Влияние заместителей на величину рКа карбоновых кислот

Карбоновые кислоты

Цель: изучить строение, способы получения, свойства карбоновых кислот План лекции

1. Строение карбоновых кислот

2. Способы получения

3. Химические свойства карбоновых кислот

Карбоновыми кислотами называются органические соединения, содержащие одну или несколько карбоксильных групп –СООН, связанных с углеводородным радикалом.

По числу карбоксильных групп кислоты подразделяются на:

одноосновные (монокарбоновые) СН₃СООН (уксусная),

многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т.д.) НООССН₂СООН(малоновая).

По характеру углеводородного радикала различают кислоты:

предельные (например, CH₃CH₂CH₂COOH бутановая);

непредельные (CH₂=CH-COOH пропеновая);

ароматические (C₆H₅COOH бензольная).

Систематические названия кислот даются по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса - овая и слова кислота:

HCOOH - метановая (муравьиная) кислота,

CH₃COOH – этановая (уксусная) кислота.

Для карбоновых кислот характерная структурная изомерия:

а) изомерия скелета в углеводородном радикале (начиная с C₄);

б) межклассовая изомерия, начиная с C₂.

Возможна цис-транс изомерия в случае непредельных карбоновых кислот.

Электронная плотность p-связи в карбонильной группе смещена в сторону атома кислорода. Вследствие этого у карбонильного углерода создаётся недостаток электронной плотности, и он притягивает к себе неподелённые пары атома кислорода гидроксильной группы, в результате чего электронная плотность связи О-Н смещается в сторону атома кислорода, водород становится подвижным и приобретает способность отщепляться в виде протона.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:

Растворимость в воде и высокие температуры кипения кислот обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей. С увеличением молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается.

Способы получения

1. CH₃-CCl₃ + 3NaOH ® СH₃-COOH + 3NaCl + H₂O (гидролиз тригалогенопроизводных)

2. R-CHO +[O] ® R-COOH (окисление альдегидов и кетонов)

4. СH₃-CH=CH₂ + CO + H₂O/ H⁺ ® CH₃-CH₂-CH₂-COOH (Ni, p, t) (оксосинтез)

5. CH₃CºN + 2H₂O/ H⁺ ® CH₃COOH + NH₄⁺ (гидролиз нитрилов)

6. СO + NaOH ® HCOONa; 2HCOONa + H₂SO₄ ® 2HCOOH + Na₂SO₄(получение НСООН)

7. 2CH₃CH₂CH₂CH₃ + 5O₂ ® 4CH₃COOH + 2H₂O (получение уксусной кислоты)

Химические свойства

Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность и вступают в реакции с различными веществами и образуют разнообразные соединения, среди которых большое значение имеют функциональные производные: сложные эфиры, амиды, нитрилы, соли, ангидриды, галогенангидриды.

Влияние заместителей на величину рКа карбоновых кислот

1. Донорные группы увеличивают прочность связи кислород-водород или дестабилизируют карбоксилат- анион, это приводит к увеличению силы кислот (значение рКа увеличивается).

рКа 3,75 4,76 4,86

2. Акцепторные группы уменьшают электронную плотность связи кислород-водород или стабилизируют карбоксилат- анион, это приводит к уменьшению силы кислот (значение рКа уменьшается).