CARBOXYLSYRER

Carboxylsyrer er carbonhydridderivater, der indeholder en eller flere carboxylgrupper.

Antallet af carboxylgrupper karakteriserer syrens basicitet.

Afhængigt af antallet af carboxylgrupper opdeles carboxylsyrer i monobasiske carboxylsyrer (indeholder en carboxylgruppe), dibasiske (indeholder to carboxylgrupper) og polybasiske syrer.

Afhængigt af typen af ​​radikal, der er forbundet med carboxylgruppen, opdeles carboxylsyrer i mættede, umættede og aromatiske. Mættede og umættede syrer kombineres under almindeligt navn alifatiske eller fedtsyrer.

Monobasiske carboxylsyrer

1.1 Homolog serie og nomenklatur

Den homologe serie af monobasiske mættede carboxylsyrer (nogle gange kaldet fedtsyrer) begynder med myresyre

Formel homolog serie

IUPAC-nomenklaturen tillader mange syrer at beholde deres trivielle navne, hvilket normalt indikerer naturligt forår, hvorfra en eller anden syre blev isoleret, for eksempel myresyre, eddikesyre, smørsyre, baldriansyre osv.

For mere komplekse sager navnene på syrer er afledt af navnene på kulbrinter med samme nummer kulstof atomer, som i syremolekylet, med tilføjelse af slutningen -ny og ord syre. Myresyre H-COOH kaldes methansyre, eddikesyre CH 3 -COOH kaldes ethansyre osv.

Således betragtes syrer som derivater af kulbrinter, hvoraf en enhed omdannes til carboxyl:

Ved sammenstilling af navne på forgrenede syrer i henhold til rationel nomenklatur, betragtes de som derivater af eddikesyre, i hvis molekyle hydrogenatomer substitueret med radikaler, for eksempel trimethyleddikesyre (CH 3) 3 C – COOH.

1.2 Fysiske egenskaber af carboxylsyrer

Kun fra et rent formelt synspunkt kan carboxylgruppen betragtes som en kombination af carbonyl- og hydroxylfunktioner. Faktisk er deres gensidige indflydelse på hinanden sådan, at det fuldstændig ændrer deres egenskaber.

Polariseringen af ​​C=0-dobbeltbindingen, sædvanlig for carbonyl, øges meget på grund af den yderligere sammentrækning af et frit elektronpar fra det tilstødende oxygenatom i hydroxylgruppen:

Konsekvensen af ​​dette er en væsentlig svækkelse O-N forbindelser i hydroxyl og letheden ved at udtage et hydrogenatom fra det i form af en proton (H +). Forekomsten af ​​en reduceret elektrondensitet (δ+) på det centrale carbonatom i carboxylen fører også til sammentrækningen af ​​σ-elektronerne i den tilstødende S-S forbindelser

til carboxylgruppen og forekomsten (som i aldehyder og ketoner) af reduceret elektrondensitet (δ+) på syrens α-carbonatom.

Alle carboxylsyrer er sure (påvist af indikatorer) og danner salte med hydroxider, oxider og carbonater af metaller og med aktive metaller:

Carboxylsyrer i de fleste tilfælde i en vandig opløsning dissocieres kun i ringe grad og er svage syrer, væsentligt ringere end sådanne syrer som saltsyre, salpetersyre og svovlsyre. Når en mol opløses i 16 liter vand, er myresyrens dissociationsgrad 0,06, eddikesyre er 0,0167, mens saltsyre med en sådan fortynding er næsten fuldstændig dissocieret. Til de fleste monobasiske carboxylsyrer rK EN

= 4,8 har kun myresyre en lavere pKa-værdi (ca. 3,7), hvilket forklares ved fraværet af alkylgruppernes elektrondonerende effekt.

I vandfri mineralsyrer protoneres carboxylsyrer ved oxygen til dannelse af carbocations:

Skiftet i elektrontæthed i molekylet af en udissocieret carboxylsyre, som blev nævnt ovenfor, sænker elektrondensiteten på hydroxyloxygenatomet og øger den på carbonyloxygenatomet. Denne forskydning øges yderligere i syreanionen:

Resultatet af skiftet er fuldstændig udligning af ladninger i anionen, som faktisk eksisterer i form A - carboxylatanionresonans.

De første fire repræsentanter for serien af ​​carboxylsyrer er mobile væsker, blandbare med vand i alle henseender. Syrer, hvis molekyle indeholder fra fem til ni kulstofatomer (såvel som isosmørsyre), er olieagtige væsker, deres opløselighed i vand er lav. Højere syrer (fra C 10) - faste stoffer

, er praktisk talt uopløselige i vand, når de destilleres under normale forhold, nedbrydes de.

Myresyre, eddikesyre og propionsyre har en skarp lugt; De midterste medlemmer af serien har en ubehagelig lugt, de højere syrer har ingen lugt. På carboxylsyrer påvirkes af en betydelig grad af association på grund af dannelsen af ​​hydrogenbindinger. Syrer danner stærke hydrogenbindinger, fordi O-H-bindingerne i dem er stærkt polariserede. Derudover er carboxylsyrer i stand til at dannes hydrogenbindinger

med deltagelse af oxygenatomet i carbonyldipolen, som har betydelig elektronegativitet. Faktisk eksisterer carboxylsyrer i faste og flydende tilstande hovedsageligt i form af cykliske dimerer:

Sådanne dimere strukturer bibeholdes til en vis grad selv i gasform og i fortyndede opløsninger i upolære opløsningsmidler.

Kemiske egenskaber

Syrer er karakteriseret ved tre typer reaktioner: substitution af hydrogenionen af ​​carboxylgruppen (dannelse af salte); med deltagelse af en hydroxylgruppe (dannelse af estere, syrehalogenider, syreanhydrider); substitution af brint i radikalet. Dannelse af salte.

Carboxylsyrer danner let salte, når de interagerer med metaller, deres oxider, med alkalier eller baser under påvirkning af ammoniak eller aminer: Salte af carboxylsyrer er meget udbredt i national økonomi

. De bruges som katalysatorer, stabilisatorer til polymermaterialer, til fremstilling af maling osv. Dannelse af estere.

Syrealkoholer giver estere: Dannelse af syrehalogenider.

Når phosphorhalogenider eller SOC1 2 virker på syrer, opnås syrehalogenider:

Syrehalogenider er meget reaktive stoffer, der bruges i en række forskellige synteser. Dannelse af syreanhydrider.

Hvis et molekyle vand fjernes fra to molekyler af carboxylsyrer (i nærværelse af vand-fjernende stoffer P 2 O 5 osv.), dannes et carboxylsyreanhydrid:

Syreanhydrider, ligesom syrehalogenider, er meget reaktive; de nedbrydes af forskellige forbindelser med aktivt brint og danner syrederivater og fri syre: Halogenering af carboxylsyrer. Hydrogenatomer af kulbrinteradikaler i syrer reaktivitet

ligner brintatomerne i alkaner. Monobasiske carboxylsyrer er normalt resistente over for oxidationsmidler. Kun myresyre (til CO 2 og H 2 O) og syrer med et tertiært carbonatom i α-stillingen oxideres let. Når sidstnævnte oxideres, opnås α-hydroxysyrer:

I dyreorganismer er monobasiske carboxylsyrer også i stand til at oxidere, og oxygenatomet er altid rettet mod β-positionen.

For eksempel, i kroppen af ​​diabetespatienter omdannes smørsyre til β-hydroxysmørsyre: Ketondannelse

Tør destillation af calcium- og bariumsalte af carboxylsyrer (undtagen myresyre) fører til dannelse af ketoner. Så når man destillerer calciumacetat opnået fra CaCO 3 og CH 3 COOH, dannes dimethylketon, når man destillerer calciumpropionsyre - diethylketon:

Dannelse af amider. Når ammoniumsalte af syrer opvarmes, opnås amider: Dannelse af kulbrinter. Ved sammensmeltning af salte

alkalimetaller

carboxylsyrer med alkalier (pyrolyse), kulstofkæden spaltes og decarboxyleres, hvilket resulterer i dannelsen af ​​det tilsvarende kulbrinte fra syrens kulbrinteradikal, for eksempel: - De vigtigste repræsentanter

Myresyre - farveløs væske med en skarp lugt. Det er et stærkt reduktionsmiddel og oxideres til kulsyre. I naturen findes fri myresyre i myrernes sekret, i brændenældesaft og i dyrenes sved. Myresyre bruges i tekstilfarvning som reduktionsmiddel, i lædergarvning, i medicin og i forskellige organiske synteser. %) Eddikesyre

farveløs væske med en skarp lugt. Vandig opløsning (70 - 80

eddikesyre kaldes eddikeessens, og en 3-5% vandig opløsning kaldes bordeddike. Eddikesyre forekommer meget i naturen. Det findes i urin, sved, galde og hud hos dyr og planter. Det dannes under eddikesyregæring af væsker indeholdende alkohol (vin, øl osv.).

