I. Реакция с разрывом связи О – Н

Тема 8. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫИ ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ

Карбоновые кислоты – это производные углеводородов содержащие карбоксильную группу – С=О или СООН.

|

OH

Общая формула карбоновых кислот R – COOH.

По природе радикалам R, связанного с карбоксильной группой, кислоты делятся на предельные, непредельные, ароматические и др. Число карбоксильных групп определяет основность кислоты. Различают одноосновные, двухосновные, трёхосновные кислоты.

Предельные одноосновные карбоновые кислоты

Общая формула гомологического ряда С_nH_2nO₂ или C_nH_2n+1COOH.

Формула	Номенклатура
Н - СООН	Муравьиная кислота (метановая)
СН3 - СООН	Уксусная кислота (этановая)
СН3-СН2-СООН	Пропионовая кислота (пропановая)
СН3-СН2-СН2-СООН	Масляная кислота (бутановая)
СН3-(СН2)3-СООН	Валериановая кислота (бутановая)

 

Изомерия предельных карбоновых кислот обусловлена лишь изомерий углеродной цепи:

 

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СООН С(3)Н₃ – С(2)Н – С(1)ООН

Масляная кислота |

(бутановая) СН₃

Изомасляная кислота

(2-метилпропановая)

 

Кислотные радикалы R – C = O называют ацилами:

|

 

H–C=O CH₃–C=O CH₃–CH₂–C=O CH₃–CH₂–CH₂ – C = O

| | | |

Формил Ацетил Пропионил Валерил

 

Электронное строение карбоксильной группы

_{q+α q+} O

R – CH₂ → C

O(··) ← H

 

Поляризация двойной связи С = О приводит к смещению свободной пары электронов атома кислорода гидроксильной группы (р,π – сопряжение). Следствием этого является усиление поляризации связи О – Н и лёгкости отщепления атома водорода в виде протона (Н⁺).

Отрицательный индуктивный эффект (-J) СООН- группы приводит к его электронов σ – связь и появлению на нём положительных зарядов g⁺, увеличению подвижности атомов водорода у α - углеродного атома.

 

Химические свойства

 

I. Реакция с разрывом связи О – Н

1. Диссоциация

О О

СН₃ – С ↔ СН₃ – С + Н⁺

О – Н О^-

уксусная ацетат - анион

кислота

Карбоновые кислоты являются слабыми кислотами. Для уксусной кислоты рК_а = 4,8.

2. Образование солей при взаимодействии с активными металлами (К, Na, Mg, Zn) оксидами металлов (СаО и MgO), гидроксидами и карбонатами металлов, аммиаком.

O O

2СН₃ – С + Mg → (CH₃ – C)₂Mg + H₂

O-H O

Уксусная Ацетат

кислота магния

O O

СН₃ – С + NaOH → CH₃ – C + H₂O

O-H O:Na

Ацетат

натрия

 

O O

СН₃ – С + NH₃ → CH₃ – C

O – H ONH₄

Ацетат

аммония

 

II. Реакции замещения группы – ОН (разрыв связи С – О). С образованием производных карбоновых кислот с общей формулой

 

O

R – C. Реакции замещения идут по механизму S_N.

X

1. Образование галогенангидридов (кислот замещение ОН на – Hal₃).

При действии на карбоновые кислоты галогенидов фосфора (PCl₅, PCl₃) или SOCl₂.

 

O O

СН₃ – С + PCl₅ → СН₃ – С + РОCl₃ + HCl

OH Cl

Уксусная хлорангидрид

кислота уксусной кислоты

(ацетилхлорид)

О

Общая формула галогенангидридов R – C

Hal

2. Образование ангидридов кислот (замещение –ОН на кислотный остаток R – СООН^–. При нагревании карбоновых кислот с сильным водоотнимающим средством:

 

O O

СН₃ – С СН₃ – С

ОН О

Р₂О₅ + Н₂О

ОН

СН₃ – С СН₃ – С

|| ||

O O

 

Общая формула ангидридов кислот

R – C – O – C – R

|| ||

O O

 

3. Образование сложный эфиров (замещение –ОН на остаток спирта – OR) при нагревании карбоновых кислот со спиртами в присутствии сильной минеральной кислоты (реакция этерификации):

О О

СН₃ – С + Н – О – С₂Н₅ СН₃ – С

ОН О – С₂Н₅

Уксусная Уксусноэтиловый

кислота эфир (этилацетат)

O

Общая формула сложный эфиров R – C

O – R'.

 

4. Образование амидов кислот (замещение –ОН на –NH₂), при нагревании аммониевых карбоновых кислот

О О

СН₃ – С СН₃ – С + Н₂О

ONH₄ NH₂

Ацетамид

 

O

Общая формула амидов кислот R – C

NH₂

 

III. Реакции в углеводородном радикале. При хлора или брома на карбоновые кислоты происходит замещение атомов водорода у α-углеродного атома:

_{α α}

СН₃ –CH₂ – СООН + Br₂ → CH₃ – CH – COOH + HBr

|

пропионовая Br

кислота α-бромпропионовая

кислота