Глава 11. Карбоновые кислоты и их производные

Вопросы к семинару

1. Определение, классификация, номенклатура и изомерия. Способы получения карбоновых кислот: а) окисление органических соединений, б) гидролиз нитрилов, гем-тригалогенуглеводородов, сложных эфиров, в) металл-органический синтез и оксосинтез. Спектральные характеристики карбоновых кислот.

2. Электронное строение карбоксильной группы. Кислотные свойства карбоновых кислот. Образование солей. Влияние карбоксильной группы на реакционную способность радикала в ряду предельных, непредельных и ароматических кислот. Реакции карбоновых кислот по радикалу.

3. Реакции S_N, идущие по карбоксигруппе. Механизм. Образование сложных эфиров, ангидридов, галогенангидридов, амидов, гидразидов.

4. Амиды, строение амидной группы, способы получения амидов кислот.

5. Кислотно-основные свойства амидов, гидролиз, расщепление гипобромитами по Гофману. Образование нитрилов, дезаминирование азотистой кислотой. Гидразиды карбоновых кислот.

6. Мочевина. Свойства: гидролиз, образование солей, взаимодействие с азотистой кислотой и гипобромитами. Биурет. Уреиды и уреидокислоты.

7. Некоторые представители карбоновых кислот и амидов кислот, применяемых в медицине: ацетат калия, ацетат свинца, бензойная кислота, натрия бензоат, фенолфталеин, уретан (бромизовал).

Опыты к лабораторной работе

1. Сравнение силы органических и неорганических кислот

2. Образование и гидролиз ацетата железа

3. Образование оксалата кальция

4. Получение изоамилацетата

5. Декарбоксилирование щавелевой кислоты

6. Отношение муравьиной и уксусной кислот к окислению

7. Гидролиз мочевины

8. Образование солей мочевины с кислотами

9. Разложение мочевины при нагревании

Задания к самостоятельной работе

ВАРИАНТ 1

1. Назовите следующие вещества, укажите, к каким классам они относятся, дайте определения этим классам:

В ИК-спектре каких соединений будут наблюдаться полосы поглощения в области 3500 – 3200 см^-1? Колебаниям каких связей они соответствуют?

2. Предложите по одному способу получения каждого вещества из задания 1. Назовите исходные соединения.

3. Рассмотрев влияние радикала на кислотные свойства кислот, расположите муравьиную, уксусную, трихлоруксусную кислоты в ряд по увеличению кислотных свойств. Ответ поясните.

4. Педложите синтез ацетамида, исходя из соответствующего: а) галогенангидрида; б) ангидрида; в) сложного эфира. Приведите уравнения гидролиза ацетамида в кислой и щелочной средах.

5. Предложите метод анализа, позволяющий различить муравьиную и щавелевую кислоты, приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите продукты:

ВАРИАНТ 2

1. Напишите структурные формулы и названия трех изомерных соединений общей формулы С₃H₆O₂. Дайте определения классам веществ, к которым они относятся. Объясните, как с помощью ИК-спектроскопии и химическими методами можно различить эти соединения. Подтвердите уравнениями реакций.

2. На примере муравьиной, уксусной и бензойной кислот объясните влияние радикала на кислотные свойства карбоксильной группы. Расположите эти кислоты в ряд по увеличению кислотных свойств.

3. Исходя из толуола, предложите способ получения: а) п-сульфобензойной кислоты, б) м-сульфобензойной кислоты. Для какого из этих соединений в реакциях S_E будет наблюдаться согласованная ориентация? Подтвердите уравнением реакции бромирования.

4. Приведите уравнения пяти реакций, характеризующих химические свойства уксусной кислоты и протекающие с разрывом связей О – Н, С – ОН в карбоксиле и по a-СН- кислотному центру. Назовите продукты и укажите, к каким производным кислот они относятся.

5. Для этилбензоата приведите уравнения реакций гидролиза в кислой и щелочной средах. В каком из этих случаев и почему гидролиз идет необратимо?

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, укажите, под действием каких реагентов они протекают, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 3

1. Напишите структурные формулы следующих соединений, отнесите их к определенным классам, дайте определения этим классам: а) масляная кислота; б) малоновая кислота; в) изопропилформиат; г) ацетат калия; д) оксалат кальция.

