Учебное пособие Часть 4 Функциональные производные углеводородов. Карбоновые кислоты и их производные. Амины. Москва 2003

• Название: Учебное пособие Часть 4 Функциональные производные углеводородов. Карбоновые кислоты и их производные. Амины. Москва 2003
• Анкор: Chast_4.doc
• Дата: 21.01.2018
• Размер: 1.26 Mb.
• Имя файла: Chast_4.doc
• Тип: Учебное пособие; #14716
• страница: 1 из 7

Московская государственная академия

тонкой химической технологии имени М.В.Ломоносова

Кафедра органической химии
Помогаев А.И.

КРАТКИЙ КУРС

ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Учебное пособие
Часть 4
Функциональные производные углеводородов.

Карбоновые кислоты и их производные. Амины.

Москва 2003

ОГЛАВЛЕНИЕ

карбоновые кислоты и их производные 3

1. Способы получения карбоновых кислот 3

1.1. Реакции окисления 3

1.2. Синтез карбоновых кислот из галогенопроизводных 4

1.3. Гидролиз производных карбоновых кислот 5

2. Химические свойства карбоновых кислот 6

2.1. Кислотно-основные свойства 6

2.2. Декарбоксилирование карбоновых кислот 7

2.3. Галогенирование карбоновых кислот 8

3. Производные карбоновых кислот 8

3.1. Реакции нуклеофильного замещения: механизм и реакционная способность 8

3.2. Сложные эфиры 10

3.3. Галогенангидриды 13

3.4. Ангидриды 14

3.5. Амиды 15

3.6. Нитрилы 17

4. α,β-Ненасыщенные карбоновые кислоты 18

4.1. Способы получения 18

4.2. Химические свойства 19

5. Дикарбоновые кислоты 20

5.1. Способы получения 20

5.2. Свойства дикарбоновых кислот 21

5.3. Малоновый эфир 22

6. Задачи и упражнения 24

АМИНЫ 26

1. Способы получения 27

1.1. Восстановление азотсодержащих соединений 27

1.2. Алкилирование аммиака и аминов 28

2. Химические свойства 28

2.1. Основность аминов 28

2.2. Амины как нуклеофилы 29

2.3. Особенности химического поведения ароматических аминов 33

3. Задачи и упражнения 37

карбоновые кислоты и их производные

Карбоновые кислоты представляют собой производные углеводородов, в которых в качестве функциональной группы присутствует карбоксильная группа СООН. В зависимости от количества карбоксильных групп карбоновые кислоты подразделяют на монокарбоновые, дикарбоновые и т.д. В зависимости от строения углеводородной части молекулы карбоновые кислоты подразделяют на насыщенные, ненасыщенные, ароматические.

Насыщенные монокарбоновые кислоты имеют широко используемые тривиальные названия (в скобках приведены названия по номенклатуре ИЮПАК):
НСООН муравьиная кислота (метановая кислота)

СН₃СООН уксусная кислота (этановая кислота)

СН₃СН₂СООН пропионовая кислота (пропановая кислота)

СН₃СН₂СН₂СООН масляная кислота (бутановая кислота)

(СН₃)₂СНСООН изомасляная кислота (2-метилпропановая кислота)

СН₃СН₂СН₂СН₂СООН валериановая кислота (пентановая кислота)

(СН₃)₂СНСН₂СООН изовалериановая кислота (3-метилбутановая кислота)
Производными карбоновых кислот называют соединения, которые могут быть получены из карбоновых кислот путем химических изменений в карбоксильной группе без образования связей углерод-углерод и углерод-водород и которые превращаются в карбоновые кислоты простым гидролизом. Ниже приведены общие формулы и общие названия монокарбоновых кислот и их производных:




карбоновые кислоты






соли ангидриды



сложные эфиры

амиды




галогенангидриды

нитрилы

1. Способы получения карбоновых кислот

1.1. Реакции окисления

Окисление насыщенных углеводородов кислородом на специальных катализаторах до карбоновых кислот осуществляют в промышленности, однако селективностью этот способ не отличается. Как правило, получаются смеси карбоновых кислот, поскольку при окислении происходит разрыв различных углерод-углеродных связей.

Значительно более селективным является окисление алкенов сильными окислителями. При нагревании алкенов, имеющих по одному атому водорода у каждого атома углерода двойной связи, со щелочным раствором перманганата калия образуется смесь двух карбоновых кислот. Если же алкен симметричный, то образуются две молекулы одной карбоновой кислоты. Такое же окисление можно осуществить и при нагревании алкенов с концентрированной азотной кислотой.






Аналогично при окислении щелочным раствором перманганата калия алкинов получают карбоновые кислоты. Так, например, уксусную кислоту можно получить, окисляя либо 2-бутен, либо 2-бутин.



Алкилбензолы окисляют до бензойной кислоты либо кислородом на катализаторах (в промышленности), либо нагреванием с перманганатом калия. Например, кипячение толуола с водным раствором перманганата калия с последующим подкислением раствора приводит к бензойной кислоте.


Карбоновые кислоты могут быть получены также окислением первичных спиртов или альдегидов. В качестве окислителей обычно используют соединения хрома в высшей степени окисления, например, хромовый ангидрид, перманганат калия в щелочной среде, концентрированную азотную кислоту. Альдегиды легко окисляются и другими окислителями, напрмер, аммиачным раствором оксида серебра (реакция «серебряного зеркала»).

1.2. Синтез карбоновых кислот из галогенопроизводных

1.2.1.Синтез карбоновых кислот через нитрилы

Алкилгалогениды взаимодействием с цианидом натрия превращают в алкилцианиды, которые являются нитрилами карбоновых кислот. Последние гидролизуют в кислой среде до карбоновых кислот.


Таким образом, происходит двухстадийное замещение атома галогена в молекуле галогенопроизводного на карбоксильную группу. Так, для получения валериановой кислоты (5 атомов углерода) необходимо исходить из бутилгалогенида.

1-бромбутан нитрил валериановая кислота

валериановой кислоты

1.2.2. Синтез карбоновых кислот реакцией Гриньяра

Реактивы Гриньяра, которые получают из галогенопроизводных взаимодействием с металлическим магнием, представляют собой нуклеофильные реагенты. Поэтому для синтеза из них карбоновых кислот используют реакцию карбоксилирования с помощью электрофильного диоксида углерода.




Для получения этим методом бензойной кислоты в качестве исходного галогенопроизводного необходимо взять, например, бромбензол, который реакцией с магнием, последующим взаимодействием фенилмагнийбромида с диоксидом углерода и заключительным гидролизом магниевой соли превращают в бензойную кислоту.

1.3. Гидролиз производных карбоновых кислот

Подобно нитрилам и солям, о гидролизе которых речь уже шла, и другие производные карбоновых кислот гидролизуются до карбоновых кислот. Реакции могут катализироваться как кислотами, так и щелочами. Например, при гидролизе метилового эфира пропановой кислоты, катализируемом сильной минеральной кислотой, образуется пропановая кислота и метанол.




При нагревании ацетанилида (фениламида уксусной кислоты) с водным раствором едкого натра получается ацетат натрия и анилин.



Гидролиз молекулы ангидрида бензойной кислоты приводит к образованию двух молекул бензойной кислоты.




Подробнее о катализе и механизме гидролиза речь будет идти в разделах, посвященных производным карбоновых кислот