Meget brugt i kemisk industri til fremstilling af acetatsilke, farvestoffer, estere, acetone, eddikesyreanhydrid, salte mv. I fødevareindustrien bruges eddikesyre til at konservere fødevarer, nogle estere af eddikesyre bruges i konfektureindustrien. Smørsyre

2. Dibasiske carboxylsyrer

Generel formel for den homologe serie af mættede dibasiske syrer

Eksempler omfatter:

Mættede dibasiske syrer er krystallinske faste stoffer. Ligesom det blev bemærket for monobasiske syrer, smelter mættede dibasiske syrer med et lige antal carbonatomer ved en højere temperatur end nabohomologer med et ulige antal carbonatomer. Opløseligheden i vand af syrer med et ulige antal kulstofatomer er væsentligt højere end opløseligheden af ​​syrer med et lige antal kulstofatomer, og med stigende kædelængde falder opløseligheden af ​​syrer i vand.

Dibasiske syrer dissocieres sekventielt:

De er stærkere end de tilsvarende monobasiske syrer. Graden af ​​dissociation af dibasiske syrer falder med stigende molekylvægt.

Molekylet af dibasiske syrer indeholder to carboxylgrupper, så de giver to serier af derivater, for eksempel mellem- og syresalte, mellem- og syreestere:

Når oxalsyre og malonsyre opvarmes, spaltes CO 2 let fra:

Dibasiske syrer med fire og fem kulstofatomer i molekylet, dvs. ravsyre og glutarsyre, fjerner, når de opvarmes, vandelementer og giver interne cykliske anhydrider:

3. Umættede carboxylsyrer

Sammensætningen af ​​umættede monobasiske syrer med én dobbeltbinding kan udtrykkes med den almene formel C n H 2 n -1 COOH. Som med alle bifunktionelle forbindelser er de karakteriseret ved reaktioner af både syrer og olefiner. α.β-umættede syrer er noget stærkere end de tilsvarende fedtsyrer, da dobbeltbindingen placeret ved siden af ​​carboxylgruppen forbedrer dens sure egenskaber.

Akrylsyre. Den enkleste umættede monobasiske syre

Oliesyre, linolsyre og linolensyre.

Oliesyre C 17 H 33 COOH i form af glycerolether er ekstremt almindelig i naturen. Dens struktur er udtrykt ved formlen

Oliesyre er en farveløs olieagtig væske, lettere end vand, og i kulden hærder den til nåleformede krystaller, der smelter ved 14 °C. I luften oxiderer det hurtigt og bliver gult.

Oliesyremolekylet er i stand til at binde to halogenatomer:

I nærvær af katalysatorer, såsom Ni, tilføjer oliesyre to brintatomer og bliver til stearinsyre.

Oliesyre er en cis-isomer (alle naturlige umættede syrer med høj molekylvægt hører som regel til cis-serien).

Linolsyre C 17 H 31 COOH og linolen C 17 H 29 COOH syrer er endnu mere umættede end oliesyre. I form af estere med glycerin - glycerider- de er hovedbestanddelen af ​​hørfrø- og hampolier:

Der er to dobbeltbindinger i linolsyremolekylet. Det kan tilføje fire brint- eller halogenatomer. Linolsyremolekylet har tre dobbeltbindinger, så det tilføjer seks brint- eller halogenatomer. Begge syrer tilsætter brint for at danne stearinsyre.

Sorbinsyre

Den har to dobbeltbindinger konjugeret med hinanden og med carboxylgruppen, som har en trans-konfiguration; er et fremragende konserveringsmiddel til mange fødevarer: dåsegrøntsager, ost, margarine, frugt, fisk og kødprodukter.

Maleinsyre og fumarsyre. Den enkleste af dibasiske syrer, der indeholder en ethylenbinding, er to strukturelle isomerer:

Derudover er to rumlige konfigurationer mulige for den anden af ​​disse syrer:

Fumarsyre findes i mange planter: den er især almindelig i svampe. Maleinsyre findes ikke i naturen.

Begge syrer fremstilles normalt ved at opvarme æblesyre (hydroxyravsyre):

Langsom, skånsom opvarmning producerer hovedsageligt fumarsyre; ved kraftigere opvarmning og destillation af æblesyre opnås maleinsyre.

Både fumarsyre og maleinsyre giver, når de reduceres, den samme ravsyre.

Klassifikation

a) Ved basicitet (dvs. antallet af carboxylgrupper i molekylet):

Monobasisk (monocarbon) RCOOH; For eksempel:

CH3CH2CH2COOH;

NOOS-CH 2 -COOH propandisyre (malonsyre).

Tribasisk (tricarboxylsyre) R(COOH) 3 osv.

b) Ifølge strukturen af ​​kulbrintegruppen:

Alifatisk

begrænse; for eksempel: CH3CH2COOH;

umættet; for eksempel: CH 2 = CHCOOH propensyre (akrylsyre).

Alicykliske, for eksempel:

Aromatisk, for eksempel:

Mættede monocarboxylsyrer

(monobasiske mættede carboxylsyrer) - carboxylsyrer, hvori et mættet kulbrinteradikal er forbundet med én carboxylgruppe -COOH. Det har de alle sammen generel formel CnH2n+1 COOH (n ≥ 0); eller CnH 2n O 2 (n≥1)

Nomenklatur

De systematiske navne på monobasiske mættede carboxylsyrer er givet ved navnet på den tilsvarende alkan med tilføjelse af suffikset - æg og ordet syre.

1. HCOOH methan (myre)syre

2. CH 3 COOH ethansyre (eddikesyre).

3. CH 3 CH 2 COOH propansyre (propionsyre).

Isomerisme

Skeletisomerisme i kulbrinteradikalet manifesterer sig, begyndende med butansyre, som har to isomerer:

Interclass isomerism vises begyndende med eddikesyre:

CH3-COOH eddikesyre;

H-COO-CH3-methylformiat (methylester af myresyre);

HO-CH2-COH hydroxyethanal (hydroxyeddikesyrealdehyd);

HO-CHO-CH2 hydroxyethylenoxid.

Homolog serie

Trivielt navn	IUPAC navn
Myresyre	Methansyre
Eddikesyre	Ethansyre
Propionsyre	Propansyre
Smørsyre	Butansyre
Valerianesyre	Pentansyre
Capronsyre	Hexansyre
Enanthic syre	Heptansyre
Caprylsyre	Octansyre
Pelargonsyre	Nonansyre
Caprinsyre	Dekansyre
Undecylsyre	Undecansyre
Palmitinsyre	Hexadecansyre
Stearinsyre	Octadecansyre

Sure rester og syreradikaler

	Syre-rest	Syregruppe (acyl)
UNDC myre	NSOO- format
CH3COOH eddike	CH 3 COO- acetat
CH 3 CH 2 COOH propionsyre	CH 3 CH 2 COO- propionat
CH3(CH2)2COOH olie	CH 3 (CH 2) 2 COO- butyrat
CH3(CH2)3COOH baldrian	CH 3 (CH 2) 3 COO- valeriat
CH3(CH2)4COOH nylon	CH 3 (CH 2) 4 COO- kapronat

Elektronisk struktur af carboxylsyremolekyler

Skiftet i elektrondensitet mod carbonyloxygenatomet vist i formlen forårsager en stærk polarisering af O-H-bindingen, som et resultat af hvilket udvindingen af ​​et hydrogenatom i form af en proton lettes - i vandige opløsninger syreprocessen dissociation opstår:

RCOOH ↔ RCOO - + H+

I carboxylationen (RCOO -) er der p, π-konjugering af det enlige elektronpar af oxygenatomet i hydroxylgruppen med p-skyer, der danner en π-binding, hvilket resulterer i delokalisering af π-bindingen og en ensartet fordeling af negativ ladning mellem de to oxygenatomer:

I denne henseende er carboxylsyrer, i modsætning til aldehyder, ikke karakteriseret ved additionsreaktioner.

Fysiske egenskaber

Kogepunkterne for syrer er væsentligt højere end kogepunkterne for alkoholer og aldehyder med det samme antal kulstofatomer, hvilket forklares ved dannelsen af ​​cykliske og lineære associater mellem syremolekyler på grund af hydrogenbindinger:

Kemiske egenskaber

I. Syreegenskaber

Styrken af ​​syrer falder i følgende rækkefølge:

HCOOH → CH 3 COOH → C 2 H 6 COOH → ...

1. Neutraliseringsreaktioner

CH 3 COOH + KOH → CH 3 COOC + n 2 O

2. Reaktioner med basiske oxider

2HCOOH + CaO → (HCOO)2 Ca + H2O

3. Reaktioner med metaller

2CH 3 CH 2 COOH + 2Na → 2CH 3 CH 2 COONa + H 2

4. Reaktioner med salte af svagere syrer (herunder carbonater og bicarbonater)

2CH 3 COOH + Na 2 CO 3 → 2CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O

2HCOOH + Mg(HCO 3) 2 → (HCOO) 2 Mg + 2СO 2 + 2H 2 O

(HCOOH + HCO 3 - → HCOO - + CO2 + H2O)

5. Reaktioner med ammoniak

CH 3 COOH + NH 3 → CH 3 COONH 4

II. Substitution af -OH-gruppe

1. Interaktion med alkoholer (esterificeringsreaktioner)

2. Interaktion med NH 3 ved opvarmning (der dannes syreamider)

Syreamider hydrolyseres for at danne syrer:

eller deres salte:

3. Dannelse af syrehalogenider

Syreklorider er af største betydning. Kloreringsreagenser - PCl 3, PCl 5, thionylchlorid SOCl 2.

