Все о тюнинге авто

Строение карбоксильной группы. Карбоновые кислоты Не содержит в своей структуре карбоксильную группу

[ее рисунок, (гидр43)]

Карбоксильная группа представляет собой плоскую сопряженную систему, в которой возникает р,-сопряжение при взаимодействии р z -орбитали атома кислорода гидроксогруппы с -связью. Наличие р,-сопряжения в карбоксильной группе карбоновых кислот способствует равномерному распределению отрицательного заряда в ацилат-ионе, образующемся при отщеплении протона.

[ацилат-ион, (гидр44)]

Равномерное распределение отрицательного заряда в ацилат-ионе показывают следующим образом: (гидр45)

Наличие р,-сопряжения в карбоксильной группе карбоновых кислот значительно повышает кислотные свойства карбоновых кислот по сравнению со спиртами.

С 2 Н 5 ОН рК а =18

СН 3 СООН рК а =4,76

В кабоновых кислотах частичный положительный заряд на карбонильном атоме углерода меньше, чем в альдегидах и кетонах, поэтому кислота менее активна к восприятию атаки нуклеофильного реагента. Соответственно, реакции нуклеофильного присоединения более характерны для альдегидов и кетонов.

R-гидрофобная часть молекулы;

СООН-гидрофильная часть молекулы.

С увеличением длины углеводородного радикала понижается растворимость кислот, степень гидратированности и стабильность ацилат-аниона. Это приводит к уменьшению силы карбоновых кислот.

В карбоновых кислотах выделяют следующие реакционные центры: (гидр46)

1. основный нуклеофильный центр;

2. электрофильный центр;

3. ОН-кислотный центр;

4. СН-кислотный центр;

Химические свойства карбоновых кислот

I. Реакции диссоциации.

[карб. к-та+вода= ацилат-ион+ H 3 O + , (гидр47)]

II. Реакции галогенирования (реакции в СН-кислотном центре)

[пропионовая к-та+ Br 2 =α-бромпропионовая +HBr, (гидр48)]

III. Реакции декарбоксилирования - реакции, в ходе которых происходит удаление углекислого газа из карбоксильной группы, приводящее к разрушению карбоксильной группы.

In vitro pеакции декарбоксилирования протекают при нагревании; in vivo – с участием ферментов-декарбоксилаз.

1. [пропановая к-та= угл. газ+ этан, (гидр49)]

2. В организме декарбоксилирование дикарбоновых кислот протекает ступенчато: [янтарная= пропионовая + угл. газ=этан+ угл. газ, (гидр50)]

3. В организме также протекает окислительное декарбоксилирование, в частности, ПВК в митохондриях. С участием декарбоксилазы, дегидрогеназы и кофермента А (HS-KoA). [ПВК= этаналь+ угл. газ= ацетил-Ко-А+ НАДН+ Н + , (гидр51)]

Ацетил-КоА, будучи активным соединением, вовлекается в цикл Кребса.

IV. Реакции этерификации – нуклеофильного замещения (S N) у sр 2 -гибридизованного атома углерода. [уксусная к-та+ метанол= метилацетат, (гидр52)]

Механизм реакции нуклеофильного замещения, (гидр53)

V. Реакции окисления.

Рассмотрим на примере гидроксокислот. Окисление гидроксокислот протекает аналогично окислению вторичных спиртов с участием ферментов-дегидрогеназ.

1. [молочная= ПВК +НАДН+ Н + , (гидр54)]

2. [β-гидроксимасляная= ацетоуксусная +НАДН+ Н + , (гидр55)]

Т.о., при окислении гидроксокислот с участием ферментов-дегидрогеназ образуются кетокислоты.

Пути превращения ацетоуксусной кислоты в организме:

В норме она подвергается гидролитическому расщеплению с участием фермента гидролазы, при этом образуются 2 молекулы уксусной кислоты: [ацетоуксусная+ вода=2 уксусной к-ты, (гидр56)]

При патологии ацетоуксусная кислота декарбоксилируется с образованием ацетона: [ацетоуксусная к-та=ацетон+ угл. газ, (гидр57)]

Кетоновые тела накапливаются в крови больных сахарным, обнаруживаются в моче, они токсичны, особенно для нервной системы.

Элементы, входящие в карбоксильную группу имеют неодинаковую величину электроотрицательности: С(sp 2) – 2,69; O – 3,5 и H – 2,2. Электронная плотность смещена в сторону кислорода, что приводит к поляризации связей. Карбоксильная группа представляет собой плоскую сопряженную систему, в которой возникает р,p-сопряжение при взаимодействии р-орбитали атома кислорода гидроксогруппы с p-связью. Наличие р,p-сопряжения в карбоксильной группе карбоновых кислот способствует равномерному распределению отрицательного заряда в карбоксилат-ионе, образующемся при отщеплении протона.

Наличие р,p-сопряжения в карбоксильной группе карбоновых кислот значительно повышает кислотные свойства карбоновых кислот по сравнению со спиртами. Кислород ОН-группы испытывает некоторый дефицит электронов, поэтому он вызывает смещение электронной плотности от атома водорода на себя. Атом водорода становится подвижным и может уходить в виде протона. Подвижность протона способствует образованию солей карбоновых кислот (механизм реакции S E).

Для карбоновых кислот наиболее характерны реакции нуклеофильного замещения ОН-группы в карбоксиле (механизм S N). В реакциях, при которых происходит замещение атома (или группы атомов) на нуклеофил, имеет место нуклеофильное замещение S N . Нуклеофилы являются донорами электронов: OH - , RO - , CN - , -NH 2 , R-O-R, R-OH и т.д. В реакциях S N от молекулы отщепляется атом (или группы атомов) с отрицательным зарядом и заменяется нуклеофилом:

Чем стабильнее уходящий ион (:Х), тем легче идут реакции нуклеофильного замещения. Реакции S N у карбоновых кислот протекают в присутствии кислотного катализатора. Реакции нуклефильного замещения гидроксила у sp 2 -гибридизованного атома углерода приводят к образованию функциональных производных карбоновых кислот:

1. Реакция этерификации. Замещение гидроксила в карбоксиле остатком спирта приводит к образованию сложных эфиров. Реакция этерификации идет при нагревании кислот со спиртами в присутствии водоотнимающих веществ:

СН 3 СООН + С 2 Н 5 ОН ↔ СН 3 СО-ОС 2 Н 5 + Н 2 О

этилацетат

Реакция обратима и протекает до установления равновесия. Сдвиг равновесия вправо осуществляется за счет удаления из реакционной смеси одного из конечных продуктов.

Гидролиз сложных эфиров (в отличие от реакции этерификации) может быть осуществлен как в кислой, так и в щелочной среде.

2.Галогенангидриды кислот - это производные, в которых гидроксильная группа карбоксила замещена на галоген. Галогенангидриды образуются при действии на кислоту галогенидов фосфора (PCl 5 , PCl 3) или тионилхлорида (SOCl 2):

Галогенангидриды – это высокоактивные нуклеофилы, применяются в различных синтезах как активные ацилирующие агенты для введения в молекулу вещества остатка кислоты.

3.Образование ангидридов кислот – замещение гидроксила в карбоксиле на остаток кислоты.

Ангидриды монокарбоновых кислот чаще всего получают взаимодействием хлорангидридов кислот и натриевых солей этих кислот.

4.Образование амидов кислот - замещение гидроксила в карбоксиле на остаток аммиака – аминогруппу – NH 2

Лучше протекает реакция, если действовать аммиаком на галогенангидриды кислот.

5. В организме человека довольно часто встречаются реакции образования тиоэфиров . Так, в тканях содержится тиол НS–KoA (кофермент А - кофермент ацилирования), который может реагировать с карбоновыми кислотами по уравнению:

СН 3 СООН + НS-KoA → Н 2 О + СН 3 СО-S-КоА

Реакции такого рода катализируются сложными ферментными системами и заканчиваются образованием тиоэфиров, в такой форме карбоновые кислоты используются в реакциях обмена веществ.

Декарбоксилирование – одна из наиболее важных реакции карбоновых кислот. Незамещенные монокарбоновые кислоты декарбоксилируются трудно.

Двухосновные карбоновые кислоты при нагревании легко декарбоксилируется:

НООС-СООН → НСООН + СО 2

НООС–СН 2 –СООН → СН 3 СООН + СО 2

Большое значение имеет ферментативное декарбоксилирование α- и β-оксокислот, а так же α-аминокислот в организме.

В водных растворах карбоновые кислоты диссоциируют:

СН 3 СООН ↔ СН 3 СОО - + Н +

Все карбоновые кислоты – слабые электролиты (НСООН – средней силы). Карбоновые кислоты в реакциях электрофильного замещения образуют соли:

СН 3 СООН + NaOH → СН 3 СООNa + Н 2 О

Соли щавелевой кислоты (оксалаты) трудно растворимы и часто образуют камни в почках и мочевом пузыре (оксалатные камни). К таким солям относится оксалат кальция.

4. Иллюстративный материал: презентация

5. Литература:

Основная литература:

2. Сейтембетов Т.С. Химия: учебник - Алматы: ТОО"ЭВЕРО", 2010. - 284 с

3. Болысбекова С. М. Химия биогенных элементов: учебное пособие - Семей, 2012. - 219 с. : ил

4. Веренцова Л.Г. Неорганическая,физическая и коллоидная химия: учебное пособие - Алматы: Эверо, 2009. - 214 с. : ил.

5. Физическая и коллоидная химия /Под ред.А.П.Беляева.- М.: ГЭОТАР МЕДиа, 2008

6. Веренцева Л.Г. Неорганическая, физическая и коллоидная химия,(проверочные тесты) 2009

Дополнительная литература:

Тест «Пятерочка»
(На некоторые вопросы возможно более одного варианта ответа. )

1. Какие из названных кислот являются органическими?

А) Муравьиная; б) азотная;

В) серная; г) лимонная.

2. Почему болезненны укусы муравьев?

А) Обжигают муравьиной кислотой;

Б) выделяют яд;

В) разъедают муравьиной щелочью;

Г) вонзают острые зубчики.

3. Как называют соли карбоновых кислот?

А) ацетаты; б) бустилаты;

В) пропилаты; г) постулаты.

4. Какого названия кислоты не существует?

А) Лимонная; б) щавелевая;

В) винная; г) виноградная.

5. Какие кислоты являются витаминами?

А) Никотиновая; б) аскорбиновая;

В) ацетилсалициловая; г) янтарная.

Лекция №5

1. Тема: Углеводы.

2. Цель: Сформировать знания о классификации, о строении, о химических свойствах углеводов. Изучение темы способствует, формирует знание о строении и свойствах углеводов, как основу для понимания их метаболизма в живом организме

3. Тезисы лекции:

3.1. План лекции

1. Углеводы, классификация, карбонильные и проекционные формулы Фишера, формулы Колли-Толленса, формулы Хеуорса.

2. Моносахариды - строение, изомерия, таутомерия.

3. Химические свойства моносахаридов

4. Дисахариды: мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза.

5. Полисахариды: гомополисахариды и гетерополисахариды.

6. Биологическое значение углеводов.

3.2. Тезисы лекции

Углеводы – широко распространенные в живой природе органические соединения. Термин «углеводы», предложен в 1844 г химиком К. Шмидтом (Россия) в связи с тем, что большинство представителей этого класса по составу отвечало сочетанию углерода с водой, например: С 6 Н 12 О 6 → 6С + 6Н 2 О; С n (H 2 O) n .

Класс углеводов делят на две группы:

  1. простые углеводы (моносахариды) или монозы
  2. сложные углеводы (гомополисахара и гетерополисахара)

Простые углеводы не способны гидролизоваться, а сложные углеводы гидролизуются с образованием простых углеводов.

Моносахариды - это гетерофункциональные соединения. Они представляют собой альдегиды и кетоны многоатомных спиртов (или их циклические полуацетали). В зависимости от наличия альдегидной или кетонной группы различают альдозы и кетозы. Моносахариды содержат в молекуле от 3 до 10 углеродных атомов.

Изомерия моносахаридов связана с наличием: 1) альдегидной и кетонной групп; 2) асимметрических углеродных атомов (оптическая изомерия). Принадлежность моносахаридов к D- или L- ряду определяется правилом М.А. Розанова: по конфигурации самого удаленного от старшей (карбонильной) группы асимметричного атома углерода (пентозы С-4, гексозы С-5).

Карбонильные формулы гексоз:

D-глюкоза D-манноза D-галактоза D-фруктоза

Моносахариды существуют в виде ациклических (карбонильные формы) и циклических полуацетальных форм. Ациклические и циклические формы моносахаридов являются изомерами по отношению друг к другу. Такой вид изомерии называется цикло-оксо-таутомерией.

