작업 C3 화학에서 사용합니다. 디카르복실산의 개별 대표자
작업 C3은 다양한 종류의 탄화수소와 산소 함유 유기 화합물 사이의 관계를 확인하는 반응에 전념합니다. 그것들은 유기 물질의 변형의 5단계 체인을 나타내며 5개의 기본 지점으로 추정됩니다. 2004-2009 년에 가장 어려운 사슬의 예를 고려해 봅시다 (괄호 안은 튜멘 지역 학생들의 성공률, 첫 번째 물결)
C3 (2004, 11%)
아세트알데히드® 아세트산칼륨® 에탄산® 에틸아세테이트® 아세트산칼슘® 아세톤
이 사슬에는 공식이 아니라 물질의 이름이 포함되어 있기 때문에 아마도 학생들에게 가장 어려운 것으로 판명되었을 것입니다. 다시 작성해 보겠습니다.
CH 3 CHO ® CH 3 COOK ® CH 3 COOH ® CH 3 COOC 2 H 5 ® (CH 3 COO) 2 Ca ® (CH 3) 2 CO
반응 유형은 시작 물질과 결과 물질의 조성을 비교할 수 있습니다. 따라서 첫 번째 변형의 경우 알칼리성 매질에서 알데히드를 산화하는 것이 필요하다는 것이 분명합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
CH 3 CHO + 2KMnO 4 + 3KOH ® CH 3 COOK + 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O
계수 배치를 위한 반반응 방정식:
CH 3 CHO + 3OH - - 2ē \u003d CH 3 COO - + 2H 2 O | 1
MnO 4 – + ē = MnO 4 2– |2
다음 두 반응은 문제를 일으키지 않아야 합니다.
CH3COOK + HCl = CH3COOH + KCl
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O
에테르에서 아세테이트를 얻으려면 알칼리성 매질에서 가수 분해를 수행하고 수산화칼슘을 알칼리로 섭취해야합니다.
2CH 3 COOC 2 H 5 + Ca(OH) 2 (CH 3 COO) 2 Ca + 2C 2 H 5 OH
마지막 변형은 케톤을 얻는 방법이 일반적으로 기본 화학 과정에서 고려되지 않기 때문에 특히 어려울 수 있습니다. 구현을 위해 아세트산 칼슘의 열분해 (열분해)가 수행됩니다.
(CH3COO)2Ca (CH3)2CO + CaCO3
가장 어려운 작업 2005년예를 들어 염 용액의 전기 분해와 관련된 사슬로 밝혀졌습니다.
C3 (2005, 8%)다음 변환을 수행하는 데 사용할 수 있는 반응식을 제공하십시오.
아세트산 칼륨 X 1 
x2 
X3®
x4 
x5
아세트산칼륨 용액의 전기분해:
K (-) (K +) - 복원되지 않음, 알칼리 금속
2H 2 O + 2ē \u003d H 2 + 2OH - | 2
A (+) 2CH 3 COO - -2ē \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2 | 2
요약 방정식:
2CH 3 COO - + 2H 2 O \u003d H 2 + 2OH - + CH 3 -CH 3 + 2CO 2
또는 2CH 3 COOK + 2H 2 O \u003d H 2 + 2KOH + CH 3 -CH 3 + 2CO 2
Ni, Pt 촉매 존재 하에서 에탄을 가열하면 탈수소화가 일어나고, X 2 - 에텐: CH 3 -CH 3 ® CH 2 \u003d CH 2 + H 2
다음 단계는 에텐 수화입니다.
CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O ® CH 3 -CH 2 OH; X 3 - 에탄올
산성 환경에서 과망간산 칼륨은 강력한 산화제이며 알코올을 카르 복실 산으로 산화시킵니다. X 4는 아세트산입니다.
5C2H5OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 = 5CH3COOH + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 11H2O
마지막으로, 아세트산(X 4)과 알코올(X 3)의 상호작용은 에스테르 X 5 - 에틸 아세테이트의 형성으로 이어질 것입니다:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH \u003d CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O
이 사슬의 복잡성은 또한 첫 번째 반응을 모르면 나머지에서 어떤 물질이 논의되는지 이해하는 것이 불가능하다는 것입니다.
2005년 시험 기간 동안 학생들에게 어려움을 야기한 여러 가지 다른 변형을 고려해 보겠습니다.
진한 황산의 작용에 의한 옥살산과 포름산의 분해:
H2C2O4 
H2O + CO2 + CO
HCOOH H2O + CO
알데히드의 산화:
CH 3 CHO 
엑스
여기서 우리는 브롬의 산화 특성인 무기 화학의 재료를 상기해야 합니다. 알데히드는 카르복실산으로 산화되고 반응은 NaOH의 존재 하에서 진행되기 때문에 반응 생성물은 염이 됩니다.
CH 3 CHO + Br 2 + 3NaOH ® CH 3 COONa + 2NaBr + 2H 2 O
산화은의 암모니아 용액으로 알데히드의 산화.
HCHO 
엑스
카르복실산의 형성을 유도한다고 교과서에 쓰여 있습니다. 사실, 과량의 암모니아가 있는 상태에서 반응이 진행되기 때문에 해당 암모늄 염이 형성됩니다. 이 경우 포름산과 그 염이 더 산화되어 탄산염이 될 수 있음을 고려해야 합니다.
HCHO + 2Ag 2 O + 2NH 3 ® (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag, 또는 보다 정확하게는:
HCHO + 4OH ® (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag + 2H 2 O + 6NH 3
독립적 인 고려를 위해 시험에서 가장 큰 어려움을 초래 한 변환 체인이 제안됩니다. 다음 변환을 수행하는 데 사용할 수 있는 반응식을 제공하십시오.
1. 포타슘 메톡시드 X 1 ® 브로모메탄 X 2 X 3 에타날
여기서 우리는 "칼륨 메틸레이트"가 무엇인지 알아낼 필요가 있지만 대부분의 학교 교과서에서는 그러한 반응을 고려하지 않기 때문에 마지막 단계가 가장 어려운 것으로 판명되었습니다.
2. CH 3 CHO X 1 X 2 ® 에틸렌 ® CH 3 CHO 
x3
3. 칼륨 ® 칼륨 에톡사이드 X 1 CH 2 \u003d CH 2 X 2 X 3
화학적 특성카복실산.
I. O─H 결합의 카르복실기 간극이 있는 반응
1. 산 해리:
RCOOH ↔ RCOO − + H+
산의 수용액은 용액에서 산의 정성적 검출에 오랫동안 사용되어 온 지표의 색상을 변경합니다.
지시자 + H + ( 산)↔ 컬러 연결.
지표는 가속하는 복잡한 구조의 물질입니다. 화학 반응, 그러나 그들은 스스로 소비되지 않습니다.
카르복시산무기보다 약하고 가장 강한 것은 포름입니다. 모든 카르복실산은 약한 전해질입니다. 디카르복실산은 여러 면에서 모노카르복실산과 유사하지만 더 강합니다. 예를 들어, 옥살산은 아세트산보다 거의 200배 더 강합니다. 디카르복실산은 이염기산처럼 작용하며 산성과 중간 염의 두 가지 염 계열을 형성합니다. 산의 강도는 탄화수소 라디칼의 수소 원자 수가 증가함에 따라 감소합니다(극성 감소로 인해). OH 채권); 반대로 탄화수소 라디칼에 할로겐 원자를 도입하면 산의 강도가 증가합니다.
HCOOH ← CH 3 COOH ← C 2 H 6 COOH ← ...
2. 염의 형성.
a) 염 형성 및 수소 방출과 함께 수소에 대한 금속의 일련의 스트레스에서 일부 금속과 상호 작용합니다.
2CH 3 -COOH + Ba → (CH 3 - COO) 2 Ba + H 2
아세트산 바륨 아세테이트
b) 염기성 및 양쪽성 산화물과 상호 작용하여 염 및 물을 형성합니다.
2CH 3 -COOH + CaO → (CH 3 - COO) 2 Ca + H 2 O,
2CH 3 - COOH + ZnO → (CH 3 -COO) 2 Zn + H 2 O.
c) 용해성 및 불용성 염기성(염기) 및 양쪽성 수산화물과 상호 작용하여 염 및 물을 형성합니다(중화 반응).
CH3-COOH + KOH → CH3-COOK + HOH,
2CH 3 -COOH + Zn(OH) 2 → (CH 3 -COO) 2 Zn + 2HOH.
d) 약하고 휘발성인 산의 염과 상호 작용:
CH 3 -COOH + NaHCO 3 → CO 2 + H 2 O + CH 3 -COOHa,
중탄산나트륨 아세트산나트륨
CH 3 -COOH + CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 -COONa → CH 3 -COOK + CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 -COOH.
나트륨 펜타노에이트 펜탄산
e) 암모니아 NH 3 및 수산화 암모늄 NH 4 OH와 상호 작용:
CH 3 -COOH + NH 3 → CH 3 -COONH 4,
암모늄 아세테이트
CH 3 -COOH + NH 4 OH → CH 3 -COOH 4 + HOH.
암모늄 아세테이트
II. C─O 결합 절단 반응(OH 그룹의 치환).
1. 알코올과 상호작용하여 에스테르 형성 - 에스테르화 반응:
CH 3 -CO-OH + HO-CH 3 ↔ CH 3 -COO-CH 3 + H-OH.
아세트산 메틸 에스테르
(메틸 아세테이트)
2. 암모니아와 반응하여 산 아미드를 형성합니다(암모늄 염 형성 단계를 거쳐 가열 후).
CH 3 -COOH + NH 3 → CH3-COOH4→ CH 3 -CONH 2 + H 2 O.
아세트산 암모늄 아세테이트 아세트아미드
3. 무수물의 형성과 함께 분자간 탈수.
CH 3 -CO-OH + HO-OS - CH 3 → CH 3 -CO-O-OS-CH 3 + H-OH.
아세트산 아세트산 무수물
4. 할로겐화인(PCl 5 , PCl 3)과 상호작용하여 카르복실산 할로겐화물을 형성한다:
CH 3 -CO-OH + PCl 5 → CH 3 -CO-Cl + POCl 3 + HCl,
염화아세틸
3CH 3 -CH 2 -COOH + PCl 3 → 3CH 3 -CH 2 -COCl + H 3 RO 3.
염화프로필
5. 티오닐 클로라이드(SOCl 2)와 상호작용하여 카르복실산 할라이드를 형성한다:
CH 3 -CO-OH + SOCl 2 → CH 3 -CO-Cl + SO 2 + HCl
염화아세틸
III. 탄화수소 라디칼에 대한 반응.
1. C─H 결합 파괴에 따른 반응 α - 탄화수소 라디칼의 탄소 원자 - 할로겐화:
H─CH 2 -COOH + Cl 2 → Cl─CH 2 -COOK + H─Cl
CH3-COOH → ClCH2-COOH → Cl2CH-COOH → Cl3CH-COOH
아세트산 클로로아세트산 디클로로아세트산 트리클로로아세트산
산성 산성 산성 산성
산의 강도가 향상됩니다.
2. 불포화 카르복실산의 불포화 π-결합이 끊어지는 지점에서의 부가 반응:
a) 포화 카르복실산을 얻기 위한 수소화:
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
올레산 스테아르산
b) 카르복실산의 디할로겐 유도체를 얻기 위한 할로겐화:
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
올레산 9,10-디클로로스테아르산
IV. 카르복실산의 산화 반응.
1. 카복실산의 연소:
CH3COOH + 2O2 → 2CO2 + 2H2O
IV. 포름산의 특별한 성질.
포름산 분자는 카르복실기와 알데히드기를 모두 포함하고 있기 때문에,
| 오 // H–C \ 오 | 오 // H–C \ 오 |
예를 들어 산화 반응과 같은 알데히드의 특성뿐만 아니라 포화 일염기 카르복실산의 모든 특성을 가지고 있습니다.
H─CO─OH + [O] → HO─CO─OH (즉, H 2 CO 3) → CO 2 + H 2 O
a) "은거울" 반응에서 - 산화은(I)의 암모니아 용액과의 상호 작용:
HCOOH + Ag 2 O (암모니아 용액) → CO 2 + H 2 O + 2Ag ↓ (가열 시)
(HCOOH + 2Ag(NH3)2OH(암모니아 용액) → CO2 + H2O + 2Ag ↓ + 4NH3)
b) 갓 준비한 수산화 구리(II) 용액과 상호 작용할 때:
HCOOH + 2Cu +2 (OH) 2 ↓ → CO 2 + H 2 O + Cu 2 + O ↓ (가열 시)
c) 또한 진한 H 2 SO 4로 가열하면 포름산은 일산화탄소 (II)와 물로 분해됩니다.
분류
a) 염기도 기준(즉, 분자 내 카르복실기의 수):
일염기성(모노카복실) RCOOH; 예를 들어:
CH3CH2CH2COOH;
HOOS-CH 2 -COOH 프로판디오익산(말론산)
삼염기성(tricarboxylic)R(COOH)3 등
b) 탄화수소 라디칼의 구조에 따라:
지방족
한계; 예: CH 3 CH 2 COOH;
불포화; 예: CH 2 \u003d CHCOOH 프로펜산(아크릴)산
예를 들면:
방향족, 예:
모노카르복실산 제한
(일염기성 포화 카르복실산) - 포화 탄화수소 라디칼이 하나의 카르복실기에 연결된 카르복실산 -COOH. 그들은 모두 일반 공식 C n H 2n+1 COOH(n ≥ 0)를 갖습니다. 또는 CnH2nO2(n≥1)
명명법
1염기성 포화 카르복실산의 체계적 이름은 해당 알칸의 이름에 접미사 -ovaya와 산이라는 단어가 추가된 이름으로 지정됩니다.
1. HCOOH 메탄(포름)산
2. CH 3 COOH 에탄산(아세트산)
3. CH 3 CH 2 COOH 프로판산(프로피온산)
이성질체
탄화수소 라디칼에서 골격의 이성질체는 두 가지 이성질체를 갖는 부탄산으로 시작하여 나타납니다.
클래스 간 이성질체는 아세트산으로 시작하여 나타납니다.
CH 3 -COOH 아세트산;
H-COO-CH 3 메틸 포메이트(포름산의 메틸 에스테르);
HO-CH 2 -COH 하이드록시에타날(하이드록시아세트산 알데하이드);
HO-CHO-CH 2 하이드록시에틸렌 옥사이드.
상동 시리즈
간단한 이름 |
IUPAC 이름 |
|
개미산 |
메탄산 |
|
아세트산 |
에탄산 |
|
프로피온산 |
프로판산 |
|
부티르산 |
부탄산 |
|
발레르 산 |
펜탄산 |
|
카프로산 |
헥산산 |
|
에난트산 |
헵탄산 |
|
카프릴산 |
옥탄산 |
|
펠라르곤산 |
노난산 |
|
카프르산 |
데칸산 |
|
운데실산 |
운데칸산 |
|
팔미트산 |
헥사데칸산 |
|
스테아르 산 |
옥타데칸산 |
산 잔류물 및 산 라디칼
산 잔류물 |
산 라디칼(아실) |
|
UNSD |
NSOO- |
|
CH3COOH |
CH 3 수- |
|
CH3CH2COOH |
CH 3 CH 2 COO- |
|
CH3(CH2)2COOH |
CH3(CH2)2COO- |
|
CH3(CH2)3COOH |
CH3(CH2)3COO- |
|
CH3(CH2)4COOH |
CH3(CH2)4COO- |
카르복실산 분자의 전자 구조
카르보닐 산소 원자를 향한 식에 나타난 전자 밀도의 이동은 강한 분극을 일으킴 O-N 연결, 그 결과 양성자 형태의 수소 원자 분리가 촉진됩니다. 수용액에서 산 해리 과정이 발생합니다.
RCOOH ↔ RCOO - + H +
카르복실산 이온(RCOO-)에서 수산기의 산소 원자의 비공유 전자쌍과 π 결합을 형성하는 p-구름의 p, π-접합이 일어나고, 그 결과 π-결합이 비편재화된다. 음전하는 두 산소 원자 사이에 균일하게 분포됩니다.
이와 관련하여 카복실산의 경우 알데히드와 달리 부가 반응이 특징적이지 않습니다.
물리적 특성
산의 끓는점은 동일한 수의 탄소 원자를 가진 알코올 및 알데히드의 끓는점보다 훨씬 높으며, 이는 수소 결합으로 인한 산 분자 사이의 고리형 및 선형 결합 형성으로 설명됩니다.
화학적 특성
I. 산성 특성
산의 강도는 시리즈에서 감소합니다.
HCOOH → CH3COOH → C2H6COOH → ...
1. 중화 반응
CH3COOH + KOH → CH3COOK + n2O
2. 염기성 산화물과의 반응
2HCOOH + CaO → (HCOO) 2 Ca + H 2 O
3. 금속과의 반응
2CH3CH2COOH + 2Na → 2CH3CH2COONa + H2
4. 약산 염(탄산염 및 중탄산염 포함)과의 반응
2CH3COOH + Na2CO3 → 2CH3COONa + CO2 + H2O
2HCOOH + Mg(HCO 3) 2 → (HCOO) 2 Mg + 2CO 2 + 2H 2 O
(HCOOH + HCO 3 - → HCOO - + CO2 + H2O)
5. 암모니아와의 반응
CH3COOH + NH3 → CH3COONH4
II. -OH 그룹 치환
1. 알코올과의 상호작용(에스테르화 반응)
2. 가열 시 NH3와의 상호작용(산 아미드 형성)
산성 아미드 
가수분해되어 산을 형성:
또는 그들의 염:
3. 산 할로겐화물의 형성
산성 염화물이 가장 중요합니다. 염소화 시약 - PCl 3 , PCl 5 , 티오닐 클로라이드 SOCl 2 .
4. 산 무수물의 형성(분자간 탈수)
산 무수물은 또한 산 염화물과 카르복실산의 무수 염의 상호 작용에 의해 형성됩니다. 이 경우 다양한 산의 혼합 무수물을 얻을 수 있습니다. 예를 들어:
III. α-탄소 원자에서 수소 원자의 치환 반응
개미산의 구조 및 특성의 특징
분자의 구조
포름산 분자는 다른 카르복실산과 달리 그 구조에 알데히드 그룹을 포함합니다.
화학적 특성
포름산은 산과 알데히드의 특징적인 반응에 들어갑니다. 알데하이드의 특성을 보여 탄산으로 쉽게 산화됩니다.
특히, HCOOH는 Ag 2 O 및 구리 (II) 수산화물 Сu (OH) 2의 암모니아 용액으로 산화됩니다. 알데히드 그룹에 정성 반응을 제공합니다.
진한 H 2 SO 4로 가열하면 포름산은 일산화탄소 (II)와 물로 분해됩니다.
포름산은 카르복실기가 전자 공여 알킬 라디칼이 아닌 수소 원자에 결합되어 있기 때문에 다른 지방족 산보다 눈에 띄게 강합니다.
포화 모노카르복실산을 얻는 방법
1. 알코올 및 알데히드의 산화
알코올 및 알데히드의 일반적인 산화 방식:
KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , HNO 3 및 기타 시약이 산화제로 사용됩니다.
예를 들어:
5C2H5OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 → 5CH3COOH + 2K2SO4 + 4MnSO4 + 11H2O
2. 에스테르의 가수분해
3. 알켄 및 알킨의 이중 및 삼중 결합의 산화 분해
HCOOH를 얻는 방법(구체적)
1. 일산화탄소(II)와 수산화나트륨의 상호작용
CO + NaOH → HCOONa 포름산나트륨
2HCOONa + H2SO4 → 2HCOOH + Na2SO4
2. 옥살산의 탈카르복실화
CH 3 COOH(특정)를 얻는 방법
1. 부탄의 촉매 산화
2. 아세틸렌으로부터의 합성
3. 메탄올의 촉매 카르보닐화
4. 에탄올의 초산발효
이것이 식품 등급의 아세트산을 얻는 방법입니다.
더 높은 카복실산 얻기
천연 지방의 가수분해
불포화 모노카르복실산
주요 대표자
알켄산의 일반식: C n H 2n-1 COOH (n ≥ 2)
CH 2 \u003d CH-COOH 프로펜산(아크릴)산
더 높은 불포화 산
이 산의 라디칼은 식물성 기름의 일부입니다.
C 17 H 33 COOH - 올레산, 또는 시스-옥타디엔-9-오산
황홀-올레산의 이성질체를 엘라이드산이라고 합니다.
C 17 H 31 COOH - 리놀레산, 또는 시스, 시스-옥타디엔-9,12-오산
C 17 H 29 COOH - 리놀렌산, 또는 시스, 시스, 시스-옥타데카트리엔-9,12,15-오산
카르복실산의 일반적인 특성 외에도 불포화산은 탄화수소 라디칼의 다중 결합에서 부가 반응을 하는 것이 특징입니다. 따라서 알켄과 같은 불포화산은 수소화되어 브롬수를 탈색시킵니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
디카르복실산의 개별 대표자
제한 디카르복실산 HOOC-R-COOH
HOOC-CH 2 -COOH 프로판디오익(말론)산, (염 및 에스테르 - 말로네이트)
HOOC-(CH 2) 2 -COOH 부타디산(숙신산), (염 및 에스테르 - 숙시네이트)
HOOC-(CH 2) 3 -COOH pentadiic (glutaric) acid, (염 및 에스테르 - 글루토레이트)
HOOC-(CH 2) 4 -COOH hexadioic (adipic) acid, (염 및 에스테르 - 아디피네이트)
화학적 성질의 특징
디카르복실산은 여러 면에서 모노카르복실산과 유사하지만 더 강합니다. 예를 들어, 옥살산은 아세트산보다 거의 200배 더 강합니다.
디카복실산은 이염기산처럼 작용하며 두 가지 계열의 염(산성 및 중간 염)을 형성합니다.
HOOC-COOH + NaOH → HOOC-COONa + H2O
HOOC-COOH + 2NaOH → NaOOC-COONa + 2H2O
가열하면 옥살산과 말론산이 쉽게 탈카르복실화됩니다.
