Karbonskābju ķīmiskās īpašības un sagatavošanas metodes. Gatavošanās vienotajam valsts eksāmenam ķīmijā

DEFINĪCIJA

Tiek sauktas organiskas vielas, kuru molekulas satur vienu vai vairākas karboksilgrupas, kas saistītas ar ogļūdeņraža radikāli karbonskābes.

Pirmie trīs homologās karbonskābju sērijas locekļi, tostarp propionskābe, ir šķidrumi, kuriem ir asa smaka un kas labi šķīst ūdenī. Sekojošie homologi, sākot ar sviestskābi, arī ir šķidrumi, kuriem ir spēcīga nepatīkama smaka, bet kas slikti šķīst ūdenī. Augstākās skābes ar oglekļa atomu skaitu 10 vai vairāk ir cietas, bez smaržas, ūdenī nešķīstošas. Kopumā virknē homologu, palielinoties molekulmasai, samazinās šķīdība ūdenī, samazinās blīvums un palielinās viršanas temperatūra (1. tabula).

1. tabula. Karbonskābju homologās sērijas.

Karbonskābju sagatavošana

Karbonskābes iegūst, oksidējot piesātinātus ogļūdeņražus, spirtus un aldehīdus. Piemēram, etiķskābe - oksidējot etanolu ar kālija permanganāta šķīdumu skābā vidē, karsējot:

Karbonskābju ķīmiskās īpašības

Karbonskābju ķīmiskās īpašības galvenokārt nosaka to struktūras īpatnības. Tādējādi ūdenī šķīstošās skābes var sadalīties jonos:

R-COOH↔R-COO - + H + .

Sakarā ar H + jonu klātbūtni ūdenī, tiem ir skāba garša, tie spēj mainīt indikatoru krāsu un vadīt elektrisko strāvu. Ūdens šķīdumā šīs skābes ir vāji elektrolīti.

Karbonskābēm piemīt ķīmiskās īpašības, kas raksturīgas neorganisko skābju šķīdumiem, t.i. mijiedarbojas ar metāliem (1), to oksīdiem (2), hidroksīdiem (3) un vājajiem sāļiem (4):

2CH 3 -COOh + Zn → (CH 3 COO) 2 Zn + H2 (1);

2CH 3 -COOH + CuO → (CH 3 COO) 2 Cu + H 2 O (2);

R-COOH + KOH → R-COOK + H2O (3);

2CH 3 -COOH + NaHCO 3 → CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 (4).

Īpaša piesātināto un nepiesātināto karbonskābju īpašība, kas izpaužas funkcionālajā grupā, ir mijiedarbība ar spirtiem.

Karsējot un koncentrētas sērskābes klātbūtnē, karbonskābes reaģē ar spirtiem. Piemēram, ja etiķskābei pievieno etilspirtu un nedaudz sērskābes, tad, karsējot, parādās etiletiķskābes (etilacetāta) smarža:

CH 3 -COOH + C 2 H 5 OH ↔CH 3 -C(O)-O-C 2 H 5 + H 2 O.

Īpaša piesātināto karbonskābju īpašība, kas izpaužas ar radikāļiem, ir halogenēšanas (hlorēšanas) reakcija.

Karbonskābju pielietojums

Karbonskābes kalpo kā izejviela ketonu, skābju halogenīdu, vinilesteru un citu svarīgu organisko savienojumu klašu ražošanai.

Skudrskābi plaši izmanto, lai iegūtu esterus, ko izmanto parfimērijā, ādas rūpniecībā (ādas miecēšana), tekstilrūpniecībā (kā kodinātāju krāsošanai), kā šķīdinātāju un konservantu.

Etiķskābes ūdens šķīdumu (70-80%) sauc par etiķa esenci, bet 3-9% ūdens šķīdumu sauc par galda etiķi. Esenci bieži izmanto, lai mājās iegūtu etiķi atšķaidot.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

2. PIEMĒRS

Karbonskābes- organiskas vielas, kuru molekulas satur vienu vai vairākas karboksilgrupas.

Karboksilgrupa (saīsināti kā COOH) ir karbonskābju funkcionāla grupa, kas sastāv no karbonilgrupas un ar to saistītās hidroksilgrupas.

Pamatojoties uz karboksilgrupu skaitu, karbonskābes iedala vienbāziskās, divbāziskās utt.

Vienbāzisko karbonskābju vispārējā formula ir R-COOH. Divbāziskās skābes piemērs ir skābeņskābe HOOC-COOH.

Pamatojoties uz radikāļu veidu, karbonskābes iedala piesātinātajās (piemēram, etiķskābe CH 3 COOH), nepiesātinātajās [piemēram, akrilskābe CH 2 =CH-COOH, oleīnskābe CH 3 - (CH 2) 7 -CH =CH—(CH 2) 7 -COOH] un aromātisks (piemēram, benzoskābe C 6 H 5 -COOH).

Izomēri un homologi

Vienbāziskās piesātinātās karbonskābes R-COOH ir esteru izomēri (saīsināti R"-COOR") ar vienādu oglekļa atomu skaitu. Abu vispārējā formula ir C n H 2 n O2.

Algoritms karbonskābju nosaukumu sastādīšanai

1. Atrodiet oglekļa mugurkaulu - tā ir garākā oglekļa atomu ķēde, ieskaitot karboksilgrupas oglekļa atomu.
2. Numurējiet oglekļa atomus galvenajā ķēdē, sākot ar karboksiloglekļa atomu.
3. Nosauciet savienojumu, izmantojot ogļūdeņražu algoritmu.
4. Nosaukuma beigās pievienojiet sufiksu “-ov”, galotni “-aya” un vārdu “skābe”.

Karbonskābju molekulās lpp-hidroksilgrupas skābekļa atomu elektroni mijiedarbojas ar karbonilgrupas -saites elektroniem, kā rezultātā palielinās O-H saites polaritāte, nostiprinās -saite karbonilgrupā, daļējais lādiņš (+) uz oglekļa atoma samazinās un palielinās daļējais lādiņš (+) uz ūdeņraža atoma .

Pēdējais veicina spēcīgu ūdeņraža saišu veidošanos starp karbonskābes molekulām.

Piesātināto vienbāzisko karbonskābju fizikālās īpašības lielā mērā ir saistītas ar spēcīgu ūdeņraža saišu klātbūtni starp molekulām (stiprākas nekā starp spirta molekulām). Tāpēc skābju viršanas temperatūra un šķīdība ūdenī ir augstāka nekā attiecīgajiem spirtiem.

Skābju ķīmiskās īpašības

-saites stiprināšana karbonilgrupā noved pie tā, ka pievienošanas reakcijas nav raksturīgas karbonskābēm.

1. Degšana:
   

   CH 3 COOH + 2O 2 2CO 2 + 2H 2 O

2. Skābās īpašības.
   O-H saites augstās polaritātes dēļ karbonskābes ūdens šķīdumā manāmi sadalās (precīzāk, reaģē ar to atgriezeniski):

   HCOOH HCOO - + H + (precīzāk HCOOH + H 2 O HCOO - + H 3 O +)

   
   Visas karbonskābes ir vāji elektrolīti. Palielinoties oglekļa atomu skaitam, skābju stiprums samazinās (sakarā ar O-H saites polaritātes samazināšanos); gluži pretēji, halogēna atomu ievadīšana ogļūdeņraža radikālā izraisa skābes stiprības palielināšanos. Jā, pēc kārtas

   HCOOH CH 3 COOH C 2 H 5 COOH

   
   skābju stiprums samazinās, un sērijā

   Pieaug.

   Karbonskābēm piemīt visas vājajām skābēm raksturīgās īpašības:

   Mg + 2CH 3 COOH (CH 3 COO) 2 Mg + H 2
   CaO + 2CH 3 COOH (CH 3 COO) 2 Ca + H 2 O
   NaOH + CH 3 COOH CH 3 COONa + H 2 O
   K 2 CO 3 + 2CH 3 COOH 2CH 3 COOK + H 2 O + CO 2

3. Esterifikācija (karbonskābju reakcija ar spirtiem, kā rezultātā veidojas esteris):
   
   Esterifikācijas reakcijā var iesaistīties arī daudzvērtīgie spirti, piemēram, glicerīns. Esteri, ko veido glicerīns un augstākās karbonskābes (taukskābes), ir tauki.

   Tauki ir triglicerīdu maisījumi. Piesātinātās taukskābes (palmitīnskābe C 15 H 31 COOH, stearīnskābe C 17 H 35 COOH) veido cietus dzīvnieku izcelsmes taukus, bet nepiesātinātās taukskābes (oleīns C 17 H 33 COOH, linolskābe C 17 H 31 COOH u.c.) veido šķidros taukus. augu izcelsmes (eļļas).

4. Aizvietošana ogļūdeņraža radikālā:
   
   Aizstāšana notiek pozīcijā -.

   Skudrskābes HCOOH īpatnība ir tāda, ka šī viela ir bifunkcionāls savienojums, tā ir gan karbonskābe, gan aldehīds:
   
   Tāpēc skudrskābe, cita starpā, reaģē ar sudraba oksīda amonjaka šķīdumu (sudraba spoguļa reakcija; kvalitatīva reakcija):
   

   HCOOH + Ag 2 O (amonjaka šķīdums) CO 2 + H 2 O + 2Ag

Karbonskābju sagatavošana

.
O

//
-C atomu grupu sauc par karboksilgrupu vai karboksilgrupu.
\

Ak!
Organiskās skābes, kas satur vienu karboksilgrupu molekulā, ir vienbāziskas. Šo skābju vispārējā formula ir RCOOH.

Karbonskābes, kas satur divas karboksilgrupas, sauc par divbāziskām. Tajos ietilpst, piemēram, skābeņskābe un dzintarskābe.

Ir arī daudzbāziskas karbonskābes, kas satur vairāk nekā divas karboksilgrupas. Tajos ietilpst, piemēram, trīsbāziskā citronskābe. Atkarībā no ogļūdeņraža radikāļa rakstura karbonskābes iedala piesātinātajās, nepiesātinātajās un aromātiskajās.

Piesātinātās vai piesātinātās karbonskābes ir, piemēram, propānskābe (propionskābe) vai jau pazīstamā dzintarskābe.

Acīmredzot piesātinātās karbonskābes nesatur P-saites ogļūdeņraža radikālā.

Nepiesātināto karbonskābju molekulās karboksilgrupa ir saistīta ar nepiesātinātu, nepiesātinātu ogļūdeņraža radikāli, piemēram, akrila (propēnskābes) CH2=CH-COOH vai oleīna CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2) molekulās. 7-COOH un citas skābes.

Kā redzams no benzoskābes formulas, tā ir aromātiska, jo tā molekulā satur aromātisku (benzola) gredzenu.

