1. Напишите структурные формулы изомеров карбонильных соединений с общей формулой c5h10o и назовите их по рациональной номенклатуре, номенклатуре июпак.

Решение:

Для карбонильных соединений образование структурных изомеров связано с изменением строения углеродной цепи, различным расположением карбонильной группы в углеродной цепи:

	пентаналь, пропилуксусный альдегид;
	3-метилбутаналь, изопропилуксусный альдегид;
	пентанон-3, диэтилкетон;
	3-метилбутанон-2, метилизопропилкетон.

Функциональная группа в структурных формулах альдегидов часто записывается в виде сокращенной формулы как СНО (СОН – неправильно!), в кетонах атом кислорода помещают в круглые скобки (О).

2. Напишите уравнения реакций окисления хромовой смесью бутаналя и 2-метилпентанона-3.

Решение:

При окислении альдегидов образуются карбоновые кислоты без изменения числа атомов углерода в их составе. Окисление кетонов сопровождается деструкцией углеродной цепи, при этом образуется смесь карбоновых кислот и (или) кетонов с меньшим числом атомов углерода (по сравнению с исходным кетоном) в их составе:

3. Напишите схемы реакций ацетона и уксусного альдегида с синильной кислотой, гидроксиламином. Сравните реакционную активность карбонильных соединений в этих реакциях.

Решение:

Взаимодействия ацетона и уксусного альдегида с указанными реагентами относятся к реакциям нуклеофильного присоединения (A_N). Схемы реакций имеют вид:

а) взаимодействие с синильной кислотой

Гидролиз образовавшихся оксинитрилов сопровождается образованием α - оксикислот, причем число атомов углерода в составе кислоты увеличивается на единицу: 2-оксипропановая кислота

(молочная кислота)

б) взаимодействие с гидроксиламином:

Реакции нуклеофильного присоединения с азотсодержащими нуклеофилами (NH₃, NH₂OH, NH₂-NH₂ и т.д.) сопровождаются последующим отщеплением молекулы воды от продукта реакции.

Реакционная активность альдегидов в этих реакциях выше, чем у кетонов, т.к. величина положительного заряда на атоме углерода карбонильной группы в альдегидах по сравнению с кетонами больше:

>

4. Получите возможными способами ацетон.

Решение:

Карбонильные соединения можно получить в результате следующих превращений:

1. гидролиза 33емм-дигалогенопроизводных углеводородов:

2. окисления спиртов, при этом из первичных спиртов образуются альдегиды, вторичных – кетоны:

3. озонолиза алкенов с последующим гидролизом:

4. гидратации алкинов (реакция Кучерова):

5. пиролиза кальциевых (бариевых) солей карбоновых кислот:

3.3. Карбоновые кислоты и их производные

Литература

1. Иванов, В.Г. Органическая химия: учеб. пособие для вузов / В.Г. Иванов, В.А. Горленко. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. -С. 222- 254,469-479.

2. Грандберг, И.И. Органическая химия: учеб. для вузов / И.И. Грандберг. - М.: Дрофа, 2002. -С. 357-392, 410-426, 393-399.

3. Артеменко, А.И. Органическая химия: учеб. для вузов / А.И. Артеменко. - М.: Высшая школа, 2009. -С.170-199, 251-253, 259- 272, 402-408.

4. Петров, А.А. Органическая химия: учеб. для вузов / А.А. Петров. - С-Пб.: Иван Федоров, 2002. -С. 189-2003, 207-220, 257-285, 421-434.

В рекомендуемых учебниках [1,3,4] представлен значительно больший объем материала, чем это необходимо по программе. Во всех учебниках подробно рассмотрены электронное строение, химические свойства карбоновых кислот, получение и применение кислот и их производных. В рекомендуемом учебнике [2] материал изложен систематично и кратко, поэтому самостоятельно изучать тему «Карбоновные кислоты и их производные» лучше по учебнику [2].

Производные углеводородов, содержащие карбоксильную группу, называются карбоновыми кислотами.

Изучение карбоновых кислот следует начать с рассмотрения карбоксильной группы и общей классификации кислот. В зависимости от природы радикала и количества карбоксильных групп существует несколько видов карбоновых кислот: алифатические и ароматические карбоновые кислоты, моно - и дикарбоновые кислоты, а так же со смешанными функциями – гидрокси- , оксо-, аминокислоты.

При изучении номенклатуры следует заметить, что наиболее распространенными являются тривиальные названия кислот, некоторые названия необходимо запомнить: уксусная (этановая), масляная (бутановая), олеиновая, стеариновая, линолевая, винная, щавелевая и т.д. Принципы составления названий кислот по номенклатуре ИЮПАК рассмотрены ранее (см. «Номенклатура органических соединений»).

При изучении физических свойств карбоновых кислот следует обратить внимание на образование межмолекулярных водородных связей.

При изучении химических свойств кислот следует установить черты сходства с неорганическими кислотами: способность к диссоциации, образование солей.Наличие подвижного атома водорода в составе карбоксильной группы -СООН определяет кислотные свойства карбоновых кислот. Сила кислот зависит от целого ряда факторов: строения и состава радикала, наличия в радикале электроноакцепторных или электронодонорных групп, числа карбоксильных групп и т.д. В результате взаимодействия с металлами, оксидами металлов, основаниями и некоторыми солями кислоты образуют соли. Следует рассмотреть свойства натриевых и кальциевых солей (растворимость, отношение к гидролизу, нагреванию), обратить внимание на соли высших карбоновых кислот (мыла).

Для карбоновых кислот характерны реакции нуклеофильного замещения. Замещение гидроксильной группы в составе карбоксильной группы приводит к получению производных кислот: ангидридов, галогенангидридов, амидов, сложных эфиров. Студенту следует обратить особое внимание на реакцию этерификации (получение сложных эфиров), ее условия и механизм. При изучении химии жиров необходимо запомнить формулы пяти основных кислот (2 предельные и 3 непредельные) и трехатомного спирта - глицерина, входящих в состав триглицеридов. Следует научиться писать уравнения реакций образования жиров, усвоить важнейшие химические свойства жиров: гидролиз, гидрогенизация.

Общим свойством всех производных кислот является их гидролиз (кислотный и щелочной), в результате которого образуется карбоновая кислота или ее соль. Производные кислот широко используются в органическом синтезе для ацилирования спиртов, фенолов, аминов и других соединений.

При изучении дикарбоновых кислот необходимо отметить как сходство, так и отличие с монокарбоновыми кислотами, обусловленное большим числом карбоксильных групп, их взаимным влиянием.

При изучении строения и химических свойств непредельных кислот необходимо повторить ранее изученный материал по непредельным углеводородам (см. «Алкены»).

При изучении оксикислот следует обратить внимание на характерную для этих соединений оптическую изомерию, рассмотреть свойства кислот по карбоксильной группе (образование солей, сложных эфиров) и спиртовой группе (замещение группы ОН, образование алкоголятов, простых и сложных эфиров). Необходимо рассмотреть отношение оксикислот к нагреванию, отщеплению воды с образованием продуктов различного строения.

Кетокислоты можно рассмотреть на примере пировиноградной и ацетоуксусной кислот. Пировиноградная кислота является важнейшим промежуточным продуктом при превращении углеводов и белков в организмах; необходимо учесть существование енольной и кетонной форм кислоты.

Основные способы получения карбоновых кислот: гидролиз их производных (нитрилов, сложных эфиров и т.д.), окисление алкенов, спиртов и альдегидов, брожение углеводов и т.д.

Контрольные вопросы и упражнения:

1. Напишите структурные формулы всех изомерных кислот состава C₅H₁₀O₂. Назовите соединения по тривиальной и заместительной номенклатурам. Сравните кислотные свойства изомеров.

2. Напишите для пропионовой (пропановой) кислоты уравнения возможных реакций с металлическим натрием, гидроксидом меди (II), карбонатом натрия, этиловым спиртом, аммиаком с последующим нагреванием. Назовите полученные соединения по номенклатуре ИЮПАК.

3. Напишите структурные формулы изомерных дикарбоновых кислот состава C₄H₆O₄. Назовите полученные изомеры.

4. Напишите структурные формулы изомерных непредельных кислот состава C₄H₆O₂. Какие из них будут иметь геометрические изомеры? Назовите структурные и пространственные изомеры.

5. Напишите структурную формулу триглицерида - дипальмитоолеина. Напишите уравнения бромирования, омыления гидроксидом натрия, окисления перманганатом калия указанного жира.

6. Сравните кислотные свойства уксусной, оксоуксусной, щавелевой и оксиуксусной кислот.

П р и м е р ы р е ш е н и я т и п о в ы х з а д а ч