Окисление перманганатом калия карбоновых кислот


Карбоновые кислоты, подготовка к ЕГЭ по химии

Карбоновые кислоты - класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп COOH.

Имеют разнообразное промышленное применение и большое биологическое значение. Общая формула одноосновных карбоновых кислот CnH2nO2 .

Классификация карбоновых кислот

По количеству карбоксильных групп в молекуле карбоновые кислоты подразделяются на:

  • Одноосновные - 1 карбоксильная группа
  • Двухосновные - 2 карбоксильных группы
  • Трехосновные - 3 карбоксильных группы

Высшие карбоновые кислоты называют жирными кислотами. Более подробно мы изучим их теме, посвященной жирам, в состав которых они входят.

Номенклатура и изомерия карбоновых кислот

Названия карбоновых кислот формируются путем добавления суффикса "овая" к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода и слова кислота: метановая кислота, этановая кислота, пропановая кислота, и т.д.

Многие карбоновые кислоты имеют тривиальные названия. Наиболее известные:

  • Метановая - HCOOH - муравьиная кислота
  • Этановая - CH3-COOH - уксусная кислота
  • Пропановая - C2H5-COOH - пропионовая кислота
  • Бутановая - C3H7-COOH - масляная кислота
  • Пентановая - C4H9-COOH - валериановая кислота

Для предельных карбоновых кислот характерна структурная изомерия: углеродного скелета, межклассовая изомерия со сложными эфирами.

Получение карбоновых кислот
  • Окисление алканов
  • При повышенной температуре и в присутствии катализатора становится возможным неполное окисление алканов, в результате которого образуются кислоты.

  • Окисление спиртов
  • При реакции спиртов с сильными окислителями, такими как подкисленный раствор перманганата калия, спирты окисляются до соответствующих кислот.

  • Окисление альдегидов
  • При окислении альдегиды образуют соответствующие карбоновые кислоты. Окисление можно проводить качественной реакцией на альдегиды - реакцией серебряного зеркала.

    Обратите особое внимание, что при написании реакции с аммиачным раствором серебра в полном виде, правильнее будет указать не кислоту, а ее аммиачную соль. Это связано с тем, что выделяющийся аммиак, который обладает основными свойствами, реагирует с кислотой с образованием соли.

    Окисление альдегидов также может быть успешно осуществлено другим реагентом - свежеосажденным гидроксидом меди II. В результате такой реакции образуется осадок кирпично-красного цвета оксида меди I.

  • Синтез муравьиной кислоты
  • Существует специфический способ получения муравьиной кислоты, который заключается в реакции щелочи с угарным газом - образуется формиат (соль муравьиной кислоты). В результате добавления раствора серной кислоты к формиату получается муравьиная кислота.

  • Синтез уксусной кислоты
  • Специфичность синтеза уксусной кислоты заключается в реакции угарного газа с метанолом, в результате которой она образуется.

    Также уксусную кислоту можно получить другим путем: сначала провести реакцию Кучерова, в ходе которой образуется уксусный альдегид. Окислить его до уксусной кислоты можно аммиачным раствором оксида серебра или гидроксидом меди II.

Химические свойства карбоновых кислот

Для карбоновых кислот не характерны реакции присоединения. Карбоновые кислоты обладают более выраженными кислотными свойствами, чем спирты.

  • Кислотные свойства
  • Карбоновые кислоты вступают в реакции с металлами, которые способны вытеснить водород (стоят левее водорода в ряду напряжений металлов) из кислоты. Реагируют также с основаниями, с солями более слабых кислот, например, угольной кислоты.

  • Галогенирование
  • Галогенирование происходит по типу замещения в радикале, который соединен с карбоксильной группой. Напомню, что наиболее легко замещается водород у третичного, чуть сложнее - у вторичного, и значительно сложнее - у первичного атома углерода.

    Сила карбоновых кислот тем выше, чем меньше электронной плотности сосредоточено на атоме углерода в карбоксильной группе. Поэтому самая слабая из трех кислот - уксусная, чуть сильнее - хлоруксусная, за ней - дихлоруксусная и самая сильная - трихлоруксусная.

    Перераспределение электронной плотности в молекулах этих кислот для лучшего запоминания лучше увидеть наглядно. Это перераспределение обусловлено большей электроотрицательностью хлора, который притягивает электронную плотность.

  • Особые свойства муравьиной кислоты
  • Муравьиная кислота отличается от своих гомологов. За счет наличия у нее альдегидной группы, она, единственная из карбоновых кислот, способна вступать в реакцию серебряного зеркала.

    В такой реакции идет ее окисление до нестойкой угольной кислоты, которая распадается на углекислый газ и воду.

  • Разложение муравьиной кислоты
  • При нагревании и в присутствии серной кислоты (водоотнимающего компонента) муравьиная кислота распадается на воду и угарный газ.

    HCOOH → (t, H2SO4) CO↑ + H2O

Сложные эфиры

Получение сложных эфиров происходит в реакции этерификации (лат. aether - эфир), заключающейся во взаимодействии карбоновой кислоты и спирта.

Названия сложных эфиров формируются в зависимости от того, какой кислотой и каким спиртом эфир образован. Примеры:

  • Метановая кислота + метанол = метиловый эфир метановой кислоты (метилформиат)
  • Этановая кислота + этанол = этиловый эфир уксусной кислоты (этилацетат)
  • Метановая кислота + этанол = этиловый эфир метановой кислоты (этилформиат)
  • Пропановая кислот + бутанол = бутиловый эфир пропионовой кислоты (бутилпропионат)

Для сложных эфиров характерной реакцией является гидролиз - их разложение. Возможен щелочной гидролиз, при котором образуется соль кислоты и спирт, и кислотный гидролиз, при котором образуются исходные спирт и кислота.

Кислотный гидролиз протекает обратимо, щелочной - необратимо. Реакция щелочного гидролиза по-другому называется реакция омыления, и напомнит о себе, когда мы дойдем до темы жиров.

Ангидриды

Ангидриды - химические соединения, производные неорганических и органических кислот, образующиеся при их дегидратации.

Хлорангидриды карбоновых кислот образуются в реакции карбоновых кислот с хлоридом фосфора V.

Следующая реакция не имеет отношения к ангидридам, однако (из-за их схожести) вы увидите ее здесь для наилучшего запоминания. Это реакция галогенирования гидроксикислот, в результате которой гидроксогруппа в радикале меняется на атом галогена.

Непредельные карбоновые кислоты

Распределение электронной плотности в молекулах творит чудеса: иногда реакции идут против правила Марковникова. Так происходит в непредельной акриловой кислоте.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Окисление ароматических алканов KMnO4 с образованием карбоновых кислот - Master Organic Chemistry

Master Organic Chemistry Reaction Guide

Описание: Обработка алкилбензола перманганатом калия приводит к окислению с образованием бензойной кислоты.

Примечания: Положение, непосредственно примыкающее к ароматической группе, называется «бензильным» положением.

Реакция работает только , если к углероду присоединен водород.

Примеры:

Примечания: Обратите внимание, что в примере 2 дополнительные атомы углерода расщепляются с образованием того же продукта, что и в примере 1. А в примере 3 образуются две бензойные кислоты. Наконец, когда на бензильном атоме углерода нет атомов водорода, реакция не происходит (пример 4).

Механизм: Для целей Org 1 / Org 2 механизм не считается таким важным. Марганец действует загадочным образом. Считается, что первым шагом является удаление водорода одним из атомов кислорода на MnO4 (-) в свободнорадикальной реакции.Кроме того, это усложняется.

Проверь себя!


(Advanced) Ссылки и дополнительная литература

Для некоторых примеров «в дикой природе» см. Следующее.

.

алкенов и манганат калия (VII) (перманганат)

Если продукт имеет одну углеводородную группу и один водород

Например, предположим, что первая стадия реакции была:

В этом случае первая молекула продукта имеет метильную группу и водород, присоединенный к карбонильная группа. Это другой вид соединения, известный как альдегид.

Альдегиды легко окисляются с образованием карбоновых кислот, содержащих группу -COOH.Таким образом, на этот раз реакция пойдет на следующую стадию с получением этановой кислоты, CH 3 COOH.

Кислотная структура была немного изменена, чтобы она больше походила на то, как мы обычно извлекаем кислоты, но в конечном итоге кислород оказался между углеродом и водородом.

Таким образом, общий эффект манганата калия (VII) на этот вид алкена составляет:

Очевидно, если бы к обоим атомам углерода на концах двойной связи углерод-углерод был присоединен атом водорода, вы бы получили две молекулы карбоновой кислоты, которые могли бы быть одинаковыми или разными, в зависимости от того, были ли одинаковые алкильные группы. или другое.

Поиграйте с этим, пока не будете довольны. Нарисуйте ряд алкенов, каждый из которых имеет водород, присоединенный к обоим концам двойной углерод-углеродной связи. Меняйте алкильные группы - иногда одинаковые на каждом конце двойной связи, иногда разные. Окислите их, чтобы образовались кислоты, и посмотрите, что у вас получится.

Если продукт содержит два атома водорода, но не содержит углеводородной группы

Вы, возможно, ожидали, что это приведет к образованию метановой кислоты, как в уравнении:

Но это не так! Это потому, что метановая кислота также легко окисляется раствором манганата калия (VII).Фактически, он полностью окисляет его до двуокиси углерода и воды.

Таким образом, уравнение в таком случае могло бы быть, например:

Точная природа другого продукта (в этом примере пропанона) будет варьироваться в зависимости от того, что было присоединено к правому атому углерода в двойной связи углерод-углерод.

Если бы на обоих концах двойной связи было два атома водорода (другими словами, если бы у вас был этен), то все, что вы получили бы, - это диоксид углерода и вода.

 

Сводка

Подумайте о обоих концах двойной связи углерод-углерод по отдельности, а затем объедините результаты.

  • Если на одном конце связи есть две алкильные группы, эта часть молекулы даст кетон.

  • Если есть одна алкильная группа и один водород на одном конце связи, эта часть молекулы даст карбоновую кислоту.

  • Если на одном конце связи есть два атома водорода, эта часть молекулы даст диоксид углерода и воду.

 

В чем смысл всего этого?

Работа с результатами поможет вам определить структуру алкена. Например, алкен C 4 H 8 имеет три структурных изомера:

Определите, какие из них дали бы каждый из следующих результатов, если бы их обрабатывали горячим концентрированным раствором манганата калия (VII). Вышеуказанные изомеры: , а не в порядке A, B и C.

Не читайте ответы в зеленой рамке, пока не попробуете это.

  • Изомер A дает кетон (пропанон) и диоксид углерода.

  • Изомер B дает карбоновую кислоту (пропановую кислоту) и диоксид углерода.

  • Изомер C дает карбоновую кислоту (этановую кислоту).

.

использований карбоновой кислоты | Структура и свойства карбоновой кислоты

Карбоновая кислота - это органическое соединение, содержащее карбоксильную группу (C (= O) OH). Общая формула карбоновой кислоты - R – COOH, где R указывает на остальную часть (возможно, довольно большого) атома. Карбоновые кислоты встречаются широко и включают аминокислоты (из которых состоят белки) и уксусную кислоту (которая входит в состав уксуса и участвует в метаболизме).

(Изображение 1 будет добавлено в ближайшее время)

Сложный эфир и соль карбоновых кислот известны как карбоксилаты.Когда карбоксильная группа теряет протон, ее сопряженное основание образует карбоксилатный анион. Карбоксилат-ионы устойчивы к резонансу, и это улучшение стабильности делает карбоновые кислоты более кислыми, чем спирты, наряду с электроноакцепторным эффектом карбонильной связи, что создает хрупкую концевую связь кислород-водород и, таким образом, делает кислотное расщепление более благоприятным. (понижает pKa).

Карбоновые кислоты можно рассматривать как восстановленный или алкилированный тип диоксида углерода кислоты Льюиса; в некоторых ситуациях их можно декарбоксилировать с образованием диоксида углерода CO2.

Номенклатура

Карбоновые кислоты обычно идентифицируются с использованием их тривиальных названий и обычно имеют суффикс -ic acid. Также существуют названия, рекомендованные ИЮПАК; в этом методе карбоновые кислоты имеют суффикс -oic acid. Для классификации сложного атома, содержащего карбоновую кислоту, карбоксил можно рассматривать в положении одной из родительских цепей, даже если есть другие заместители, например 3-хлорпропановая кислота. Карбоксилат-анион (R – COO-) карбоновой кислоты обычно называют суффиксом -ат в соответствии с обычным образцом -иновой кислоты и -ат для сопряженной кислоты и ее сопряженного основания в указанном порядке.Например, сопряженное основание уксусной кислоты представляет собой ацетат

Структура:

Компонент CO2H плоский и надежный с sp2-гибридизацией и резонансным контактом неподеленных пар гидроксильного кислорода с системой Pi (π) карбонила.

Физические свойства

  • Растворимость

  • Точки кипения

  • Кислотность

  • Запах

Растворимость

Карбоновые кислоты полярны по природе.Поскольку они оба являются акцепторами водородных связей (карбонил –C = O) и вкладчиками или донорами водородных связей (гидроксил –OH), они также способствуют образованию водородных связей. Вместе гидроксильная и карбонильная группы образуют карбоксильную функциональную группу. Карбоновые кислоты, которые обычно существуют в виде димерных пар в неполярной области из-за их способности «самоассоциироваться». Незначительные карбоновые кислоты (от 1 до 5 атомов углерода) растворимы в воде, тогда как высшие карбоновые кислоты менее растворимы в воде из-за растущей гидрофобной природы алкильной цепи.Эти кислоты с более длинной цепью обычно хорошо растворяются в менее полярных растворителях, таких как спирты и простые эфиры.

Точки кипения

Карбоновые кислоты имеют тенденцию иметь более высокие точки кипения, чем вода h3O, не только из-за их большей площади поверхности, но также из-за их способности образовывать стабилизированные димеры. Димерные связи должны быть разорваны или вся конфигурация димера должна быть испарена для того, чтобы произошло кипение, оба из которых значительно повышают энтальпию испарения.

Кислотность

Карбоновые кислоты относятся к кислотам Бренстеда – Лоури из-за их протонной (H +) донорной природы.

Карбоновые кислоты - это в основном кислые простые органические соединения (pKa ~ 5).

  • Но это только слабые кислоты по сравнению с такими кислотами, как HCl или h3SO4.

  • Резонансная стабилизация карбоксилатного иона позволит делокализовать отрицательный заряд между двумя электроотрицательными атомами кислорода (сравните со спиртами, pKa ~ 16).

  • Соседние заместители, привлекающие электроны, увеличивают кислотность за счет дополнительной стабилизации карбоксилата.

Карбоновая кислота

Структура

pKa

Этановая кислота

Ch4CO2H3

0

Propano

0 кислота

Ch4Ch3CO2H

4,9

Фторэтановая кислота

Ch3FCO2H

2.6

Хлорэтановая кислота

Ch3ClCO2H

2,9

Дихлорэтановая кислота

Дихлорэтановая кислота

CHCl2CO2H

CHCl2CO2H

CHCl2CO2H

CHCl2CO2H

03

0,9

Нитроэтановая кислота

O2NCh3CO2H

1.7

Запах

Карбоновые кислоты обычно имеют сильный запах, особенно летучие продукты. Наиболее типичными являются уксусная кислота (уксус) и масляная кислота (человеческая рвота). В равной степени сложные эфиры карбоновых кислот имеют приятный запах, и многие из них используются в парфюмерии.

Классы карбоновых кислот

Насыщенные алифатические кислоты

Муравьиная кислота, HCOOH, содержится не только в муравьях, но и в каплях на мельчайших волосках крапивы двудомной, а кислотность этого соединения создает ощущение покалывания. когда эти волосы касаются.

Ненасыщенные алифатические кислоты

Большое количество кислот, жизненно важных для органической химии, имеют двойные связи углерод-углерод (C-C).

В них присутствуют α, β-ненасыщенные кислоты, в которых двойная связь находится между вторым и третьим углеродом цепи, а также ненасыщенные кислоты, в которых двойная связь образована в других положениях. Хотя многие из этих последних кислот присутствуют в природе, их труднее производить, чем α, β-ненасыщенные кислоты. Эфиры акриловой кислоты (этил и бутилакрилат) и метакриловой кислоты (метилметакрилат) являются основными мономерами для синтеза полимеров.

Ароматические кислоты

Ароматические кислоты содержат соединения, в которых группа COOH связана с ароматическим кольцом. Примером ароматических кислот является простейшая ароматическая кислота - бензойная кислота.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Ароматические карбоновые кислоты демонстрируют не только кислотность и несколько других реакций, вероятно, карбоновых кислот (как кислота, бензойная кислота немного сильнее уксусной кислоты), но, параллельно с другими ароматическими соединениями, также испытывают реакции электрофильного замещения.

Поликарбоновая кислота

Дикарбоновые кислоты с неразветвленной цепью имеют два набора или группы COOH. В результате они могут производить два типа солей. Например, если щавелевая кислота HOOCCOOH на 50% нейтрализована гидроксидом натрия NaOH, образуется HOOCCOONa, известный как оксалат натрия или оксалат натрия. Поскольку одна группа или набор COOH все еще существует в соединении, оно имеет характеристики как соли, так и кислоты. Полная нейтрализация (обработка щавелевой кислоты NaOH в молярном соотношении кислоты к основанию 1: 2) дает NaOOCCOONa, оксалат натрия

Гидроксил и кетокислоты

2-, 3-, 4- и 5-гидроксикарбоновые кислоты все при нагревании теряют воду, хотя урожайность не одинакова.2-гидроксикислоты образуют циклические димерные сложные эфиры (полученные этерификацией двух атомов кислоты), известные лактиды, в то время как 3- и 4-гидроксикислоты подвергаются межмолекулярной этерификации с образованием циклических сложных эфиров, известных как лактоны.

Аминокислоты

.

Смотрите также