Циклические (Хеуорса) формулы гексоз:

a-D-глюкоза b-D-глюкоза a-D-галактоза b-D-фруктоза

Для сахаров в циклическом виде возможна конформационная изомерия, связанная с расположением в пространстве углеродных атомов шестичленного цикла.Реакции полуацетального гидроксила. Моносахариды имеющие строение циклических полуацеталей, при взаимо­действии со спиртами в присутствии кислотного катализатора в безводных условиях, образуют полные ацетали.

a-D-галактопираноза Метил-a-D-галактопиранозид

Полуацетальный или гликозидный гидроксил не проявляет свойств спиртов, а ведет себя специфически, образуя О- и N-гликозиды. Гликозиды, как и все ацетали, гидролизуются в кислой среде, устойчивы к действию разбавленных щелочей. Гидролиз гликозидов представляет собой реакцию обратную реакции образования гликозидов

Как многоатомные спирты моносахариды растворяют гидроксид меди (II), образуя хелатное соединение синего цвета. Эта реакция используется для обнаружения моносахаридов и гликозидов.

Простые эфиры образуются при взаимодействии с галогеналканами. Одновременно со спиртовыми гидроксильными группами в реакцию вступает и полуацетальный гидроксил, в результате чего получается простой эфир гликозида.

Простой эфир Сложные эфиры: фосфаты α-глюкозы и α-фруктозы

Сложные эфиры образуются по реакции этерификации ОН-групп под действием кислородсодержащих кислот (органических и неорганических) или их ангидридов. Биологическое значение имеют эфиры фосфорной кислоты – фосфаты.

Восстановление карбонильной группы моносахаридов водородом на никеле или палладии приводит к образованию многоатомных спиртов: глюкоза – сорбит (D-глюцит), манноза - маннит, D-ксилоза - ксилит, галактоза - дульцит. Ксилит и сорбит – сладкие на вкус кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, используются как заменители сахара при сахарном диабете. Сорбит является промежуточным продуктом в промышленном получении аскорбиновой кислоты (витамин С).

Окисление моносахаридов.

Схема химической реакции С х (Н 2 О) у + хО 2 ® хСО 2 + уН 2 О + Q соответствует процессу полного окисления (сгорания) углеводов.

В зависимости от условий окисления моносахаридов образуются гликановые, гликаровые и гликуроновые кислоты.

Нейтральная среда . Происходит окисление только альдегидной группы в карбоксильную в нейтральной или кислой среде (мягкое окисление). Окисление глюкозы бромной водой в присутствии мела (идет на нейтрализацию образующейся НВr) при комнатной температуре приводит к образованию глюконовой (гликоновой) кислоты:

глюконовая кислота глюкаровая кислота глюкуроновая кислота

Глюконовая кислота в виде кальциевых солей (глюканат кальция) нашла широкое прменение в практической медицине (при аллергиях, повышенной проницаемости кровеносных сосудов и т.д.).

Кислая среда. При нагревании моносахаридов с разбавленной азотной кислотой одновременно с альдегидной группой окисляется первичная спиртовая группа на другом конце цепи моносахарида, что приводит к образованию двухосновных гидроксикислот (гликаровые кислоты). Глюкоза – глюкаровая кислота.

Щелочная среда. При окислении в щелочной среде с нагреванием моносахариды претерпевают глубокие изменения с расщеплением углеродной цепи. При этом такие окислители как оксид серебра Ag 2 O (реакция серебряного зеркала) и гидроксид меди (II) Сu(OH) 2 восстанавливаются до металлического серебра и оксида меди (I) (проба Троммера).

В тканях организма человека при окислении глюкозы может образоваться глюкуроновая кислота (альдегидная группа защищена и сохраняется, окисляется только первичная спиртовая группа). При окислении галактозы образуется галактуроновая кислота. Уроновые кислоты выполняют в печени человека защитную роль, участвуя в обезвреживании ядовитых веществ, поступающих извне или образующихся в результате жизнедеятельности. Декарбоксилирование уроновых кислот приводит к образованию пентоз (глюкуроновая кислота → ксилоза + СО 2).

Производные моносахаридов

Дезоксисахарами называют производные моносахаридов, у которых одна или две НО-группы замещены на атом водорода, например 2-дезоксирибоза.

Аминосахара – образуются на основе моносахаридов, в молекулах которых OH-группа второго звена замещена аминогруппой - NH 2 , например β,D-глюкозамин.

Нейраминовая кислота. Получается в результате альдольной конденсации ПВК (1) и D-маннозамина (2):

Сиаловые кислоты. Они являются N-ацетильными производными нейраминовой кислоты. Ацилирование происходит ацетильным или гидроксиацетильным остатком.

Сложные углеводы – это соединения, при гидролизе которых образуются моносахариды и их производные. В зависимости от строения и количества структурных компонентов сложные углеводы принято делить на олигосахариды (2-10 моноз) и полисахариды.

Дисахариды образуются их двух моносахаридов. Их общая эмпирическая формула С 12 Н 22 О 11 . Важнейшими дисахаридами являются мальтоза, лактоза, сахароза, целлобиоза. Мальтоза (солодовый сахар) – восстанавливающий дисахарид - состоит из остатков 2-х молекул D-глюкопиранозы связанных альфа-1,4-гликозидной связью; при гидролизе расщепляется на две D-глюкозы (D-глюкопиранозы).

Лактоза (молочный сахар) - восстанавливающий дисахарид. Содержится в молоке млекопитающих. При гидролизе образует 2 моносахарида: β-D-галактопиранозу (β-D-галактозу) и D-глюкозу.

Сахароза (тростниковый сахар, свекловичный сахар) - это наиболее известный и широко распространенный сахар. При гидролизе сахароза расщепляется на α–глюкозу и β-фруктозу. α–1, β-2-гликозидная связь образована полуацетальными гидроксилами α–глюкозы и β-фруктозы, поэтому нет возможности для цикло-оксотаутомерии. Сахароза невосстанавливающий дисахарид.

Целлобиоза – восстанавливающий дисахарид, состоит из остатков 2-х молекул β-D-глюкопиранозы связанных бета-1,4-гликозидной связью. Её получают при гидролизе целлюлозы (клетчатки).

Полисахариды - это высокомолекулярные углеводы, по химической природе относящиеся к полигликозидам, т.е. являются продуктам поликонденсации моносахаридов, связанных между собой гликозидными связями.

Полисахаридные цепи могут быть разветвлёнными (амилопектин, гликоген) и неразветвлёнными, то есть линейными (клетчатка, амилоза).

По составу полисахариды делят на

1. гомополисахариды - биополимеры, образованные из остатков одного моносахарида;

2. гетерополисахариды - биополимеры, образованные из остатков разных моносахаридов.

Все они имеют общее название: гликаны.

Крахмал – является резервным полисахаридом большинства растений, в которых он образуется за счет реакции фотосинтеза. Крахмал по строению не однороден - это смесь двух полисахаридов: амилозы и амилопектина в соотношении 10-20% к 80-90%. Амилоза состоит из остатков a-D-глюкопиранозы, связанных a(1®4)-гликозидными связями. В макромолекулу амилозы может включаться то 200 до 1000 остатков мономеров.Амилопектин - это гомополисахарид разветвлённой структуры, в составе которого линейная цепь a-D-глюкопиранозных остатков построена за счёт a(1®4) гликозидных связей, а элементы разветвления формируются за счёт a(1®6) гликозидных связей. Между точками разветвления укладывается от 20 до 25 глюкозных остатков; молекулярная масса амилопектина »1-6 млн. единиц.

4. Иллюстративный материал: презентация

5. Литература:

Основная литература:

1. Биоорганическая химия: учебник. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. 2014г.

  1. Сейтембетов Т.С. Химия: учебник - Алматы: ТОО"ЭВЕРО", 2010. - 284 с
  2. Болысбекова С. М. Химия биогенных элементов: учебное пособие - Семей, 2012. - 219 с. : ил
  3. Веренцова Л.Г. Неорганическая,физическая и коллоидная химия: учебное пособие - Алматы: Эверо, 2009. - 214 с. : ил.
  4. Физическая и коллоидная химия /Под ред.А.П.Беляева.- М.: ГЭОТАР МЕДиа, 2008
  5. Веренцева Л.Г. Неорганическая, физическая и коллоидная химия,(проверочные тесты) 2009

Дополнительная литература:

  1. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. М. 2003.

2. Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого. С-Пб.: Химиздат, 2001

3. Ершов Ю.А. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. М.: ВШ, 2003.

4. Асанбаева Р.Д., Илиясова М.И. Теоретические основы строения и реакционной способности биологически важных органических соединений. Алматы, 2003.

  1. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии под ред. Н.А. Тюкавкиной. М., Дрофа,2003.
  2. Глинка Н.Л. Общая химия. М.,2003.
  3. Пономарев В.Д. Аналитическая химия ч.1,2 2003

6. Контрольные вопросы (обратная связь):

  1. Сколько % от суточного рациона в сбалансированном питании должны составлять углеводы?
  2. К чему приводит недостаток углеводов в пище?
  3. К чему приводит избыток углеводов в пище?

Лекция №6

1. Тема: α-аминокислоты. Пептиды. Белки.

2. Цель: изучить строение, свойства, пути образования, α-аминокислот в организме. Изучение темы способствует, формирует знание состава, структуры и биологической роли α-аминокислот, пептидов и белков, для изучения биологических функции белков на молекулярном уровне

3. Тезисы лекции:

3.1. План лекции

1. Строение аминокислот, классификация. Изомерия

2. Пути образования аминокислот в живом организме.

3. Физические, химические свойства аминокислот.

4. Понятие о пептидах, их биологическое значение

5. Строение пептидной связи

6. Белки, классификация, уровни организации, биологическая роль

7. Гемоглобин-представитель хромопротеидов

8. Качественные реакции на α–аминокислоты и белки

Тезисы лекции

Аминокислоты (АМК) – это производные карбоновых кислот, в радикале которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппы.

Общая формула АМК:

Или альфа-аминокислота

В молекулах аминокислот может быть несколько NН 2 и -СООН.

По положению аминогруппы в углеродной цепи относительно карбоксильной группы различают α-, β-, γ-аминокислоты. α-аминокислоты (α-АМК) являются мономерами белка.

Классификация альфа-аминокислот.

1. По числу амино- и карбоксильных групп различают: моноаминомонокарбоновые кислоты (глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, серин, треонин, цистеин, метионин, фенилаланин, тирозин, гистидин, триптофан); моноаминодикарбоновые кислоты (глутаминовая кислота, аспарагиновая кислота, цистин); диаминомонокарбоновые кислоты (лизин, аргинин).

2. По наличию функциональных групп в радикале: гидроксиаминокислоты (серин, треонин); серусодержащие аминокислоты (метионин, цистеин, цистин).

3. По природе радикала: алифатические аминокислоты (глицин, аланин, лейцин и т.д.); ароматические аминокислоты (фенилаланин, тирозин); гетероциклические ароматические аминокислоты (триптофан, гистидин); гетероциклические иминокислоты (пролин, гидроксипролин).

Изомерия аминокислот связана с положением функциональных групп и со строением углеродного скелета. Все альфа-аминокислоты, входящие в состав белков, (кроме ГЛИ) являются оптически активными веществами, т.к. содержат асимметричный атом углерода и существуют в виде энантиомеров - D– и L- оптических изомеров. В белках животного происхождения содержатся L-АМК.

  • Аминокислоты, их строение и химические свойства. Биологическая роль аминокислотп.

    • Карбоновыми кислотами называют соединения, в которых содержится карбоксильная группа:

    Карбоновые кислоты различают:

    • одноосновные карбоновые кислоты;
    • двухосновные (дикарбоновые) кислоты (2 группы СООН ).

    В зависимости от строения карбоновые кислоты различают:

    • алифатические;
    • алициклические;
    • ароматические.

    Примеры карбоновых кислот.

    Получение карбоновых кислот.

    1. Окисление первичных спиртов перманганатом калия и дихроматом калия:

    2. Гибролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих 3 атома галогена у одного атома углерода:

    3. Получение карбоновых кислот из цианидов:

    При нагревании нитрил гидролизуется с образованием ацетата аммония:

    При подкисления которого выпадает кислота:

    4. Использование реактивов Гриньяра:

    5. Гидролиз сложных эфиров:

    6. Гидролиз ангидридов кислот:

    7. Специфические способы получения карбоновых кислот:

    Муравьиная кислота получается при нагревании оксида углерода (II) с порошкообразным гидроксидом натрия под давлением:

    Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана кислородом воздуха:

    Бензойную кислоту получают окислением монозамещенных гомологов раствором перманганата калия:

    Реакция Каннициаро . Бензальдегид обрабатывают 40-60% раствором гидроксида натрия при комнатной температуре.

    Химические свойства карбоновых кислот.

    В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют:

    Равновесие сдвинуто сильно влево, т.к. карбоновые кислоты являются слабыми.

    Заместители влияют на кислотность вследствие индуктивного эффекта. Такие заместители оттягивают электронную плотность на себя и на них возникает отрицательный индуктивный эффект (-I). Оттягивание электронной плотности приводит к повышению кислотности кислоты. Электронодонорные заместители создают положительный индуктивный заряд.

    1. Образование солей. Реагирование с основными оксидами, солями слабых кислот и активными металлами:

    Карбоновые кислоты - слабые, т.к. минеральные кислоты вытесняют их из соответствующих солей:

    2. Образование функциональных производных карбоновых кислот:

    3. Сложные эфиры при нагревании кислоты со спиртом в присутствие серной кислоты - реакция этерификации:

    4. Образование амидов, нитрилов:

    3. Свойства кислот обуславливаются наличием углеводородного радикала. Если протекает реакция в присутствие красного фосфора, то образует следующий продукт:

    4. Реакция присоединения.

    8. Декарбоксилирование. Реакцию проводят сплавлением щелочи с солью щелочного металла карбоновой кислоты:

    9. Двухосновная кислота легко отщепляет СО 2 при нагревании:

    Дополнительные материалы по теме: Карбоновые кислоты.

    Калькуляторы по химии
    Химия онлайн на нашем сайте для решения задач и уравнений.

    Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы - карбонил и гидроксил, взаимно влияющие друг на друга:

    Кислотные свойства карбоновых кислот обусловлены смещением электронной плотности к карбонильному кислороду и вызванной этим дополнительной (по сравнению со спиртами) поляризации связи О–Н.

    В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:

    Производные карбоновых кислот: соли, сложные эфиры, хлорангидриды, ангидриды, амиды, нитрилы, их получение.

    Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность. Они вступают в реакции с различными веществами и образуют разнообразные соединения, среди которых большое значение имеют функциональные производные, т.е. соединения, полученные в результате реакций по карбоксильной группе.

    1. Образование солей

    а) при взаимодействии с металлами:

    2RCOOH + Mg ® (RCOO) 2 Mg + H 2

    б) в реакциях с гидроксидами металлов:

    2RCOOH + NaOH ® RCOONa + H 2 O

    2. Образование сложных эфиров R"–COOR":

    Реакция образования сложного эфира из кислоты и спирта называется реакцией этерификации (от лат. ether - эфир).

    3. Образование амидов:

    Вместо карбоновых кислот чаще используют их галогенангидриды:

    Амиды образуются также при взаимодействии карбоновых кислот (их галогенангидридов или ангидридов) с органическими производными аммиака (аминами):

    Амиды играют важную роль в природе. Молекулы природных пептидов и белков построены из a-аминокислот с участием амидных групп - пептидных связей

    Нитри́лы - органические соединения общей формулы R-C≡N, рассматривают как производные карбоновых кислот (продукты дегидратации амидов) и именуют как производные соответствующих карбоновых кислот, например, CH 3 C≡N - ацетонитрил (нитрил уксусной кислоты), C 6 H 5 CN - бензонитрил (нитрил бензойной кислоты).

    Ангидриды карбоновых кислот можно рассматривать как продукт конденсации двух групп -COOH:

    R 1 -COOH + HOOC-R 2 = R 1 -(CO)O(OC)-R 2 + H 2 O

    Карбоновыми кислотами называют производные углеводородов, содержащие одну или несколько карбоксильных групп.

    Число карбоксильных групп характеризует основность кислоты.

    В зависимости от количества карбоксильных групп карбоновые кислоты подразделяются на одноосновные карбоновые кислоты (содержат одну карбоксильную группу), двухосновные (содержат две карбоксильные группы) и многоосновные кислоты.

    В зависимости от вида радикала, связанного с карбоксильной группой, карбоновые кислоты делятся на предельные, непредельные и ароматические. Предельные и непредельные кислоты объединяют под общим названием кислоты алифатического или жирного ряда.

    1. Одноосновные карбоновые кислоты

    1.1 Гомологический ряд и номенклатура

    Гомо­логический ряд одноосновных предельных карбоновых кислот (иногда их называют жирными кислотами) начинается с муравьиной кислоты

    Формула гомологического ряда

    Номенклатура ИЮПАК разрешает сохранять для многих кислот их тривиальные названия, которые обычно указывают на природный источник, из которого была выделена та или иная кислота, например, муравьиная, уксусная, масляная, валериановая и т.д.

    Для более сложных случаев названия кислот производят от названия уг­леводородов с тем же числом атомов углерода, что и в молеку­ле кислоты, с добавлением окончания -овая и слова кислота. Муравьиная кислота Н-СООН называется метановой кисло­той, уксусная кислота СН 3 -СООН - этановой кислотой и т. д.

    Таким образом, кислоты рассматриваются как производные углеводородов, одно звено которых превращено в карбоксил:

    При составлении названий кислот с разветвленной цепью по рациональной номенклатуре их рассматривают как производные уксусной кислоты, в молекуле которой атомы водорода замещены радикалами, например, триметилуксусная кислота (СН 3) 3 С – СООН.

    1.2 Физические свойства карбоновых кислот

    Только с чисто формальных позиций можно рассматривать карбоксильную группу как комбинацию карбонильной и гидроксильной функций. Фактически их взаимное влияние друг на друга таково, что полностью изменяет их свойства.

    Обычная для карбонила поляризация двойной связи С=0 сильно возрастает за счет дополнительного стягивания свобод­ной электронной пары с соседнего атома кислорода гидроксильной группы:

    Следствием этого является значительное ослабление связи О-Н в гидроксиле и легкость отщепления атома водорода от него в виде протона (Н +). Появление пониженной электронной плотности (δ+) на центральном углеродном атоме карбоксила приводит также к стягиванию σ-электронов соседней связи С-С к карбоксильной группе и появлению (как у альдегидов и кетонов) пониженной электронной плотности (δ +) на α-углеродном атоме кислоты.

    Все карбоновые кислоты обладают кислой реакцией (обна­руживается индикаторами) и образуют соли с гидроксидами, оксидами и карбонатами металлов и с активными метал­лами:

    Карбоновые кислоты в большинстве случаев в водном растворе диссоциированы лишь в малой степени и являются слабыми кислотами, значительно уступая таким кислотам, как соляная, азотная и серная. Так, при растворении одного моля в 16 л воды степень диссоциации муравьиной кислоты равна 0,06, уксусной кислоты - 0,0167, в то время как соля­ная кислота при таком разбавлении диссоциирована почти полностью.

    Для большинства одноосновных карбоновых кислот рК а = 4,8, только муравьиная кислота имеет меньшую величи­ну рК а (около 3,7), что объясняется отсутствием электронодонорного эффекта алкильных групп.

    В безводных минеральных кислотах карбоновые кислоты протонируются по кислороду с образованием карбкатионов:

    Сдвиг электронной плотности в молекуле недиссоцииро­ванной карбоновой кислоты, о котором говорилось выше, по­нижает электронную плотность на гидроксильном атоме кис­лорода и повышает ее на карбонильном. Этот сдвиг еще боль­ше увеличивается в анионе кислоты:

    Результатом сдвига является полное выравнивание заря­дов в анионе, который фактически существует в форме А - резонанс карбоксилат-аниона.

    Первые четыре представителя ряда карбоновых кислот - подвижные жидкости, смешивающиеся с водой во всех отно­шениях. Кислоты, в молекуле которых содержится от пяти до девяти атомов углерода (а также изомасляная кислота), - маслянистые жидкости, растворимость их в воде невелика.

    Высшие кислоты (от С 10) - твердые тела, практически не­растворимы в воде, при перегонке в обычных условиях они разлагаются.

    Муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты имеют ост­рый запах; средние члены ряда обладают неприятным запа­хом, высшие кислоты запаха не имеют.

    На физических свойствах карбоновых кислот сказывается значительная степень ассоциации вследствие образования во­дородных связей. Кислоты образуют прочные водород­ные связи, так как связи О-Н в них сильно поляризованы. Кроме того, карбоновые кислоты спо­собны образовывать водородные связи с участием атома кисло­рода карбонильного диполя, обладающего значительной электроотрицательностью. Действительно, в твердом и жидком со­стоянии карбоновые кислоты существуют в основном в виде циклических димеров:

    Такие димерные структуры сохраняются в некоторой степе­ни даже в газообразном состоянии и в разбавленных растворах в неполярных растворителях.