В ИК-спектре каких соединений и почему будет отсутстововать полоса поглощения в области 3500 - 3200 см^-1?

2. Объясните влияние карбоксильной группы на реакционную способность радикала в предельных, непредельных и ароматических кислотах. Рассмотрите это влияние на примере бензойной, уксусной и пропеновой кислот, подтвердите уравнениями реакций.

3. Предложите метод анализа, позволяющий различить все кислоты из задания 2. Приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

4. Приведите не менее пяти способов получения пропановой кислоты, назовите исходные соединения.

5. Для уксусной кислоты напишите уравнения реакций с: магнием, оксидом калия, гидроксидом алюминия, карбонатом натрия, этанолом. Какие из продуктов реакций можно отнести к солям, а какие - к функциональным производным карбоновых кислот, поясните разницу между этими понятиями.

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите продукты:

ВАРИАНТ 4

1. Поясните термины и проиллюстрируйте примерами следующие понятия: «непредельная одноосновная карбоновая кислота», «предельная двухосновная карбоновая кислота», «ароматическая трехосновная кислота», «циклический ангидрид». Назовите соединения. Укажите области поглощения карбоксильной группы в ИК-спектре, объясните, колебаниям каких связей они соответствуют.

2. Рассмотрев влияние радикала на кислотные свойства карбоновых кислот, расположите уксусную, фторуксусную, бромуксусную кислоты в ряд по увеличению кислотных свойств. Ответ поясните.

3. Предложите пять различных способов получения бутановой кислоты. Назовите исходные вещества.

4. Охарактеризуйте химические свойства амидов кислот на примере ацетамида. Приведите уравнения реакций, назовите продукты.

5. Предложите метод анализа, позволяющий различить уксусную и щавелевую кислоты. Приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите продукты:

ВАРИАНТ 5

1. Приведите структурные формулы веществ (по одному примеру), которые можно отнести к: а) непредельным одноосновным карбоновым кислотам; б) предельным двухосновным карбоновым кислотам; в) хлорангидридам кислот; г) уреидам кислот. Поясните эти понятия, назовите соединения.

2. Расположите в ряд по убыванию кислотных свойств трихлоруксусную, уксусную, муравьиную и монохлоруксусную кислоты. Объясните причины изменения кислотных свойств.

3. Для уксусной кислоты напишите уравнения реакций с образованием: а) калиевой соли, б) метилового эфира, в) бромангидрида, г) амида, д) ангидрида.

4. Предложите четыре способа получения пропионовой кислоты, назовите исходные соединения.

5. Предложите метод анализа, позволяющий различить муравьиную, уксусную кислоты и мочевину. Приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 6

1. Напишите структурные формулы следующих соединений, выберите среди них изомеры, укажите какие из изомеров являются межклассовыми: а) бутановая кислота, б) 3‑хлорбутановая кислота, в) 2-метилпропановая кислота, г) хлорангидрид 2-метилпропановой кислоты, д) этилацетат. Сравните спектральные характеристики соединений «а» и «д» в ИК-области.

2. Приведите электронное строение карбоксилат-аниона, объясните причины его устойчивости.

3. Напишите уравнения реакций и назовите по заместительной номенклатуре кислоты, которые образуются при: а) окислении глиоксаля, б) окислении толуола, в) гидролизе иодоформа, г) взаимодействии метилмагнийбромида с оксидом углерода (IV) с последующим гидролизом.

4. Предложите метод анализа, позволяющий различить все кислоты из задания 3. Подтвердите уравнениями реакций, укажите аналитические эффекты.

5. Из веществ задания 3 выберите кислоту, имеющую a‑СН‑кислотный центр, объясните причину его возникновения и подтвердите реакцией Геля-Фольгарда-Зелинского.

ВАРИАНТ 7

1. Назовите следующие вещества, укажите к каким классам они относятся, дайте определения этим классам:

2. Укажите области поглощения карбоксильной группы в ИК-спектре и объясните, колебаниям каких связей они соответствуют.

3. На примере бутановой и янтарной кислот сравните химические свойства одно- и двухосновных кислот, подтвердите уравнениями реакций.

4. Используя этилмагнийбромид и любые неорганические реагенты, предложите способ получения хлорангидрида пропановой кислоты и для него напишите уравнения реакций с: а) водой, б) этанолом, в) аммиаком, г) бензолом в присутствии катализатора. Назовите конечные продукты.

5. Поясните термины «О-ацилирование», «С-ацилирование», «N‑ацилирование». Из реакций задания 4 выберите те, которые относятся к этим типам.

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 8

1. Приведите структурные формулы четырех изомерных соединений с общей формулой C₄H₈O₂. Назовите их, дайте определение классам, к которым они относятся. Укажите общее и разное в спектральных характеристиках в ИК-области.

2. Напишите уравнения реакций получения из соответствующих кислот: ацетата калия, изопропилбутаноата, фталевого ангидрида, a-хлорпропионовой кислоты. Объясните, почему в последнем случае галогенирование идет по a-положению.

3. Предложите способ получения ацетамида, исходя из метана (с помощью последовательных реакций).

4. Проанализировав строение ацетамида, объясните, почему его основные свойства менее выражены, чем у аммиака. Приведите для него уравнения реакций а) гидролиза в кислой и щелочной средах, б) восстановления, в) разложения гипобромитом натрия.

5. Предложите метод анализа, позволяющий различить муравьиную, уксусную, бензойную кислоты. Приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 9

1. Назовите следующие вещества, выберите среди них изомеры:

Укажите, сходства и различия в ИК-спектрах соединений: «а» и «г».

2. Приведите электронное строение карбоксильной группы и карбоксилат-аниона, объясните устойчивость последнего.

3. Предложите способ получения из бензола: а) п-нитробензойной кислоты, б) м-нитробензойной кислоты. Для какого из этих соединений в реакциях S_E будет наблюдаться согласованная ориентация? Ответ поясните.

4. Напишите уравнения реакций гидролиза соединения «г» из задания 1 в кислой и щелочной средах. В каком из этих случаев и почему гидролиз протекает необратимо?

5. Напишите уравнения реакций получения из соответствующих кислот: формиата калия, ацетата лития и оксалата натрия и предложите метод анализа, позволяющего различить эти соединения, приведите уравнения, укажите аналитические эффекты.

ВАРИАНТ 10

1. Определите строение и назовите соединение состава C₄H₈O₂, которое в результате гидролиза дает два вещества; одно из них имеет молекулярную формулу C₂H₄O₂, второе – C₂H₆O. Сравните ИК-спектральные характеристики всех трех соединений в области 3500-3200 см^-1, 1750-1700 см^-1, 1300-1100 см^-1.

2. Предложите метод анализа, позволяющий различить все вещества из задания 1. Приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

3. Предложите не менее пяти способов получения этановой кислоты.

4. Объясните влияние карбоксильной группы на реакционную способность радикала в предельных, непредельных и ароматических кислотах на примере бензойной, уксусной и пропеновой кислот, подтвердите уравнениями реакций.

5. Предложите способ получения пропионата кальция из глицерина (путем последовательных реакций). Для полученной соли напишите уравнение реакции пиролиза. Назовите все соединения.

ВАРИАНТ 11

1. Дайте определения следующим понятиям, приведите примеры, назовите вещества: а) двухосновная карбоновая кислота, б) сложный эфир, в) амид кислоты, г) хлорангидрид кислоты, д) соль кислоты. Объясните, как с помощью ИК-спектроскопии можно различить карбоновые кислоты и сложные эфиры.

2. Для соединений «б», «в», «г» из задания 1 напишите уравнения реакций гидролиза в кислой и щелочной средах, назовите продукты.

3. Напишите уравнения следующих реакций, назовите продукты: а) окисление глиоксаля, б) окисление нафталина (катализатор V₂O₅), в) окисление перманганатом калия бензилового спирта г) взаимодействие изопропилмагнийбромида с оксидом углерода (IV) с последующим гидролизом, д) гидролиз этаннитрила.

4. Сравните химические свойства предельных и непредельных карбоновых кислот (на примере пропановой и пропеновой). Укажите причину общих и разных свойств, подтвердите уравнениями реакций (три общие и три разные).

5. Предложите метод анализа, позволяющий различить муравьиную, бензойную и щавелевую кислоты. Напишите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 12

1. Назовите следующие вещества, отнесите их к определенным классам, дайте определение этим классам:

2. Аргументированно объясните, какие из соединений задания 1 будут иметь в ИК-спектре полосы поглощения в области а) 1750-1700 см^-1, б) 3500-3200 см^-1.

3. Предложите по одному способу получения каждого вещества из задания 1, назовите исходные соединения.

4. Из соединений задания 1 выберите те, которые подвергаются гидролизу, приведите уравнения реакций гидролиза в кислой и щелочной средах, назовите продукты.

5. Предложите метод анализа, позволяющий различить олеиновую, муравьиную и щавелевую кислоты. Приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

6. Ценный полимер - метилметакрилат (плексиглас) - получают полимеризацией метилового эфира 2-метилпропеновой кислоты. Предложите схему синтеза плексигласа, исходя из 2-метил-2-гидроксипропановой кислоты.

ВАРИАНТ 13

1. Напишите структурные формулы следующих кислот, назовите их по заместительной номенклатуре: а) масляная, б) малоновая, в) акриловая, г) фталевая, д) терефталевая. Укажите, какие характеристические полосы имеются в ИК-спектрах кислот, колебаниям каких связей они соответствуют.

2. Предложите способы получения кислот из задания 1, используя в качестве исходных следующие вещества: для «а» - пропилмагний иодид; для «б» - пропандиол-1,3; для «в» - акрилонитрил; «г» - нафталин; для «д» - 1,4-диметилбензол.

3. На примере акриловой кислоты охарактеризуйте химические свойства непредельных кислот. Объясните направление реакций присоединения по двойной связи.

4. Предложите способ получения этилбензоата, исходя из ацетилена (путем последовательных реакций).

5. Даны растворы формиата, ацетата и оксалата натрия. Предложите метод анализа, позволяющий различить эти соединения, приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, укажите, под действием каких реагентов они протекают:

бромэтан → этан → этен → этанол → уксусная кислота → хлорангидрид уксусной кислоты.

ВАРИАНТ 14

1. Приведите структурные формулы веществ (по одному примеру), которые можно отнести к: а) ароматическим одноосновным карбоновым кислотам; б) непредельным двухосновным карбоновым кислотам; в) солям кислот; г) уреидокислотам; д) уреидам кислот. Поясните эти понятия, назовите вещества.

2. В ИК –спектре каких соединений из задания 1 и в какой области будут наблюдаться валентные колебания карбонильной и гидроксильной групп?

3. Расположите в ряд по увеличению кислотности следующие соединения, ответ поясните:

4. На примере уксусной и бензойной кислот сравните химические свойства алифатических и ароматических карбоновых кислот, Подтвердите уравнениями реакций.

5. Даны щавелевая, бензойная кислоты и мочевина - белые твердые вещества. Предложите метод анализа, позволяющий их различить, приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все органические вещества:

ВАРИАНТ 15

1. Напишите структурные формулы следующих кислот, дайте им тривиальные названия: а) пентановая, б) этандиовая, в) пропеновая, г) о-бензолдикарбоновая. Укажите особенности поглощения карбоксильной группы в ИК-спектрах.

2. Предложите получение кислот из задания 1, используя следующие способы: для «а» - магнийорганический синтез; для «б» - окисление карбонильного соединения; для «в» - гидролиз нитрила, для «г» - окисление гомолога бензола. Назовите исходные вещества.

3. Напишите формулы и расположите в ряд по увеличению ацилирующей способности: уксусный ангидрид, хлорангидрид уксусной кислоты, уксусную кислоту. Дайте пояснения. Для наиболее активного соединения приведите по одному примеру реакций О-ацилирования, N-ацилирования, С-ацилирования. Объясните эти термины.

4. Предложите способ получения бензамида из бензола (с помощью последовательных реакций), назовите все промежуточные соединения. Объясните, почему основные свойства амидов выражены слабее, чем у аминов.

5. Даны пропановая, пропеновая и метановая кислоты - все прозрачные бесцветные жидкости. Предложите метод анализа, позяющий их различить, приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 16

1. Назовите следующие соединения, укажите, к каким классам они относятся, дайте определения этим классам:

Объясните, что общего и разного будет в ИК-спектрах соединений «в» и «д».

2. Из соединений задания 1 выберите те, которые подвергаются гидролизу. Приведите уравнения реакций гидролиза в кислой и щелочной средах, назовите продукты.

3. На примере получения этилацетата приведите механизм реакции этерификации, объясните роль кислого катализа.

4. Поясните термины уреидокислоты и уреиды кислот. С помощью последовательных реакций предложите получение из метана уреидоуксусной кислоты и уреида уксусной кислоты.

5. Даны мочевина, бензойная и щавелевая кислоты - все белые твердые вещества. Предложите метод анализа, позволяющих их различить. Приведите уравнения, укажите аналитические эффекты.

6. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

Вопросы для самоконтроля

Для каждого утверждения в заданиях 1-11 только один ответ является верным. Напишите букву, соответствующую правильному ответу, учитывая, что ответ может быть использован один, несколько раз или не использован совсем.

1. Валентные колебания карбонильной группы проявляются в ИК-спектре в области … 2. Валентные колебания гидроксигруппы проявляются в ИК-спектре в области ... 3. Валентные колебания связи С‑О проявляются в ИК-спектре в области ...	а) 700-500 см^-1 б) 1300-1100 см^-1 в) 1750-1700 см^-1 г) 3500-3000 см^-1
4. Соли муравьиной кислоты называются … 5. Соли уксусной кислоты называются ... 6. Соли щавелевой кислоты называются ...	а) ацетаты б) бутираты в) лактаты г) оксалаты д) формиаты
7. При взаимодействии этена, СО и Н₂О образуется ... 8. При взаимодействии этилмагнийиодида, СО₂ и Н₂О образуется ... 9. При гидрировании бутен-2-овой кислоты образуется … 10. При окислении глиоксаля образуется … 11. При гидролизе хлороформа образуется …	а) муравьиная кислота б) уксусная кислота в) пропионовая кислота г) масляная кислота д) малоновая кислота е) щавелевая кислота

В заданиях 12-14 один или несколько ответов являются верными. Напишите букву, соответствующую правильной комбинации ответов:

А - если верно 1,3,4,5

Б - если верно 1,3,5

В - если верно 2,3,4

Г - если верно 2,5

Д - если верно всё.

12. Из нижеперечисленных кислот оптическая изомерия возможна для: 1) о-хлорбензойной; 2) 2-метилбутановой; 3) 3‑метилбутановой; 4) 2-хлорпропандиовой; 5) 3‑хлорбутановой.

13. Структурными изомерами для масляной кислоты являются: 1) 2-метилпропановая; 2) 3-метилбутановая; 3) метилпропаноат; 4) пропилметаноат; 5) этилэтаноат.

14. Уксусную кислоту можно получить следующими способами: 1) каталитическим окислением метана; 2) каталитическим окислением бутана; 3) окислением этаналя; 4) гидролизом цианометана; 5) гидролизом цианоэтана.

В заданиях 15-17 расположите вещества в ряд по изменению свойств. Напишите букву, соответствующую правильно выбранной последовательности:

А - если верно 1,2,3

Б - если верно 1,3,2

В - если верно 2,3,1

Г - если верно 2,1,3

Д - если верно 3,1,2

15. Расположите следующие кислоты в ряд по уменьшению кислотных свойств: 1) муравьиная; 2) уксусная; 3) хлоруксусная.

16. Расположите следующие вещества в ряд по увеличению ацилирующей способности: 1) уксусная кислота; 2) хлорангидрид уксусной кислоты; 3) ангидрид уксусной кислоты.

17. Расположите следующие вещества в ряд по увеличению активности в реакциях S_E: 1) бензол; 2) м-бензолдикарбоновая кислота; 3) бензойная кислота.

⇐ Назад

Далее ⇒