Задачи C3 са посветени на реакции, които потвърждават връзката между различни класове въглеводороди и кислородсъдържащи органични съединения. Те представляват верига от пет етапа на трансформации на органични вещества и се оценяват на 5 основни точки. Нека разгледаме примери за най-трудните вериги от 2004-2009 г. (в скоби - успеваемостта в проценти за студенти от Тюменска област, първата вълна)

С3 (2004 г., 11%)

Ацеталдехид ® калиев ацетат ® етанова киселина ® етил ацетат ® калциев ацетат ® ацетон

Фактът, че тази верига съдържа не формули, а имената на веществата, вероятно също доведе до факта, че тя се оказа най-трудна за учениците. Нека пренапишем:

CH 3 CHO ® CH 3 COOK ® CH 3 COOH ® CH 3 COOC 2 H 5 ® (CH 3 COO) 2 Ca ® (CH 3) 2 CO

Видът на реакцията може да предложи сравнение на състава на изходните и получените вещества. И така, за първата трансформация е ясно, че е необходимо алдехидът да се окисли в алкална среда, например:

CH 3 CHO + 2KMnO 4 + 3KOH ® CH 3 COOK + 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O

Уравнения на полуреакция за поставяне на коефициенти:

CH 3 CHO + 3OH - - 2ē \u003d CH 3 COO - + 2H 2 O | 1

MnO 4 – + ē = MnO 4 2– |2

Следните две реакции не би трябвало да създават проблеми:

CH 3 COOK + HCl = CH 3 COOH + KCl

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

За да се получи ацетат от етер, е необходимо да се извърши неговата хидролиза в алкална среда и да се вземе калциев хидроксид като алкал:

2CH 3 COOC 2 H 5 + Ca(OH) 2 (CH 3 COO) 2 Ca + 2C 2 H 5 OH

Последната трансформация може да предизвика особени затруднения, тъй като методите за получаване на кетони обикновено не се разглеждат в основния курс по химия. За неговото прилагане се извършва пиролиза (термично разлагане) на калциев ацетат:

(CH 3 COO) 2 Ca (CH 3) 2 CO + CaCO 3

Най-трудната от задачите 2005 гсе оказаха вериги, включващи електролиза на солни разтвори, например:

С3 (2005, 8%)Дайте уравненията на реакцията, които могат да се използват за извършване на следните трансформации

Калиев ацетат X 1 x2 X3®

x4 x5

Електролиза на разтвор на калиев ацетат:

K (-) (K +) - не е възстановен, алкален метал

2H 2 O + 2ē \u003d H 2 + 2OH - | 2

A (+) 2CH 3 COO - -2ē \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2 | 2

Обобщено уравнение:

2CH 3 COO - + 2H 2 O \u003d H 2 + 2OH - + CH 3 -CH 3 + 2CO 2

Или 2CH 3 COOK + 2H 2 O \u003d H 2 + 2KOH + CH 3 -CH 3 + 2CO 2

Когато етанът се нагрява в присъствието на Ni, Pt катализатор, настъпва дехидрогениране, X 2 - етен: CH 3 -CH 3 ® CH 2 \u003d CH 2 + H 2

Следващият етап е хидратация на етена:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O ® CH 3 -CH 2 OH; X 3 - етанол

Калиевият перманганат в кисела среда е силен окислител и окислява алкохолите до карбоксилни киселини, X 4 е оцетна киселина:

5C 2 H 5 OH + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 = 5CH 3 COOH + 4MnSO 4 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O

И накрая, взаимодействието на оцетна киселина (X 4) и алкохол (X 3) ще доведе до образуването на естер, X 5 - етилацетат:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH \u003d CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

Сложността на тази верига е също, че ако не знаете първата реакция, е невъзможно да разберете какви вещества се обсъждат в останалата част от нея.

Нека разгледаме редица други трансформации, които причиниха трудности на учениците по време на изпита през 2005 г.

Разлагане на оксалова и мравчена киселина под действието на концентрирана сярна киселина:

H 2 C 2 O 4 H 2 O + CO 2 + CO

HCOOH H2O + CO

Окисляване на алдехиди:

CH 3 CHO х

Тук трябва да си припомним материала на неорганичната химия, окислителните свойства на брома. Алдехидът се окислява до карбоксилна киселина и тъй като реакцията протича в присъствието на NaOH, реакционният продукт ще бъде сол:

CH 3 CHO + Br 2 + 3NaOH ® CH 3 COONa + 2NaBr + 2H 2 O

Окисляване на алдехиди с амонячен разтвор на сребърен оксид.