4. Dannelse af syreanhydrider (intermolekylær dehydrering)

Syreanhydrider dannes også ved omsætning af syrechlorider med vandfri salte af carboxylsyrer; i dette tilfælde er det muligt at opnå blandede anhydrider af forskellige syrer; For eksempel:

III. Reaktioner ved substitution af hydrogenatomer ved α-carbonatomet

Funktioner af strukturen og egenskaberne af myresyre

Molekyle struktur

Myresyremolekylet indeholder i modsætning til andre carboxylsyrer en aldehydgruppe i sin struktur.

Kemiske egenskaber

Myresyre gennemgår reaktioner, der er karakteristiske for både syrer og aldehyder. Udviser egenskaberne af et aldehyd, det oxideres let til kulsyre:

Især HCOOH oxideres af en ammoniakopløsning af Ag 2 O og kobber(II)hydroxid Cu(OH) 2, dvs. det giver kvalitative reaktioner til aldehydgruppen:

Ved opvarmning med koncentreret H 2 SO 4 nedbrydes myresyre til carbonmonoxid (II) og vand:

Myresyre er mærkbart stærkere end andre alifatiske syrer, fordi carboxylgruppen i den er bundet til et hydrogenatom snarere end til et elektrondonerende alkylradikal.

Metoder til opnåelse af mættede monocarboxylsyrer

1. Oxidation af alkoholer og aldehyder

Generelt skema for oxidation af alkoholer og aldehyder:

KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, HNO 3 og andre reagenser anvendes som oxidationsmidler.

For eksempel:

5C 2 H 5 OH + 4KMnO 4 + 6H 2 S0 4 → 5CH 3 COOH + 2K 2 SO 4 + 4MnSO 4 + 11 H 2 O

2. Hydrolyse af estere

3. Oxidativ spaltning af dobbelt- og tredobbeltbindinger i alkener og alkyner

Metoder til opnåelse af HCOOH (specifik)

1. Omsætning af carbonmonoxid (II) med natriumhydroxid

CO + NaOH → HCOONa natriumformiat

2HCOONa + H 2 SO 4 → 2 HCOON + Na 2 SO 4

2. Decarboxylering af oxalsyre

Metoder til fremstilling af CH 3 COOH (specifik)

1. Katalytisk oxidation af butan

2. Syntese fra acetylen

3. Katalytisk carbonylering af methanol

4. Eddikesyregæring af ethanol

Sådan opnås spiselig eddikesyre.

Fremstilling af højere carboxylsyrer

Hydrolyse af naturlige fedtstoffer

Umættede monocarboxylsyrer

De vigtigste repræsentanter

Generel formel for alkensyrer: C n H 2n-1 COOH (n ≥ 2)

CH2=CH-COOH propensyre (acrylsyre).

Højere umættede syrer

Radikaler af disse syrer er en del af vegetabilske olier.

C17H33COOH - oliesyre, eller cis-octadien-9-oesyre

Trance-Isomeren af ​​oliesyre kaldes elaidinsyre.

C17H31COOH - linolsyre, eller cis, cis-octadien-9,12-olsyre

C17H29COOH - linolensyre, eller cis, cis, cis-octadecatrien-9,12,15-oic acid

Undtagen generelle egenskaber carboxylsyrer, umættede syrer er karakteriseret ved additionsreaktioner ved multiple bindinger i kulbrintegruppen. Således hydrogeneres umættede syrer, ligesom alkener, og affarver bromvand, for eksempel:

Udvalgte repræsentanter for dicarboxylsyrer

Mættede dicarboxylsyrer HOOC-R-COOH

HOOC-CH 2 -COOH propandisyre (malonsyre) (salte og estere - malonater)

HOOC-(CH 2) 2 -COOH butadiosyre (rav)syre, (salte og estere - succinater)

HOOC-(CH 2) 3 -COOH pentadiosyre (glutarsyre) (salte og estere - glutorater)

HOOC-(CH 2) 4 -COOH hexadiosyre (adipin) syre, (salte og estere - adipater)

Funktioner af kemiske egenskaber

Dicarboxylsyrer ligner på mange måder monocarboxylsyrer, men er stærkere. For eksempel er oxalsyre næsten 200 gange stærkere end eddikesyre.

Dicarboxylsyrer opfører sig som dibasiske syrer og danner to serier af salte - sure og neutrale:

HOOC-COOH + NaOH → HOOC-COONa + H 2 O

HOOC-COOH + 2NaOH → NaOOC-COONa + 2H2O

Ved opvarmning decarboxyleres oxalsyre og malonsyre let:

Carboxylsyrer er forbindelser, der indeholder en carboxylgruppe:

Carboxylsyrer skelnes:

• monobasiske carboxylsyrer;
• dibasiske (dicarboxylsyrer) (2 grupper UNS).

Afhængigt af deres struktur skelnes carboxylsyrer:

• alifatisk;
• alicyklisk;
• aromatisk.

Eksempler på carboxylsyrer.

Fremstilling af carboxylsyrer.

1. Oxidation af primære alkoholer med kaliumpermanganat og kaliumdichromat:

2. Hybrolyse af halogensubstituerede carbonhydrider indeholdende 3 halogenatomer pr. carbonatom:

3. Fremstilling af carboxylsyrer ud fra cyanider:

Ved opvarmning hydrolyseres nitrilen og danner ammoniumacetat:

Når forsuring udfældes syre:

4. Brug af Grignard-reagenser:

5. Hydrolyse af estere:

6. Hydrolyse af syreanhydrider:

7. Specifikke metoder til fremstilling af carboxylsyrer:

Myresyre fremstilles ved at opvarme carbon(II)monoxid med pulveriseret natriumhydroxid under tryk:

Eddikesyre fremstilles ved katalytisk oxidation af butan med atmosfærisk oxygen:

Benzoesyre opnås ved oxidation af monosubstituerede homologer med en opløsning af kaliumpermanganat:

Canniciaros reaktion. Benzaldehyd behandles med 40-60% natriumhydroxidopløsning ved stuetemperatur.

Kemiske egenskaber af carboxylsyrer.

I en vandig opløsning dissocierer carboxylsyrer:

Ligevægten forskydes kraftigt til venstre, pga carboxylsyrer er svage.

Substituenter påvirker surhedsgraden på grund af en induktiv effekt. Sådanne substituenter trækker elektrontætheden mod sig selv, og en negativ induktiv effekt (-I) opstår på dem. Tilbagetrækningen af ​​elektrondensitet fører til en stigning i syrens surhedsgrad. Elektrondonerende substituenter skaber en positiv induktiv ladning.

1. Dannelse af salte. Reaktion med basiske oxider, salte af svage syrer og aktive metaller:

Carboxylsyrer er svage, pga mineralsyrer fortrænger dem fra de tilsvarende salte:

2. Dannelse af funktionelle derivater af carboxylsyrer:

3. Estere ved opvarmning af en syre med en alkohol i nærværelse af svovlsyre - esterificeringsreaktion:

4. Dannelse af amider, nitriler:

3. Syrernes egenskaber bestemmes af tilstedeværelsen af ​​et kulbrinteradikal. Hvis reaktionen sker i nærværelse af rødt fosfor, danner det følgende produkt:

4. Tilsætningsreaktion.

8. Decarboxylering. Reaktionen udføres ved at fusionere en alkali med et alkalimetalsalt af en carboxylsyre:

9. Dibasisk syre elimineres let CO 2 ved opvarmning:

Yderligere materialer om emnet: Carboxylsyrer.

	Kemi regnemaskiner
Kemi online på vores hjemmeside for at løse problemer og ligninger.

1. Klassificering af carboxylsyrer.

2. Nomenklatur, kvittering.

3. Isomerisme, struktur.

4. Monocarboxylsyrer (mættede, umættede, aromatiske).

5. Dicarboxylsyrer.

6. Derivater af carboxylsyrer.

Kulbrintederivater indeholdende carboxylgruppen -COOH kaldes carboxylsyrer.

Carboxylsyrer er klassificeret efter to strukturelle karakteristika:

a) alt efter radikalets beskaffenhed er der alifatiske R(COOH)n (mættet, umættet) og aromatiske syrer Ar(COOH)n;

b) i henhold til antallet af carboxylgrupper skelner de mellem monocarboxylsyre (n = 1), di- og polycarboxylsyre (n ≥ 2).

Nomenklatur. Ifølge IUPAC-nomenklaturen dannes navnene på syrer ud fra navnet på carbonhydriden, tilføjer endelsen - oliesyre, for eksempel CH 3 COOH - ethansyre. Trivielle navne på syrer er udbredte: eddikesyre, smørsyre, oliesyre, vinsyre, oxalsyre osv.

Modtagelse.

a) O oxidation af alkener, alkyner, primære alkoholer og aldehyder (se "Kemiske egenskaber" for de tilsvarende klasser af forbindelser):

R-CH = CH-CH3 + [O] → R-COOH + CH3-COOH

R-CH2-OH + [O] → R-CH=O + [O] → R-COOH

alkohol aldehyd syre

Oxidationsmidler - KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 i et surt miljø.

b) Oxidation af alkaner: R-CH2-CH2-R" + [O] → R-COOH + R"-COOH + H2O Oxidation udføres i nærvær af katalysatorer - cobalt- eller mangansalte.

V) Oxidation af alkylbenzener (se "Kemiske egenskaber ved aromatiske kulbrinter"). G) Hydrolyse af nitriler, derivater af carboxylsyrer i et surt eller basisk miljø: R-C≡N + 2H 2 O + HCl → R-COOH + NH 4 Cl

R-C≡N + H2O + NaOH → R-COONa + NH3

X: -OR, -Hal, -OCOR, -NH 2.

d ) Organometallisk syntese:

Struktur. Carboxylgruppens carbon- og oxygenatomer er i en tilstand af sp2-hybridisering. σ- C-O-bindingen dannes ved overlapning af sp 2 - sp 2 hybridiserede orbitaler, σ- O-H binding - overlappende sp 2 - s-orbitaler, π- C-O binding - ved at overlappe uhybridiserede p-p orbitaler. Carboxylgruppen er plan p,π- koblet system:

Som et resultat af konjugation bliver C-O-bindingen kortere sammenlignet med en lignende binding i alkoholer, C=O-bindingen bliver længere sammenlignet med en lignende binding i carbonylforbindelser, dvs. der er en mærkbar tilpasning af bindingslængder i carboxylgruppen.

Den intermolekylære interaktion mellem carboxylsyrer er karakteriseret ved stærke hydrogenbindinger, hvilket resulterer i dannelsen af ​​lineære associerede forbindelser og cykliske dimerer:

Og

Hydrogenbindingen i carboxylsyrer er stærkere end i alkoholer. Dette bestemmer den højere opløselighed i vand, koge- og smeltepunkter for carboxylsyrer sammenlignet med alkoholer med lignende molekylvægt.

Den gensidige påvirkning af carbonyl- og hydroxylgrupperne i carboxylgruppen bestemmer kemiske egenskaber, der adskiller sig fra carbonylforbindelser og alkoholer. Reaktioner, der involverer carboxylgruppen, forløber i følgende hovedretninger: syre-base-interaktion, nukleofil substitution, decarboxylering.

De kemiske egenskaber af carboxylsyrer diskuteres nedenfor ved hjælp af eksemplet med mættede monocarboxylsyrer.

Monocarboxylsyrer(mættede, umættede, aromatiske syrer).

Generel molekylær formel mættede monocarboxylsyrer

СnН2nО2.

Tabel 4.

Homolog serie af mættede monocarboxylsyrer

		T pl., С	T kip. , С	Acylrest - syrerest
Myre (metan)				formyl - formater
Eddike (ethan)				acetyl-acetater
propionsyre (propan)	CH3-CH2-COOH			propionyl - propionater
olie (butan)	CH3-(CH2)2-COOH			butyryl - butyrater
baldrian	CH3-(CH2)3-COOH			valeryl - valerater
nylon	CH3-(CH2)4-COOH			capronoyl
laurik	CH3-(CH2)10-COOH
palmitic	CH3-(CH2)14-COOH			palmityl palmitater
stearisk	CH3-(CH2)16-COOH			stearyl - stearater

Tabellen viser navnene på acyl (R-CO-) og sure (R-COO-) rester af nogle monocarboxylsyrer i den begrænsende række.

Isomerisme. Mættede monocarboxylsyrer er karakteriseret ved strukturel isomerisme (forskellig struktur af carbonkæden og forskelligt arrangement af den funktionelle gruppe). For eksempel svarer molekylformlen C 4 H 8 O 2 til isomererne: CH 3 -CH 2 -CH 2 -COOH (smørsyre), (CH 3) 2 CH-COOH (2-methylpropan- eller isobutansyre), CH 3 -CH 2 -COOCH 3 (methylpropanoat) (for detaljer, se afsnittet "Isomerisme").

Fysiske egenskaber. Syrer med antallet af kulstofatomer fra 1 til 9 er farveløse væsker med ubehagelige lugte. Syrer med C≥ 10 er lugtløse faste stoffer. Syrer med antallet af carbonatomer fra 1 til 3 er meget opløselige i vand, med C≥ 4 - stoffer, der er uopløselige i vand, men meget opløselige i organiske opløsningsmidler (alkohol, ether).

Kemiske egenskaber.

a) sure egenskaber

Vandige opløsninger af carboxylsyrer har en sur reaktion:

sur carboxylation

Delokalisering af elektrontæthed ( p,π- konjugation) i carboxylationen fører til en fuldstændig justering af længdeordenerne for begge C-O-bindinger, hvilket øger dens stabilitet sammenlignet med alkoholat- og phenolat-ioner. Derfor er carboxylsyrer stærkere end alkoholer og phenoler, kulsyre, men ringere end sådanne mineralsyrer som saltsyre, svovlsyre, salpetersyre og phosphorsyre.

På styrken af ​​carboxylsyrer betydelig indflydelse Karakteren af ​​radikalet ved carboxylgruppen har en effekt: elektrondonerende grupper destabiliserer carboxylationen og reducerer derfor de sure egenskaber, elektrontiltrækkende grupper stabiliserer carboxylationen og øger de sure egenskaber.

I den homologe serie af mættede monocarboxylsyrer, med en stigning i antallet af carbonatomer i syresammensætningen, falder de sure egenskaber. Den stærkeste syre er myresyre.

Carboxylsyrer danner salte, når de interagerer med aktive metaller, metaloxider, baser og salte. For eksempel CH 3 -COOH + Na 2 CO 3 → CH 3 -COONa + CO 2 + H 2 O

Salte af lavere carboxylsyrer er meget opløselige i vand, mens salte af højere kun er opløselige i natrium- og kaliumsalte. Salte af carboxylsyrer og alkalimetaller undergår hydrolyse, og deres vandige opløsninger har et alkalisk miljø:

R-COO - Na + + HOH ↔ R-COOH + NaOH

Salte af carboxylsyrer bruges til at opnå derivater af carboxylsyrer, carbonhydrider og overfladeaktive stoffer.

Natrium- og kaliumsalte af højere fedtsyrer - sæber - er af stor betydning i den nationale økonomi. Almindelig fast sæbe er en blanding af natriumsalte af forskellige syrer, hovedsageligt palmitinsyre og stearinsyre: C 15 H 31 COONa (natriumpalmitat) og C 17 H 35 COONa (natriumstearat). Kaliumsæber er flydende.

I oldtiden blev sæbe lavet af fedt og bøgeaske. Under renæssancen vendte de tilbage til det glemte håndværk, opskrifterne blev holdt hemmelige. I dag fremstilles sæber hovedsageligt af vegetabilske og animalske fedtstoffer.

Sæber er overfladeaktive stoffer, en kemisk hybrid bestående af en hydrofil (carboxylation) og en hydrofob (frygt) ende (kulbrinteradikal). Sæber reducerer kraftigt vandets overfladespænding, forårsager befugtning af partikler eller overflader, der virker vandafvisende, og fremmer dannelsen af ​​stabilt skum.

I hårdt vand falder sæbens vaskeevne kraftigt opløselige natrium- eller kaliumsalte af højere fedtsyrer indgår i en udvekslingsreaktion med opløselige sure karbonater af jordalkalimetaller, hovedsageligt calcium, til stede i hårdt vand:

2C 15 H 31 COONa + Ca(HCO 3) 2 → (C 15 H 31 COO) 2 Ca + 2NaHCO 3

De resulterende uopløselige calciumsalte af højere fedtsyrer danner bundfald.

Store mængder sæbe bruges i hverdagen til hygiejniske formål, til vask osv., samt i forskellige industrier, især til vask af uld, stoffer og andre tekstilmaterialer.

b) nukleofil substitution- S N (dannelse af funktionelle derivater af carboxylsyrer)

Den vigtigste type reaktioner af carboxylsyrer er nukleofil substitution ved det sp2-hybridiserede carbonatom i carboxylgruppen, som et resultat af hvilket hydroxylgruppen erstattes af en anden nukleofil. Pga r,π-s Da mobiliteten af ​​hydroxylgruppen i carboxylgruppen er meget lavere sammenlignet med alkoholer, udføres nukleofile substitutionsreaktioner i nærværelse af en katalysator - en mineralsyre eller alkali.

Reaktionerne ledsages af dannelsen af ​​funktionelle derivater af carboxylsyrer - syrehalogenider (1), anhydrider (2), estere (3), amider (4):

V)decarboxylering

Decarboxylering er fjernelse af en carboxylgruppe i form af CO 2 . Afhængigt af reaktionsbetingelserne dannes forbindelser af forskellige klasser. Elektrontiltrækkende grupper i radikalet ved carboxylgruppen letter forekomsten af ​​reaktioner af denne type.

Eksempler på decarboxyleringsreaktioner:

1) termisk nedbrydning af natrium eller kaliumsalte i nærværelse af sodavand

R-COONa + NaOH → R-H + Na2CO3

2) termisk nedbrydning af calcium- eller bariumsalte

R-COO-Ca-OOS-R → R-CO-R + CaCO 3

3) elektrolyse af natrium- eller kaliumsalte (Kolbe-syntese)

2R-COONa + 2НН → R-R + 2NaОН +2CO 2 + Н 2

d) udskiftning af brintatomera-carbonatom

Halogen atom i α -halogenerede syrer erstattes let af nukleofile reagenser. Derfor er α-halogen-substituerede syrer udgangsmaterialer i syntesen af ​​en lang række substituerede syrer, herunder α-amino- og α-hydroxysyrer:

propionsyre a-chlorpropionsyre

Som et resultat af påvirkningen af ​​halogenatomet på carboxylgruppen er halogenerede syrer (for eksempel trichloreddikesyre) mange gange stærkere syrer og nærmer sig stærke uorganiske syrer i denne henseende.

e) myresyres specifikke egenskaber

I sammensætningen af ​​myresyre, sammen med carboxylgruppen, kan en carbonylgruppe skelnes, derfor udviser myresyre egenskaberne af både carboxylsyrer og aldehyder:

1. oxidation

HCOOH + [O]→ CO 2 + H 2 O

oxidationsmidler: Cu(OH) 2, OH ("sølvspejl"-reaktion)

2. dehydrering

HCOOH + H 2 SO 4 (konc.) → CO + H 2 O

Forekomst i naturen og brugen af ​​syrer:

a) myresyre- farveløs væske med en skarp lugt, blandbar med vand. Den blev først isoleret i det 17. århundrede fra røde myrer ved dampdestillation. I naturen findes fri myresyre i myrernes sekret, i brændenældesaft og i dyrenes sved. I industrien fremstilles myresyre ved at lede kulilte gennem opvarmet alkali:

NaOH + CO → H-COONa

H-COONa + H 2 SO 4 → H-COOH + NaHSO 4

Myresyre bruges til farvning af stoffer, som reduktionsmiddel og i forskellige organiske synteser.

b) eddikesyre

Vandfri eddikesyre (iseddikesyre) er en farveløs væske med en karakteristisk skarp lugt og sur smag, fryser ved en temperatur på +16 0 C og danner en krystallinsk masse, der ligner is. En 70-80% vandig opløsning af syre kaldes eddikesyreessens.

Den er udbredt i naturen, findes i dyreudskillelser, i planteorganismer og dannes som følge af gærings- og forrådnelsesprocesser i surmælk, ost, syrnet vin, kogesmør mv. Brugt i fødevareindustrien som smags- og konserveringsmiddel, der er meget udbredt i produktionen af ​​kunstige fibre, opløsningsmidler og i produktionen af ​​medicin.

c) smørsyre- farveløs væske, sure opløsninger har dårlig lugt gammelt smør og sved. Forekommer i naturen i form af estere af glycerol og smørsyre er en del af fedtstoffer og smør. Anvendes i organisk syntese for at opnå aromatiske estere.

c) isovalerinsyre - farveløs væske med en skarp lugt, i fortyndede opløsninger har den duften af ​​baldrian. Findes i rødderne af baldrian, det bruges til at opnå medicinske stoffer og essenser.

d) palmitinsyre, stearinsyre

Disse er faste stoffer med svag lugt og er dårligt opløselige i vand. Udbredt i naturen findes de i fedtstoffer i form af estere med glycerol. Anvendes til fremstilling af stikpiller og overfladeaktive stoffer.

Umættede syrer

Umættede syrer er carboxylsyrer, der indeholder multiple bindinger (dobbelt eller tredobbelt) i kulbrintegruppen. De vigtigste er umættede mono- og dicarboxylsyrer med dobbeltbindinger.

Nomenklatur og isomeri.

Navnene på umættede syrer er sammensat i henhold til IUPAC-nomenklaturen, men oftest bruges trivielle navne:

CH2=CH-COOH - 2-propensyre eller akrylsyre

CH3-CH=CH-COOH - 2-butensyre eller crotonsyre

CH 2 =C(CH 3)-COOH - 2-methylpropensyre eller methacrylsyre

CH2=CH-CH2-COOH - 3-buten- eller vinyleddikesyre

CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH - oliesyre

CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH -linolsyre

CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH-linolensyre.

Den strukturelle isomerisme af umættede syrer skyldes isomerismen af ​​kulstofskelettet (f.eks. croton- og methacrylsyrer) og isomerismen af ​​dobbeltbindingens position (f.eks. croton- og vinyleddikesyrer).

Umættede syrer med en dobbeltbinding såvel som ethylencarbonhydrider er også karakteriseret ved geometriske eller cis-trans isomerisme.

Kemiske egenskaber. Med hensyn til kemiske egenskaber ligner umættede syrer mono- og dicarboxylsyrer, men har en række karakteristiske træk på grund af tilstedeværelsen af ​​multiple bindinger og en carboxylgruppe i molekylet og deres gensidige indflydelse.

Umættede syrer, især dem, der indeholder en multipelbinding i α-positionen til carboxylgruppen, er stærkere syrer end mættede syrer. Umættet akrylsyre (K=5,6*10 -5) er således fire gange stærkere end propionsyre (K=1,34*10 -5).

Umættede syrer indgår i alle reaktioner på stedet for multiple bindinger, der er karakteristiske for umættede kulbrinter.

EN)Eelektrofil addition:

1. halogenering

β CH 2 = α CH-COOH + Br 2 → CH 2 Br-CHBr-COOH

propensyre α,β-dibrompropionsyre

Dette er en kvalitativ reaktion på umættede syrer ved mængden af ​​forbrugt halogen (brom eller jod), antallet af multiple bindinger kan bestemmes; .

2. Hydrohalogenering

α CH 2 δ+ = β CH δ- →COOH+ H δ+ - Br δ- → CH 2 Br-CH 2 -COOH

For α,β-umættede syrer forløber additionsreaktionen mod Markovnikovs regel.

b)Ghydrogenering

I nærvær af katalysatorer (Pt, Ni) tilsættes hydrogen på stedet for dobbeltbindingen, og umættede syrer bliver mættede:

CH2=CH-COOH + H2 → CH3-CH2-COOH

akrylsyre propionsyre

Hydrogeneringsproces ( hydrogenering) har stor praktisk betydning, især for omdannelsen af ​​højere umættede fedtsyrer til mættede fedtsyrer; Dette er grundlaget for omdannelsen af ​​flydende olier til faste fedtstoffer.

V)OMforsuring

Under betingelserne for Wagner-reaktionen (se "Alkener") oxideres umættede syrer til dihydroxysyrer og under kraftig oxidation til carboxylsyrer.

a) akryl CH 2 =CH-COOH og methacrylisk CH 2 =C(CH 3 )-COOH syre - farveløse væsker med skarp lugt. Syrer og deres methylestere polymeriserer let, hvilket er grundlaget for deres anvendelse i polymermaterialeindustrien (organisk glas).

Akrylsyrenitril - acrylonitril CH 2 =CH-C≡N anvendes til fremstilling af syntetisk gummi og højmolekylær polyacrylonitril (PAN) harpiks, hvoraf syntetisk fiber nitron (eller orlon) fremstilles - en af ​​typerne af kunstig uld .

b) højere umættede syrer

-cis-oliesyre i form af en ester med glycerin er en del af næsten alle fedtstoffer af animalsk og vegetabilsk oprindelse, indholdet af oliesyre i olivenolie (“Provence”) er særligt højt - op til 80%, kalium- og natriumsalte af oliesyre er sæber;

-cis, cis-linolsyre og cis, cis- Linolensyre i form af en ester med glycerin er en del af mange vegetabilske olier, for eksempel sojabønne-, hamp- og hørfrøolie. Linolsyre og linolensyre kaldes essentielle syrer, fordi de ikke syntetiseres i menneskekroppen. Det er disse syrer, der har den største biologiske aktivitet: de er involveret i overførsel og metabolisme af kolesterol, syntesen af ​​prostaglandiner og andre vitale stoffer, opretholder strukturen af ​​cellemembraner, er nødvendige for det visuelle apparats og nervesystemets funktion. og påvirker immunsystemet. Fraværet af disse syrer i maden hæmmer dyrs vækst, hæmmer deres reproduktive funktion og forårsager forskellige sygdomme.

Syreestere bruges til fremstilling af lak og maling (tørrende olier).

Aromatiske monocarboxylsyrer

TIL Islots er farveløse krystallinske stoffer, nogle af dem har en svag, behagelig lugt. De er karakteriseret ved et konjugeret (π, π) system:

De vigtigste repræsentanter:

benzoesyre

phenyleddikesyre

trance-kanelsyre

Aromatiske syrer er stærkere syrer end mættede syrer (undtagen myresyre). Syrer af denne type er karakteriseret ved alle reaktioner af mættede carboxylsyrer i carboxylgruppen og reaktioner med elektrofil substitution i benzenringen (carboxylgruppen er en substituent af 2. art, m-orientator).

Forekomst i naturen og brugen af ​​syrer:

Aromatiske syrer bruges til at fremstille farvestoffer, duftstoffer og medicinske stoffer; syreestere findes i æteriske olier, harpiks og balsam. Benzoesyre og dets natriumsalt findes i frugterne af viburnum, røn, tyttebær, tranebær, giver dem en bitter smag, har bakteriedræbende egenskaber og bruges i vid udstrækning til konservering af fødevarer.

O-sulfobenzoesyreamid kaldes saccharin, det er 400 gange sødere end sukker.

Derivater af carboxylsyrer.

Generel formel for carboxylsyrederivater:

Hvor X: - Hal, -OOS-R, -OR, -NH 2.

For derivater af carboxylsyrer er nukleofile substitutionsreaktioner (SN) mest karakteristiske. Da produkterne fra disse reaktioner indeholder en acylgruppe R-C=O, kaldes reaktionerne acylering, og carboxylsyrer og deres derivater kaldes acyleringsreagenser.

Generelt kan acyleringsprocessen repræsenteres af følgende skema:

I henhold til deres acyleringsevne er derivater af carboxylsyrer arrangeret i følgende serier:

salt< амиды < сложные эфиры <ангидриды <галогенангидриды

I denne serie kan tidligere medlemmer opnås fra efterfølgende ved acylering af den tilsvarende nukleofil (for eksempel alkohol, ammoniak osv.). Alle funktionelle derivater kan fås direkte fra syrer og omdannes til dem ved hydrolyse.

Amider danner i modsætning til andre derivater af carboxylsyrer intermolekylære hydrogenbindinger og er faste stoffer (myresyreamid HCONH 2 er en væske).

Estere

Kvitteringsmetoder. Den vigtigste metode til fremstilling af estere er gennem nukleofile substitutionsreaktioner:

a) esterificeringsreaktion R-CO HAN + ROM-H ↔ R-CO-O R + H2O

Reaktionen udføres i nærværelse af en katalysator - mineralsyre. Esterificeringsreaktioner er reversible. For at forskyde ligevægten mod dannelsen af ​​en ester anvendes et overskud af en af ​​reaktanterne eller fjernelse af produkter fra reaktionssfæren.

b) acylering af alkoholer med syrehalogenider og anhydrider

c) fra salte af carboxylsyrer og alkylhalogenider

R-COONa + RCl → RCOOR + NaCl Nomenklatur. Ifølge IUPAC-nomenklaturen er navnene på estere som følger:

CH 3 -CH 2 -CH 2 -MED O-O CH 3

kulbrinteradikal

radikal + carbonhydrid + oat - methylbutanoat.

Hvis trivielle navne på acylrester er angivet, så navnet på denne ester - methylbutyrat. Estere kan kaldes med radikal funktionel nomenklatur - smørsyremethylester.

Fysiske egenskaber. Estere er farveløse væsker, uopløselige i vand og har lave koge- og smeltepunkter sammenlignet med modersyrer og alkoholer, hvilket skyldes fraværet af intermolekylære hydrogenbindinger i estere. Mange estere har en behagelig lugt, ofte lugten af ​​bær eller frugter (frugtessenser).

Kemiske egenskaber. For estere er de mest karakteristiske reaktioner nukleofil substitution (S N), forekommer i nærvær af en syre- eller basekatalysator. De vigtigste S N-reaktioner er hydrolyse, ammonolyse og transesterificering.

Syrehydrolyse af estere er en reversibel reaktion, alkalisk hydrolyse er irreversibel.

RCOOR + H 2 O(H +) ↔ RCOOH + ROH

RCOOR + NaOH → RCOO - Na+ + ROH

Fedtstoffer

Fedtstoffer (triglycerider) er estere dannet af glycerol og højere mættede og umættede syrer.

Adskillige dusin forskellige mættede og umættede syrer er blevet isoleret fra fedtstoffer; næsten alle af dem indeholder uforgrenede kæder af kulstofatomer, hvis antal normalt er lige og går fra 4 til 26. Det er dog de højere syrer, hovedsagelig med 16 og 18 kulstofatomer, der er hovedbestanddelen af ​​alle fedtstoffer. Af de mættede højere fedtsyrer er de vigtigste palmitinsyre C 15 H 31 COOH og stearinsyre C 17 H 35 COOH blandt umættede fedtsyrer - oliesyre C 17 H 33 COOH (med en dobbeltbinding), linolsyre C 17 H 31 COOH (; med to dobbeltbindinger) og linolenisk C17H29COOH (med tre dobbeltbindinger). Umættede syrer, der indeholder et fragment (-CH 2 -CH=CH-) i radikalet, kaldes essentielle.

Simple triglycerider indeholder rester af identiske fedtsyrer og blandede rester af forskellige fedtsyrer. Navnene er baseret på navnene på acylrester inkluderet i deres sammensætning af fedtsyrer:

tripalmitin dioleostearin

Betydningen af ​​fedtstoffer er ekstremt høj. Først og fremmest er de den vigtigste bestanddel af fødevarer til mennesker og dyr sammen med kulhydrater og proteiner. Vegetabilske olier har den største næringsværdi, som sammen med essentielle fedtsyrer indeholder fosfolipider, vitaminer og gavnlige fytosteroler (forstadier til D-vitamin), som er nødvendige for kroppen. En voksens daglige behov for fedt er 80-100g.

Fedtstoffer er praktisk talt uopløselige i vand, men er meget opløselige i alkohol, ether og andre organiske opløsningsmidler. Fedtstoffers smeltepunkt afhænger af, hvilke syrer de indeholder. Fedtstoffer, der overvejende indeholder rester af mættede syrer (animalsk fedt - oksekød, lam eller svinefedt) har den højeste T pl.

Kemiske egenskaber og er faste eller salvelignende stoffer. Fedtstoffer, der overvejende indeholder rester af umættede syrer (vegetabilske olier - solsikke, oliven, hørfrø osv.), væsker med lavere smeltepunkter.

triglycerider bestemmes af tilstedeværelsen af ​​en esterbinding og umættethed:

a) hydrogenering (hydrogenering) af fedtstoffer

Tilsætningen af ​​hydrogen på stedet for dobbeltbindinger i syrerester udføres i nærvær af en katalysator - fint knust metallisk nikkel ved 160-240 0 C og et tryk på op til 3 atm. I dette tilfælde omdannes flydende fedtstoffer og olier til faste mættede fedtstoffer - spæk, som er meget udbredt til fremstilling af margarine, sæbe og glycerin.

b) hydrolyse af fedtstoffer

Alkalisk hydrolyse (forsæbning) af fedtstoffer producerer salte af fedtsyrer (sæber) og glycerol, mens syrehydrolyse producerer fedtsyrer og glycerol.

c) tilsætning og oxidation

Trilglycerider indeholdende umættede fedtsyrerester gennemgår additionsreaktioner ved dobbeltbindingen (bromering, iodering) og oxidation med kaliumpermanganat. Begge reaktioner giver dig mulighed for at bestemme graden af ​​umættet fedt.

Alt fedt er brandfarlige stoffer. Når de brænder, frigives en stor mængde varme: 1 g fedt ved forbrænding giver 9300 cal.

Vidste du det

I 1906 blev den russiske videnskabsmand S.A. Fokin udviklede det, og i 1909. Han implementerede også metoden til hydrogenering (hærdning) af fedtstoffer i industriel skala.

Margarine (fra græsk - "perler") blev opnået i 1869. Dens forskellige varianter opnås ved at blande spæk med mælk og i nogle tilfælde med æggeblomme. Det resulterende produkt minder om smør i udseende, den behagelige lugt af margarine opnås ved at introducere specielle smagsstoffer i dets sammensætning - komplekse sammensætninger af forskellige stoffer, hvoraf en uundværlig komponent er diacetyl (butandion), en gul væske, der findes i ko-smør.

Vegetabilske fedtstoffer og olier udvindes fra frø og frugtkød fra forskellige planter. De udmærker sig ved et højt indhold af oliesyre og andre umættede syrer og indeholder kun en lille mængde stearin- og palmitinsyrer (solsikke-, oliven-, bomuldsfrø-, hørfrø- og andre olier). Kun i nogle vegetabilske fedtstoffer er mættede syrer fremherskende, og de er faste stoffer (kokosolie, kakaosmør osv.).

Estere af frugtessenser har en behagelig lugt af frugter og blomster, for eksempel isoamylacetat - duften af ​​pærer, amylformiat - kirsebær, ethylformiat - rom, isoamylbutyrat - ananas osv. De bruges i konfektureindustrien, i produktionen af ​​læskedrikke og i parfumeri.

Et ekstremt værdifuldt syntetisk materiale - organisk glas (plexiglas) - fremstilles af polymethylmethacrylat. Sidstnævnte er overlegen i forhold til silikatglas i gennemsigtighed og evne til at transmittere UV-stråler. Det bruges til mekanisk og instrumentfremstilling, til fremstilling af forskellige husholdnings- og sanitetsartikler, fade, smykker og urglas. På grund af dets fysiologiske ligegyldighed har polymethylmethacrylat fundet anvendelse i fremstillingen af ​​tandproteser osv.

Vinylacetat er en ester af vinylalkohol og eddikesyre. Det opnås for eksempel ved at lede en blanding af eddikesyre og acetylendampe over cadmium- og zinkacetater ved 180-220 o C:

CH3-COOH + CH≡CH → CH3-CO-O-CH=CH2

Vinylacetat er en farveløs væske, der let polymeriserer og danner en syntetisk polymer - polyvinylacetat (PVA), der bruges til fremstilling af lak, klæbemidler og kunstlæder.

Dicarboxylsyrer

Dicarboxylsyrer indeholder to carboxylgrupper. De bedst kendte er lineære syrer indeholdende fra 2 til 6 carbonatomer:

NOOS-COON - ethan diova (IUPAC nomenklatur) eller oxalsyre (triviel nomenklatur)

NOOS-CH 2 -COOH - propandisyre eller malonsyre

NOOS-CH 2 -CH 2 -COOH - butan eller ravsyre

NOOS-CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH - pentandisyre eller glutarsyre

HOOS-CH2-CH2-CH2-COOH -adipinsyre

Fysiske egenskaber. Dibasiske syrer er krystallinske stoffer med høje smeltepunkter, og for syrer med et lige antal kulstofatomer er det højere; lavere syrer er opløselige i vand.

Kemiske egenskaber. Med hensyn til kemiske egenskaber ligner dibasiske syrer monocarboxylsyrer, men har en række karakteristiske træk på grund af tilstedeværelsen af ​​to carboxylgrupper i molekylerne og deres gensidige indflydelse.

Dicarboxylsyrer er stærkere syrer end monocarboxylsyrer med samme antal kulstofatomer: Kion. oxalsyre (H2C2O4) - 5,9 10 -2, 6,4 10 -5, eddikesyre - 1,76 10 -5. Efterhånden som afstanden mellem carboxylgrupperne øges, falder dicarboxylsyrernes sure egenskaber. Dicarboxylsyrer kan danne to serier af salte - sure, for eksempel HOOC-COONa, og gennemsnitlige - NaOOC-COONa.

Dicarboxylsyrer har en række specifikke egenskaber, som bestemmes af tilstedeværelsen af ​​to carboxylgrupper i molekylet. For eksempel forholdet mellem dicarboxylsyrer og varme.

Transformationer af dicarboxylsyrer ved opvarmning afhænger af antallet af carbonatomer i deres sammensætning og bestemmes af muligheden for dannelsen af ​​termodynamisk stabile fem- og seksleddede cyklusser.

Når oxalsyre og malonsyre opvarmes, sker decarboxylering for at danne monocarboxylsyrer:

HOOC-CH 2 -COOH → CH 3 -COOH + CO 2

Når de opvarmes, spalter ravsyre og glutarsyre let vandet for at danne fem- og seksleddede cykliske anhydrider:

Ved opvarmning decarboxyleres adipinsyre og danner en cyklisk keton - cyclopentanon:

Dicarboxylsyrer reagerer med diaminer og dioler og danner henholdsvis polyamider og polyestere, som bruges til fremstilling af syntetiske fibre.

Sammen med mættede dicarboxylsyrer kendes umættede, aromatiske dicarboxylsyrer.

Forekomst i naturen og brugen af ​​syrer:

Oxalsyre udbredt i planteverdenen. Det findes i form af salte i bladene af syre, rabarber og syre. I menneskekroppen danner det tungtopløselige salte (oxalater), for eksempel calciumoxalat, som aflejres i form af sten i nyrerne og blæren. Anvendes som blegemiddel: fjernelse af rust, maling, lak, blæk; i organisk syntese.

Malonsyre (estere og salte - malonoater) findes i nogle planter, såsom sukkerroer. Udbredt i organisk syntese til fremstilling af carboxylsyrer.

Ravsyre (salte og estere kaldes succinater) deltager i metaboliske processer, der forekommer i kroppen. Det er en mellemforbindelse i tricarboxylsyrecyklussen. I 1556 isolerede den tyske alkymist Agricola første gang rav fra produkterne fra tør destillation. Syren og dens anhydrid er meget udbredt i organisk syntese.

Fumarsyre (HOOC-CH=CH-COOH - trans- butendisyre), i modsætning til cis- malein , udbredt i naturen, findes i mange planter, mange i svampe, og deltager i den metaboliske proces, især i tricarboxylsyrecyklussen.

Maleinsyre (cis- butendisyre) forekommer ikke i naturen. Syren og dens anhydrid er meget udbredt i organisk syntese.

Ortho-phthalsyre, bred anvendelse har syrederivater - phthalsyreanhydrid, estere - phthalater (afskrækningsmidler).

Terephthalsyre er et industrielt produkt i stor skala, der bruges til at fremstille en række polymerer - for eksempel lavsanfiber, polyethylenterephthalat (PET), hvoraf der fremstilles plastikskåle, -flasker mv.

Carbonylforbindelser. Struktur og kemiske egenskaber af carboxylsyrer. Lipider.

Carboxylsyrer. Strukturen af ​​carboxylgruppen. Nomenklatur.

Umodne frugter, syre, berberis, tranebær, citron. Hvad har de til fælles? Selv en førskolebørn vil svare uden tøven: de er sure. Men den sure smag af mange planters frugter og blade skyldes forskellige carboxylsyrer, som omfatter en eller flere carboxylgrupper - COOH.

Navnet "carboxylsyrer" kommer fra det latinske navn for kulsyre, acidum carbonicum, som var den første kulstofholdige syre, der blev studeret i kemiens historie. De kaldes ofte fedtsyrer, fordi højere homologer først blev opnået fra naturlige fedtstoffer.

Carboxylsyrer kan betragtes som derivater af kulbrinter, der indeholder en eller flere funktionelle carboxylgrupper i molekylet:

Udtrykket "carboxyl" er en forbindelse dannet i overensstemmelse med navnene på to grupper: og hydroxyl-OH, som er en del af carboxylgruppen.

Klassificering af carboxylsyrer.

Carboxylsyrer, afhængigt af radikalets natur, opdeles i

begrænse,

ubegrænset,

acyklisk,

cyklisk.

Baseret på antallet af carboxylgrupper skelner de

monobasisk (med én -COOH-gruppe)

polybasisk (indeholder to eller flere -COOH-grupper).

Alkansyrer er derivater af mættede carbonhydrider, der indeholder en funktionel carboxylgruppe. Deres generelle formel er R - COOH, hvor R er et alkanradikal. Homolog serie af de enkleste lavmolekylære syrer:

Isomerisme, nomenklatur .

Isomerismen af ​​mættede syrer såvel som af mættede carbonhydrider bestemmes af radikalets isomerisme. De enkleste tre syrer med et, to og tre kulstofatomer i molekylet har ingen isomerer. Syreisomerisme begynder med det fjerde medlem af den homologe serie. Således har smørsyre C 3 H 7 - COOH to isomerer, baldriansyre C 4 H 9 - COOH har fire isomerer.

De mest almindelige er trivielle navne på syrer. Mange af dem er relateret til navnene på de produkter, hvorfra de oprindeligt blev isoleret, eller hvor de blev opdaget. For eksempel blev myresyre opnået fra myrer, eddikesyre fra eddike, smørsyre fra brændt olie.

Ifølge IUPAC-nomenklaturen tilføjes slutningen - til navnet på det mættede kulbrinte svarende til hovedkulstofkæden, inklusive carboxylkulstoffet. oliesyre. Så for eksempel myresyre er methansyre, eddikesyre er ethansyre, propionsyre er propansyre osv. Nummereringen af ​​carbonatomerne i hovedkæden starter fra carboxylgruppen.

Resten af ​​carboxylsyremolekylet, dannet ved at fjerne hydroxylgruppen fra carboxylstrukturen, kaldes en syrerest eller acyl (fra latin acidum - syre). Acyl af myresyre (lat. acidum formicum) kaldes formyl, eddikesyre (acidum aceticum) kaldes acetyl. .

Fysiske og kemiske egenskaber .

Fysiske egenskaber.

De første tre syrer i den homologe serie (myresyre, eddikesyre, propionsyre) er væsker, der er meget opløselige i vand. Følgende repræsentanter er olieagtige væsker, let opløselige i vand. Syrer, startende med caprinsyre C 9 H 19 COOH, er faste stoffer, der er uopløselige i vand, men opløselige i alkohol og ether.

Alle flydende syrer har deres egne unikke lugte.

Faste syrer med høj molekylvægt er lugtfri. Når molekylvægten af ​​syrer stiger, stiger deres kogepunkt, og deres massefylde falder.

Kemiske egenskaber.

Syredssociation:

Graden af ​​dissociation af carboxylsyrer varierer. Den stærkeste syre er myresyre, hvor carboxylen ikke er bundet til radikalet. Graden af ​​dissociation af organiske syrer er væsentligt lavere end for uorganiske syrer. Derfor er de svage syrer. Organiske syrer, såvel som uorganiske, giver karakteristiske reaktioner på indikatorer.

Dannelse af salte .

Når de interagerer med aktive metaller (a), metaloxider (b), baser (c), erstattes hydrogenet i syrens carboxylgruppe med et metal, og der dannes salte:

Dannelse af syrehalogenider .

Når hydroxylen i carboxylgruppen af ​​syrer erstattes af et halogen, dannes der syrederivater - halogenider:

Dannelse af syreanhydrider.

Når vand fjernes fra to syremolekyler i nærværelse af en katalysator, dannes syreanhydrider:

Dannelse af estere .

Den såkaldte esterificeringsreaktion:

Amiddannelse:

Reaktioner af carboxylsyrechlorider med ammoniak

CH3-CO-Cl + CH3 -> CH3-CO-CH2 + HCl.

Halogener er i stand til at erstatte hydrogen fra en syregruppe, der danner halogensyrer. Denne udskiftning sker gradvist:

Halogen-substituerede syrer er stærkere syrer end de oprindelige. For eksempel er trichloreddikesyre cirka 10 tusind gange stærkere end eddikesyre. De bruges til at producere hydroxysyrer, aminosyrer og andre forbindelser.

Dicarboxylsyrer.

Dicarboxylsyrer er syrer, der har to eller tre carboxylgrupper.

F.eks.

HOOS - COOH - etandisyre (oxalsyre)

HOOS - CH 2 - COOH - propandisyre (malonsyre)

NOOS - CH 2 - CH 2 - COOH-butandisyre (ravsyre)

Dicarboxylsyrer er karakteriseret ved decarboxyleringsreaktioner (eliminering af CO 2), når de opvarmes:

t°

NOOS-CH 2 -COOH → CH 3 COOH + CO 2

Det fysiologisk vigtige slutprodukt af transformationer af proteiner og nukleinsyrer i kroppen er urinstof.

Lipider. Klassifikation.

Lipider er estere dannet af højere monobasiske carboxylsyrer, hovedsageligt palmitic, stearisk(mættede syrer) og oliesyre(umættet syre) og trivalent alkohol - glycerin. Det generelle navn for sådanne forbindelser er triglycerider

Naturlige fedtstoffer er ikke et individuelt stof, men en blanding af forskellige triglycerider.

Klassificering af lipider.

Lipider er opdelt i:

Enkel:

a) acylglycerider

b) vokser

Vanskelig:

a) fosfolipider

b) glycolipider

Højere fedtsyrer.

Sammensætningen af ​​lipider i menneske- og dyrekroppen inkluderer fedtsyrer med et parret antal kulstofatomer fra 12 til 24.

Højere fedtsyrer er mættede (marginale)

palmitinsyre - C15H31COOH

stearinsyre - C17H35COOH

Umættet (umættet)

oliesyre - C17H33COOH

linolsyre-C17H31COOH

linolen-C17H29COOH

arachidon-C19H31COOH

Simple lipider er lipider, der, når de hydrolyseres, danner alkoholer og fedtsyrer.

Acylglycerider er lipider, der er estere af glycerol og højere fedtsyrer.

Dannelsen af ​​et af triglyceriderne, såsom stearinsyretriglycerid, kan repræsenteres ved ligningen

glycerin stearinsyre stearin triglycerid

Sammensætningen af ​​triglyceridmolekyler kan omfatte forskellige syreradikaler, hvilket er særligt typisk for naturlige fedtstoffer, men glycerolresten er en integreret del af alle fedtstoffer:

Alt fedt er lettere end vand og uopløseligt i det. De er meget opløselige i benzin, ether, carbontetrachlorid, carbondisulfid, dichlorethan og andre opløsningsmidler. Godt absorberet af papir og hud. Fedt findes i alle planter og dyr. Flydende fedtstoffer kaldes normalt olier. Faste fedtstoffer (oksekød, lam osv.) består hovedsageligt af triglycerider af mættede (faste) syrer, flydende fedtstoffer (solsikkeolie osv.) - af triglycerider af umættede (flydende) syrer.

Flydende fedtstoffer omdannes til faste fedtstoffer ved hydrogeneringsreaktioner. Hydrogen slutter sig til det sted, hvor dobbeltbindingen brydes i carbonhydridradikaler i fedtmolekyler:

Reaktionen sker, når den opvarmes under tryk og i nærværelse af en katalysator - fint knust nikkel. Produktet af hydrogenering - fast fedt (kunstigt svinefedt) kaldes salomas går til produktion af sæbe, stearin og glycerin. Margarine er et spiseligt fedtstof, der består af en blanding af hydrogenerede olier (solsikke, bomuldsfrø osv.), animalsk fedt, mælk og nogle andre stoffer (salt, sukker, vitaminer osv.).

En vigtig kemisk egenskab ved fedtstoffer, som alle estere, er evnen til at gennemgå hydrolyse (forsæbning). Hydrolyse opstår let ved opvarmning i nærvær af katalysatorer - syrer, alkalier, magnesiumoxider, calcium, zink:

Hydrolysereaktionen af ​​fedtstoffer er reversibel. Men med deltagelse af alkalier når det næsten slutningen - alkalier omdanner de resulterende syrer til salte og eliminerer derved muligheden for interaktion af syrer med glycerin (omvendt reaktion).

Fedtstoffer er en nødvendig bestanddel af mad. De er meget udbredt i industrien (produktion af glycerin, fedtsyrer, sæbe).

Sæber og rengøringsmidler

Sæbe- disse er salte af højere carboxylsyrer. Konventionelle sæber består primært af en blanding af palmitinsyre, stearinsyre og oliesyre. Der dannes natriumsalte faste sæber, kaliumsalte - flydende sæber.

Sæber opnås ved hydrolyse af fedtstoffer i nærværelse af alkalier:

triglycerid stearinglycerin natriumstearat

Syrer (tristearin)(sæbe)

Derfor kaldes reaktionen, det omvendte af esterificering, reaktionen forsæbning,

Forsæbning af fedtstoffer kan også forekomme i nærværelse af svovlsyre ( syreforsæbning). Dette producerer glycerol og højere carboxylsyrer. Sidstnævnte omdannes til sæber ved indvirkning af alkali eller sodavand.

Udgangsmaterialerne til sæbeproduktion er vegetabilske olier (solsikke, bomuldsfrø osv.), animalsk fedt samt natriumhydroxid eller soda. Vegetabilske olier er forbehandlet hydrogenering, dvs. de omdannes til faste fedtstoffer. Fedtsubstitutter bruges også - syntetiske carboxylfedtsyrer med stor molekylvægt.

Sæbeproduktion kræver store mængder råvarer, så opgaven er at skaffe sæbe fra non-food produkter. De nødvendige carboxylsyrer til sæbeproduktion opnås ved oxidation af paraffin. Ved at neutralisere syrer indeholdende fra 10 til 16 kulstofatomer pr. molekyle opnås toiletsæbe, og fra syrer indeholdende fra 17 til 21 kulstofatomer opnås vaskesæbe og sæbe til tekniske formål. Både syntetisk sæbe og sæbe fremstillet af fedtstoffer vaskes dårligt i hårdt vand. Derfor fremstilles vaskemidler sammen med sæbe fra syntetiske syrer af andre typer råmaterialer, for eksempel fra alkylsulfater - salte af estere af højere alkoholer og svovlsyre.

Disse salte indeholder fra 12 til 14 kulstofatomer pr. molekyle og har meget gode renseegenskaber. Calcium- og magnesiumsalte er opløselige i vand, og derfor kan sådanne sæber vaskes i hårdt vand. Alkylsulfater findes i mange vaskemidler.

Syntetiske rengøringsmidler frigiver hundredtusindvis af tons madråvarer - vegetabilske olier og fedtstoffer.

Komplekse lipider.

Disse er lipider, der ved hydrolyse frigiver alkohol og fosforsyre, aminoalkoholer, kulhydrater.

Fosfolipider - grundlaget for fosfolipider er fosfatidinsyre.

Fosfolipider danner lipidmatrixen af ​​biologiske membraner.

Heterofunktionelle forbindelser.

Heterofunktionelle forbindelser omfatter hydroxy- og oxosyrer.

Hydroxy syrer

Hydroxysyrer er kendetegnet ved tilstedeværelsen i molekylet, ud over carboxylgruppen, af en O-H hydroxylgruppe, deres generelle formel er R(OH)n (COOH). Den første repræsentant for organiske hydroxysyrer vil være hydroxyethansyre (hydroxyeddikesyre, oxymethancarboxylsyre, glycolsyre).

De vigtigste af de hydroxysyrer, der er involveret i vitale processer, er:

Mælkesyre (2-hydroxy-ethancarboxylsyre, 2-hydroxypropansyre, hydroxypropionsyre)

æblesyre (2-hydroxy-1,2-ethandicarboxylsyre, hydroxyravsyre)

vinsyre (1,2-dioxy-1,2-ethandicarboxylsyre, dioxyravsyre)

citronsyre (2-hydroxy-1,2,3-propantricarboxylsyre)