Тема 23. Ароматические карбоновые кислоты. Аренмонокарбоновые кислоты Методы получения

• Название: Аренмонокарбоновые кислоты Методы получения
• Дата: 30.08.2018
• Размер: 82.66 Kb.
• Имя файла: Тема 23. Ароматические карбоновые кислоты.docx
• Тип: Документы; #49498

Аренмонокарбоновые кислоты

1. Методы получения 
1)Реакции окисления 
Аренкарбоновые кислоты, содержащие карбоксильую группу, связанную с ароматическим кольцом, получают окислением алкиларенов (см. лекцию №17).



В качестве окислителей используют KMnO₄, Na₂Cr₂O₇, кислород в присутствии солей Co и Mn.

Метилкетоны также могут быть окислены в кислоты, лучше всего действием галогенов в щелочной среде (галоформная реакция):



2) Реакции гидролиза 
Наиболее широко используют гидролиз нитрилов, которые могут быть получены из галогенаренов или солей арилдиазония:



3) Карбоксилирование магний- и литийорганических соединений



4) Карбоксилирование фенолятов (реакция Кольбе-Шмидта)



2. Физические свойства и строение

Аренмонокарбоновые кислоты – бесцветные кристаллические вещества.

Бензольное кольцо и карбоксильная группа образуют сопряженную систему. Карбоксильная группа действует как электроноакцептор (-I и –M-эффекты).



3. Химические свойства

Реакции аренкарбоновых кислот по карбоксильной группе аналогичны соответствующим превращениям алифатических карбоновых кислот.

Кислотные свойства

Аренкарбоновые кислоты превышают по кислотности насыщенные и a ,b -непредельные карбоновые кислоты. На силу аренкарбоновых кислот влияет природа и положение заместителя в ароматическом кольце. Это влияние согласуется с электронными эффектами заместителей.

Значения рК_а для замещенных бензойных кислот X-C₆H₄-COOH. 
 

X	CH3	F	Cl	Br	I	OH	OCH3	NO2
Положение
мета	4,24	3,86	3,83	3,81	3,86	4,08	4,09	3,45
пара	4,34	4,14	3,99	4,00	3,92	4,58	4,47	3,43

Для бензойной кислоты рК_а=4,17.

Таким образом, заместители, проявляющие –М- и –I-эффекты (NO₂), увеличивают кислотность, причем из пара-положения в большей степени, чем из мета-положения. Заместители с +М-эффектом, превышающим –I-эффект (OH, OCH₃), из пара-положения уменьшают, а из мета-положения увеличивают кислотность. Заместители с –I-эффектом, превышающим +М-эффект (галогены), увеличивают кислотность, причем из мета-положения в большей степени, чем из пара-положения.

При оценке влияние положения заместителя на кислотность следует иметь в виду, что пара-положение находится в сопряжении с карбоксильной группой, что обеспечивает влияние мезомерного эффекта заместителя, находящегося в этом положении, на кислотный центр. Из мета-положения М-эффект заместителя передается только на атомы углерода ароматического кольца.

Реакции замещения в ароматическом кольце

Аренкарбоновые кислоты вступают в реакции с электрофилами с образованием продуктов электрофильного замещения (нитрования, сульфирования, галогенирования) в бензольном кольце. Реакции протекают в жестких условиях, заместитель вступает преимущественно в мета-положение к карбоксильной группе.



4. Важнейшие представители

Бензойная килота и ее производные.

Бензойная кислота – бесцветное кристаллическое вещество, легко возгоняется. В промышленности ее получают окислением толуола кислородом в присутствии бензоатов Co и Mn. Обладает всеми свойствами монокарбоновых кислот. Используется как исходное вещество в синтезе красителей, душистых веществ, лекарственных препаратов. Обладает бактерицидными свойствами. Используется как консервант пищевых продуктов.

Бензоилхлорид – высококипящая бесцветная жидкость, лакриматор. Бензоилхлорид получают:

• 
  из бензойной кислоты и фосгена
  

• 
  неполным гидролизом бензтрихлорида
  

• 
  хлорированием бензальдегида
  

Используется как бензоилирующий агент. Хлорангидриды ароматических карбоновых кислот обладают большей устойчивостью к гидролизу, чем их алифатические аналоги. Поэтому бензоилирование спиртов и аминов бензоилхлоридом проводят по методу Шоттен-Баумана – в присутствии водного раствора щелочи, которая является акцептором образующейся в реакции соляной кислоты:



Процесс ацилирования в случае бензоилхлорида и других ароилхлоридов протекает быстрее, чем процесс их гидролиза.

Бензоилированием пероксида водорода по методу Шоттен-Баумана получают бензоилпероксид:



Бензоилпероксид представляет интерес как инициатор свободно-радикальных процессов, так как при нагревании претерпевает распад по схеме:



Пероксибензойная кислота – бесцветное кристаллическое вещество, слабо растворимо в воде. Получают ацилированием пероксида водорода бензойной кислотой в присутствии минеральной кислоты:



Пероксибензойную кислоту используют в органическом синтезе для эпоксидирования алкенов. м-Хлорпероксибензойную кислоту применяют для окисления ариламинов в ароматические нитросоединения.

Арендикарбоновые кислоты

1. Методы получения

Основной метод получения – окисление диметиларенов.

Фталевую кислоту в виде ангидрида в промышленности получают окислением о-ксилола или нафталина кислородом воздуха в присутствии катализаторов на основе V₂O₅-TiO₂ при 350-400⁰С:



Терефталевую кислоту получают окислением п-ксилола кислородом в уксусной кислоте в присутствии солей Co и Mn:



Другой промышленный метод получения терефталевой кислоты – изомеризация дикалиевой соли о-фталевой кислоты:


  
 

2. Химические свойства

Химические свойства арендикарбоновых кислот в основном аналогичны свойствам монокарбоновых кислот. Они дают все реакции, характерные для карбоксильной группы. Арендикарбоновые кислоты по первой ступени являются более сильными кислотами, чем монокарбоновые: 
 

	рКа1	рКа2
Бензойная кислота	4,17	-
Фталевая кислота	2,95	5,41
Изофтелевая кислота	3,46	4,46
Терефталевая кислота	3,51	4,82

 

3. Важнейшие представители

Фталевая кислота и ее производные

Фталевая кислота – бесцветное кристаллическое вещество, мало растворима в воде. При нагревании в присутствии дегидратирующих агентов легко превращается во фталевый ангидрид:



Практическое применение имеют производные фталевой кислоты – ангидрид, имид, сложные эфиры.

Фталевый ангидрид – бесцветное кристаллическое вещество, легко возгоняется.

При взаимодействии со спиртами в присутствии серной кислоты дает сложные моно- и диэфиры:



Диалкиловые эфиры фталевой кислоты (диалкилфталаты) используют как пластификаторы полимеров, высококипящие растворители, репелленты.

С многоатомными спиртами фталевый ангидрид образует полиэфиры. Например, на основе фталевого ангидрида и глицерина получают алкидные (глифталевые) смолы:



С аммиаком и первичными аминами фталевый ангидрид в зависимости от условий дает фталиминовую кислоту, фталимид или диамид фталевой кислоты:



Ацилирование фталевым ангидридом бензола и алкилбензолов приводит к о-ароилбензойным кислотам и далее к антрахинонам:


При конденсации фталевого ангидрида с фенолами образуются производные трифенилметана, которые называют фталеинамина. Их используют как индикаторы и красители (фенолфталеин, флуоресцеин):



Фталимид – бесцветное кристаллическое вещество, легко возгоняется.

Фталимид является NH-кислотой (рК_а=9,9). Он растворяется в водных растворах щелочей. При этом происходит его постепенный гидролиз с раскрытием цикла и образованием фталиминовой кислоты. В безводных средах под действием оснований образуются соли фталимида, которые используются в органическом синтезе для получения первичных аминов (синтез Габриэля):



Терефталевая кислота – бесцветное кристаллическое вещество, мало растворима в воде и органических растворителях. Крупнотоннажный промышленный продукт. Её диметиловый эфир (диметилтерефталат) используется для получения полиэтилентерефталата, который применяют для изготовления синтетического волокна лавсан: