Жиры. Физические свойства. Химические свойства. Применение

Сделать конспект. Выполнить задания в тетради по теме Карбоновые кислоты. Сдать до понедельника 15.00

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ . ЖИРЫ

План

1. Карбоновые кислоты. Получение. Физические свойства. Химические свойства. Применение

2. Жиры. Физические свойства. Химические свойства.

Карбоновыми кислотами называются производные углеводородов, в молекуле которых содержится одна или несколько карбоксильных групп –COOH.

Общая формула карбоновых кислот:

В зависимости от природы радикала, связанного с карбоксильной группой, кислоты подразделяются на предельные, непредельные и ароматические.

Число карбоксильных групп определяет основность кислот.

Общая формула предельных одноосновных кислот: С_nH_2n+1COOH (или С_nH_2nO₂).

Номенклатура. Распространены тривиальные названия. По правилам IUPAC к названию углеводорода добавляют "-овая кислота".

Изомерия.

1. Для алифатических кислот - изомеризация углеводородного радикала.

2. Для ароматических - изомерия положения заместителя при бензольном кольце.

3. Межклассовая изомерия со сложными эфирами (например, CH₃COOH и HCOOCH₃).

Таблица 1. Основные карбоновые кислоты (номенклатура, физические свойства

Название

Формула

кислоты

tпл.
°C

tкип.
°C

r
г/см³

Раство-
римость
(г/100мл
H₂O;25°C)

(при 25°С)

кислоты

её соли

(эфиры)

муравьиная

метановая

формиат

HCOOH

8,3

100,5

1,22

1,77^.10^-4

уксусная

этановая

ацетат

CH₃COOH

16,8

118

1,05

1,7^.10^-5

пропионовая

пропановая

пропионат

CH₃CH₂COOH

-21

141

0,99

1,64^.10^-5

масляная

бутановая

бутират

CH₃(CH₂)₂COOH

-6

164

0,96

1,54^.10^-5

валериановая

пентановая

валерат

CH₃(CH₂)₃COOH

-34

187

0,94

4,97

1,52^.10^-5

капроновая

гексановая

гексанат

CH₃(CH₂)₄COOH

-3

205

0,93

1,08

1,43^.10^-5

каприловая

октановая

октаноат

CH₃(CH₂)₆COOH

239

0,91

0,07

1,28^.10^-5

каприновая

декановая

деканоат

CH₃(CH₂)₈COOH

269

0,89

0,015

1,43^.10^-5

акриловая

пропеновая

акрилат

CH₂=CH–COOH

1,05

бензойная

бензоат

C₆H₅COOH

122

250

1,27

0,34

1,43^.10^-5

пальмитиновая

гексадекановая

пальмитат

CH₃(CH₂)₁₄COOH

219

(17мм)

0,0007

3,46^.10^-7

стеариновая

октадекановая

стеарат

CH₃(CH₂)₁₆COOH

383

0,0003

Получение

1. Окисление первичных спиртов и альдегидов (кислородом на катализаторе; KMnO₄; K₂Cr₂O₇):

R-

-CH₂OH

–^[O]® R–

– C

–^[O]® R-

-C

первичный

спирт

альдегид

кислота

2. Промышленный синтез муравьиной кислоты:

a) каталитическое окисление метана

2CH₄ + 3O₂ ––^t^°® 2H–COOH + 2H₂O

b) нагреванием оксида углерода (II) c гидроксидом натрия

CO + NaOH ––^p;200^°^C® H–COONa ––^H²^SO⁴® H–COOH

3. Промышленный синтез уксусной кислоты:

a) каталитическое окисление бутана

2CH₃–CH₂–CH₂–CH₃ + 5O₂ ––^t^°® 4CH₃COOH + 2H₂O

b) нагреванием смеси оксида углерода (II) и метанола на катализаторе под давлением

CH₃OH + CO ® CH₃COOH

4. Ароматические кислоты синтезируют окислением гомологов бензола:

5 + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ ––^t^°® 5 + K₂SO₄ + 6MnSO₄ + 14H₂O

5. Гидролиз функциональных производных (сложных эфиров, ангидридов, галогенангидридов, амидов).

Химические свойства

1. Из-за смещения электронной плотности от гидроксильной группы O–H к сильно поляризованной карбонильной группе C=O молекулы карбоновых кислот способны к электролитической диссоциации:

R–COOH « R–COO^- + H⁺

Сила карбоновых кислот в водном растворе невелика.

2. Карбоновые кислоты обладают свойствами, характерными для минеральных кислот. Они реагируют с активными металлами, основными оксидами, основаниями, солями слабых кислот.

