Понятие об карбоновых кислотах.

Карбоновыми кислотами называются органические соединения, в молекулы, в которых содержится функциональная карбоксильная группа. Название «карбоксил» происходит от слов карбонил и гидроксил.
Если в молекуле содержится одна карбоксильная группа, то кислота называется одноосновной, две – двухосновной и т. д.

Карбоновые кислоты можно рассматривать как производные углеводородов, в которых атомы водорода замещены карбоксильными группами.

Общая формула гомологического ряда СпН2п +1СООН или R-СООН (у первого гомолога вместо R - атом водорода).
По систематической номенклатуре названия кислот происходят от названий соответствующих углеводородов с добавлением окончания -ова и слова кислота.

 

·Для додавання перекладу у вибране потрібно авторизуватися.   2. Химические свойства карбоновых кислот обусловлены наличием в их молекулах карбоксильных групп. Электронное строение карбоновых кислот можно представить схемой

Атом кислорода, соединенный с углеродом двойной связью, оттягивает электроны к себе. Углерод приобретает некоторого положительного заряда и притягивает к себе электроны от второго атома кислорода из группы - ОН, что вызывает смещение электронного облака связи О - Н к атому кислорода. Взаимное влияние атомов в карбоксильной группе можно изобразить схемой:

В результате взаимного влияния атомов в карбоксильной группе связь С = О прочнее, чем в карбонильной группе, а связь О-Н менее крепкий, чем в спиртах. Карбоновые кислоты проявляют все свойства минеральных кислот.
В карбоновых кислотах под влиянием карбоксильной группы увеличивается подвижность атомов водорода, стоящих у атома углерода, соседнего с карбоксильной группой. Поэтому они могут легко замещаться атомами хлора брома:

Очевидно, радикалы, которые содержат хлор или бром, должны влиять на кислотность карбоксильной группы. И действительно, степень диссоциации хлоруксусной кислоты примерно в 10 раз больше, чем уксусной, а трёхуксусная кислота по сытой близка к соляной или серной. В этом случае ослабление связи водорода в гидроксильной группе можно изобразить схемой:

 

Важное значение имеют кислоты пальмитиновая С₁₅Н₃,СООН и стеариновая С₁₇Н_З3СООН - твердые вещества, а также жидкая ненасыщенная олеиновая кислота С₁₇Н₃₃СООН.
Остатки этих одноосновных кислот входят в состав жиров и масел.

 

3. Сложными эфирами называют продукты взаимодействия одноатомных и многоатомных спиртов с сильными минеральными кислотами.
Имя эфир происходит от немецкого слова Essig-Aether, этилацетат. В русском языке употреблялось в 30-е годы прошлого века, и впоследствии была заменена на сложный эфир. По своему строению эфиры на первый взгляд схожи с солями. На самом же деле сходство здесь только формальная. Связь между углеводородным радикалом, то есть остатком, который получается, если отнять от молекулы углеводорода один атом водорода, и остальной частью молекулы в ефире ковалентная, а не ионный, как в солях. Эсфиры (сложные эфиры), в отличие от большинства солей, нерастворимые в воде, но растворяются в органических растворителях. Растворы их не проводят электрического тока. Реакция образования ефира из спирта и кислоты является обратимой: прямая реакция называется эстерификациею, а обратная - омылением эфира.
Название складывается таким образом: сначала указывается группа R', присоединена к кислоте, затем - название кислоты с суффиксом ао. Например, этилацетат (как в названиях неорганических солей, например, карбонат натрия).
Сложные эфиры обычно рассматривают как продукт реакции кислоты со спиртом, например, этилацетат можно воспринимать как результат взаимодействия уксусной кислоты и этанола. Довольно часто употребляют тривиальное название сложных эфиров. Этилацетат по ней можно назвать этиловым эфиром уксусной кислоты.
Так же называют сложные эфиры минеральных кислот. Диметиловый сложный эфир серной кислоты - диметилсульфат.

Основным химическим свойством сложных эфиров является их гидролиз. Гидролиз может катализироваться кислотой или основанием.

4.Химические свойства сложных эфиров:

1) взаимодействие их с водой. Например, при нагревании этилового эфира уксусной кислоты с водой в присутствии неорганической кислоты образуются уксусная кислота и этиловый спирт; 2) такая реакция называется гидролизом. Особенности реакции гидролиза: а) эта реакция противоположна реакции образования сложного эфира; б) реакция гидролиза сложного эфира обратима, так же как и реакция этерификации.

Физические свойства сложных эфиров:
Много сложных эфиров карбоновых кислот имеют характерные фруктовые или цветочные запахи, за что их используют как искусственные ароматизаторы. Например:
Бутилацетат имеет грушевый аромат
Метиловый эфир масляной кислоты - яблоневый
Этиловый эфир масляной кислоты - ананасовый или «абрикосовый».
Этиловый эфир изовалериановой кислоты - малиновый.
Этиловый эфир валериановой кислоты - виноградный.
Изоамиловый эфир изовалериановой кислоты - банановый.
Октиловый эфир уксусной кислоты - апельсиновый.
Етилсалицилат – мятный.
Бензилацетат – жасминовый.
Бензилбензоат – цветочный.

Етилформиат и этилацетат используются как растворители целлюлозных лаков. Сложные эфиры на основе низших спиртов и кислот используют в пищевой промышленности при создании фруктовых эссенций, а на основе ароматических спиртов - в парфюмерной промышленности. Воски входят в состав косметических кремов и лекарственных мазей. Животные жиры и масла представляют собой сырье для получения высших карбоновых кислот, моющих средств и глицерина. На основе растительных масел изготавливают олифы, составляющих основу масляных красок. Нитроглицерин - известный лекарственный препарат и взрывчатое вещество, основа динамита. Сложные эфиры серной кислоты используют в органическом синтезе как алкілюючі реагенты, а фосфорной

Жиры- сложные эфиры трёхатомного спирта - глицерина и высших карбоновых кислот. Все жиры животного происхождения - твёрдые вещества. Исключение лишь составляет рыбий жир.
Жиры растительного происхождения - жидкие вещества, исключение составляет твёрдое кокосовое масло.
Между растительными и животными жирами имеется существенное различие. Так, в состав жидкого жира входят непредельные кислоты, а в состав твёрдого жира - предельные. Например, жидкий жир - содержит олеиновую кислоту C₁₇H₃₃COOH или линолевую кислоту C₁₇H₃₁COOH. Твёрдый жир содержит, например, пальмитиновую кислоту C₁₅H₃₁COOH или стеариновую кислоту C₁₇H₃₅COOH.
Как уже говорилось, жиры и масла принадлежат к классу сложных эфиров. Жиры вместе с белками и углеводами составляют группу органических соединений, имеющих исключительное физиологическое значение: они являются важнейшей частью пищи!
Жиры важны и в техническом отношении: они являются источником получения глицерина, высших карбоновых кислот и мыла. Некоторые растительные жиры и масла используются при изготовлении олифы, линолеума, масляных красок и лаков. Некоторые жиры, благодаря своей большой вязкости, могут служить смазочным материалом.
Жиры состоят из разнообразных кислот. Удалось выделить кислоты от С₄ до С₂₄, как предельные , так и непредельные. Так, к важнейшим предельным кислотам, выделенным из жиров, является стеариновая, капроновая, каприловая, каприновая, масляная. К непредельным - олеиновая, линолевая, линоленовая. В природе встречаются как жидкие, так и твёрдые жиры. Но те и другие образованы одним и тем же спиртом. Несложно догадаться, что за агрегатное состояние жиров отвечают входящие в его состав кислоты (предельные - для твёрдых жиров, непредельные - для жидких).
Растительные жиры - масла, как правило жидкие, но среди них встречаются и твёрдые (пальмовое и кокосовое масло). Животные жиры - сало, преимущественно твёрдые и имеют различную температуру плавления. Температура застывания жиров всегда ниже температуры их плавления. Свойства жиров: К важнейшим свойствам жиров относятся следующие:

- жиры легче воды, их плотность колеблется от 0,9г/см³ до 0,98г/см³ при 15⁰С
- в воде не растворяются
- в присутствии щёлочи или белка образуются достаточно прочные эмульсии. Примером жировой эмульсии может служить всем известное молоко!
- хоро растворяются в бензине, сероуглероде, хлороформе, четырёххлористом углероде, но в спирте для некоторых жиров растворимость значительно меньше.
- имеют различную температуру плавления.
- температура застывания жиров всегда ниже температуры их плавления
- все жиры нелетучие и при нагревании разлагаются.
В чистом виде жиры бесцветны, без запаха и вкуса. Окраска и запах природных жиров обусловлен примесями.
Природные жиры не являются индивидуальными соединениями, а представляют собой разнообразную смесь глицеридов. Омыление жиров.Как любые сложные эфиры, жиры способны омыляться. Этот процесс важен как с биологической, так и с технической точки зрения. В живой природе омыление жиров связано с жизненными процессами жирового обмена и проходит под влиянием ферментов.
В технике омыление жиров осуществляют нагреванием их со щелочами (щелочное омыление) или серной кислотой (кислотное омыление), а иногда используют перегретый пар и специальные катализаторы (вещества, ускоряющие химическую реакцию).

Основные химические реакции, протекающие при омылении разнообразных жиров, заключаются в образовании солей жирных кислот при их взаимодействии с различными щелочами. В мыловарении омылением называют процесс получения мыла из жиров, жирных кислот и жирозаменителей при обработке их щелочами.

Омыление нейтральных жиров. При омылении нейтральных жиров растворами едких щелочей одновременно протекают две химические реакции: расщепление (гидролиз) триглицеридов и нейтрализация (связывание) щелочью выделяющихся в результате расщепления жирных кислот. Расщепление триглицеридов протекает ступенчато. Сначала отщепляется одна молекула жирной кислоты, потом вторая и на­конец третья, при этом высвобождается глицерин. По мере отщеп­ления жирных кислот они мгновенно нейтрализуются едкой ще­лочью.

Названия жирных кислот с числом углеродных атомов в цепи свыше 6 являются историческими, т.е. тривиальными, большинство из которых впервые были выделены из жиров.

Гидрированиерастительных масел– важнейший промышленный процесс. Он стал возможным благодаря работам французского химика Поля Сабатье, нашедшего катализатор этого процесса: мелкоизмельченные металлические никель или платина. За это открытие в 1912г. Сабатье был удостоен Нобелевской премии.В результате этого процесса получается искусственный твердый жир – саломас,идущий на изготовление маргарина и заменителей сливочного масла. В жировую основу маргарина добавляют эмульгаторы, молоко, соль, сахар, ароматические вещества, сливочное масло.

Маргарин –это твердый жир, содержащий только остатки предельных карбоновых кислот. Поэтому маргарин не будет проявлять свойства непредельных УВ

Сливочное масло –содержит остатки непредельных кислот, поэтому будет обесцвечивать бромную воду или раствор перманганата калия. эксперимент: опустить в раствор KMnO₄ кусочек исследуемого жира. результат: если р-р обесцветился, значит – это сливочное масло, если не обесцветился, значит это маргарин.

Вы знаете, что маргарин может быть разной консистенции от «мягкого» до «твердого», склонного к крошению, хрупкого продукта. -как вы считаете, почему? (зависит от количества двойных связей).

5.Фенолы. R–OH или R(OH)_n.

Фено́лы — органические соединения ароматического ряда, в молекулах которых гидроксильные группы связаны с атомами углерода ароматического кольца. По числу ОН-групп различают:

• одноатомные фенолы (аренолы): фенол (C₆H₅OH) и его гомологи;
• двухатомные фенолы (арендиолы): гидрохинон, пирокатехин, резорцин;
• трёхатомные фенолы (арентриолы): пирогаллол, флороглюцин, гидроксигидрохинон и т. д. Важнейшим представителем фенолов является фенол (гидроксобензол, старые названия - гидроксибензол, оксибензол) C₆H₅—OH.

Физические свойства фенола: твердое бесцветное вещество с резким запахом; ядовит; при комнатной температуре заметно растворим в воде, водный раствор фенола называют карболовой кислотой. Химические свойства:

1.Кислотные свойства. Кислотные свойства фенола выражены сильнее, чем у воды и предельных спиртов, что связано с большей полярностью O—H связи и с большей устойчивостью образующегося при ее разрыве фенолят-иона. В отличие от спиртов, фенолы реагируют не только с щелочными и щелочноземельными металлами, но и с растворами щелочей, образуя феноляты:

2C6H5OH + 2Na	2C6H5ONa	+ H2
	фенолят натрия

2. C₆H₅OH + NaOH C₆H₅ONa + H₂O

3.Однако кислотные свойства фенола выражены слабее, чем у карбоновых кислот и, тем более, у сильных неорганических.

4.Замещение в бензольном кольце. Наличие гидроксильной группы в качестве заместителя в молекуле бензола приводит к перераспределению электронной плотности в сопряженной -системе бензольного кольца, при этом увеличивается электронная плотность у 2-го, 4-го и 6-го атомов углерода (орто- и пара-положения) и уменьшается у 3-го и 5-го атомов углерода (мета-положение).
а) Реакция с бромной водой (качественная реакция):

+ 3Br2

+ 3HBr

Образуется 2,4,6-трибромфенол - осадок белого цвета.
б) Нитрование (при комнатной температуре):

1. C₆H₅—OH + HNO₃(разб.) H₂O + O₂N—C₆H₄—OH (смесь орто- и пара-изомеров)

+ 3HNO3(конц.) 3H2O +

По вторй реакции образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота).

2. Поликонденсация фенола с формальдегидом (по этой реакции происходит образование фенолформальдегидной смолы:

Качественная реакция с хлоридом железа(III). Образуется комплексное соединение фиолетового цвета.

Применение фенолов:Фенол применяется при производстве фенолформальдегидных смол, в фармацевтической промышленности и как антисептик (карболовая кислота).Гидрохинон (1,4-диоксибензол) – проявитель в фотографии.

ЗАДАЧИ САМОКОНТРОЛЯ:

1Какие соединения называют эфирами?
2. Какие физические свойства присущи фенолам?

3.Какие свойства присущи карбоновым кислотам?
4. Какой объем воздуха (объемное содержание кислорода 21 %) расходуется на полное сжигание 1 м3 метана и 1 кг гептана (н. у.)

5. Из 18,4 г этанола получили 6 г простого эфира. Найти выход продукта.