5bc7c42741329caa6a41ab357b17e4c1

1.

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ
ПРОИЗВОДНЫЕ
Сахибгареев Самат Рифович, доцент
кафедры «ФОХ»

2. Карбоновыми кислотами называются соединения, содержащие карбоксильную группу —СООН.

R C
O
OH
Классификация карбоновых кислот
1. Функционально незамещенные карбоновые кислоты: а) монокарбоновые
кислоты или одноосновные (по числу карбоксильных групп). Содержат
одну карбоксильную группу. б) ди- и поликарбоновые кислоты или двухи полиосновные карбоновые кислоты.
2. Функционально-замещенные
карбоновые
кислоты:
а)
галогензамещенные карбоновые кислоты; б) гидроксикарбоновые
кислоты; в) оксокарбоновые кислоты (альдегидо- и кетокарбоновые
кислоты); г) аминокарбоновые кислоты

3. Классификация

4.

Номенклатура карбоновых кислот

5. Номенклатура карбоновых кислот

6. Номенклатура двухосновных кислот

7. Номенклатура непредельных кислот

8. Номенклатура ароматических кислот

С
H3C
Тривиальная
O
O
ОН
C H 3О
С
ОН
Салициловая
кислота
орто-Гидроксибензойная
O
ОН
С
ОН
Ф та л е в а я
кислота
О
O
ОН
С
И з о ф та л е в а я
кислота
ОН
С
О
О
С
НО
4-Метилбензойная
пара
-М е то к с и б е н з о й н а я
кислота
ОН
O
С
пара -Толуиловая
кислота
Ан и с о в а я
кислота
O
ОН
С
Систематическая
Бензойная кислота
ОН
С
Рациональная
С
O
ОН
Т е р е ф та л е в а я
кислота
4-Метоксибензойная
2-Гидроксибензойная

9. Некоторые термины, относящиеся к карбоновым кислотам

O
R - C - OH
ацильная
группа
O
R-C-O-H
ацилоксигруппа
O
O
R-C-O-H
R-C-O-H
ацильный атом
кислорода
ацильный атом
углерода

10. Ацил

R
C
C
C
CH 2
H
OH
CH 2
O
OH
C
O
CH 2
CH 2
CH 2
O
CH 2
O
OH
H 3C
CH 2
H3C
CH 2
CH 2
CH 2
O
C
O
O
O
O
H 3C
C
CH 2
C
CH 2
C
O
Бутират, бутаноат
O
H 3C
CH 2
CH 2
O
C
O
Валерат, пентаноат
Валерил, пентаноил
H3C
O
C
Ацетат, этаноат
Бутирил, бутаноил
OH
C
H
Пропионат,
пропаноат
H 3C-CH 2-C
O
C
O
C
Пропионил,
пропаноил
OH
Валериановая, пентановая
H 3C
O
C
Формиат, метаноат
Ацетил, этаноил
O
H3C C
Масляная, бутановая
H 3C
Формил, метаноил
O
Пропионовая, пропановая
H 3C
R
OH
Уксусная, этановая
H 3C
O
R C
O
Муравьиная, метановая
H
Ацилат
Ацил
Карбоновая кислота
(acid)
O
H 3C
CH 2
CH 2
CH 2
C
O
O

11.

Карбоновая кислота
(acid)
O
Ar---C
Ацил
O
Ar---C
O
Ar---C
O
OH
Бензойная
Бензоил
O
C
C
C
CH 3
O
C
(о-, м-, п-)Толуил
O
OH
Бензоат
O
C
OH
(о-, м-, п-)Толуиловая
CH 3
Ацилат
O
(о-, м-, п-)Толуилат
O
C
CH
3
O
O

12. Функциональные производные карбоновых кислот

O
R
C
Общая формула функциональных
производных карбоновых кислот
X
Галогенангидридами
карбоновых
кислот
(ацилгалогенидами)
называются функциональные производные карбоновых кислот, в которых
гидроксигруппа у ацильного атома углерода замещена на галоген:
О
R
С
О
Cl
Ацилхлориды
R
С
Br
Ацилбромиды
Название галогенангидридов карбоновых кислот образуется от
названия карбоновой кислоты путем замены суффикса «-овая кислота» на
суффикс «-оилгалогенид». Например, этаноилхлорид (ацетилхлорид),
бензоилхлорид, 3-метилпентаноилбромид.

13. Ангидридами карбоновых кислот называются производные карбоновых кислот, в которых гидроксигруппа у ацильного атома углерода

замещена на ацилоксигруппу :
О
R
С
О
О
С
R
Название ангидридов строится по названию соответствующих
кислот. Например, уксусный ангидрид, малеиновый ангидрид, фталевый
ангидрид.

14. Сложными эфирами карбоновых кислот называются производные карбоновых кислот, в которых гидроксигруппа у ацильного атома

углерода замещена на алкоксигруппу:
О
С
R
О
R1
В названии сложного эфира сначала указывают алкильную группу,
связанную с кислородом, затем кислоту, заменяя суффикс в названии
кислоты «-овая» на суффикс «-оат». Например:
О
Н
С
О
О
О
CH3
м е т и л м е т а н о а т,
м е ти л ф о р м и а т
H3C
С
О
C2H5
э т и л э т а н о а т,
э т и л а ц е т а т,
у к с у с н о э ти л о в ы й
эфир
С
О
C3H7
пропилбензоат

15. Амидами карбоновых кислот называются производные карбоновых кислот, в которых гидроксигруппа у ацильного атома углерода

замещена на аминогруппу:
О
С
R
О
О
NH2
С
R
NH
С
R
R1
N
R1
R2
Аминогруппа в амидах может иметь один или два заместителя.
В названиях амидов суффикс названия кислоты «-овая» заменяется на
суффикс «-амид». Причем если атом азота имеет заместителей, то
указывается положение и количество заместителей. Например:
О
О
Н
С
Н
NH2
С
N
H3C
CH3
формамид
N ,N - дим етилформам ид
О
С
О
CH3
С
NH2
ацетамид
О
NH2
бензамид
H 3C
С
NH
N - фенилацетамид,
ацетанилид

16.

Соединения, содержащие группу -С N вместо –С(=О)-Х, также
относятся к производным карбоновых кислот и называются нитрилами:
R-C N
Нитрилы можно рассматривать как ангидриды амидов потому, что
образуются при дегидратации амидов и наоборот гидролиз нитрилов
приводит к образованию амидов:
О
R
С
P 2O 5
NH2
С
R
N
H+
+ H2O
Названия нитрилов строятся добавлением суффикса «-нитрил» к
названию углеводорода, причем атом углерода цианогруппы включается в
общее количество. Например:
H3C
С
N
H3C
этаннитрил,
а ц е то н и тр и л
CH2
(CH2)3
С
б е н з о н и тр и л
пентаннитрил,
в а л е р о н и тр и л
CN
нитрил
ф енил уксусно й
кислоты
N
N
С
N
С
(CH2)4
С
динитрил
адипиновой
кислоты
N

17. Строение

...
O
124О
H
C
125О
.. 111
0,1097 нм
.O. H
0,1343 нм
О
0,0972 нм
H3C
..O. −
H ''+
0,1202 нм
C
H ''+
sp2
+
C
..
.O.
'+
H
Карбоксильная группа представляет собой сочетание карбонильной и
гидроксильной групп. Карбоксильный атом углерода находится в sp2гибридном состоянии и связан с другими атомами -связями. Они лежат в
одной плоскости под углом 120о друг к другу. Остающаяся р-орбиталь
атома углерода перекрывается с р-орбиталью атома кислорода, при этом
образуется -связь.

18. Физические свойства

Вещество
Ткип, ОС
Формальдегид
-21,0
Метанол
64,5
Муравьиная кислота
101,0
H
O
R
O
C
C
O
H
O
0,267 нм
R
Карбоновые
кислоты полярны
и
подобно спиртам могут образовывать
водородные связи друг с другом и с
другими
соединениями.
Поэтому
алифатические
кислоты
по
растворимости похожи на спирты:
кислоты С1-С4 смешиваются с водой,
растворимость валериановой кислоты
незначительна, а высшие кислоты
практически не растворимы в воде.
Ароматические карбоновые кислоты –
твердые соединения, плохо растворимые
в воде

19. Химические свойства

Большинство реакций карбоновых кислот можно отнести к одному из трех
основных типов:
1.Реакции сопровождающиеся разрывом -О–Н связей
(кислотная
диссоциация, сольволиз)
2. Реакции по карбонильному углероду – атака нуклеофила :Y по углероду
карбонильной группы с последующим разрывом С – О связи
образование
ацилхлоридов,
(образование
сложных
эфиров,
восстановление гидридами)
3. Реакции по -углеродному атому (галогенирование, реакции замещенных карбоновых кислот).

20. Реакции, сопровождающиеся разрывом связи О-Н

Карбоновые кислоты способны образовывать соли по реакциям с
металлами, оксидами, гидроксидами и карбонатами:
Na
-H2
O
R
С
Na2O
- H 2O
OH
O
NaO H
-H2O
N a 2C O 3
CO2; H2O
R
С
O Na

21. Кислотность

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют с образованием
карбоксилат-аниона и иона водорода
R
К a=
COOH + H 2O
[RCOO
+
] [H 3O ]
R
+
COO + H 3O
pKa= - lg Ka
[RCOOH]
Константы их кислотности Ка приблизительно равны 10-5 (pKa = 5)

22.

Кислотность, образование солей

23.

Поскольку карбоновые кислоты более сильные кислоты, чем вода, они
легко переводятся в соли водными растворами щелочей, реакция обратима
O
R
C
OH
OH
H+
O
R
C
O
Соли натрия, калия, аммониевые соли карбоновых кислот растворимы
в воде, но не растворяются в органических растворителях

24. Электроноакцепторные заместители, способствующие распределению отрицательного заряда в анионе, делают его более устойчивым и

тем самым
увеличивают кислотность. Электронодонорные заместители увеличивают
отрицательный заряд и дестабилизируют анион – кислотность уменьшается
O
O
H
H
C
+ H
C
O
3
C
= 3,75
.
= 4,74
.
O
CH
OH
a
O
OH
CH
pK
+
+I
3
+ H
C
+
pK
a
O
Электронодонорная группа СН3- подает электроны, дестабилизирует
анион, уменьшает кислотность

25. Электроноакцепторная группа ССl3- способствует распределению заряда, стабилизирует анион, увеличивает кислотность

Электроноакцепторная группа ССl3- способствует
заряда, стабилизирует анион, увеличивает кислотность
O
O
CCl
3
CCl
C
OH
распределению
3
C
+ H
+
pK
a
= 0,77
O
Для ароматических кислот влияние аналогичное. Следует учесть,
что группы, проявляющие эффект сопряжения, самое сильное влияние
на кислотность оказывают в том случае, когда они находятся в орто- и
пара-положении по отношению к карбоксильной группе.

26. Реакции, сопровождающиеся разрывом связи С-О

При действии галогенидов фосфора и хлорангидридов серы на
карбоновые кислоты получаются галогенангидриды карбоновых кислот:
PCl5
-POCl3, -HCl
O
PCl3
С
R
O
R
С
H3PO3
OH
Cl
SOCl2
-SO2, -HCl
При дегидратации кислот или при взаимодействии солей кислот с
хлорангидридами образуются ангидриды кислот:
O
O
2 H3C
P2O5
С
OH
H3C
Cl
1
C
O
С
Na O
O
С
R1
O
+
С
С
O
-H2O
O
R1
H3C
R2
O
-N a C l
R2
С
O
2

27. При пропускании паров кислот вместе с аммиаком над дегидрирующим катализатором образуются амиды кислот:

CH 3CH 2C
O
O
NH3
OH
+
CH 3CH 2C
O NH4
Пропионат аммония
Т
CH 3CH 2C
O
NH2
П ропиониламид
+ H 2О
Особенным свойством карбоновых кислот является реакция образование
сложных эфиров - реакция этерификации:
C
Бензойная
кислота
H2SO4
O
+ HOC2H 5
OH
SN(AdN,E)
Этанол
O
+ H2O
OC2H5
Этилбензоат
C
Эта реакция обратима. Катализатор Н ускоряет прямую реакцию –
этерификацию и обратную реакцию - гидролиз. Равновесие можно
сдвинуть в сторону образования сложного эфира, используя более
дешевое исходное соединение: спирт или кислоту - в избытке, или удаляя
один из продуктов из реакционной смеси.

