Сборник основных формул по химии для ВУЗов

Сорокина Е. В.

11. Карбоновые кислоты и их производные

Карбоновыми кислотами называются органические соединения, содержащие одну или несколько карбоксильных групп —COOH, связанных с углеводородным радикалом. По числу карбоксильных групп кислоты подразделяются на: одноосновные (монокарбоновые) CH₃COOH (уксусная), многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т. д.). По характеру углеводородного радикала различают кислоты: предельные (например, CH₃CH₂CH₂COOH); непредельные (CH₂=CH(—COOH); ароматические (С₆Н₅COOH).

Систематические названия кислот даются по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса –овая и слова «кислота»: HCOOH –

метановая (муравьиная) кислота, CH₃COOH – этановая (уксусная) кислота. Для карбоновых кислот характерная структурная изомерия: а) изомерия скелета в углеводородном радикале (начиная с С₄); б) межклассовая изомерия, начиная с С₂. Возможна цис-транс-изомерия в случае непредельных карбоновых кислот. Электронная плотность – связи в карбонильной группе смещена в сторону атома кислорода. Вследствие этого у карбонильного углерода создается недостаток электронной плотности, и он притягивает к себе неподеленные пары атома кислорода гидроксильной группы, в результате чего электронная плотность связи О—Н смещается в сторону атома кислорода, водород становится подвижным и приобретает способность отщепляться в виде протона.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:

R—COOH <-> R—COО + Н⁺

Растворимость в воде и высокие температуры кипения кислот обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей.

Способы получения карбоновых кислот

1. CH₃—СCl₃ + 3NaOH -> CH₃—COOH + 3NaCl + Н₂O (гидролиз тригалогенопроизводных)

2. R—CHO + [О] -> R—COOH (окисление альдегидов и кетонов)

3. CH₃—CH=CH₂ + CO + Н₂O/Н⁺– >Ni, р, t– > CH₃—CH₂—CH₂—COOH (оксосинтез)

4. CH₃CN + 2Н₂O/ Н⁺ -> CH₃COOH + NH₄ (гидролиз нитрилов)

5. CO + NaOH -> HCOONa; 2HCOONa + H₂SO₄ -> 2HCOOH + Na₂SO₄ (получение HCOOH)

Химические свойства карбоновых кислот и их производных

Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность и вступают в реакции с различными веществами, образуя разнообразные соединения, среди которых большое значение имеют функциональные производные: сложные эфиры, амиды, нитрилы, соли, ангидриды, гало-генангидриды.

1. а) 2CH₃COOH + Fe -> (CH₃COO)₂Fe + Н₂ (образование солей)

б) 2CH₃COOH + MgO -> (CH₃COO)₂Mg + Н₂O

в) CH₃COOH + KOH -> CH₃COОК + Н₂O

г) CH₃COOH + NaHCO₃ -> CH₃COONa + CO₂ + Н₂O

CH₃COONa + H₂O <-> CH₃COOH + NaOH (соли карбоновых кислот гидролизуются)

2. (образование вложных эфиров)

(омыление вложного эфира)

3. (получение хлорангидридов кислот)

4. (разложение водой)

5. CH₃—COOH + Cl₂ ->hv– > Cl—CH₂—COOH + HCl (галогенирование в -положение)

6. HO—CH=O + Ag₂O ->NH₃– > 2Ag + Н₂CO₃ (Н₂O + CO₂) (особенности HCOOH)

HCOOH ->t– > CO + Н₂O

12. Жиры

Жиры – сложные эфиры глицерина и высших одноатомных карбоновых кислот. Общее название таких соединений – триглицериды. В состав природных триглицеридов входят остатки насыщенных кислот (пальмитиновой С₁₅Н₃₁COOH, стеариновой С₁₇Н₃₅COOH) и ненасыщенных (олеиновой С₁₇Н₃₃COOH, линолевой С₁₇Н₃₁COOH). Жиры состоят главным образом из триглицеридов предельных кислот. Растительные жиры – масла (подсолнечное, соевое) – жидкости. В состав триглицеридов масел входят остатки непредельных кислот.

Жирам как сложным эфирам свойственна обратимая реакция гидролиза, катализируемая минеральными кислотами. При участии щелочей гидролиз жиров происходит необратимо. Продуктами в этом случае являются мыла – соли высших карбоновых кислот и щелочных металлов. Натриевые соли – твердые мыла, калиевые – жидкие. Реакция щелочного гидролиза жиров называется также омылением.

13. Амины

Амины – органические производные аммиака, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы. В зависимости от числа углеводородных радикалов различают первичные RNH₂, вторичные R₂NH, третичные R₃N амины. По характеру углеводородного радикала амины подразделяются на алифатические (жирные), ароматические и смешанные (или жирноароматические). Названия аминов в большинстве случаев образуют из названий углеводородных радикалов и суффикса –амин. Например, CH₃NH ₂ – метиламин; CH₃—CH₂—NH₂ – этиламин. Если амин содержит различные радикалы, то их перечисляют в алфавитном порядке: CH₃—CH₂—NH—CH₃ – ме-тилэтиламин.

Изомерия аминов определяется количеством и строением радикалов, а также положением аминогруппы. Связь N—Н является полярной, поэтому первичные и вторичные амины образуют межмолекулярные водородные связи. Третичные амины не образуют ассоциирующих водородных связей. Амины способны к образованию водородных связей с водой. Поэтому низшие амины хорошо растворимы в воде. С увеличением числа и размеров углеводородных радикалов растворимость аминов в воде уменьшается.

Способы получения аминов

1. R—NO₂ + 6[Н] -> R—NH₂ + 2H₂O (восстановление нитросоединений)

2. NH₃ + CH₃I -> [CH₃N⁺H₃]I ->NH₃– > CH₃NH ₂ + NH ₄I (алкилирование аммиака)

3. а) С₆Н₅—NO₂ + 3(NH₄)₂S -> С₆Н₅—NH₂ + 3S + 6NH₃ + 2H₂O (реакция Зинина)

б) С₆Н₅—NO₂ + 3Fe + 6HCl -> С₆Н₅—NH₂ + 3FeCl₂ + 2Н₂O (восстановление нитросоединений)