HCHO х

Обикновено в учебниците пише, че води до образуване на карбоксилни киселини. Всъщност, тъй като реакцията протича в присъствието на излишък от амоняк, се образуват съответните амониеви соли. В този случай трябва да се има предвид, че мравчената киселина и нейните соли могат да се окисляват допълнително до соли на въглеродна киселина:

HCHO + 2Ag 2 O + 2NH 3 ® (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag, или по-точно:

HCHO + 4OH® (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag + 2H 2 O + 6NH 3

За независимо разглеждане се предлагат вериги от трансформации, които са причинили най-големи трудности на изпита. Дайте уравненията на реакциите, които могат да се използват за извършване на следните трансформации:

1. калиев метоксид X 1 ® бромометан X 2 X 3 етанал
Тук трябва да разберем какво е "калиев метилат", но последният етап се оказа най-труден, тъй като такава реакция не се разглежда в повечето училищни учебници.

2. CH 3 CHO X 1 X 2 ® етилен ® CH 3 CHO x3

3. калий ® калиев етоксид X 1 CH 2 \u003d CH 2 X 2 X 3

Химични свойствакарбоксилни киселини.

I. Реакции с празнина в карбоксилната група на O─H връзката

1. Киселините се дисоциират:

RCOOH ↔ RCOO − + H+

Водните разтвори на киселини променят цвета на индикаторите, които отдавна се използват за качествено откриване на киселини в разтвори:

индикатор + H + ( киселина)↔ цветна връзка.

Индикаторите са вещества със сложна структура, които ускоряват химическа реакция, но не се консумират сами.

карбоксилни киселинипо-слаби от неорганичните, най-силната от тях е мравчената. Всички карбоксилни киселини са слаби електролити. Дикарбоксилните киселини са в много отношения подобни на монокарбоксилните киселини, но са по-силни. Например, оксаловата киселина е почти 200 пъти по-силна от оцетната киселина. Дикарбоксилните киселини се държат като двуосновни киселини и образуват две серии соли - киселинни и средни. Силата на киселините намалява с увеличаване на броя на водородните атоми във въглеводородния радикал (поради намаляване на полярността O-H връзки); напротив, въвеждането на халогенни атоми във въглеводородния радикал води до увеличаване на силата на киселината:

HCOOH ← CH 3 COOH ← C 2 H 6 COOH ← ...

2. Образуване на соли.

а) Те взаимодействат с някои метали в поредицата от напрежения на метали към водород, с образуване на сол и освобождаване на водород:

2CH 3 -COOH + Ba → (CH 3 - COO) 2 Ba + H 2

оцетна киселина бариев ацетат

б) Взаимодействат с основни и амфотерни оксиди, за да образуват сол и вода:

2CH 3 -COOH + CaO → (CH 3 - COO) 2 Ca + H 2 O,

2CH 3 - COOH + ZnO → (CH 3 -COO) 2 Zn + H 2 O.

в) Взаимодействат с разтворими и неразтворими основни (основи) и амфотерни хидроксиди за образуване на сол и вода - реакция на неутрализация.

CH 3 -COOH + KOH → CH 3 -COOK + HOH,

2CH 3 -COOH + Zn(OH) 2 → (CH 3 -COO) 2 Zn + 2HOH.

г) Взаимодействат със соли на по-слаби и летливи киселини:

CH 3 -COOH + NaHCO 3 → CO 2 + H 2 O + CH 3 -COOHa,

натриев бикарбонат натриев ацетат

CH 3 -COOH + CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 -COONa → CH 3 -COOK + CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 -COOH.

натриев пентаноат пентанова киселина

д) Взаимодействат с амоняк NH 3 и амониев хидроксид NH 4 OH:

CH 3 -COOH + NH 3 → CH 3 -COONH 4,

амониев ацетат

CH 3 -COOH + NH 4 OH → CH 3 -COOH 4 + HOH.

амониев ацетат

II. Реакции на разцепване на C─O връзката (заместване на ОН групата).

1. Взаимодействат с алкохоли за образуване на естери - реакция на естерификация:

CH 3 -CO-OH + HO-CH 3 ↔ CH 3 -COO-CH 3 + H-OH.

метилов естер на оцетна киселина

(метил ацетат)

2. Реагирайте с амоняк, за да образувате киселинни амиди (през етапа на образуване на амониева сол, последвано от нагряване):

CH 3 -COOH + NH 3 → CH3-COOH 4→ CH 3 -CONH 2 + H 2 O.