28. Реакции замещения у -углеродного атома

Реакции замещения у -углеродного атома
Карбоновые кислоты реагируют с бромом или хлором в присутствии
небольших количеств фосфора с образованием -галогензамещенных кислот
(реакция Гелля-Фольгарда-Зелинского)

29. Галоген в этих кислотах так же, как в галогеналканах замещается

при действии нуклеофильных реагентов: CN , HO , NH3, I , или
отщепляется при действии спиртового раствора щелочи
NH3 (избыток)
CH3 CH
Н2О, H
COONH 4
CH2 CH
CH3
CH
Cl
COOК
CH 3 CH
COOH
NH2
−Аминопропионовая кислота
NH2
КОН, Т
(спирт)
+
H2O, H
+
CH 2 CH COOН
Акриловая кислота
COOH
СN
CH3
CH
COOH
H2O, H
+
CH 3 CH
COOH
Метилмалоновая кислота
СN
H2O, КОН, Т
CH3 CH COOК
ОН
COOH
H2O, H
+
CH3 CH
COOH
ОН
Молочная кислота

30. Гидролиз производных карбоновых кислот

Производные карбоновых кислот способны подвергаться гидролизу в
кислой или щелочной среде с образованием соответствующей кислоты или ее
соли:
H O
O
2
С
R
-H C l
Cl
O
H2O
NH2
С
R
H
+
O
R
OR1
R1
C
R
С
OH
-R 1O H
O
С
O
+
H 2O
С
R
NH 4
H2O
O
-R 1 COOH
O
N aO H
O
R
С
-NaCl, -H 2 O
Cl
O
R
NH2
С
N aO H
R
O
R
С
O R1
O
R
С
R1
C
O
O
O
NH3
-R 1O H
-R 1 C OON a
С
O Na

31.

32. Реакции ацилирования

Хлорангидриды карбоновых кислот и их ангидриды являются так
называемыми ацилирующими реагентами. С их помощью можно вводить
ацильную группу. Примером являются реакции Фриделя-Крафтса, в ходе
которых ацильная группа вводится в ароматическое ядро и реакция между
хлорангидридом и солью карбоновой кислоты, рассмотренная выше.
Кроме того, ацилировать можно спирты, аммиак, амины:
O
R1OH
-H C l
O
R
H
С
R
+
Cl
O
NH3
- N H 4C l
OR1
С
NH2
С
R
O
R 1R N H
2
O
R1OH
R
С
R1
C
O
H
+
O
O
NH3
-R1COOH
R
3
NH2
С
O
R 2R N H
- R 1C O O H
OR1
С
R
-R1COOH
O
NR1R2
С
R
-H C l
R
С
NR2R3

33. Особые свойства непредельных одноосновных кислот и их производных

Непредельные карбоновые кислоты, у которых двойная связь находится в
сопряжении с карбоксильной группой называются α,β-ненасыщенными
кислотами. α,β-ненасыщенные кислоты представляют собой диеновую
систему.
Образуется продукт присоединения против правила Марковникова –
водород присоединяется к наименее гидрогенизированному атому углерода.
Аналогично присоединяется вода:

34. Свойства ароматических карбоновых кислот

Химические свойства ароматических карбоновых кислот, обусловленные
наличием карбоксильной группы такие же, как и у всех остальных.
Карбоксильная группа, а также сложноэфирная и амидная являются
ориентантами второго рода. Ориентируют элекрофильное замещение,
преимущественно, в мета положение. При нитровании бензойной кислоты
образуется смесь продуктов нитрования. Из них 70% составляет метанитробензойная кислота.
Ацилированием салициловой кислоты получают ацетилсалициловую
кислоту известную как аспирин:
OH
O
C
O
OH
C
O
C
O
CH3 CH3
HO
C
O
O
O
C
CH3
Ацетилсалициловая кислота

35. Способы получения

1. Окисление первичных спиртов или альдегидов Окисление алкенов и
алкинов в жестких условиях
2. Окисление алкилбензолов
3. Озонолиз алкенов
4. Гидролиз нитрилов
CH 3CH 2Cl
NaCN
CH 3CH 2C N
Пропанонитрил
4H 2SO 4, H 2O
+
CH 3CH 2COOH + NH 4
Пропионовая
кислота
6. Гидролиз тригалогенпроизводных
СH 3
CCl 3 + 3HOH
CH 3 C
OH
OH
OH
O
+ 3H Cl
CH 3
C
+ 3HCl + H 2 O
OH

36.

7. Карбоксилирование реактива Гриньяра (реакция с СО2)
O
+
С
− (абс. эфир)
O
−
R
+
MgBr
O
H 2O, H +
С
О
R
M gBr
O
R
C
+
+ M gBr
OH
8. Гидрокарбоксилирование: взаимодействие олефинов с оксидом
углерода (II) и водяным паром в присутствии катализатора
(тетракарбонил никеля) получают смесь кислот нормального и
изомерного строения:
H3C
CH
CH2
+
CO
+
H3C
CH2
CH2
H2O
С
O
OH
O
H3C
CH
CH3
С
OH

37.

9. Гидролиз нитрилов
- Гидролиз нитрилов полученных из галогенопроизводных
R
Cl
+ KCN
R
C
+
N
O
2 H 2O ; H C l
R
C
R
C
N
+
OH
O
2H2O; N a OH
R
KCl
N H 4C l
+ NH3
C
O Na
- Гидролиз нитрилов полученных из карбонильных соединений
HO
O
H3C
C
+ HCN
CH3
-NH3
CN
ацетонциангидрин,
2-гидрокси-2-метилпропаннитрил
HO
H3C
C
O
C
H 3C
H2O;
H2C
C
OH
H 3C
- H 2O
H2 C
C
O
C
OH
м е та к р и л о в а я
кислота
H3C
C H 3O H ; H C l
-NH3
C
H 3C
а ц е то н
2 H 2O ; H C l
H3C
O
C
OCH3
метиловый э фир меткриловой
кислоты, метилметакрилат

38. 10. Гидролиз сложных эфиров

При нагревании сложного эфира в присутствии разбавленного водного
раствора щелочи протекает реакция:
О
R
N a O H , t 0 , H 2O
С
О
R1
О
С
R
- R 1- O H
О
H+
О Na
+ R
-N a
С
OH
Из насыщенных кислот основную массу составляют пальмитиновая и
стеариновая кислоты:
O
СН2 O С (CH2)16
O
СН O С (CH2)16
СН2 O
С (CH 2)16
CH3
0
CH3
CH3
O
тристеаратглицерина
N a O H , t , H 2O
H
+
СН2 O H
СН О Н
СН2 О Н
глицерин
O
+
3
(CH2)16
CH3
HO
с те а ринова я кислота

39.

Из высших ненасыщенных кислот основное значение имеет
олеиновая кислота:
O
С Н 2 O С (CH2)7
O
С Н O С (CH2)7
СН2 O
С ( C H 2) 7
CH
CH
CH
C H (CH2)7
CH
CH
( C H 2 )7
(CH2)7
O
триолеатглицерина
CH3
CH3
CH3
0
N a O H , t , H 2O
H
+
С Н2 OH
С Н ОН
O
+ 3
СН2 ОН
глицерин
HO
(CH2)7
CH
H3C
CH
(CH2)7
ол е и н о в а я к ислота
Процесс гидролиза жиров называется омылением. Непосредственно
после гидролиза образуются соли карбоновых кислот, которые называются
мылами. Получаемая при омылении животных жиров смесь твердых
жирных кислот называется стеарином. Из стеарина с добавкой парафина
изготавливают свечи.