Nomenklatūra un izomerisms

Mēs jau esam apsvēruši vispārējos karbonskābju, kā arī citu organisko savienojumu nosaukumu veidošanas principus. Sīkāk pakavēsimies pie mono- un divbāzisko karbonskābju nomenklatūras. Karbonskābes nosaukumu veido no atbilstošā alkāna nosaukuma (alkāna ar vienādu oglekļa atomu skaitu molekulā), pievienojot piedēkli -ov, galotni -aya un vārdu skābe. Oglekļa atomu numerācija sākas ar karboksilgrupu. Piemēram:

Daudzām skābēm ir arī vēsturiski izveidoti vai triviāli nosaukumi (6. tabula).

Pēc pirmās iepazīšanās ar daudzveidīgo un interesanto organisko skābju pasauli mēs sīkāk aplūkosim piesātinātās vienbāziskās karbonskābes.

Ir skaidrs, ka šo skābju sastāvu atspoguļos vispārējā formula C n H 2n O2, vai C n H 2n +1 COOH, vai RCOOH.

Piesātināto vienbāzisko karbonskābju fizikālās īpašības

Zemākas skābes, t.i., skābes ar salīdzinoši mazu molekulmasu, kas satur līdz četriem oglekļa atomiem vienā molekulā, ir šķidrumi ar raksturīgu asu smaku (atcerieties etiķskābes smaržu). Skābes, kas satur no 4 līdz 9 oglekļa atomiem, ir viskozi eļļaini šķidrumi ar nepatīkamu smaku; kas satur vairāk nekā 9 oglekļa atomus vienā molekulā - cietas vielas, kas nešķīst ūdenī. Piesātināto vienbāzisko karbonskābju viršanas temperatūra palielinās, palielinoties oglekļa atomu skaitam molekulā un līdz ar to palielinoties relatīvajai molekulmasai. Piemēram, skudrskābes viršanas temperatūra ir 101 °C, etiķskābe ir 118 °C, bet propionskābe ir 141 °C.

Vienkāršākā karbonskābe, skudrskābe HCOOH, ar mazu relatīvo molekulmasu (46), normālos apstākļos ir šķidrums ar viršanas temperatūru 100,8 °C. Tajā pašā laikā butāns (MR(C4H10) = 58) tādos pašos apstākļos ir gāzveida un tā viršanas temperatūra ir -0,5 °C. Šī viršanas punktu un relatīvo molekulmasu neatbilstība ir izskaidrojama ar karbonskābes dimēru veidošanos, kurā divas skābes molekulas ir saistītas ar divām ūdeņraža saitēm. Ūdeņraža saišu rašanās kļūst skaidra, ņemot vērā karbonskābes molekulu struktūru.

Piesātināto vienbāzisko karbonskābju molekulas satur polāru atomu grupu - karboksilgrupu (padomājiet par to, kas izraisa šīs funkcionālās grupas polaritāti) un praktiski nepolāru ogļūdeņraža radikāli. Karboksilgrupa tiek piesaistīta ūdens molekulām, veidojot ar tām ūdeņraža saites.

Skudrskābes un etiķskābes neierobežoti šķīst ūdenī. Ir acīmredzams, ka, palielinoties atomu skaitam ogļūdeņraža radikālā, karbonskābju šķīdība samazinās.

Zinot karbonskābes molekulu sastāvu un uzbūvi, mums nebūs grūti saprast un izskaidrot šo vielu ķīmiskās īpašības.

Ķīmiskās īpašības

Skābju (gan organisko, gan neorganisko) klasei raksturīgās vispārīgās īpašības ir saistītas ar hidroksilgrupas klātbūtni molekulās, kas satur ļoti polāru saiti starp ūdeņraža un skābekļa atomiem. Šīs īpašības jums ir labi zināmas. Apskatīsim tos vēlreiz, izmantojot ūdenī šķīstošo organisko skābju piemēru.

1. Disociācija ar skābes atlikuma ūdeņraža katjonu un anjonu veidošanos. Precīzāk, šo procesu apraksta vienādojums, kas ņem vērā ūdens molekulu līdzdalību tajā.

Karbonskābju disociācijas līdzsvars ir nobīdīts pa kreisi, lielākā daļa no tām ir vāji elektrolīti. Tomēr, piemēram, skudrskābes un etiķskābes skābā garša ir izskaidrojama ar skābju atlikumu disociāciju ūdeņraža katjonos un anjonos.

Ir skaidrs, ka “skābā” ūdeņraža klātbūtne karbonskābju molekulās, t.i., karboksilgrupas ūdeņradis, nosaka arī citas raksturīgas īpašības.

2. Mijiedarbība ar metāliem elektroķīmiskā sprieguma diapazonā līdz ūdeņradim. Tādējādi dzelzs reducē ūdeņradi no etiķskābes:

2CH3-COOH + Fe -> (CHgCOO)2Fe + H2

3. Mijiedarbība ar bāzes oksīdiem, veidojot sāli un ūdeni:

2R-COOH + CaO -> (R-COO) 2Ca + H20

4. Reakcija ar metālu hidroksīdiem, veidojot sāli un ūdeni (neitralizācijas reakcija):

R-COOH + NaOH -> R-COONa + H20 3R-COOH + Ca(OH)2 -> (R-COO) 2Ca + 2H20

5. Mijiedarbība ar vājāku skābju sāļiem, veidojoties pēdējām. Tādējādi etiķskābe izspiež stearīnskābi no nātrija stearāta un ogļskābi no kālija karbonāta.

6. Karbonskābju mijiedarbība ar spirtiem, veidojot esterus, ir jums jau zināmā esterifikācijas reakcija (viena no svarīgākajām karbonskābēm raksturīgajām reakcijām). Karbonskābju mijiedarbību ar spirtiem katalizē ūdeņraža katjoni.

