Глава 18. Производные карбоновых кислот.
Галогенангидриды кислот (ацилгалогениды).
Галогенангидридами называют производные карбоновых кислот, у которых группа ОН в карбоксильной группе замещена на галоген. Их общая формула:
Номенклатура. Название галогенангидридов производится из названия ацила и названия галогена, например:
Способы получения: действием галогенидов фосфора на кислоты:
в общем виде -
![]() |
Физические свойства. Наиболее практическое применение имеют хлорангидриды кислот, низшие – жидкости с резким запахом, высшие – твердые вещества. Они не растворимы в воде, гидролизуются, весьма реакционные вещества. Реакционная способность объясняется большим d+ зарядом на атоме углерода карбонильной группы, который возникает под действием двух сильно отрицательных атомов – кислорода и хлора, к нему и направляются нуклеофильные реагенты.
Ацилирование водой (гидролиз):
Ацилирование спиртом (алкоголиз) – образование сложных эфиров:
![]() |
Ацилирование аммиаком – образование амидов:
Ацилировнаие аренов (реакция Фриделя-Крафтса):
Ацилировнаие солями карбоновых кислот:
![]() |
Ацетилхлорид - жидкость, бурно реагирует с водой, на воздухе дымит, в промышленности используется как ацетилирующее средство.
|
|
|
|
|
Ангидриды кислот – продукты дегидратации кислот:
Название их производится от названия соответствующих кислот, например:
Способы получения, свойства. Ангидриды получаются дегидратацией кислот:
![]() |
или действием солей карбоновых кислот на галогенангидриды кислот. Если используются производные разных кислот, то получаются смешанные ангидриды.
Ангидриды низших кислот – жидкости с резким запахом, высшие – кристаллические вещества, без запаха. Они не растворимы в воде, вступают во все реакции, характерные для галогенангидридов, но медленнее.
|
Уксусный ангидрид (СН3 – СО )2О - жидкость нерастворима в воде. Используется для производства искусственного ацетатного шелка, а также как ацетилирующее средство.
![]() |
Фталевый ангидрид кристаллическое вещество, легко возгоняется.В промышленности получают окислением нафталина:
При взаимодействии со спиртами образует эфиры фталевой кислоты:
При конденсации с фенолом образует фенолфталеин-индикатор, медицинский препарат:
Фталевый ангидрид используется в промышленности при получении алкидных смол, красителей, в медицине, в производстве пластификаторов.
Сложные эфиры.
Это производные карбоновых кислот, в молекуле которых атом водорода гидроксильной группы замещен на углеводородный радикал (R). Общая формула:
Название сложных эфиров строится из названия спирта и кислоты:
или из названия спиртового радикала и прибавляется название ацила данной кислоты с заменой окончания ил на ат:
Изомерия сложных эфиров обусловлена изомерией радикалов кислоты и спирта. Они изомерны с кислотами, например для состава С4Н8О2 возможны изомеры:
![]() |
Способы получения:
Реакция этерификации – взаимодействие карбоновых кислот со спиртами:
Взаимодействие хлорангидридов, ангидридов кислот со спиртами (стр. 312, 313);
|
![Глава 18. Производные карбоновых кислот. Глава 18. Производные карбоновых кислот. - student2.ru](/images/promyshlennost/glava-18-proizvodnye-karbonovykh-kislot-1419161-30.gif)
![Глава 18. Производные карбоновых кислот. Глава 18. Производные карбоновых кислот. - student2.ru](/images/promyshlennost/muravinaya-kislota-uksusnaya-i-benzoynaya-kisloty-1419157-48.gif)
![]() |
Действием алкена на карбоновую кислоту в присутствии BF3 получаются предельные сложные эфиры:
По реакции Тищенко (стр. 257).
Физико-химические свойства. Сложные эфиры низших кислот и низших одноатомных спиртов – легколетучие жидкости с приятным запахом, плохо растворимы в воде, хорошо растворяются в органических растворителях, сами являются растворителями. Сложные эфиры с большой молекулярной массой – твердые вещества без запаха. С увеличением относительной молекулярной массы растворимость сложных эфиров в воде уменьшается. Для эфиров характерны реакции:
гидролиза (омыление), протекает в кислой или щелочной среде:
действия спиртов (реакция переэтерификации):
действия аммиака (аммонолиз):
восстановления, при этом получаются смесь спиртов:
Из сложных эфиров минеральных кислот практическое значение имеет тринитрат глицерина:
СН2ОNО2 – СНОNО2 – СН2ОNО2
Это взрывчатое вещество, используется в производстве динамитов, балиститных порохов и в медицине (1% раствор) для улучшения работы сердечной мышцы.
Жиры.
К сложным эфирам относятся жиры, которые входят в состав растительных и животных организмов. Они состоят из глицерина и высших карбоновых кислот. Так как в состав жиров входят разные высшие жирные кислоты (С12 – С18), а из спиртов только один спирт – глицерин, поэтому они называются глицеридами. Из предельных кислот в жиры входят также масляная кислота (коровье масло), гексановя кислота (козье молоко) и др., например:
В состав жиров могут входить остатки разных кислот:
Глицериды предельных кислот – твердые соединения, а непредельных – жидкие.
Жиры хорошо растворяются в органических растворителях: эфире, хлороформе, четыреххлористом углероде, бензоле, толуоле, бензине, нерастворимы в воде В промышленности при гидролитическом расщеплении жиров в кислой среде получают глицерин и жирные кислоты:
![]() |
В щелочной среде получают глицерин и мыла:
![]() |
Большое промышленное значение имеет реакция гидрогенизации (гидрирование) жидких жиров, при этом получаются твердые жиры:
Полученные твердые жиры используются для производства маргарина и для технических целей (стеарина, твердого мыла и др.) Жидкие жиры (растительные масла) способны окисляться и подвергаться полимеризации. Эти свойства используются для получения олифы, лаков, красок. Олифу изготовляют из масел, содержащих непредельные высшие кислоты (линолевую, линоленовую) и носящих название высыхающих масел. К ним относятся льняное, конопляное, подсолнечное и другие масла. В процессе высыхания происходит окисление кислородом воздуха и полимеризация. Для ускорения высыхания к олифе добавляют сиккатив. Жиры используют также в производстве смазок, для фармацевтических целей, в парфюмерии.
Амиды.
Амидами называются производные карбоновых кислот, в молекуле которых гидроксильная группа замещена на аминогруппу (NН2). Общая формула:
Название амидов производится от названия ацила и окончания амид
Изомерия амидов обусловлена строением R.
Способы получения:
нагреванием аммонийных солей карбоновых кислот:
![]() |
действием NН3 на хлорангидриды, ангидриды, сложные эфиры (смотри эти темы);
гидролизом нитрилов:
Физико-химические свойства. Амиды – в основном кристаллические вещества, формамид – жидкость. Низшие растворимы в воде, остальные – плохо.
В отличие от аммиака амиды лишены основных свойств. Образуют соли с сильными кислотами:
Гидролиз в кислой или щелочной среде:
При нагревании образуются нитрилы:
![]() |
При восстановлении в присутствии LiAlH4 образуются амины:
Ацетамид СН3СООNН2 – кристаллическое вещество, хорошо растворимо в воде. Применяется в производстве бумаги, кожи, лекарственных веществ и как растворитель.
Карбамид (диамид угольной кислоты, мочевина) NН2СОNН2, кристаллическое вещество, хорошо растворимо в воде, является продуктом обмена веществ в живых организмах. Получается в промышленности:
из СО2 и NН3:
из фосгена и аммиака:
из цианамида:
|
Мочевина используется для получения полимеров (аминопластов), лекарственных веществ, гербицидов, взрывчатых веществ; в сельском хозяйстве, как удобрение, в качестве добавки в корм животным.
Вопросы для самопроверки.
1. Какие соединения относятся к производным карбоновых кислот?
2. Общая формула галогенангидридов, ангидридов, сложных эфиров, амидов.
3. Дайте определения этим классам соединений.
4. Назовите следующие соединения:
5. Способы получения галогенангидридов, ангидридов.
6. Физико-химические свойства галогенангидридов, ангидридов, их реакционная способность.
7. Способы получения сложных эфиров.
8. Физико-химические свойства сложных эфиров.
9. Жиры, их техническая переработка и использование.
10. Способы получения амидов кислот, их свойства.
11. Карбамид, получение, применение.
18.6 Обучающее задание №1.
Назовите и охарактеризуете следующие соединения:
Решение:
а) изопропилацетат, изопропиловый эфир уксусной кислоты, сложный эфир;
б) хлорангидрид пропионовый кислоты, хлористый пропионил, предельного ряда;
в) амид уксусной кислоты, ацетамид.
Обучающее задание №2.
|
Решение:
I способ:
![]() |
II способ:
По реакции Тищенко:
Обучающее задание №3.
Какое строение могут иметь соединения состава С4Н8О2? Одно из них реагирует с карбонатом натрия, выделяя оксид углерода (IV). Второе не реагирует с карбонатом натрия, но при нагревании с раствором NаОН образует этиловый спирт.
Решение: Формуле С4Н8О2 соответствует общая формула СnН2nО2 – а это может быть карбоновая кислота или сложный эфир. Первое вещество – это масляная или изомасляная кислота, так как сильнее угольной.
Второе соединение – сложный эфир, т.к. при гидролизе эфира образуется спирт. Формулы эфиров:
Но т.к. по условию задачи образуется этиловый спирт, следовательно это этилацетат:
Обучающее задание №4.
Осуществите превращения:
Решение:
Обучающее задание №5.
При взаимодействии 18,2 мл 95% этилового спирта r = 0,8 г/мл с 70% уксусной кислотой объемом 16,4 мл, r = 1,05 г/мл был получен эфир с 80% выходом. Определить массу эфира.
|
|
|
|
![]() |
Из уравнения видно, что спирт в избытке, следовательно эфира получено 0,2 моль.
m(эфира) = n*М(эфира) = 0,2*88 = 17,6 г – это теоретический выход.
mпр = mТЕОР*h = 17,6*0,8 = 14,08 г.
Ответ: 14,08 г.
Обучающее задание №6.
Для омыления 11,1 этилового эфира, неизвестной одноосновной предельной карбоновой кислоты потребовалось
150 г раствора гидроксида натрия с массовой долей 40%. Установите структурную формулу эфира.
Решение:
12n + 2n + 32 = 74; 14n = 42; n = 3.
Формула
Обучающее задание №7.
При нагревании смеси этанола и уксусной кислоты в присутствии Н2SО4 было получено 19,8 г этилацетата с выходом 60%. При действии избытка гидрокарбоната натрия на ту же массу исходной смеси выделился газ объемом 10,76 л (н.у.). Определите массовые доли веществ в исходной смеси.
|
|
С NаНСО3 реагирует только уксусная кислота
![]() |
Определяем:
![]() | |||
![]() | |||
Это количество СО2 подставляем в уравнение (II):
n(СО2) = n(СН3СООН) = 0,48 моль
Определяем количество эфира теоретическое:
![]() | ![]() | ||||||
![]() | ![]() | ||||||
Из уравнения (I) n(эф) = n(спирта) = 0,375 (моль).
m(СН3СООН) = 0,48*60 = 28,8 г.
m(С2Н5ОН) = 0,375*46 = 17,25 г.
mсмеси = 28,8 + 17,25 = 46,05 г.
![]() |
w(С2Н5ОН) = 100 – 62,5 = 37,5%
Ответ: w(СН3СООН) = 62,5%
w(С2Н5ОН) = 37,5%
Обучающее задание №8.
Жир – триолеат подвергли гидролизу. Определите массу жира взятого для гидролиза, если на гидрирование полученной кислоты потребовалось 504 л водорода (н.у.).
Решение: пишем уравнение гидролиза жира;
![]() | |||
![]() |
Определяем
Из уравнения (I)
m(жира) = n*M(жира); m(жира) = 7,5*884 = 6630 г = 6,63 кг.
Ответ: 6,63 кг жира.
18.7 Контрольные задания.
1. Осуществите превращения, написав соответствующие уравнения реакций:
|
|
|
2. Исходя из угля и негашеной извести и используя неорганические реагенты получите этилпропионат.
3. Из карбида алюминия и неорганических реагентов получите этилформиат.
4. Из метана наиболее коротким путем получите этилацетат.
5. Имея в наличии ацетон и неорганические реагенты получите хлорангидрид изомасляной кислоты.
6. Из карбида кальция и неорганических реагентов получите амид пропионовой кислоты.
7. Определите массу 90% раствора уксусной кислоты, необходимой для получения 11 г этилацетата. Ответ: 8,33г.
8. Определите массу муравьиной кислоты, необходимой для получения 19,52 г фенилформиата, если выход продукта реакции составил 80%. Ответ: 9,2 г.
9. К 18 г метилацетата, содержащего 10% примесей, добавили 40 г 20% - ного раствора гидроксида натрия и нагрели. Вычислите массы полученных продуктов реакции.
Ответ: 6,4 г СН3ОН; 12 г СН3СООН.
10. К 21 г уксусной кислоты добавили 19,4 г этилового спирта с массовой долей 95% и несколько капель Н2SО4 и нагрели, при этом получили 26,4 г эфира. Определите выход продукта реакции.
Ответ: 85,7%.
11. При нагревании 25,8 г смеси этилового спирта и уксусной кислоты получено 14,08 г сложного эфира, а при сжигании такой же массы исходной смеси образовалось 23,4 г воды. Вычислите состав (%) исходной смеси и рассчитайте выход сложного эфира.
Ответ: 53,5% кислоты; 46,5% спирта; 80% выход эфира.
12. В четырех пробирках находятся этанол, ацетальдегид, уксусная кислота, этилацетат. При помощи каких химических реакций можно определить эти вещества. Напишите уравнения реакций.
13. Определите массу уксусного ангидрида, который следует растворить в 74,5 г воды, чтобы образовался раствор с массовой долей уксусной кислоты 30%. Ответ: 25,5 г.
14. При гидролизе метилового эфира одноосновной предельной кислоты массой 55,10 г было затрачено 100 мл раствора гидроксида натрия с массовой долей 18% (r = 1,2 г/мл). Определите, какая кислота образует эфир.
Ответ: масляная.
15. Стеарат калия входит в состав жидкого мыла, применяемого в медицине. Какая масса КОН и тристеарина потребуется для получения стеарата калия массой 10 кг, если выход продукта составил 80%.
Ответ: 11,7 кг жира; 2,46 кг КОН.
16. При гидролизе жира массой 445 г получили предельную одноосновную кислоту массой 426 г и глицерин. Определите формулу жира и назовите его. Ответ: тристеарат.