Карбоновые кислоты
презентация к уроку по химии
Вы узнаете:
1.Определение карбоновых кислот
2. Классификация
3.Электронное строение
4. Изомерия и номенклатура
5.Нахождение в природе
6. Получение
7.Физичесике свойства
8. Химические свойства
9.Применение
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 karbonovye_kisloty.ppt | 2.83 МБ |
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Карбоновые кислоты Давайте вспомним, какие классы кислородсодержащих органических веществ мы уже знаем. Каким образом генетически карбоновые кислоты связаны с ранее изученным классом альдегидов?
Что мы узнаем на этом уроке 1.Определение карбоновых кислот 2. Классификация 3.Электронное строение 4. Изомерия и номенклатура 5.Нахождение в природе 6. Получение 7.Физичесике свойства 8. Химические свойства 9.Применение
Историческая справка С древнейших времен использовали уксус, образующийся при скисании вина, листья щавеля, стебли ревеня, сок лимона, листья кислицы в качестве кислой приправы Что вызывало кислый вкус? Никто об этом не задумывался фермент СН 3 – СН 2 – ОН + О 2 → СН 3 – СООН + Н 2 О
Кто получил кислоты? Уксусная кислота СН 3 СООН – известна с 8 века Безводная уксусная кислота – 1789г., Товий Егорович Ловиц, обезвоживал активированным углем При t= 16,5 0 С кристаллизуется, напоминает лед → «ледяная кислота»
Муравьиная кислота 16 век – обнаружено, что «кислый пар» из муравейников изменяет цвет растительных красителей на красный Дж. Рей – получил муравьиную кислоту перегонкой муравьев и дал ей название
Карл Вильгельм Шееле Конец 18 века – выделил и описал лимонную, молочную, бензойную, щавелевую и другие кислоты Но до 60-х годов 19 века химическое строение карбоновых кислот оставалось невыясненным
Карбоновые кислоты — класс органических соединений, молекулы которого содержат карбоксильную группу - COOH. Состав предельных одноосновных карбоновых кислот соответствует общей формуле
Номенклатура IUPAC для карбоновых кислот Главную цепь выбирают таким образом, чтобы атом углерода карбоксильной группы оказался в ней. Нумерация атомов углерода главной цепи начинается с атома углерода карбоксильной группы. Полное название данной кислоты образуется от названия алкана с тем же числом атомов углерода в молекуле с добавлением «-овая кислота». Если углеводородный радикал разветвлен, то сначала называют номер атома углерода, при котором находится радикал, затем через дефис называют сам радикал. Отсутствие дефиса считается за ошибку. Если с основной цепью соединены два различных радикала, то первым из них указывается наиболее простой. Если с основной цепью соединены два или более одинаковых радикалов, то их количество указывается с использованием соответствующих префиксов: -ди, -три, -тетра и т. д.
Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот – С n H 2n O 2 Уксусная Щавелевая Лимонная Назовите вещество Выведите общую формулу предельных одноосновных карбоновых кислот
Алифатические Алициклические (циклогексанкарбоновая кислота) бензойная пропионовая акриловая Дайте характеристику фталевой кислоте C 6 H 11 COOH Гексагидробензойная кислота
Назовите вещество Назовите вещество Назовите вещество Назовите вещество
№ Формула кислоты Название кислоты по номенклатуре Тривиальное название кислоты Название соли 1 HCOOH Метановая Муравьиная Формиат 2 CH 3 COOH Этановая Уксусная Ацетат 3 C 2 H 5 COOH Пропановая Пропионовая Пропионат 4 C 3 H 7 COOH Бутановая Масляная Бутират 5 C 4 H 9 COOH Пентановая Валериановая Валериат 6 C 5 H 11 COOH Гексановая Капроновая Капронат 7 C 6 H 13 COOH Гептановая Энантовая Энтинат 8 C 7 H 15 COOH Октановая Каприловая Каприлат 9 C 8 H 17 COOH Нонановая Пеларгоновая Пеларгонат 10 C 9 H 19 COOH Декановая Каприновая Капринат 11 C 17 Н 35 СООН Октадекановая Стеариновая Стеарат 12 С 15 Н 31 СООН Гексадекановая Пальмитиновая Пальмитат 13 С 17 Н 33 СООН Цис-9-деценовая Олеиновая Олеат 14 СН 2 =СН-СООН Пропеновая Акриловая Акрилат 15 СН 2 =С(СН 3 )СООН 2-метилпропеновая Метакриловая Метакрилат 16 С 6 Н 5 СООН Бензойная Бензойная Бензоат 17 НООС(СН 2 ) 2 СООН Бутандиовая Янтарная Сукцинат
Метан диовая кислота (дикарбоновая кислота) 2- гидрокси пропан триовая кислота (2- гидрокси – 1,2,3 -пропан трикарбоновая кислота) соли - лактаты Оксифенилуксусная, фенилгликолевая, фенилэтиловая бутанолдикислотасоли - малаты
Изомерия 1.Изомерия углеродной цепи Составьте изомеры по углеродному скелету для валериановой кислоты и назовите вещества 2. Изомерия положения кратной связи : СН 2 =СН—СН 2 —СООН Бутен-3-овая кислота (винилуксусная кислота) СН 3 —СН=СН—СООН Бутен-2-овая кислота (кротоновая кислота) 3. Геометрическая (цис-, транс-) изомерия : 4. Межклассовая изомерия : например: С 4 Н 8 О 2 СН 3 — СН 2 — СО — О — СНз метиловый эфир пропановой кислоты СН 3 — СО — О — CH 2 — СН 3 этиловый эфир этановой кислоты С 3 Н 7 – СООН бутановая кислота
Строение карбоксильной группы Карбоксильная группа СООН состоит из карбонильной группы С=О и гидроксильной группы ОН . В группе СО атом углерода несет частичный положительный заряд и притягивает к себе электронную пару атома кислорода в группе ОН . При этом электронная плотность на атоме кислорода уменьшается, и связь О-Н ослабляется: В свою очередь, группа ОН "гасит" положительный заряд на группе СО.
● Влияние атома С на ОН-группу . Электронная плотность в карбонильной группе (особенно σ -связи) смещена в сторону О, как более электроотрицательного элемента. Карбонильный атом С приобретает частичный положительный заряд. Чтобы его компенсировать, он притягивает к себе электроны атома О ОН- группы. Электронная плотность на атоме О понижается и он смещает в свою сторону электронную плотность связи О – Н. Полярность связи в ОН-группе возрастает, Н становится подвижнее и легче отщепляется в виде протона , что обуславливает общие свойства карбоновых кислот. ● Влияние радикала на карбоксильную группу объясняется сдвигом электронной плотности к центральному атому С. В результате его частичный положительный заряд уменьшается и его действие на электронную плотность атома кислорода –ОН- группы ослабляется, а, значит, отщепление ионов Н затрудняется. Как следствие – самая сильная органическая кислота -муравьиная кислота. ● Карбоксильная группа влияет на радикал таким образом, что наиболее легко замещаемым становится водород при α -углеродном атоме .
Физические свойства Низшие карбоновые кислоты — жидкости с острым запахом, хорошо растворимые в воде. С повышением относительной молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается, а температура кипения повышается. Высшие кислоты, начиная с пеларгоновой С 8 Н 17 СООН — твердые вещества, без запаха, нерастворимые в воде.
Возгонка – переход вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое Бензойная кислота и некоторые другие сублимируют
Почему среди карбоновых кислот нет газообразных веществ? Межмолекулярная водородная связь
Карбоновые кислоты являются более сильными кислотами, чем спирты и фенолы из-за делокализации заряда в карбоксилат-ионе RCOOH + M е RCOOM е + H 2 СH 3 COOH + M е CH 3 COOM е + H 2 СH 3 COOH + Ме O CH 3 COO Ме + H 2 O HCOOH + Ме OH HCOO Ме + H 2 O HCOOH + соль слабой кислоты HCOO Ме + H 2 O Формиаты – соли муравьиной кислоты Ацетаты – соли уксусной кислоты Диссоциация HCl = H + + Cl - Взаимодействие с металлами Mg + 2 HCl = MgCl 2 + H 2 ↑ Взаимодействие с основными оксидами MgO + 2 HCl = MgCl 2 + H 2 O 4. Взаимодействие с основаниями Mg(OH) 2 + 2 HCl = MgCl 2 + 2 H 2 O 5. Взаимодействие с солями более слабых кислот MgCO 3 + 2 HCl = MgCl 2 + H 2 O + CO 2 ↑ Вспомните свойства неорганических кислот:
С увеличением углеводородного радикала сила кислот уменьшается
Химические свойства карбоновых кислот Общие свойства карбоновых кислот аналогичны соответствующим свойствам неорганических кислот: 1. Диссоциация в водных растворах (среда кислая, индикаторы меняют окраску). 2. Карбоновые кислоты вступают в реакцию замещения с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода.
Химические свойства карбоновых кислот 3. Карбоновые кислоты реагируют с основными оксидами с образованием соли и воды. 4. Вступают в реакцию нейтрализации с основаниями (щелочами и нерастворимыми) и амфотерными гидроксидами. Задание: Напишите уравнение реакции взаимодействия уксусной кислоты с гидроксидом меди, назовите получившуюся соль.
2СН 3 -СООН +С u(OH) 2 → (СН 3 -СОО) 2 С u + 2H 2 O Ацетат меди (II) Составьте уравнение реакции гидроксида натрия с муравьиной кислотой, разберите его как ионное уравнение (составьте полное ионное и сокращенное ионное уравнение). Назовите получившееся вещество. НСООН + NaOH → НСОО Na + H 2 O Молекулярное уравнение НСООН + Na + + OH - → НСОО - + Na + + H 2 O Полное ионное уравнение НСООН + OH - → НСОО - + H 2 O Сокращенное ионное уравнение
Химические свойства карбоновых кислот 5. Взаимодействуют с солями более слабых и летучих кислот, вытесняя их из солей. 6. Реакция этерификации – образование сложных эфиров при взаимодействии карбоновых кислот со спиртами. Задание: Напишите уравнение реакции взаимодействия уксусной кислоты с пропанолом-1, назовите получившийся эфир. Карбоновая кислота
Химические свойства карбоновых кислот 7. Кислоты могут образовывать кислотные оксиды (или ангидриды кислот). Особые свойства кислот, обусловленных наличием в их молекулах радикалов. Реакция с галогенами. Какая из этих кислот сильнее? Почему?
Хлоруксусная кислота сильнее уксусной, так как за счет атома хлора происходит перераспределение электронной плотности в молекуле и водород в виде протона отщепляется легче, а, значит, кислота будет более активной. Галогензамещённые кислоты – более сильные кислоты, чем карбоновые, за счёт -I эффекта атома галогена
Галогензамещенные кислоты CH 3 –CH 2 –COOH + Br 2 CH 3 – CH – COOH + HBr I Br Образуются при замещении водорода на галоген в углеводородном радикале ( в α -положении ) Назовите полученное вещество и напишите с ним реакцию дальнейшего бромирования
Примеры химических реакций для уксусной кислоты CH 3 COOH Zn + 2CH 3 COOH = ZnO + 2CH 3 COOH = 4) Zn(OH) 2 +2CH 3 COOH = 5)ZnCO 3 +2CH 3 COOH = Уксусная кислота Ацетат- ион Ацетат цинка CH 3 COO - + H + Zn(CH 3 COO) 2 + H 2 Zn(CH 3 COO) 2 + H 2 O Zn(CH 3 COO) 2 +2H 2 O Zn(CH 3 COO) 2 +CO 2 + H 2 O Изменяет окраску индикатора
Получение карбоновых кислот 1. Окислением спиртов 2. Окислением альдегидов Существуют и другие способы получения карбоновых кислот [O] – оксид хрома ( VI ) в H 2 SO 4
Получение карбоновых кислот 3. Окислением углеводородов Практическое значение имеет каталитическое окисление метана до муравьиной кислоты. Другие алканы при окислении претерпевают разрыв С-С цепи примерно посередине. УВ с длинной цепью ( >C 25 ) под действием О 2 воздуха в (ж) фазе в присутствии солей тяжелых Ме превращаются в смесь к/кислот с С 12 -С 18 → МЫЛО и ПАВ kat. С 36 Н 74 + 2,5О 2 → 2 С 17 Н 35 СООН + Н 2 О + Н 2 О +2,5 Николай Маркович Эмануэль – получил уксусную кислоту окислением бутана
Получение карбоновых кислот 4. Окислением алкенов 5 . Реакции гидролиза производных кислот Существуют и другие специфические способы получения карбоновых кислот СН 3 – СН = СН – СН 3 + 4 [O] → 2 СН 3 - СООН [O] – KMnO 4 (кипящий р-р), О 2 (кат., t ) R -СН 2 - Cl + NaCN →R-CH 2 -C ≡ N + NaCl H + + HCl R-CH 2 -C ≡ N + 2 H 2 O→R–CH 2 –COONH 4 → R–CH 2 –COOH + NH 4 Cl
Специфические способы получения отдельных кислот Для получения бензойной кислоты можно использовать окисление монозамещенных гомологов бензола кислым раствором перманганата калия Уксусную кислоту получают в промышленных масштабах каталитическим окислением бутана кислородом воздуха Муравьиную кислоту получают нагреванием оксида углерода (II) с порошкообразным гидроксидом натрия под давлением и обработкой полученного формиата натрия сильной кислотой
Получение карбоновых кислот Молочную кислоту получают молочнокислым брожением глюкозы (ферментативная реакция): C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 CH(OH)COOH + 21,8·10 4 Дж
Особенности муравьиной кислоты H 2 SO 4 ( конц. ) HCOOH → CO + H 2 O ( получение СО в лаборатории ) Двойственность свойств - альдегидокислота Альдегидная группа Карбоксильная группа О О || || Н – С – ОН + [ О ] → НО – С – ОН → СО 2 + Н 2 О О О СО 2 || || Н – О – С – Н + Ag 2 O → 2 Ag + Н – О – С – О – Н Н 2 О аммиачный р-р угольная кислота Реакция серебряного зеркала Сильный восстановитель
Генетическая связь карбоновых кислот с другими классами органических соединений Составьте уравнения реакций по данной цепочке превращений, взяв за основу этан Найдите информацию о наиболее распространенных и используемых карбоновых кислотах
СН 3 – CH 2 –Cl
Акриловая и метакриловая кислоты являются непредельными карбоновыми кислотами и проявляют свойства алкенов СН 2 =СН-СООН и СН 2 =С(СН 3 )-СООН MoO 3 , t СН 2 =СН-СН 3 + 3 [O] → СН 2 =СН-СООН + H 2 O пропен t СН 2 =СН-С N + 2 H 2 O → СН 2 =СН-СООН + NH 3 нитрил акриловой кислоты
Высшие карбоновые кислоты Число атомов С – больше 10 Обычно имеют четное число атомов С Встречаются обычно в виде сложных эфиров с низшими спиртами – в эфирных маслах , с высшими спиртами – в воске , с глицерином – в жирах Важнейшие: стеариновая, пальмитиновая с неразветвленной цепью, нерастворимые в воде Получают каталитическим окислением парафина или гидролизом жиров Используются: изготовление мыла, ПАВ, стеариновых свечей Кислотные свойства можно обнаружить, если капнуть расплавленную свечу на индикаторную бумагу → покраснеет Получение стеариновой кислоты из мыла : р-р мыла + HCl = белые хлопья на поверхности жидкости
Высшие карбоновые кислоты Высшие непредельные карбоновые кислоты: С 17 Н 33 СООН – олеиновая (1 двойная связь) С 17 Н 31 СООН – линолевая (2 двойные связи) С 17 Н 29 СООН – линоленовая (3 двойные связи) Имеют цис-расположение заместителей при двойных связях Проявляют свойства карбоновых кислот и алкенов : Реагируют по карбоксильной группе (св-ва кислот) Реагируют по двойной связи (св-ва алкенов) Линоленовая и линолевая кислоты не синтезируются в организме, поступают с растительными маслами, способствуют снижению уровня холестерина Способность окисляться используется при изготовлении олифы из льняного и конопляного масла (в составе сложных эфиров олеиновая и линолевая кислоты)
Стеариновая кислота и ее соли стеараты С 17 Н 35 СООН относится к высшим карбоновым кислотам Стеараты кальция, магния и железа, как и кислота, в воде нерастворимы. Стеараты щелочных металлов, например, стеарат натрия С 17 Н 35 СОО Na , хорошо растворимы в воде. Они являются основой мыл: хозяйственного, банного, туалетного, детского.
Бензойная кислота С 6 Н 5 -СООН , в составе природных смол, в плодах, ягодах, сильнее алифатических кислот Применяется в оргсинтезе для получения лекарств, душистых в-в, красителей, в качестве консерванта (пищевая промышленность) Соли - бензоаты В промышленности получают каталитическим окислением толуола: t , Р, ка t . (соли Со) 2 С 6 Н 5 -СН 3 + 3 О 2 → 2 С 6 Н 5 -СООН + 2 Н 2 О Склонность к декарбоксилированию ( t ): С 6 Н 5 -СООН → С 6 Н 6 + СО 2
Щавелевая кислота НООС-СООН – двухосновная кислота, содержится в листьях щавеля, ревеня, кислицы Соли – оксалаты Оксалат Са – образуется в виде камней в почках при нарушении обмена в-в Сильнее, чем монокарбоновые кислоты Окисляется р-ром перманганата калия в кислой среде: 5 Н 2 С 2 О 4 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 → 10 CO 2 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O При нагревании с H 2 SO 4 (к) разлагается: Н 2 С 2 О 4 → CO 2 + СО + H 2 O Применяется в текстильной, кожевенной, пищевой промышленности
Применение карбоновых кислот Гербициды Консервант, приправа Парфюмерия, косметика
Муравьиная кислота - в качестве восстановителя, в медицине -муравьиный спирт ( 1,25% спиртовой раствор муравьиной кислоты ) – дезинфицирующее ср-во, протрава при крашении шерсти, консервант фруктовых соков, отбеливатель, пропитка тканей ( формиат алюминия ), сложные эфиры – растворители, душистые в-ва.
СН 3 - СООН синтез красителей (индиго) Синтез медицинских препаратов Синтез сложных эфиров Консервант, вкусовое ср-во ядохимикаты 2,4 - Д оргстекло ацетатное волокно Негорючая кинопленка
Выводы: Карбоновыми кислотами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом. Для карбоновых кислот, как и для альдегидов, характерна изомерия углеродного скелета. Молекулы карбоновых кислот образуют димеры. Общие свойства, характерные для класса карбоновых кислот, обусловлены наличием в молекулах гидроксильной группы, которая содержит резко полярную связь между атомами водорода и кислорода. Для карбоновых кислот характерны свойства как общие с неорганическими кислотами, так и специфические, присущие только для органических кислот.
Решите задачи Задача 1. Одноосновная карбоновая кислота имеет следующий состав: углерод – 40%, водород – 6,67%, кислород – 53,33%. Плотность паров этой кислоты по аргону равна 1,5. Исходя из этих данных, найдите молекулярную формулу этой кислоты. Задача 2. Одноосновная карбоновая кислота имеет следующий состав: углерод – 48,65%, водород – 8,11%, кислород – 43,24%. Плотность паров этой кислоты по водороду равна 37. Найдите формулу этой карбоновой кислоты . Ответьте на вопросы: Как происходит перераспределение электронной плотности в карбоксильной группе? В чем заключается взаимное влияние атомов в молекулах карбоновых кислот? Как это отражается на химических свойствах карбоновых кислот?
Решите задачи Задача 3. Одноосновная карбоновая кислота имеет следующий состав: углерод – 62%, кислород – 27,6%. Составьте структурные формулы всех возможных изомеров и назовите их по международной номенклатуре. Задание 4. Расположите в порядке усиления кислотных свойств перечисленные соединения: 1уровень: а) фенол, б) муравьиная кислота, в) соляная кислота, г) пропанол-1, д) вода . 2 уровень: а) этанол, б) п-крезол, в) бромоводородная кислота, г) вода, д) уксусная кислота, е) угольная кислота
Допишите реакции С какими из ниже перечисленных веществ будет реагировать уксусная кислота? Напишите уравнения возможных реакций и назовите вещества. Al(OH) 3 , Cu, NaCl, Mg, BaCO 3 , FeO, CO 2 , KOH , СН 3 ОН, НСОН, Na 2 SO 4 , О 2
Задания Расположите в ряд по усилению кислотных свойств перечисленные кислоты и их производные: а) уксусная, б) пропионовая, в) хлоруксусная, г) дихлоруксусная, д) стеариновая. Какая из кислот будет реагировать с металлическим магнием с максимальной скоростью, а какая – с минимальной: а) пропановая, б) 2-хлорпропановая, в) 3-хлорпропановая? Напишите уравнения соответствующих реакций.
Задача . Напишите уравнения реакций, соответствующие следующей схеме:
Решение. 1) Этанол окисляется до ацетата натрия хроматом натрия в щелочном растворе: ЗС 3 Н 5 ОН + 4Na 2 CrO 4 + 7NaOH + 4H 2 O 3CH 3 COONa + 4Na 3 [Cr(OH) 6 ]. 2) Этилацетат гидролизуется под действием щелочей: СН 3 СООС 2 Н 5 + NaOH CH 3 COONa + С 2 Н 5 ОН. 3) Этанол окисляется до уксусной кислоты дихроматом калия в кислом растворе: 5С 2 Н 5 ОН + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 5СН 3 СООН + 2K 2 SO 4 +4MnSO 4 + + 11H 2 O. 4) Этилацетат можно получить из ацетата натрия действием этилиодида: CH 3 COONa + C 2 H 5 I СН 3 СООС 2 Н 5 + Nal. 5) Уксусная кислота — слабая, поэтому сильные кислоты вытесняют ее из ацетатов: CH 3 COONa + HCl СН 3 СООН + NaCl 6) Сложный эфир образуется при нагревании уксусной кислоты с этанолом в присутствии серной кислоты: СН 3 СООН + С 2 Н 5 ОН СН 3 СООС 2 Н 5 + Н 2 О
Из перечисленных формул выберите формулу карбоновой кислоты
СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН-СН-СООН l l СН 3 СН 3 СН 3 СН 3 l l 2. СН 3 -СН-С-СООН l СН 3 Назовите карбоновые кислоты Проверь себя: 3,4 – диметилгексановая кислота 2,2,3 – триметилбутановая кислота
Номенклатура сложных эфиров Сложные эфиры в природе Назовите данные природные эфиры 1. 2. 3.
1. Изобутилацетат или изобутиловый эфир уксусной кислоты 2. Изопентилацетат или изопентиловый эфир уксусной кислоты 3. Этилпропионат или этиловый эфир пропионовой кислоты.