2СH₃COOH + Mg ® (CH₃COO)₂Mg + H₂

2СH₃COOH + СaO ® (CH₃COO)₂Ca + H₂O

H–COOH + NaOH ® H–COONa + H₂O

2СH₃CH₂COOH + Na₂CO₃ ® 2CH₃CH₂COONa + H₂O + CO₂

СH₃CH₂COOH + NaHCO₃ ® CH₃CH₂COONa + H₂O + CO₂

Карбоновые кислоты слабее многих сильных минеральных кислот (HCl, H₂SO₄ и т.д.) и поэтому вытесняются ими из солей:

СH₃COONa + H₂SO₄(конц.) ––^t^°® CH₃COOH + NaHSO₄

3. Образование функциональных производных:

a) при взаимодействии со спиртами (в присутствии концентрированной H₂SO₄) образуются сложные эфиры. Образование сложных эфиров при взаимодействии кислоты и спирта в присутствии минеральных кислот называется реакцией этерификации (ester с латинского "эфир").

Данную реакцию рассмотрим на примере образования метилового эфира уксусной кислоты из уксусной кислоты и метилового спирта:

CH₃– –OH(уксусная кислота) + HO–CH₃(метиловый спирт) ®

® CH₃– –OCH₃(метиловый эфир уксусной кислоты) + H₂O

Общая формула сложных эфиров R– –OR’ где R и R' – углеводородные радикалы: в сложных эфирах муравьиной кислоты – формиатах –R=H.

Обратной реакцией является гидролиз (омыление) сложного эфира:

CH₃– –OCH₃ + HO–H ® CH₃– –OH + CH₃OH

Как видно, процесс этерификации обратимый:

CH₃– –OH + HO–CH₃ « CH₃– –OCH₃ + H₂O

поэтому при наступлении химического равновесия в реакционной смеси будут находиться как исходные, так и конечные вещества.

Катализатор (ионы водорода) – одинаково ускоряют прямую и обратную реакции, то есть достижение равновесия. Чтобы сдвинуть равновесие в сторону образования эфира, следует брать в избытке исходные кислоту или спирт, или удалять один из продуктов реакции из сферы взаимодействия – например, отгоняя эфир или связывая воду водоотнимающими средствами.

Методом "меченых атомов" с помощью тяжёлого изотопа кислорода показано, что вода при этерификации образуется за счёт атома водорода спирта и гидроксила кислоты:

	O II			O II
R–	C-	-¹⁸OH + H -	-O–R’ ––^H⁺® R–	C	–O–H + H₂¹⁸O

Учитывая этот факт, предложен следующий механизм реакции этерификации.
Кислород карбонильной группы кислоты захватывает протон, образуя оксониевый катион (I), который находится в равновесии с карбкатионом (II).
Молекула спирта атакует далее карбкатион (II), присоединяется к нему за счёт неподелённой пары электронов кислородного атома и образует оксониевый катион (III), который находится в равновесии с оксониевым катионом (IV).
От катиона (IV) отщепляется молекула воды, в результате чего образуется карбкатион (V), который находится в равновесии с оксониевым катионом (VI).
Оксониевый катион (VI) выбрасывает протон, являющийся катализатором реакции, приводя к молекуле конечного продукта – сложному эфиру.

b) при воздействии водоотнимающих реагентов в результате межмолекулярной дегидратации образуются ангидриды

CH₃– –OH + H–O– –CH₃ ––^(P²^O⁵⁾® CH₃– –O– –CH₃ + H₂O

c) при обработке карбоновых кислот пятихлористым фосфором получают хлорангидриды

CH₃– –OH + PCl₅ ® CH₃– –Cl + POCl₃ + HCl

Гидролиз всех функциональных производных карбоновых кислот (ангидридов, хлорангидридов, сложных эфиров и др.) приводит в кислой среде к исходным карбоновым кислотам, а в щелочной среде – к их солям.

4. Галогенирование. При действии галогенов (в присутствии красного фосфора) образуются a-галогензамещённые кислоты:

CH₃–CH₂–COOH ––^Br²^;(^P⁾® CH₃– CH–COOH (a-бромпропионовая кислота(2-бромпропановая кислота))

I
Br + HBr

a- Галогензамещённые кислоты – более сильные кислоты, чем карбоновые, за счёт -I эффекта атома галогена.

Применение

Муравьиная кислота – в медицине, в пчеловодстве, в органическом синтезе, при получении растворителей и консервантов; в качестве сильного восстановителя.

Уксусная кислота – в пищевой и химической промышленности (производство ацетилцеллюлозы, из которой получают ацетатное волокно, органическое стекло, киноплёнку; для синтеза красителей, медикаментов и сложных эфиров).

Масляная кислота – для получения ароматизирующих добавок, пластификаторов и флотореагентов.

Щавелевая кислота – в металлургической промышленности (удаление окалины).

Стеариновая C₁₇H₃₅COOH и пальмитиновая кислота C₁₅H₃₁COOH – в качестве поверхностно-активных веществ, смазочных материалов в металлообработке.

Олеиновая кислота C₁₇H₃₃COOH – флотореагент и собиратель при обогащении руд цветных металлов.

Жиры. Физические свойства. Химические свойства. Применение

Главной составной частью растительных и животных жиров являются сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот (предельных – C₁₅H₃₁COOH пальмитиновой, C₁₇H₃₅COOH – стеариновой; непредельных C₁₇H₃₃COOH – олеиновой; C₁₇H₃₁COOH – линолевой; C₁₇H₂₉COOH – линоленовой).

	O II
CH₂–O–	C–R
\| \|	O II
CH–O–	C–R’
\| \|	O II
CH₂–O–	C–R’’

Физические свойства

Жиры, образованные предельными кислотами – твёрдые вещества, а непредельными – жидкие. Все жиры очень плохо растворимы в воде.

Первый синтез жира осуществил Бертло (1854 г.) при нагревании глицерина и стеариновой кислоты:

		O II			O II
CH₂–O	H HO–	C–C₁₇H₃₅		CH₂–O–	C–C₁₇H₃₅
\| \|		O II		\| \|	O II
CH–O	H + HO–	C–C₁₇H₃₅	–®	CH–O–	C–C₁₇H₃₅ + 3H₂O
\| \|		O II		\| \|	O II
CH₂–O	H HO–	C–C₁₇H₃₅		CH₂–O–	C–C₁₇H₃₅
					тристеарин

Химические свойства

1. Гидролиз (омыление) в кислой или в щелочной среде, или под действием ферментов:

В щелочной среде образуются мыла – соли высших жирных кислот (натриевые – твёрдые, калиевые – жидкие).

Все загрязнения гидрофобны, вода их плохо смачивает, поэтому стирать в чистой воде малоэффективно. Молекула кислотного остатка состоит из двух частей: радикала R, который выталкивается водой, и группы –COO^-, которая полярна, гидрофильна и легко прилипает к частицам загрязнения. В мыльном растворе вода, выталкивая из своей среды углеводородные радикалы удаляет вместе с ними и группу –СОО^-, которая адсорбирована на поверхности загрязняющей частицы, и тем самым загрязнение удаляется вместе с кислотным остатком.

Обычное мыло плохо стирает в жёсткой воде и совсем не стирает в морской воде, так как содержащие в ней ионы кальция и магния дают с высшими кислотами нерастворимые в воде соли:

2RCOO^- + Ca ® (RCOO)₂Ca¯

В современных моющих средствах часто используют натриевые соли высших алкилсульфокислот, которые не связываются ионами Ca в нерастворимые соли.

2. Гидрирование (гидрогенизация) – процесс присоединения водорода к остаткам непредельных кислот, входящих в состав жира. При этом остатки непредельных кислот переходят в остатки предельных, и жидкие растительные жиры превращаются в твёрдые (маргарин).

3. Количественной характеристикой степени ненасыщенности жиров служит йодное число, показывающее сколько г йода может присоединиться по двойным связям к 100 г жира.

При контакте с воздухом происходит прогоркание жиров, в основе которого лежит окисление по двойным связям (образуются альдегиды и кислоты с короткой цепью) и гидролиз под действием микроорганизмов.

ТЕМА: Карбоновые кислоты

1. Назовите по международной систематической номенклатуре соединения:

а) СН₃–СН₂–СООН;

б) СН₃–СН₂–СН₂–СН₂–СООН;

в) СН₃–СН₂–СН(СН)–СООН;

г) СН₃–СН₂–СН(СН₃)–СН(СН₃)– –СООН.

2. Приведите тривиальные названия первых двух кислот.

3. Напишите формулы кислот: а) 2-метилгексановой; б) 5-метилгексановой; в) 2,3-диметилпентановой; г) 3,3-диметил-пентановой.

4. Выведите формулы всех изомерных карболовых кислот состава C₅Н₁₀О₂. Назовите их по международной систематической и рациональной номенклатуре. Каково общее тривиальное название этих кислот?

Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 59; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!