанкарбоновая
кислота
циклогексанкарбоновая
кислота
• 1.4. Гетероциклические
C
O
OH
N
никотиновая кислота
(3-пиридинкарбоновая)
O
C
O
OH
пирослизевая кислота
(2-фуранкарбоновая)
online.mirea.ru

6.

Центр дистанционного обучения
• 2. Двухосновные карбоновые кислоты
• 2.1. Алифатические
• а) насыщенные (предельные)
HOOC COOH
щавелевая кислота (этандиовая кислота)
COOH
H2C
COOH
CH2
COOH
CH2
COOH
CH2
COOH
CH2
CH2
малоновая кислота (1,3-пропандиовая)
янтарная кислота (1,4-бутандиовая кислота)
глутаровая кислота (1,5-пентандиовая)
COOH
online.mirea.ru

7.

Центр дистанционного обучения
• б) ненасыщенные (непредельные)
H
COOH
H
C
C
H
COOH
C
C
COOH
HOOC
малеиновая кислота
(цис-бутендиовая)
H
фумаровая кислота
(транс-бутендиовая)
O
• 2.2. Ароматические
C
C
O
OH
O
OH
фталевая кислота
(1,2-бензолдикарбоновая)
C
O
C
OH
OH
C
O
OH
изофталевая кислота
(1,3-бензолдикарбоновая)
C
O
OH
терефталевая кислота
(1,4-бензолдикарбоновая)
online.mirea.ru

8.

Центр дистанционного обучения
Способы получения одноосновных карбоновых
кислот
1. Реакции окисления
А) Окисление алканов
R CH3
CH3
[O]
CH2
R CH2OH
CH2
[O]
CH3 + 2O2
R C
O
H
Cat
t
[O]
R C
O
OH
2 CH3COOH + H2
online.mirea.ru

9.

Центр дистанционного обучения
• Б) Окисление алкенов и алкинов
RCH=CHR'
1. KMnO4, NaOH
RCOOH + R'COOH
2. H
RCH=CHR
HNO3, t
CH3CH=CHCH3
CH3C CCH3
2 RCOOH
1. KMnO4, NaOH
2 CH3COOH
2. H
online.mirea.ru

10.

Центр дистанционного обучения
В). Окисление алкиларенов
CH3 1. KMnO4
COOH
2. H
Г) Окисление спиртов и альдегидов
RCH2OH
O
RCOOH
RCH=O
online.mirea.ru

11.

Центр дистанционного обучения
Д) Окисление кетонов
O
CH3
C CH2
CH3
CrO3
t
HCOOH + 2CH3COOH + CH3
CH2
COOH
• Галоформное расщепление
O
CH3
C CH3
1) Br2, NaOH
2) H+
CH3COOH + CHCl3
online.mirea.ru

12.

Центр дистанционного обучения
2. Реакции гидролиза
• 2.1. Гидролиз геминальных тригалогеналканов
X
R C X
X
3 H OH
NaOH
- 3 NaX
OH
R C OH
OH
O
- H2O
R C
OH
X = Cl, Br
Br
C Br
Br
OH
3 H2O
NaOH
- 3 NaBr
O
C OH
OH
C
- H2O
OH
online.mirea.ru

13.

Центр дистанционного обучения
• 2.2. Гидролиз кетенов
CH2
C O
+ H OH
OH
CH2
O
C OH
CH3
C OH
• 2.3. Гидролиз производных карбоновых кислот
O
R C
+ H OH
X
O
+ HX
R C
OH
X = Cl, Br, I, OC(O)R', OR', NH2, C N.
online.mirea.ru

14.

Центр дистанционного обучения
• а) гидролиз галогенангидридов
O
NaOH
R C
+ H OH
SN
Cl
(Br, I)
O
+ NaCl
R C
OH
• б) гидролиз ангидридов
O
R C
O + H OH
R C
O
O
SN
2R C
OH
online.mirea.ru

15.

Центр дистанционного обучения
• в) гидролиз сложных эфиров
O
R C
+ H OH
OR'
CH3CH2C
NaOH или H+
SN
O
+ H2O
OCH3
H
O
+ R'OH
R C
OH
CH3CH2C
O
+ CH3OH
OH
online.mirea.ru

16.

Центр дистанционного обучения
г) гидролиз амидов
O
R C
+ H OH
NH2
CH3C NH
O
NaOH
SN
H2O
NaOH
O
R C
-
+
O Na
+ NH3
CH3C ONa + NH2
O
online.mirea.ru

17.

Центр дистанционного обучения
• д) гидролиз нитрилов
R X
NaC N
- NaX
H O
2
R C N
H+, t
KCN
CH3CH2CH2CH2Br _
KBr
O
R C
+ H OH
NH2
CH3CH2CH2CH2CN
H3O
HCl
SN
O
R C
+ NH4Cl
OH
CH3CH2CH2CH2COOH
online.mirea.ru

18.

Центр дистанционного обучения
• 2.3. Оксосинтез (промышленный метод)
CH3
CH CH2 + CO + H2O
a)
б)
Ni(CO)4
CH3
400 0C
CH2
CH2
a)
CH2
C
O
O
CH3
CH
H 2O
б)
C
OH
масляная кислота
CH3
HO
CH CH3
C
O
изомасляная кислота
online.mirea.ru

19.

Центр дистанционного обучения
• 2.4. Карбоксилирование металлорганических
соединений
а) карбоксилирование литийорганических соединений
R
O
Li + C
O
O
R C
HCl / H2O
O
+ LiCl
R C
OLi
OH
б) карбоксилирование реактивов Гриньяра
Mg
R X
эфир
R MgX
O=C=O
O
R C
O MgX
H3O
O
R C
OH
online.mirea.ru

20.

Центр дистанционного обучения
• 2.5. Декарбоксилирование дикарбоновых кислот
COOH
H2C
COOH
t
- CO2
CH3
COOH
малоновая кислота
COOH
t > 200 0C
(H2C)4
CH3 (CH2)3 COOH
- CO2
COOH
адипиновая кислота
валериановая кислота
online.mirea.ru

21.

Центр дистанционного обучения
• 2.6. Синтезы на основе малонового эфира
O
H2C
C OC2H5
C OC2H5
O
B
- BH
HC
O
O
O
C OC2H5
C OC2H5
C OC2H5
HC
HC
C OC2H5
C OC2H5
C OC2H5
O
O
O
малоновый эфир
H2C
O
O
C OC2H5
C OC2H5
+ C2H5ONa
Na HC
C OC2H5
C OC2H5
O
O
более сильная
кислота
натрмалоновый эфир
+
C 2H5OH
более слабая
кислота
online.mirea.ru

22.

Центр дистанционного обучения
2.6. Синтезы на основе малонового эфира (продолжение)
Na HC
O
O
C OC2H5
C OC2H5
+ RX
R HC
+ NaX
C OC2H5
C OC2H5
O
O
этилалкилмалонат
(моноалкилмалоновый эфир)
O
R HC
O
C OC2H5
C OC2H5
O
+ C2H5ONa
- C 2H5OH
Na
C OC2H5
R'X
R C
C OC2H5 - NaX
O
O
R
C
R'
C OC2H5
C OC2H5
O
диалкилмалоновый
эфир
online.mirea.ru

23.

Центр дистанционного обучения
2.6. Синтезы на основе малонового эфира (продолжение)
O
R HC
C OC2H5
O
H2O, NaOH
t
C OC2H5
C ONa
R HC
O
O
H+
C OH
R HC
C ONa
C OH
O
O
O
O
140 0C
- CO2
R
C
R'
C OC2H5
C OC2H5
O
диалкилмалоновый
эфир
H2O, NaOH
t
R
C ONa
C
R'
C ONa
O
H+
R
R'
C OH
C
C OH
O
COOH
монозамещенная
уксусная кислота
моноалкилмалоновый
эфир
O
R CH2
140 0C
R
- CO2
R'
CH
COOH
дизамещенная
уксусная кислота
online.mirea.ru

24.

Центр дистанционного обучения
2.6. Синтезы на основе малонового эфира (продолжение)
O
H 2C
O
C OC2H5
C OC2H5
C2H5ONa
- C 2H5OH
Na HC
O
C OC2H5
C2H5Br
C OC2H5
O
C 2H 5
- NaBr
HC
C OC2H5
C OC2H5
O
O
натрмалоновый эфир
O
1) H2O, -OH
2) H+
C OH
C 2H 5
HC
C OH
O
t
- CO2
O
C2H5
CH2
C
OH
масляная (бутановая)
кислота
online.mirea.ru

25. Строение и химические свойства

Центр дистанционного обучения
Строение и химические свойства
Уменьшается электрофильность
карбонильного атома углерода из-за
наличия р π-сопряжения (-I и –Mэффекты С=О группы);
Скорость реакций с нуклеофильными
реагентами ниже, чем для альдегидов и
кетонов; реакции AdN не протекают.
Резко возрастает подвижность протона
в OH-группе, что отражается в усилении
кислотных свойств
Карбоксильная группа является
акцептором электронов (-I-эффект) по
отношению к α-углеродному атому и
атомам водорода, связанным с ним.
online.mirea.ru

26.

Центр дистанционного обучения
• Образование водородных связей
online.mirea.ru

27.

Центр дистанционного обучения
Реакции, характерные для карбоновых кислот
А. Разрыв O-H связи
1. Кислотность
Ka (C2H5OH) = 1‧10-18
Ka (CH3COOH) = 1.76‧10-5
COOH
Кислота
рКа
Кислота
рКа
НСООН
3,75
IСН2СООН
3,16
СН3СООН
4,76
BrСН2СООН
2,90
СН3СН2СООН
4,87
ClСН2СООН
2,85
4,17
Cl2СНСООН
1,25
Cl3ССООН
0,66
COOH
online.mirea.ru

28.

Центр дистанционного обучения
• 2. Образование солей
CH3CH2COOH + NaOH
CH3COOH + NaHCO3
COOH + NH3
CH3CH2COONa + H2O
CH3COONa + CO2 + H2O
COO NH4
online.mirea.ru

29.

Центр дистанционного обучения
• 2. Образование солей (продолжение)
2 CH3COOH
Ca
_H
2
(CH3COO)2Ca
online.mirea.ru

30.

Центр дистанционного обучения
• 3. Основность – протонирование по ОН-группе
O
R C
OH
H
O H
R C
OH
R C
OH
OH
online.mirea.ru

31.

Центр дистанционного обучения
• Б. Нуклеофильное замещение OH-группы
1) Образование галогенангидридов
online.mirea.ru

32.

Центр дистанционного обучения
2) Образование ангидридов
online.mirea.ru

33.

Центр дистанционного обучения
• Образование ангидридов – пример:
3) Образование амидов
online.mirea.ru

34.

Центр дистанционного обучения
• 4) Образование сложных эфиров – реакция этерификации
online.mirea.ru

35.

Центр дистанционного обучения
• В. Декарбоксилирование карбоновых кислот
O
R C
O
R H + CO2
H
NO2CH2COOH
HOOCCH2COOH
t
_ CO
2
NO2CH3
t
_ CO CH3COOH
2
online.mirea.ru

36. В. Декарбоксилирование карбоновых кислот

Центр дистанционного обучения
В. Декарбоксилирование карбоновых кислот
CH3COONa
+
NaOH
t
CH4 + Na2CO3
Синтез Кольбе – электролиз растворов солей:
_ 2e
2 CH3CHCOONa _
2CO2
CH3
CH3CH CHCH3
CH3 CH3
online.mirea.ru

37.

Центр дистанционного обучения
• Г. Реакции окисления и восстановления
• 1. Реакции восстановления
online.mirea.ru

38.

Центр дистанционного обучения
2) Реакции окисления
online.mirea.ru

39.

Центр дистанционного обучения
Д. Реакции по α-водородному атому
1. Галогенирование
CH3CH2CH2COOH
Br2
P
карбоновых кислот
CH3CH2CHCOOH
Br
online.mirea.ru

40.

Центр дистанционного обучения
• 1. Галогенирование карбоновых кислот
Механизм:
online.mirea.ru

41.

Центр дистанционного обучения
• 2. СН-кислотность
online.mirea.ru

42. Список литературы

Центр дистанционного обучения
Список литературы
• Электронный конспект лекции на сайте учебного портала
МИРЭА https://online-edu.mirea.ru/course/view.php?id=1628
• Реутов, О. А. Органическая химия : учебник : в 4 частях / О.
А. Реутов, А. Л. Курц, К. П. Бутин. — 6-е изд. — Москва :
Лаборатория знаний, [б. г.]. — Часть 3 — 2017. — 547 с. —
ISBN 978-5-00101-508-6. — Текст : электронный // Лань :
электронно-библиотечная система. — URL:
https://e.lanbook.com/book/94166 (дата обращения:
07.04.2020). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
online.mirea.ru

43. Спасибо за внимание!

Центр дистанционного обучения
Спасибо за внимание!
online.mirea.ru