Карбон қышқылдары. Карбон қышқылдарының күрделі эфирлері. Карбон қышқылдарының амидтері. Ароматты қатардағы карбон қышқылдары. Дикарбон қышқылдары

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Карбоксил тобы бар қосылыстар- СООН , карбон қышқылдары деп аталады

Карбон қышқылдарының әртүрлі фрагменттері үшін келесі атаулар қабылданады (ағылшын тілінен. "асіd" - қышқыл) :

Номенклатура

ИЮПАК номенклатурасына сәйкес алифатты қатардағы карбон қышқылының атауын құрастыру кезінде негіз ретінде карбоксил тобын қамтитын ең ұзын көміртегі тізбегі алынады. Негізгі тізбектегі көміртек атомдарының саны бойынша көмірсутектің атауына -қышқылы жұрнағы қосылады:

Көптеген танымал карбон қышқылдары үшін тривиалды атаулар жиі қолданылады. Атап айтқанда, олар алмастырғыштардың орнын α, β, γ және т. б. әріптерімен белгілейтін алмастырылған карбон қышқылдары үшін қолданылады.

Бензол және нафталин қатарларының алмастырылған хош иісті карбон қышқылдары бензой және нафталин қышқылдарының туындылары деп аталады.

Алу тәсілдері

Көмірсутектердің, спирттердің, альдегидтер мен кетондардың тотығуы. Бұл реакциялар карбон қышқылдарын алу кезінде және ең алдымен өнеркәсіптік тәжірибеде жиі кездеседі.

Көмірсутекті спирттерге, альдегидтерге және кетондарға жататын органикалық қосылыстардың тотығуы бұрын егжей-тегжейлі талқыланған. Төменде осы реакциялардың мысалдары келтірілген.

Метилкетондардың тотығуы

Метилкетондар гипогалогениттермен тотығады; бұл схема галоформалық реакция ретінде белгілі

Күрделі эфирлердің гидролизі

Бұл реакция қызған кезде сұйылтылған сілтілерде тегіс жүреді.

Тригалогенметил туындылары гидролизі

Карбон қышқылдарын алу үшін тригалогенметил туындыларының гидролизі аз қолданылады. Бұл жағдайда нитрилдер мен эфирлердің гидролизі сияқты жағдайлар қолданылады.

Органометалл реагенттерін карбоксилдеу

Органометалл реагенттерінің карбоксилденуі карбон қышқылдарын өндірудің әмбебап әдістерінің бірі болып табылады

Физикалық қасиеттері

Құмырсқа мен сірке қышқылының тітіркендіргіш иісі бар. Май, валериан және нейлон қышқылдарының жағымсыз иісі бар. Жоғары майлы және хош иісті қышқылдар иіссіз, өйткені олар төмен құбылмалылыққа ие.

Карбон қышқылдарының қайнау температурасы бірдей, молекулалық салмағы спирттерге қарағанда жоғары.

Реакциялар

Карбон қышқылдарының қышқылдық-негіздік қасиеттері

Карбон қышқылының қышқыл диссоциациясы кезінде RСОО ^- ионының карбоксилаты түзіледі. Электрондық құрылым тұрғысынан ол екі энергетикалық эквивалентті құрылымның резонанстық буданы ретінде ұсынылған.

Карбоксилат ионының резонанстық тұрақтануы карбон қышқылдарының орташа күшті қышқылдар болуының себебі болып табылады. Атап айтқанда, карбон қышқылдары спирттерге қарағанда әлдеқайда күшті қышқылдар.

Хош иісті қышқылдардың қышқылдығы

Бензой қышқылы-бұл қышқылға қарағанда әлсіз қышқыл, бірақ сірке қышқылына қарағанда күшті. Бензой қышқылының рКа мәні 4, 21-ге тең.

Осы мәліметтерге сәйкес, металл тобымен салыстырғанда фенил тобы электронды акцептор болып табылады және карбоксилат ионын біршама тұрақтандырады.

Аниондағы теріс зарядтың делокализациясына ықпал ететін хош иісті ядроның мета - және пара -позицияларындағы Электрон-акцепторлы алмастырғыштар қышқылдықты арттырады. Парапозитивтегі электронодонорлы алмастырғыштар керісінше әсер етеді.

Карбон қышқылдарының негізділігі

Карбон қышқылының негізі оның протонды қосу қабілетімен анықталады. Карбон қышқылдарының негізділігін альдегидтер мен кетондардың негізімен салыстыруға болады және қатты қышқыл ортада (рН< 3) көрінеді. Олардың конъюгативті қышқылдарының рКа мәні -6, 0 -7, 0 аралығында болады. Протондау кезінде протон карбон қышқылының протондалған молекуласын қалыптастыру үшін карбонилді оттегіне қосылады.

Карбоксил тобының протонизациясы нәтижесінде осы топтың көміртегі атомының электрофильділігі және оның нуклеофильді реактивтермен реакция жасау қабілеті артады.

Карбоксилат иондарының реакциясы

Натрий гидроксидінің сулы ерітіндісінің әсерінен сандық иондалуы мүмкін емес спирттерден айырмашылығы:

карбон қышқылдары көрсетілген жағдайларда 100% иондалады

Нуклеофильді алмастыру

Төмен негізді және төмен нуклеофильділікке ие карбон қышқылдарынан айырмашылығы, карбоксилат иондары күшті нуклеофилдер болып табылады. Бұл оларға локализацияланған теріс зарядқа байланысты. Атап айтқанда, мұндай иондар алкил галогенидтерімен S _n ² нуклеофильді алмастыру реакцияларына түседі.

Этерификация реакциясы

Карбон қышқылының спиртпен күшті қышқылдармен катализденетін реакциясы (H ₂ S0 ₄ , p-толуолсульфоқышқыл және басқалары) этерификация реакциясы ретінде белгілі ( Фишер-Шпайер реакциясы, 1895) .

Этерификация реакциясы қайтымды. Катализатор ең аз мөлшерде қабылданады (-1%) . Реакция кезінде эфирдің шығуын арттыру үшін эфир (немесе су) шығарылады немесе алкогольдің көп мөлшері қолданылады.

Этерификация реакциясының келесі механизмі бар.

1 кезең -гидроксоний ионының түзілуі:

2 кезең -алкоголь молекуласының карбонилді көміртек атомына нуклеофильді қосылуы:

3 кезең -қалыптасқан аддукты изомерлеу (депротондау протондау) :

4 кезең- су молекуласының элимирленуі:

5 кезең- реакция өнімінің депротонизациясы:

Алкоголь молекуласының карбонил тобының көміртегі атомына нуклеофильді қосылуы гидроксил тобындағы ¹⁸ 0 изотопы бар спирттермен тәжірибе арқылы расталды. Мысалы, бензой қышқылының ¹⁸ 0 метанолмен реакциясының өнімдерін талдауға сәйкес, белгіленген оттегі күрделі эфирде болды.

Аммиак реакциясы

Бөлме температурасында карбон қышқылы аммиакпен аммоний тұзын түзеді, ол қызған кезде карбон қышқылының амидіне айналады. Бұл реакция өнеркәсіпте жоғары қайнаған карбон қышқылдарының амидтерін алу үшін жиі қолданылады.

Реакция келесі схема бойынша жүреді .

1 кезең- аммиак молекуласының карбон қышқылының аммоний тұзынан қайтымды бөлінуі:

2 кезең -карбон қышқылының карбонил тобына аммиак молекуласының нуклеофильді қосылуы:

3 кезең -Протонның молекулааралық ауысуы:

4 кезең- амид түзе отырып, аддуктан су молекуласының бөлінуі:

Күрделі эфирлер

Эфир атауында алдымен оттегімен байланысқан алкил тобы, содан кейін қышқыл, қышқыл атауындағы суффиксті - оат суффиксімен алмастырады.

Алу тәсілдері

а) қышқыл катализаторлардың қатысуымен карбон қышқылдарын спирттермен (негізінен бастапқы) этерификациялау.

б) карбон қышқылдарының хлорангидридтерімен спирттер мен фенолдарды ацилдеу. Көбінесе бұл реакция шығарылған HCl бейтараптандыру үшін негіздердің қатысуымен жүзеге асырылады.

Реакциялары

Хош иісті ацилгалогенидтер алифатикалыққа қарағанда баяу әрекет етеді. Шоттен-Бауман әдісі бойынша хлорангидридтермен ацилдеу реакциялары сілтілердің cулы ерітінділерінде жүргізіледі.

Төменде этилацетат гидролизінің мысалында карбон қышқылы эфирінің қышқыл-катализделген гидролизінің диаграммасы келтірілген.

1 кезең -эфирдегі карбонилді оттегі атомының протонизациясы:

2 кезең- тетраэдрлік аддуктың протондалған формасын түзе отырып, протондалған эфир молекуласына судың нуклеофильді қосылуы:

3 кезең- депротондау-протондау:

4 кезең- протондалған карбон қышқылы мен алкоголь молекуласын түзе отырып, протондалған интермедиаттың диссоциациясы:

5 кезең- карбон қышқылының бейтарап формасының пайда болуы:

Переэтерификация

Катализатордың (қышқыл немесе негіз) қатысуымен тиісті алкогольдің әсерінен бір эфирдің екіншісіне айналуы переэтерификация деп аталады.

Амидтер

Амид атауын құрастырған кезде қышқыл атауындағы жұрнақ- амид жұрнағымен ауыстырылады.

Амидтердің аттарын құрастыру ережелері келесі мысалдармен суреттелген:

Алу тәсілдері

Амидтер- нуклеофильді агенттерге қатысты карбон қышқылдарының ең аз реактивті туындылары. Сондықтан амид алу үшін карбон қышқылының кез-келген туындысының аммиакпен немесе тиісті аминмен реакциясы қолайлы.

Амидтер бірнеше жолмен алынады:

а) ацилгалогенидтерден аммиакты, бастапқы және қайталама аминдерді ацилдеу арқылы;

б) ангидридтерден аммиакпен және аминдермен өзара әрекеттесу арқылы әдетте әртүрлі ацетамидтер алынады;

в) күрделі эфирлерден аммиакпен және аминдермен өзара әрекеттесу арқылы;

г) карбон қышқылдарынан аммиакпен және аминдермен өзара әрекеттесу арқылы;

д) нитрилдердің гидролизі - реакция қышқылдардың да, негіздердің де қатысуымен тегіс жүреді.

Сілтілі ортадағы реакцияны тездету үшін кейде сутегі асқын тотығы қолданылады.

Химиялық қасиеттері

Гоффманның гипогалогениттік реакциясы . Амидтердің галоген сілтілі ерітінділерімен реакциясы (йод, бром немесе хлор) Гоффман реакциясы деп аталады (1881) . Гоффманның қайта құрылуы деп аталатын бұл реакция амидтің көміртегі тізбегін бір көміртек атомына қысқарта отырып, Аминнің пайда болуына әкеледі. Реакция майлы және хош иісті қышқылдардың амидтерімен тегіс жүреді.

Хоффман бойынша амидтердің бөліну механизмі келесі кезеңдерді қамтиды.

1 кезең -N-негізбен катализденетін амидті бромдау:

2 кезең -ионизация N-бромамид негізінің әрекетімен:

3 кезең -изоцианат түзе отырып, молекулааралық қайта топтастыру:

4 кезең -Аминнің түзілуімен изоцианат гидролизі:

Дикарбон қышқылы

IUPAC номенклатурасына сәйкес алифатты дикарбон қышқылдарының атаулары сәйкес көмірсутектің атауына ди қышқылы жұрнағын қосу арқылы түзіледі. Қарапайым қышқылдар үшін тривиалды атаулар қолданылады (төменде мысалдарда бұл атаулар жақшада көрсетілген) .

Бензол қатарындағы хош иісті дикарбон қышқылдары фтал қышқылдары деп аталады.

Алу тәсілдері

Дикарбон қышқылдарын алу үшін кейбір жағдайларда карбоксил тобын енгізудің әдеттегі әдістері қолданылады. Төменде бірқатар дикарбон қышқылдарының синтезі мысалдары келтірілген.

Оксал қышқылы натрий формиатын қыздыру арқылы алынады.

Сукцин және глутар қышқылдарын тиісті динитрилдер арқылы алуға болады.

Сукцин қышқылы келесі схема бойынша да қол жетімді:

Реакциялар

OН-қышқылдық

Дикарбон қышқылдары қышқыл диссоциациясының екі тұрақтысымен сипатталады - К _аІ және K _аІІ .

Бірінші карбоксил тобының иондалуы екінші ионизацияға қарағанда оңай. Бұл әсіресе оксал және малон қышқылдары үшін байқалады және иондалмаған карбоксил тобы иондалған карбоксил тобына электронды акцепторлы индуктивті әсер етеді және осылайша пайда болған карбоксилат ионын тұрақтандырады.