оцетна киселина амониев ацетат ацетамид

3. Междумолекулна дехидратация с образуване на анхидриди.

CH 3 -CO-OH + HO-OS - CH 3 → CH 3 -CO-O-OS-CH 3 + H-OH.

оцетна киселина оцетен анхидрид

4. Взаимодействат с фосфорни халогениди (PCl 5 , PCl 3) за образуване на халогениди на карбоксилни киселини:

CH 3 -CO-OH + PCl 5 → CH 3 -CO-Cl + POCl 3 + HCl,

ацетил хлорид

3CH 3 -CH 2 -COOH + PCl 3 → 3CH 3 -CH 2 -COCl + H 3 RO 3.

пропил хлорид

5. Взаимодействат с тионил хлорид (SOCl 2), за да образуват халиди на карбоксилни киселини:

CH 3 -CO-OH + SOCl 2 → CH 3 -CO-Cl + SO 2 + HCl

ацетил хлорид

III. Реакции на въглеводороден радикал.

1. Реакции с разкъсване на C─H връзка α -въглероден атом на въглеводороден радикал - халогениране:

H─CH 2 -COOH + Cl 2 → Cl─CH 2 -COOK + H─Cl

CH 3 –COOH → ClCH 2 –COOH → Cl 2 CH–COOH → Cl 3 CH–COOH

оцетна хлороцетна дихлороцетна трихлороцетна

киселина киселина киселина киселина

Силата на киселините се повишава

2. Реакции на присъединяване в точката на разкъсване на ненаситената π-връзка в ненаситени карбоксилни киселини:

а) хидрогениране за получаване на наситени карбоксилни киселини:

C 8 H 17 ─CH \u003d CH─C 7 H 15 -COOH + H 2 → C 8 H 17 ─CH 2 ─CH 2 ─C 7 H 15 -COOH

олеинова киселина стеаринова киселина

б) халогениране за получаване на дихалогенни производни на карбоксилни киселини:

C 8 H 17 ─CH \u003d CH─C 7 H 15 -COOH + Cl 2 → C 8 H 17 ─ClCH─ClCH─C 7 H 15 -COOH

олеинова киселина 9, 10-дихлоростеаринова киселина

IV. Реакции на окисляване на карбоксилни киселини.

1. Изгаряне на карбоксилни киселини:

CH 3 COOH + 2O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

IV. Специални свойства на мравчената киселина.

Тъй като молекулата на мравчената киселина съдържа както карбоксилна група, така и алдехидна група,

O // H–C \ OH

O // H–C \ OH

Той има всички свойства на наситените моноосновни карбоксилни киселини, както и свойствата на алдехидите, например реакцията на окисление:

H─CO─OH + [O] → HO─CO─OH (т.е. H 2 CO 3) → CO 2 + H 2 O

а) в реакцията на "сребърно огледало" - взаимодействие с амонячен разтвор на сребърен оксид (I):

HCOOH + Ag 2 O (разтвор на амоняк) → CO 2 + H 2 O + 2Ag ↓ (при нагряване)

(HCOOH + 2Ag (NH 3) 2 OH (разтвор на амоняк) → CO 2 + H 2 O + 2Ag ↓ + 4NH 3)

б) при взаимодействие с прясно приготвен разтвор на меден (II) хидроксид:

HCOOH + 2Cu +2 (OH) 2 ↓ → CO 2 + H 2 O + Cu 2 + O ↓ (при нагряване)

в) Освен това, когато се нагрява с концентрирана H 2 SO 4, мравчената киселина се разлага на въглероден оксид (II) и вода.

Класификация

а) По основност (т.е. броя на карбоксилните групи в молекулата):

Едноосновен (монокарбоксилен) RCOOH; Например:

CH3CH2CH2COOH;

HOOS-CH 2 -COOH пропандиова (малонова) киселина

Триосновен (трикарбоксилен) R (COOH) 3 и др.

б) Според структурата на въглеводородния радикал:

Алифатни

лимит; например: CH3CH2COOH;

ненаситени; например: CH 2 \u003d CHCOOH пропенова (акрилова) киселина

Алициклични, например:

Ароматни, например:

Ограничете монокарбоксилните киселини

(едноосновни наситени карбоксилни киселини) - карбоксилни киселини, в които наситен въглеводороден радикал е свързан с една карбоксилна група -COOH. Всички те имат обща формула C n H 2n+1 COOH (n ≥ 0); или CnH 2n O 2 (n≥1)

Номенклатура

Систематичните наименования на едноосновните наситени карбоксилни киселини се дават от името на съответния алкан с добавяне на наставката -ovaya и думата киселина.

1. HCOOH метанова (мравчена) киселина

2. CH 3 COOH етанова (оцетна) киселина

3. CH 3 CH 2 COOH пропанова (пропионова) киселина

изомерия

Изомерията на скелета във въглеводородния радикал се проявява, започвайки с бутанова киселина, която има два изомера:

Междукласовият изомеризъм се проявява, започвайки с оцетна киселина:

СН3-СООН оцетна киселина;

H-COO-CH3 метилформиат (метилов естер на мравчена киселина);

HO-CH 2 -COH хидроксиетанал (хидроксиоцетен алдехид);

HO-CHO-CH2 хидроксиетилен оксид.

хомоложни серии

Тривиално име	Име по IUPAC
Мравчена киселина	Метанова киселина
Оцетна киселина	Етанова киселина
пропионова киселина	пропанова киселина
Маслена киселина	Бутанова киселина
Валерианова киселина	Пентанова киселина
Капронова киселина	Хексанова киселина
Енантинова киселина	Хептанова киселина
Каприлова киселина	Октанова киселина
Пеларгонова киселина	Нонанова киселина
капринова киселина	Деканова киселина
Ундецилова киселина	ундеканова киселина
Палмитинова киселина	Хексадеканова киселина
Стеаринова киселина	Октадеканова киселина

Киселинни остатъци и киселинни радикали

	киселинен остатък	Киселинен радикал (ацил)
UNSD мравчена	НСОО- формиат
CH3COOH оцетна киселина	CH 3 SOO- ацетат
CH3CH2COOH пропионов	CH 3 CH 2 COO- пропионат
CH 3 (CH 2) 2 COOH мазна	CH 3 (CH 2) 2 COO- бутират
CH3 (CH2)3COOH валериана	CH 3 (CH 2) 3 COO- валериат
CH3 (CH2)4COOH капрон	CH 3 (CH 2) 4 COO- капронат

Електронна структура на молекулите на карбоксилната киселина

Изместването на електронната плътност, показано във формулата към карбонилния кислороден атом, причинява силна поляризация O-N връзки, в резултат на което се улеснява отделянето на водородния атом под формата на протон - във водни разтвори протича процесът на киселинна дисоциация:

RCOOH ↔ RCOO - + H +

В карбоксилатния йон (RCOO -) се извършва p, π-конюгиране на несподелената двойка електрони на кислородния атом на хидроксилната група с p-облаци, образуващи π-връзка, в резултат на което π-връзката се делокализира и отрицателният заряд е равномерно разпределен между двата кислородни атома:

В това отношение за карбоксилните киселини, за разлика от алдехидите, реакциите на присъединяване не са характерни.

Физични свойства

Точките на кипене на киселините са много по-високи от точките на кипене на алкохоли и алдехиди със същия брой въглеродни атоми, което се обяснява с образуването на циклични и линейни асоциати между киселинните молекули поради водородни връзки:

Химични свойства

I. Киселинни свойства

Силата на киселините намалява в серията:

HCOOH → CH 3 COOH → C 2 H 6 COOH → ...

1. Реакции на неутрализация

CH 3 COOH + KOH → CH 3 COOK + n 2 O

2. Реакции с основни оксиди

2HCOOH + CaO → (HCOO) 2 Ca + H 2 O

3. Реакции с метали

2CH 3 CH 2 COOH + 2Na → 2CH 3 CH 2 COONa + H 2

4. Реакции със соли на по-слаби киселини (включително карбонати и бикарбонати)

2CH 3 COOH + Na 2 CO 3 → 2CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O

2HCOOH + Mg(HCO 3) 2 → (HCOO) 2 Mg + 2CO 2 + 2H 2 O

(HCOOH + HCO 3 - → HCOO - + CO2 + H2O)

5. Реакции с амоняк

CH 3 COOH + NH 3 → CH 3 COONH 4

II. -ОН група заместване

1. Взаимодействие с алкохоли (реакции на естерификация)

2. Взаимодействие с NH3 при нагряване (образуват се киселинни амиди)

Киселинни амиди хидролизирани до образуване на киселини:

или техните соли:

3. Образуване на киселинни халогениди

Най-голямо значение имат киселинните хлориди. Хлориращи реагенти - PCl 3 , PCl 5 , тионил хлорид SOCl 2 .

4. Образуване на киселинни анхидриди (междумолекулна дехидратация)

Киселинните анхидриди също се образуват при взаимодействието на киселинни хлориди с безводни соли на карбоксилни киселини; в този случай могат да се получат смесени анхидриди на различни киселини; Например:

III. Реакции на заместване на водородни атоми при α-въглероден атом

Характеристики на структурата и свойствата на мравчената киселина

Структурата на молекулата

Молекулата на мравчената киселина, за разлика от други карбоксилни киселини, съдържа алдехидна група в структурата си.

Химични свойства

Мравчената киселина влиза в реакции, характерни както за киселини, така и за алдехиди. Показвайки свойствата на алдехид, той лесно се окислява до въглена киселина:

По-специално, HCOOH се окислява с амонячен разтвор на Ag 2 O и меден (II) хидроксид Сu (OH) 2, т.е. дава качествени реакции на алдехидната група:

При нагряване с концентрирана H 2 SO 4 мравчената киселина се разлага на въглероден оксид (II) и вода:

Мравчената киселина е значително по-силна от другите алифатни киселини, тъй като карбоксилната група в нея е свързана с водороден атом, а не с електронодонорен алкилов радикал.

Методи за получаване на наситени монокарбоксилни киселини

1. Окисляване на алкохоли и алдехиди

Общата схема за окисляване на алкохоли и алдехиди:

KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, HNO 3 и други реагенти се използват като окислители.

Например:

5C 2 H 5 OH + 4KMnO 4 + 6H 2 S0 4 → 5CH 3 COOH + 2K 2 SO 4 + 4MnSO 4 + 11H 2 O

2. Хидролиза на естери

3. Окислително разцепване на двойни и тройни връзки в алкени и алкини

Методи за получаване на HCOOH (специфични)

1. Взаимодействие на въглероден оксид (II) с натриев хидроксид

CO + NaOH → HCOONa натриев формиат

2HCOONa + H 2 SO 4 → 2HCOOH + Na 2 SO 4

2. Декарбоксилиране на оксалова киселина

Методи за получаване на CH 3 COOH (специфични)

1. Каталитично окисляване на бутан

2. Синтез от ацетилен

3. Каталитично карбонилиране на метанол

4. Оцетнокисела ферментация на етанол

Така се получава хранителна оцетна киселина.

Получаване на висши карбоксилни киселини

Хидролиза на естествени мазнини

Ненаситени монокарбоксилни киселини

Ключови представители

Обща формула на алкеновите киселини: C n H 2n-1 COOH (n ≥ 2)

CH 2 \u003d CH-COOH пропенова (акрилова) киселина

Висши ненаситени киселини

Радикалите на тези киселини са част от растителните масла.

C 17 H 33 COOH - олеинова киселина, или цис-октадиен-9-оева киселина

Транс-изомерът на олеиновата киселина се нарича елаидинова киселина.

C 17 H 31 COOH - линолова киселина, или цис, цис-октадиен-9,12-оева киселина

C 17 H 29 COOH - линоленова киселина, или цис, цис, цис-октадекатриен-9,12,15-оева киселина

В допълнение към общите свойства на карбоксилните киселини, ненаситените киселини се характеризират с реакции на присъединяване при множество връзки във въглеводородния радикал. И така, ненаситените киселини, като алкените, се хидрогенират и обезцветяват бромната вода, например:

Отделни представители на дикарбоксилните киселини

Ограничаващи дикарбоксилни киселини HOOC-R-COOH

HOOC-CH 2 -COOH пропандиова (малонова) киселина, (соли и естери - малонати)

HOOC-(CH 2) 2 -COOH бутадиева (янтарна) киселина, (соли и естери - сукцинати)

HOOC-(CH 2) 3 -COOH пентадиева (глутарова) киселина, (соли и естери - глуторати)

HOOC-(CH 2) 4 -COOH хексадиова (адипинова) киселина, (соли и естери - адипинати)

Характеристики на химичните свойства

Дикарбоксилните киселини са в много отношения подобни на монокарбоксилните киселини, но са по-силни. Например, оксаловата киселина е почти 200 пъти по-силна от оцетната киселина.

Дикарбоксилните киселини се държат като двуосновни киселини и образуват две серии соли - киселинни и средни:

HOOC-COOH + NaOH → HOOC-COONa + H 2 O

HOOC-COOH + 2NaOH → NaOOC-COONa + 2H 2 O

При нагряване оксаловата и малоновата киселина лесно се декарбоксилират: