Этановая кислота 2-метилпропановая бутен-3-овая кислота
Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Этановая кислота 2-метилпропановая бутен-3-овая кислота





кислота

Для двухосновных кислот название строится так же, с окончанием -диовая:

НООС–СН2–СН2-СООН (бутандиовая кислота).

В названиях ароматических кислот в качестве родоначальной структуры используется бензойная кислота.

 
 


 

 

бензойная 2-метил- 3-метил- 4-метил-

кислота бензойная бензойная бензойная

кислота кислота кислота

Карбоновые кислоты известны с давних времен, поэтому для многих из них прочно утвердились тривиальные названия. Происхождение таких названий, как правило, связано с природными объектами, из которых они выделены.

Рассмотрим наиболее широко распространенные одноосновные предельные и непредельные карбоновые кислоты.

Формула Тривиальное ИЮПАК
название
Н-СООН Муравьиная метановая
СН3-СООН Уксусная этановая
СН3-СН2-СООН Пропионовая пропановая
СН3-СН2-СН2-СООН Масляная бутановая
СН3-СН-СООН ½ СН3 Изомасляная 2-метилпропановая
СН3-СН2-СН2-СН2-СООН Валериановая пентановая
СН2=СН-СООН Акриловая пропеновая

 

Высшие жирные кислоты (ВЖК)

Предельные:

Пальмитиновая С15Н31СООН

Стеариновая С17Н35СООН

Непредельные:

Олеиновая С17Н33СООН

 
 


Линолевая С17Н31СООН

 

Линоленовая С17Н29СООН

Арахидоновая С19Н31СООН

 

ВЖК имеют наиболее выгодную зигзагообразную конформацию углеродной цепи; ненасыщенные ВЖК содержат одну или несколько двойных связей. Как правило, число атомов углерода в них четное.

Полиненасыщенные ВЖК, в отличие от насыщенных, не синтезируются в организме человека. Они являются незаменимыми и должны поступать с пищей, в основном с растительными маслами. Для профилактики и лечения некоторых заболеваний, связанных с недостатком ненасыщенных ВЖК, применяют препарат «Линетол», представляющий собой смесь этиловых эфиров жирных кислот, получаемых из льняного масла.



Важную роль в организме играет арахидоновая кислота. Она является предшественником эйкозаноидов – сильнодействующих биорегуляторов клетки.

ВЖК входят в состав жиров (триацилглицеролов), выполняющих резервную функцию, а также фосфолипидов, составляющих основу мембраны клетки.

Изомерия

Структурная изомерия карбоновых кислот обусловлена разветвлением углеродного скелета (бутановая и 2-метилпропановая кислота) и взаимным расположением заместителей и карбоксильной группы в ароматических кислотах (три изомера метилбензойной кислоты).

Стереоизомерия карбоновых кислот обусловлена различным расположением заместителей относительно двойной связи для непредельных кислот или относительно плоскости кольца для алициклических с образованием цис- и транс-изомеров. Простейшая непредельная бутендиовая кислота существует в виде стереоизомеров: цис-изомера – малеиновой кислоты и транс-изомера – фумаровой:

       
 
   
 


 

Малеиновая фумаровая кислота

кислота транс–изомер

Цис–изомер

Ненасыщенные ВЖК чаще всего имеют цис-конфигурацию:

 

Линолевая кислота

Большей энергетической устойчивостью обладают транс-изомеры.

Физические свойства.

Молекулы карбоновых кислот полярны. Они способны, как и спирты, образовывать водородные связи. Температура кипения кислот значительно выше, чем спиртов и альдегидов, так как кислоты образуют ассоциаты за счет межмолекулярных водородных связей линейной и циклической структуры.

           
     
 
 
 

 


……

 

…… ... … … …

 

димерный ассоциат линейный ассоциат

Низшие карбоновые кислоты (С1 – С9) представляют собой жидкости, высшие алифатические и ароматические кислоты – твердые вещества. Первые гомологи – муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты – обладают резким раздражающим запахом, при попадании на слизистые оболочки вызывают ожоги, с водой смешиваются в любых соотношениях. По мере увеличения гидрофобной углеводородной части молекулы растворимость в воде уменьшается. Двухосновные кислоты – бесцветные кристаллические вещества, растворимые в воде.

Химические свойства

Карбоксильная группа карбоновых кислот имеет сложное строение: она состоит из карбонильной группы С=О и гидроксильной группы –ОН, которые влияют друг на друга.

Благодаря +M –эффекту ОН-группы в карбоксильной группе возникает рp -сопряжение, происходит выравнивание электронной плотности в ней и сведение полярности карбонильной группы до минимума. Этим объясняется инертность карбонильной группы в кислотах. +М –эффект гидроксильной группы объясняет также смещение электронной плотности в ней в сторону более электроотрицательного атома кислорода и диссоциацию кислот.

 
 

(- I) – эффект гидроксильной группы поляризует связь С®ОН и делает возможным ее отщепление: группа ОН может отщепляться, что обусловливает реакции нуклеофильного замещения. Таким образом, главные реакции идут либо за счет замещения ОН - группы, либо за счет водорода этой группы.

 

1. Кислотные свойства Сила карбоновых кислот зависит от стабильности аниона, образующегося после отрыва протона. Стабильность аниона определяется, прежде всего, степенью делокализации отрицательного заряда: чем выше степень делокализации, тем стабильнее анион.

В карбоксилат-анионе заряд делокализуется по сопряженной системе, т. е. равномерно распределяется между двумя атомами кислорода карбоксилат–аниона, что придает ему стабильность:

+ Н+

O

R – C (-)

(–) O

В рамках класса сила кислот зависит от строения углеводородных радикалов и заместителей в них. Электронодонорные заместители ослабляют кислотные свойства, так как дестабилизируют карбоксилат–анион; электроноакцепторные заместители, оттягивая электронную плотность, способствуют делокализации заряда в карбоксилат – анионе и тем самым стабилизируют его, т.е. усиливают кислотные свойства.

Так, при введении в углеводородный радикал уксусной кислоты атомов хлора кислотность будет увеличиваться за счет электроноакцепторных свойств атома хлора:

 

Cl

­

СН3®СООН < СН2СООН < СlСНСООН < СlССООН

¯ ¯ ¯

Сl Cl Cl

рКа 4,76 2,85 1,25 0,66

 

Ароматические кислоты имеют более сильные кислотные свойства, чем незамещенные алифатические (для бензойной кислоты С6Н5-СООН рКа=4,19) – сказывается электронное влияние фенильного радикала (-I).

 

Кислотные свойства проявляются в реакции нейтрализации:

СН3 – СООН + NaOH CH3COONa + H2O

 

2. Реакции нуклеофильного замещения (SN ):

а) реакция этерификации:

 

этилформиат

 

Механизм реакции:

..

НОС2Н52О

+ Н+

 

 

       
 
   
 


+

 

Реакция этерификации – обратимый процесс: прямая реакция – образование сложного эфира, обратная – его кислотный или щелочной гидролиз. Чтобы сдвинуть равновесие вправо, необходимо из реакционной смеси удалить воду

б) образование галогенангидридов:

Среди галогенангидридов наибольшее значение имеют хлорангидриды, которые получают при действии хлоридов фосфора (III) или фосфора (V):

       
 
   

 


+ PCl5 + POCl3 + HCl

 

хлористый ацетил

в) образование ангидридов кислот:

При действии сильных водоотнимающих агентов (P2O5, Al2O3) образуются ангидриды кислот:

 

___

½½ Al2O3 + H2O

½½

 

Большое практическое значение имеет уксусный ангидрид, используемый для получения волокон (ацетатный шелк), многих лекарственных веществ. Применяется также для ацетилирования соединений.

Галогенангидриды и ангидриды очень реакционноспособны. При взаимодействии галогенангидридов с соединениями, содержащими атом металла или активный атом водорода, происходит замена его кислотным остатком. Подобные реакции называются ацилированием, в частности ацетилированием, если в молекулу входит ацетил, остаток уксусной кислоты.

В организме ацетилирующим реагентом является ацетилкофермент А - ключевой метаболит всех видов обмена в клетке.

 

 

г) образование амидов:

       
 
   
 

 


+ NH3 + HCl

 

 

(амид уксусной

кислоты)

       
   
 
 


O t° С

+ NH3 CH3 – C + H2O

ONH4

 

 

Амиды можно получить взаимодействием карбоновых кислот с аммиаком. Вначале образуются аммонийные соли, которые при нагревании теряют воду и превращаются в амиды. Амиды кислот подвержены различным превращениям. При нагревании с Р2О5 отщепляется вода и образуются нитрилы кислот:

__

½ ½ t°, P2O5

½ ½ CH3–C=N + H2O

½ ½ нитрил

½½ уксусной

кислоты

Все функциональные производные способны гидролизоваться с образованием карбоновых кислот:

       
   
 


 

+ Н2О + НХ

 

 

___

______ ½ ½

½ H½OH ½ ½

R-C=½ N + H½OH ___

½OH -NH3 -H2O

 

 

При образовании функциональных производных карбоновых кислот мы сталкиваемся с двумя видами кислотных радикалов:

       
   
 
 

 


Ацил ацилат

----------------------------------------------------------------------------------------------


формил формиат

 

 

       
   
 


ацетил ацетат

 

       
   
 

 


пропионил пропионат

 

       
   
 
 

 


бензоил бензоат

 

 

Названия функциональных производных строятся по названию кислотных радикалов.

3. Реакции с участием радикалов монокарбоновых кислот. Углеводородные радикалы в карбоновых кислотах проявляют типичные химические свойства, соответствующие их природе: замещение – в насыщенных и ароматических углеводородных остатках кислот; присоединение, окисление, полимеризация – в ненасыщенных. При этом указанные реакции имеют некоторые особенности, обусловленные наличием карбоксильной группы:

а) галогенирование насыщенных алифатических кислот:

a t°

СН3–СH2–СH–СООН + Br2 CH3 – CH2 – CH – COOH + HBr

½ ½

H Br

Замещение под действием галогенов идет избирательно у a - углеродного атома. Это объясняется появлением СН – кислотного центра у a - атома углерода под действием – I эффекта карбоксильной группы. Реакция используется для получения гетерофункциональных кислот - a-окси и a-аминокислот;

б) реакции присоединения к ненасыщенным кислотам: если в ненасыщенных кислотах карбоксильная группа вступает во взаимодействие с двойной связью, образуя систему сопряжения, то благодаря –М эффекту СООН – группы вся p-система смещена в сторону СООН – группы, что приводит к нарушению правила Марковникова в реакциях присоединения по двойной связи в углеводородном радикале:

d+ d-

СH2==CH ®COOH + HBr CH2 – CH – COOH

½ ½

Br H

в) реакции окисления и полимеризации ненасыщенных кислот: эти реакции

протекают аналогично тем же реакциям алкенов:

 

KMnO4, H2O

СН2 = СН – СООН СН2 – СН - СООН

½ ½

ОН ОН

пропеновая 2,3 –дигидроксипропановая

(акриловая)

 

 

 

метиловый эфир метакриловой полиметилметакрилат

кислоты (плексиглас, органическое стекло)

 

г) реакции электрофильного замещения в ароматических кислотах:

Карбоксильная группа за счет (–М) и (–I) - эффектов смещает электронную плотность бензольного кольца и направляет вновь поступающие электрофильные группы преимущественно в мета-положение. Например:

 
 


 

t0

d- + HO – NO2 + Н2О

 

3–нитробензойная кислота









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.