Esterifikācijas reakcija ir atgriezeniska. Līdzsvars novirzās uz estera veidošanos atūdeņošanas līdzekļu klātbūtnē un estera izņemšanu no reakcijas maisījuma.

Esterifikācijas apgrieztajā reakcijā, ko sauc par esteru hidrolīzi (esterim reaģējot ar ūdeni), veidojas skābe un spirts. Ir skaidrs, ka daudzvērtīgie spirti, piemēram, glicerīns, var reaģēt arī ar karbonskābēm, t.i., iesaistīties esterifikācijas reakcijā:

Visas karbonskābes (izņemot skudrskābi) kopā ar karboksilgrupu satur ogļūdeņraža atlikumus to molekulās. Protams, tas nevar neietekmēt skābju īpašības, kuras nosaka ogļūdeņraža atlikuma raksturs.

7. Pievienošanās reakcijas pie daudzkārtējas saites - tajās nonāk nepiesātinātās karbonskābes; piemēram, ūdeņraža pievienošanas reakcija ir hidrogenēšana. Kad oleīnskābe tiek hidrogenēta, veidojas piesātināta stearīnskābe.

Nepiesātinātās karbonskābes, tāpat kā citi nepiesātinātie savienojumi, pievieno halogēnus, izmantojot dubultsaiti. Piemēram, akrilskābe maina broma ūdeni.

8. Aizvietošanas reakcijas (ar halogēniem) - tajā var iekļūt piesātinātās karbonskābes; piemēram, reaģējot etiķskābi ar hloru, var iegūt dažādas hlorētas skābes:

Halogenējot karbonskābes, kas satur vairāk nekā vienu oglekļa atomu ogļūdeņraža atlikumā, ir iespējama produktu veidošanās ar dažādām halogēna pozīcijām molekulā. Ja reakcija notiek, izmantojot brīvo radikāļu mehānismu, visus ūdeņraža atomus ogļūdeņraža atlikumā var aizstāt. Ja reakciju veic neliela daudzuma sarkanā fosfora klātbūtnē, tad tā norit selektīvi – ūdeņradis tiek aizstāts tikai A-pozīcija (pie funkcionālajai grupai vistuvāk esošā oglekļa atoma) skābes molekulā. Šīs selektivitātes cēloņus uzzināsiet, studējot ķīmiju augstskolā.

Aizvietojot hidroksilgrupu, karbonskābes veido dažādus funkcionālus atvasinājumus. Kad šie atvasinājumi tiek hidrolizēti, atkal veidojas karbonskābe.

Karbonskābes hlorīdu var iegūt, reaģējot fosfora (III) hlorīdam vai tionilhlorīdam (SOCl 2) ar skābi. Karbonskābes anhidrīdus iegūst, hlora anhidrīdiem reaģējot ar karbonskābes sāļiem. Esteri veidojas, esterificējot karbonskābes ar spirtiem. Esterizāciju katalizē neorganiskās skābes.

Šo reakciju ierosina karboksilgrupas protonēšana – ūdeņraža katjona (protona) mijiedarbība ar skābekļa atoma vientuļo elektronu pāri. Karboksilgrupas protonēšana izraisa oglekļa atoma pozitīvā lādiņa palielināšanos tajā:

Iegūšanas metodes

Karbonskābes var iegūt, oksidējot primāros spirtus un aldehīdus.

Aromātiskās karbonskābes veidojas, oksidējoties benzola homologiem.

Arī dažādu karbonskābes atvasinājumu hidrolīzes rezultātā rodas skābes. Tādējādi estera hidrolīze rada spirtu un karbonskābi. Kā minēts iepriekš, skābes katalizētās esterifikācijas un hidrolīzes reakcijas ir atgriezeniskas. Estera hidrolīze sārmu ūdens šķīduma ietekmē notiek neatgriezeniski, no estera veidojas nevis skābe, bet gan tās sāls. Nitrilu hidrolīzes laikā vispirms veidojas amīdi, kas pēc tam pārvēršas skābēs. Karbonskābes veidojas organisko magnija savienojumu mijiedarbībā ar oglekļa monoksīdu (IV).

Atsevišķi karbonskābju pārstāvji un to nozīme

Skudrskābe (metānskābe) HCOOH ir šķidrums ar asu smaku un viršanas temperatūru 100,8 °C, labi šķīst ūdenī. Skudrskābe ir indīga un, nonākot saskarē ar ādu, izraisa apdegumus! Skudru izdalītais dzēlīgais šķidrums satur šo skābi. Skudrskābei piemīt dezinficējošas īpašības, tāpēc to izmanto pārtikas, ādas un farmācijas rūpniecībā, kā arī medicīnā. To izmanto arī audumu un papīra krāsošanā.

Etiķskābe (etānskābe) CH3COOH ir bezkrāsains šķidrums ar raksturīgu asu smaku, sajaucas ar ūdeni jebkurā attiecībā. Etiķskābes ūdens šķīdumi tiek tirgoti ar nosaukumu etiķis (3-5% šķīdums) un etiķa esence (70-80% šķīdums), un tos plaši izmanto pārtikas rūpniecībā. Etiķskābe ir labs šķīdinātājs daudzām organiskām vielām, tāpēc to izmanto krāsošanai, miecēšanai, kā arī krāsu un laku rūpniecībā. Turklāt etiķskābe ir izejviela daudzu tehniski svarīgu organisko savienojumu ražošanai: no tās iegūst, piemēram, nezāļu apkarošanai izmantojamās vielas – herbicīdus.

Etiķskābe ir galvenā vīna etiķa sastāvdaļa, kuras raksturīgā smarža ir saistīta ar to. Tas ir etanola oksidēšanās produkts un veidojas no tā, vīnu uzglabājot gaisā.

Nozīmīgākie augstāko piesātināto vienbāzisko skābju pārstāvji ir palmitīnskābes C15H31COOH un stearīnskābes C17H35COOH. Atšķirībā no zemākajām skābēm šīs vielas ir cietas un slikti šķīst ūdenī.

Taču to sāļi – stearāti un palmitāti – labi šķīst un tiem piemīt mazgāšanas efekts, tāpēc tos sauc arī par ziepēm. Ir skaidrs, ka šīs vielas tiek ražotas lielā apjomā.

No nepiesātinātajām augstākajām karbonskābēm lielākā nozīme ir oleīnskābei C17H33COOH vai (CH2)7COOH. Tas ir eļļai līdzīgs šķidrums bez garšas un smaržas. Tās sāļus plaši izmanto tehnoloģijā.

Vienkāršākais divbāzisko karbonskābju pārstāvis ir skābeņskābe (etāndijskābe) HOOC-COOH, kuras sāļi ir atrodami daudzos augos, piemēram, skābenes un skābenes. Skābeņskābe ir bezkrāsaina kristāliska viela, kas labi šķīst ūdenī. To izmanto metālu pulēšanai, kokapstrādes un ādas rūpniecībā.

1. Nepiesātinātā elaīnskābe C17H33COOH ir oleīnskābes trans-izomērs. Uzrakstiet šīs vielas strukturālo formulu.

2. Uzrakstiet oleīnskābes hidrogenēšanas reakcijas vienādojumu. Nosauciet šīs reakcijas produktu.

3. Uzrakstiet stearīnskābes degšanas reakcijas vienādojumu. Kāds skābekļa un gaisa tilpums (n.a.) būs nepieciešams, lai sadedzinātu 568 g stearīnskābes?

4. Cieto taukskābju – palmitīnskābes un stearīnskābes – maisījumu sauc par stearīnu (tieši no tā gatavo stearīna svecītes). Kāds gaisa tilpums (n.a.) būs nepieciešams, lai sadedzinātu divsimt gramu stearīnskābes sveci, ja stearīns satur vienādu palmitīnskābes un stearīnskābes masu? Kāds oglekļa dioksīda tilpums (n.o.) un ūdens masa veidojas šajā gadījumā?

5. Atrisiniet iepriekšējo uzdevumu ar nosacījumu, ka svecē ir vienāds daudzums (vienāds molu skaits) stearīnskābes un palmitīnskābes.

6. Lai noņemtu rūsas traipus, apstrādājiet tos ar etiķskābes šķīdumu. Sastādiet molekulāros un jonu vienādojumus šajā gadījumā notiekošajām reakcijām, ņemot vērā, ka rūsa satur dzelzs(III) oksīdu un hidroksīdu - Fe2O3 un Fe(OH)3. Kāpēc šādus traipus neizņem ar ūdeni? Kāpēc tie pazūd, apstrādājot ar skābes šķīdumu?

7. Cepamais (cepamais) sodas NaHC03, kas pievienots bezrauga mīklai, vispirms tiek “dzēsts” ar etiķskābi. Veiciet šo reakciju mājās un uzrakstiet tās vienādojumu, zinot, ka ogļskābe ir vājāka par etiķskābi. Izskaidrojiet putu veidošanos.

8. Zinot, ka hlors ir vairāk elektronnegatīvs nekā ogleklis, sakārtojiet šādas skābes: etiķskābi, propionskābi, hloretiķskābi, dihloretiķskābi un trihloretiķskābi skābju īpašību palielināšanas secībā. Pamatojiet savu rezultātu.

9. Kā mēs varam izskaidrot, ka skudrskābe reaģē “sudraba spoguļa” reakcijā? Uzrakstiet šīs reakcijas vienādojumu. Kādu gāzi šajā gadījumā var atbrīvot?

10. Kad 3 g piesātinātas vienbāziskas karbonskābes reaģēja ar magnija pārpalikumu, izdalījās 560 ml (n.s.) ūdeņraža. Nosakiet skābes formulu.

11. Dodiet reakciju vienādojumus, ar kuriem var aprakstīt etiķskābes ķīmiskās īpašības. Nosauciet šo reakciju produktus.

12. Iesakiet vienkāršu laboratorijas metodi, pēc kuras jūs varat atpazīt propānskābes un akrilskābes.

13. Uzrakstiet metilformiāta - metanola un skudrskābes estera - veidošanās reakcijas vienādojumu. Kādos apstākļos šī reakcija būtu jāveic?

14. Sastādiet struktūrformulas vielām ar sastāvu C3H602. Kādās vielu klasēs tās var klasificēt? Norādiet katram no tiem raksturīgos reakciju vienādojumus.

15. Viela A – etiķskābes izomērs – nešķīst ūdenī, bet var iziet hidrolīzi. Kāda ir vielas A strukturālā formula? Nosauciet tā hidrolīzes produktus.

16. Sastādiet šādu vielu struktūrformulas:

a) metilacetāts;
b) skābeņskābe;
c) skudrskābe;
d) dihloretiķskābe;
e) magnija acetāts;
f) etilacetāts;
g) etilformiāts;
h) akrilskābe.

17*. Piesātinātas vienbāziskas organiskās skābes paraugs, kas sver 3,7 g, tika neitralizēts ar nātrija bikarbonāta ūdens šķīdumu. Izlaižot atbrīvoto gāzi caur kaļķa ūdeni, tika iegūti 5,0 g nogulsnes. Kāda skābe tika uzņemta un kāds bija izdalītās gāzes tilpums?

Karbonskābes dabā

Karbonskābes dabā ir ļoti izplatītas. Tie ir atrodami augļos un augos. Tie atrodas adatās, sviedros, urīnā un nātru sulā. Ziniet, izrādās, ka lielākā daļa skābju veido esterus, kuriem ir smarža. Tādējādi pienskābes smarža, ko satur cilvēka sviedri, pievilina odus, ko viņi sajūt diezgan ievērojamā attālumā. Tāpēc, lai kā jūs mēģinātu aizdzīt kaitinošo odu, tas joprojām labi jūtas par savu upuri. Papildus cilvēka sviedriem pienskābe ir atrodama marinētajos gurķos un skābētos kāpostos.

Un pērtiķu mātītes, lai piesaistītu tēviņu, izdala etiķskābi un propionskābi. Suņa jutīgais deguns var sajust sviestskābes smaržu, kuras koncentrācija ir 10–18 g/cm3.

Daudzas augu sugas spēj ražot etiķskābi un sviestskābi. Un dažas nezāles izmanto šo iespēju un, atbrīvojot vielas, likvidē savus konkurentus, nomācot to augšanu un dažreiz izraisot to nāvi.

Arī indieši izmantoja skābi. Lai iznīcinātu ienaidnieku, viņi mērcēja bultas ar nāvējošu indi, kas izrādījās etiķskābes atvasinājums.

Un šeit rodas dabisks jautājums: vai skābes apdraud cilvēka veselību? Galu galā dabā plaši izplatītā skābeņskābe, kas atrodama skābenēs, apelsīnos, jāņogās un avenes, nez kāpēc nav atradusi pielietojumu pārtikas rūpniecībā. Izrādās, ka skābeņskābe ir divsimt reižu stiprāka par etiķskābi un var pat sarūsēt traukus, un tās sāļi, uzkrājoties cilvēka organismā, veido akmeņus.

Skābes ir atradušas plašu pielietojumu visās cilvēka dzīves jomās. Tos izmanto medicīnā, kosmetoloģijā, pārtikas rūpniecībā, lauksaimniecībā un mājsaimniecības vajadzībām.

Medicīniskiem nolūkiem tiek izmantotas organiskās skābes, piemēram, pienskābe, vīnskābe un askorbīns. Droši vien katrs no jums lietoja C vitamīnu, lai stiprinātu organismu – tā ir tieši askorbīnskābe. Tas ne tikai palīdz stiprināt imūnsistēmu, bet arī spēj izvadīt no organisma kancerogēnus un toksīnus. Pienskābi izmanto cauterizācijai, jo tā ir ļoti higroskopiska. Bet vīnskābe darbojas kā viegls caurejas līdzeklis, kā pretlīdzeklis saindēšanās ar sārmiem gadījumā un kā sastāvdaļa, kas nepieciešama plazmas sagatavošanai asins pārliešanai.

Taču kosmētisko procedūru cienītājiem jāzina, ka citrusaugļos esošās augļskābes labvēlīgi iedarbojas uz ādu, jo, dziļi iekļūstot, var paātrināt ādas atjaunošanās procesu. Turklāt citrusaugļu smaržai ir tonizējoša ietekme uz nervu sistēmu.

Vai esat ievērojuši, ka ogas, piemēram, dzērvenes un brūklenes, tiek uzglabātas ilgu laiku un saglabājas svaigas. Vai Tu zini kapēc? Izrādās, ka tajos ir benzoskābe, kas ir lielisks konservants.

Bet lauksaimniecībā dzintarskābe ir plaši izmantota, jo to var izmantot, lai palielinātu kultivēto augu produktivitāti. Tas var arī stimulēt augu augšanu un paātrināt to attīstību.

Tabulā 19.10 parādīti daži organiskie savienojumi, kas saistīti ar karbonskābēm. Karbonskābēm raksturīga iezīme ir karbonskābes klātbūtne tajās.

Tabula 19.10. Karbonskābes

(skatīt skenēšanu)

funkcionālā grupa. Karboksilgrupa sastāv no karbonilgrupas, kas saistīta ar hidroksilgrupu. Organiskās skābes ar vienu karboksilgrupu sauc par monokarbonskābēm. Viņu sistemātiskajiem nosaukumiem ir sufikss -ov(aya). Organiskās skābes ar divām karboksilgrupām sauc par dikarbonskābēm. Viņu sistemātiskajiem nosaukumiem ir sufikss -diov(aya).

Piesātinātās alifātiskās monokarbonskābes veido homologu sēriju, ko raksturo vispārīgā formula. Nepiesātinātās alifātiskās dikarbonskābes var pastāvēt dažādu ģeometrisku izomēru formā (sk. 17.2. sadaļu).

Fizikālās īpašības

Piesātināto monokarbonskābju homologās sērijas apakšējās daļas normālos apstākļos ir šķidrumi ar raksturīgu asu smaku. Piemēram, etānskābei (etiķskābei) ir raksturīga “etiķa” smarža. Bezūdens etiķskābe istabas temperatūrā ir šķidrums. Tas sasalst ledainā vielā, ko sauc par ledus etiķskābi.

Visas tabulā norādītās dikarbonskābes. 19.10, istabas temperatūrā tās ir baltas kristāliskas vielas. Monokarbonskābju un dikarbonskābju sērijas apakšējās daļas šķīst ūdenī. Karbonskābju šķīdība samazinās, palielinoties to relatīvajai molekulmasai.

Šķidrā stāvoklī un neūdens šķīdumos monokarbonskābju molekulas dimerizējas, veidojot starp tām ūdeņraža saites:

Ūdeņraža saite karbonskābēs ir stiprāka nekā spirtos. Tas izskaidrojams ar karboksilgrupas augsto polaritāti, ko izraisa elektronu izņemšana no ūdeņraža atoma uz karbonilskābekļa atomu:

Rezultātā karbonskābēm ir salīdzinoši augsta viršanas temperatūra (19.11. tabula).

Tabula 19.11. Etiķskābes un spirtu ar līdzīgu relatīvo molekulmasu viršanas temperatūra

Iegūšanas laboratorijas metodes

Monokarbonskābes var iegūt no primārajiem spirtiem un aldehīdiem, oksidējot, izmantojot paskābinātu kālija dihromāta šķīdumu, kas uzņemts pārpalikumā:

Monokarbonskābes un to sāļus var iegūt, hidrolizējot nitrilus vai amīdus:

Sadaļā ir aprakstīta karbonskābju iegūšana, reaģējot ar Grignard reaģentiem un oglekļa dioksīdu. 19.1.

Benzoskābi var iegūt, oksidējot metilbenzola metilsānu ķēdi (skatīt 18.2. sadaļu).

Turklāt benzoskābi var pagatavot no benzaldehīda, izmantojot Cannischaro reakciju. Šajā reakcijā benzaldehīdu apstrādā ar 40-60% nātrija hidroksīda šķīdumu istabas temperatūrā. Vienlaicīga oksidēšanās un reducēšana izraisa benzoskābes un attiecīgi fenilmetanola veidošanos:

Oksidācija

Kanizaro reakcija ir raksturīga aldehīdiem, kuriem nav -ūdeņraža atomu. Šis ir nosaukums ūdeņraža atomiem, kas pievienoti oglekļa atomam blakus aldehīda grupai:

Tā kā metanālā nav ūdeņraža atomu, tas var tikt pakļauts Kanizaro reakcijai. Aldehīdi, kas satur vismaz vienu -ūdeņraža atomu, tiek pakļauti skābes katalizētai aldola kondensācijai nātrija hidroksīda šķīduma klātbūtnē (skatīt iepriekš).

Ķīmiskās īpašības

Lai gan karboksilgrupa satur karbonilgrupu, karbonskābes nepakļaujas dažām reakcijām, kas notiek ar aldehīdiem un ketoniem. Piemēram, tie netiek pakļauti pievienošanās vai kondensācijas reakcijai. Tas izskaidrojams ar to, ka atoms

ogleklim karboksilgrupā ir mazāk pozitīvs lādiņš nekā aldehīda vai keto grupā.

Skābums. Elektronu blīvuma atvilkšana no karboksilūdeņraža atoma vājina O-H saiti. Rezultātā karboksilgrupa spēj abstrahēt (zaudēt) protonu. Tāpēc monokarbonskābes uzvedas kā monobāziskās skābes. Šo skābju ūdens šķīdumos tiek izveidots šāds līdzsvars:

Karboksilāta jonu var uzskatīt par divu rezonanses struktūru hibrīdu:

Citādi to var uzskatīt par

Elektrona delokalizācija starp karboksilātu grupas atomiem stabilizē karboksilāta jonu. Tāpēc karbonskābes ir daudz skābākas nekā spirti. Tomēr, ņemot vērā karbonskābes molekulu kovalento raksturu, iepriekš minētais līdzsvars ir stipri nobīdīts pa kreisi. Tādējādi karbonskābes ir vājas skābes. Piemēram, etānskābi (etiķskābi) raksturo skābuma konstante

Aizvietotāji, kas atrodas karbonskābes molekulā, lielā mērā ietekmē tās skābumu to nodrošinātās induktīvās iedarbības dēļ. Aizvietotāji, piemēram, hlors, velk elektronu blīvumu pret sevi un tādējādi rada negatīvu induktīvu efektu, izraujot elektronu blīvumu no karboksilūdeņraža atoma, palielinās karbonskābes skābums. Turpretim aizvietotājiem, piemēram, alkilgrupām, ir elektronu ziedošanas īpašības un tie rada pozitīvu induktīvu efektu.

Aizvietotāju ietekme uz karbonskābju skābumu skaidri izpaužas daudzu skābju vērtībās, kas norādītas tabulā. 19.12.

Tabula 19.12. Karbonskābes vērtības

Sāļu veidošanās. Karbonskābēm ir visas parasto skābju īpašības. Tie reaģē ar reaktīviem metāliem, bāzēm, sārmiem, karbonātiem un bikarbonātiem, veidojot atbilstošos sāļus (19.13. tabula). Šajā tabulā parādītās reakcijas ir raksturīgas gan šķīstošām, gan nešķīstošām karbonskābēm.

Tāpat kā citi vājo skābju sāļi, karboksilāta sāļi (karbonskābju sāļi) reaģē ar minerālskābēm, kas uzņemtas pārpalikumā, veidojot sākotnējās karbonskābes. Piemēram, ja nešķīstošās benzoskābes suspensijai ūdenī pievieno nātrija hidroksīda šķīdumu, skābe izšķīst nātrija benzoāta veidošanās dēļ. Ja iegūtajam šķīdumam pievieno sērskābi, benzoskābe izgulsnējas:

19.13. tabula. Sāļu veidošanās no karbonskābēm

Esterifikācija. Karsējot karbonskābes un spirta maisījumu koncentrētas minerālskābes klātbūtnē, veidojas esteris. Šis process, ko sauc par esterificēšanu, prasa spirta molekulu sadalīšanu. Ir divas iespējas.

1. Alkoksiūdeņraža sadalīšana. Šajā gadījumā spirta skābekļa atoms (no hidroksilgrupas) nonāk iegūtā ētera molekulā:

2. Alkilhidroksilgrupa. Šāda veida šķelšanās gadījumā spirta skābekļa atoms nonāk ūdens molekulā:

Kurš no šiem gadījumiem konkrēti tiek realizēts, var eksperimentāli noteikt, veicot esterificēšanu, izmantojot spirtu, kas satur izotopu 180 (sk. 1.3. nodaļu), t.i. izmantojot izotopu marķējumu. Iegūtā estera relatīvās molekulmasas noteikšana, izmantojot masas spektrometriju, norāda, vai tajā ir skābekļa-18 izotopu marķējums. Tādā veidā tika atklāts, ka esterifikācija ar primāro spirtu piedalīšanos noved pie marķētu esteru veidošanās:

Tas parāda, ka metanola molekula tiek pakļauta metoksi-ūdeņraža sadalīšanai aplūkojamās reakcijas laikā.

Halogenēšana. Karbonskābes reaģē ar fosfora pentahlorīdu un sēra oksīda dihlorīdu, veidojot atbilstošo skābju skābes hlorīdus. Piemēram

Gan benzoilhlorīds, gan fosfora trihlorīda oksīds ir šķidrumi, kas ir jāatdala viens no otra. Tāpēc karbonskābju hlorēšanai ir ērtāk izmantot sēra oksīda dihlorīdu: tas ļauj viegli noņemt gāzveida hlorūdeņradi un sēra dioksīdu no šķidrā karbonskābes hlorīda:

Pūšot hloru caur verdošu etiķskābi katalizatoru, piemēram, sarkanā fosfora vai joda, klātbūtnē un saules gaismas ietekmē

veidojas monohloretānskābe (monohloretiķskābe):

Turpmāka hlorēšana izraisa diaizvietotu un trīsaizvietotu produktu veidošanos:

Atveseļošanās. Reaģējot ar litiju sausā dietilēterī, karbonskābes var reducēt līdz attiecīgajiem spirtiem. Pirmkārt, veidojas alkoksīda starpprodukts, kura hidrolīze noved pie spirta veidošanās:

Karbonskābes netiek reducētas ar daudziem izplatītiem reducētājiem. Šīs skābes nevar uzreiz reducēt līdz atbilstošajiem aldehīdiem.

Oksidācija. Izņemot metānu (skudrskābi) un etānskābi (etiķskābi), citas karbonskābes ir grūti oksidējamas. Skudrskābe un tās sāļi (formiāti) tiek oksidēti ar kālija permanganātu. Skudrskābe spēj reducēt Fēlinga reaģentu un, karsējot maisījumā ar sudraba nitrāta amonjaka ūdens šķīdumu, veido “sudraba spoguli”. Skudrskābes oksidēšanās rezultātā veidojas oglekļa dioksīds un ūdens:

Etāndijskābe (skābeņskābe) tiek oksidēta arī ar kālija permanganātu, veidojot oglekļa dioksīdu un ūdeni:

Dehidratācija. Karbonskābes destilācija ar kādu dehidratējošu līdzekli, piemēram, oksīdu, noved pie ūdens molekulas sadalīšanās no divām skābes molekulām un karbonskābes anhidrīda veidošanās:

Skudrskābe un skābeņskābe šajā gadījumā ir izņēmums. Skudrskābes vai tās kālija vai nātrija sāls dehidratācija ar koncentrētu sērskābi izraisa oglekļa monoksīda veidošanos un

Nātrija metanoāta (formiāta) dehidratācija ar koncentrētu sērskābi ir izplatīta laboratorijas metode oglekļa monoksīda iegūšanai. Skābeņskābes dehidratācija ar karstu koncentrētu sērskābi rada oglekļa monoksīda un oglekļa dioksīda maisījumu:

Karboksilāti

Karbonskābju nātrija un kālija sāļi ir baltas kristāliskas vielas. Tie viegli šķīst ūdenī, veidojot spēcīgus elektrolītus.

Nātrija vai kālija karboksilāta sāļu elektrolīze, kas izšķīdināta ūdens un metanola maisījumā, izraisa alkānu un oglekļa dioksīda veidošanos pie anoda un ūdeņraža veidošanos pie katoda.

Pie anoda:

Pie katoda:

Šo alkānu ražošanas metodi sauc par elektroķīmisko Kolbes sintēzi.

Alkānu veidošanās notiek arī, karsējot nātrija vai kālija karboksilātu maisījumu ar nātrija hidroksīdu vai nātrija kaļķi. (Soda kaļķi ir nātrija hidroksīda un kalcija hidroksīda maisījums.) Šo metodi izmanto, piemēram, metāna ražošanai laboratorijā:

Aromātiskie nātrija vai kālija karboksilāti līdzīgos apstākļos veido arēnus:

Karsējot nātrija karboksilātu un skābes hlorīdu maisījumu, veidojas atbilstošo karbonskābju anhidrīdi:

Kalcija karboksilāti ir arī baltas kristāliskas vielas un parasti šķīst ūdenī. Kad tie tiek uzkarsēti, tie veidojas

ar zemu attiecīgo ketonu iznākumu:

Karsējot kalcija karboksilātu un kalcija formiāta maisījumu, veidojas aldehīds:

Karbonskābju amonija sāļi ir arī baltas kristāliskas vielas, kas šķīst ūdenī. Spēcīgi karsējot, tie veido atbilstošos amīdus: