Karboksyylihappojen saaminen hiilivedyistä. Karboksyylihapot ja niiden kemialliset ominaisuudet. Karboksyylihappojen rakenne

Karboksyylihapot ovat hiilivetyjen johdannaisia, jotka sisältävät yhden tai useamman karboksyyliryhmän.

Karboksyyliryhmien lukumäärä luonnehtii hapon emäksisyyttä.

Karboksyyliryhmien lukumäärästä riippuen karboksyylihapot jaetaan yksiemäksisiin karboksyylihappoihin (sisältää yhden karboksyyliryhmän), kaksiemäksisiin (sisältää kaksi karboksyyliryhmää) ja moniemäksisiin happoihin.

Karboksyyliryhmään liittyvän radikaalin tyypistä riippuen karboksyylihapot jaetaan tyydyttyneisiin, tyydyttymättömiin ja aromaattisiin. Rajoittavat ja tyydyttymättömät hapot yhdistetään yleisnimellä alifaattiset tai rasvahapot.

1. Yksiemäksiset karboksyylihapot

1.1 Homologiset sarjat ja nimikkeistö

Yksiemäksisten tyydyttyneiden karboksyylihappojen (joita joskus kutsutaan rasvahapoiksi) homologinen sarja alkaa muurahaishapolla

Homologisen sarjan kaava

IUPAC-nimikkeistö sallii monien happojen säilöntämisen niiden triviaalisilla nimillä, jotka yleensä osoittavat luonnollisen lähteen, josta tämä tai tuo happo on eristetty, esimerkiksi muurahais-, etikka-, voi-, valeriaana- jne.

Monimutkaisemmissa tapauksissa happojen nimet johdetaan niiden hiilivetyjen nimistä, joissa on sama määrä hiiliatomeja kuin happomolekyylissä, ja siihen on lisätty pääte -ovaya ja sanat happoa. Muurahaishappoa H-COOH kutsutaan metaanihapoksi, etikkahappoa CH 3 -COOH kutsutaan etaanihapoksi jne.

Siten happoja pidetään hiilivetyjen johdannaisina, joista yksi linkki muuttuu karboksyyliksi:

Nimettäessä haaraketjuisia happoja rationaalisen nimikkeistön mukaan niitä pidetään etikkahapon johdannaisina, joiden molekyylissä vetyatomit on korvattu radikaaleilla, esimerkiksi trimetyylietikkahappo (CH 3) 3 C - COOH.

1.2 Karboksyylihappojen fysikaaliset ominaisuudet

Vain puhtaasti muodollisista asennoista karboksyyliryhmää voidaan pitää karbonyyli- ja hydroksyylifunktioiden yhdistelmänä. Itse asiassa he keskinäinen vaikutus toisensa ovat sellaisia, että ne muuttavat täysin niiden ominaisuuksia.

Karbonyylille yleisen C=0-kaksoissidoksen polarisaatio kasvaa voimakkaasti johtuen vapaan elektroniparin lisäkutistumisesta hydroksyyliryhmän viereisestä happiatomista:

Tämä johtaa merkittävään vähennykseen O-N liitännät hydroksyylissä ja vetyatomin irrottamisen helppous siitä protonin muodossa (H +). Pienentyneen elektronitiheyden (δ+) ilmaantuminen karboksyylin keskushiiliatomiin johtaa myös naapurimaiden σ-elektronien supistumiseen. C-C liitännät karboksyyliryhmään ja alentuneen elektronitiheyden (δ +) ilmaantuminen hapon α-hiiliatomiin (kuten aldehydeissä ja ketoneissa).

Kaikki karboksyylihapot ovat happamia (ilmaisimien avulla) ja muodostavat suoloja metallien hydroksidien, oksidien ja karbonaattien sekä aktiivisten metallien kanssa:

Karboksyylihapot hajoavat useimmiten vesiliuoksessa vain vähäisessä määrin ja ovat heikkoja happoja, huomattavasti huonompia kuin sellaiset hapot, kuten suola-, typpi- ja rikkihappo. Joten, kun liuotetaan yksi mooli 16 litraan vettä, muurahaishapon dissosiaatioaste on 0,06, etikkahapon - 0,0167, kun taas suolahappo dissosioituu melkein kokonaan tähän laimennukseen.

Useimmille yksiemäksisille karboksyylihapoille RK a \u003d 4,8, vain muurahaishapolla on alempi pKa-arvo (noin 3,7), mikä selittyy alkyyliryhmien elektroneja luovuttavan vaikutuksen puuttumisella.

Vedettömässä mineraalihapossa karboksyylihapot protonoituvat hapessa muodostaen karbokationeja:

Edellä mainittu elektronitiheyden siirtymä dissosioitumattoman karboksyylihapon molekyylissä alentaa elektronitiheyttä hydroksyylihappiatomilla ja lisää sitä karbonyyliatomilla. Tämä muutos lisääntyy entisestään hapon anionissa:

Siirron tulos on anionin varausten täydellinen tasaantuminen, joka tosiasiallisesti esiintyy muodossa A - karboksylaattianionin resonanssi.

Karboksyylihapposarjan neljä ensimmäistä edustajaa ovat liikkuvia nesteitä, jotka sekoittuvat kaikilta osin veteen. Hapot, joiden molekyyli sisältää viidestä yhdeksään hiiliatomia (sekä isovoihappo), ovat öljymäisiä nesteitä, niiden vesiliukoisuus on alhainen.

Korkeammat hapot (C10:stä) ovat kiinteitä, käytännöllisesti katsoen veteen liukenemattomia aineita, jotka hajoavat normaaleissa olosuhteissa tislattaessa.

Muurahais-, etikka- ja propionihapoilla on pistävä haju; sarjan keskimmäisillä jäsenillä on epämiellyttävä haju, korkeammilla hapoilla ei ole hajua.

Käytössä fyysiset ominaisuudet karboksyylihappoihin vaikuttaa merkittävä assosiaatioaste vetysidosten muodostumisen vuoksi. Hapot muodostavat vahvoja vetysidoksia, koska niissä olevat O-H-sidokset ovat erittäin polarisoituneita. Lisäksi karboksyylihapot pystyvät muodostamaan vetysidoksia karbonyylidipolin happiatomin osallistuessa, jolla on merkittävä elektronegatiivisuus. Itse asiassa kiinteässä ja nestemäisessä tilassa karboksyylihapot esiintyvät pääasiassa syklisten dimeerien muodossa:

Tällaiset dimeeriset rakenteet säilyvät jossain määrin jopa kaasumaisessa tilassa ja laimeissa liuoksissa ei-polaarisissa liuottimissa.

Karboksyylihappojen saaminen

minä. Teollisuudessa

1. Eristä luonnontuotteista

(rasvat, vahat, eteeriset ja kasviöljyt)

2. Alkaanien hapetus:

2CH 4 + + 3O 2 t, kat→ 2HCOOH + 2H2O

metaanimuurahaishappo

2CH3-CH2-CH2-CH3 + 502 t,kat,s→4CH3COOH + 2H2O

n-butaanietikkahappo

3. Alkeenien hapetus:

CH 2 \u003d CH 2 + O 2 t, kat→CH3COOH

eteeni

FROM H 3 -CH \u003d CH 2 + 4 [O] t, kat→ CH 3 COOH + HCOOH (etikkahappo + muurahaishappo )

4. Bentseenihomologien hapetus (bentsoehapon saaminen):

C6H5-CnH 2n+1 + 3n[O] KMn04, H+→ C6H5-COOH + (n-1)CO2 + nH20

5C6H5-CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5C6H5-COOH + 3K2SO4 + 6MnSO4 + 14H2O

tolueenibentsoehappo

5. Muurahaishapon saaminen:

1 vaihe: CO+NaOH t , s→HCOONA (natriumformiaatti - suola )

2 vaiheessa: HCOONa + H 2 SO 4 → HCOOH + NaHSO 4

6. Etikkahapon saaminen:

CH3OH + CO t, s→CH3COOH

metanoli

II. Laboratoriossa

1. Esterien hydrolyysi:

2. Karboksyylihappojen suoloista :

R-COONa + HCl → R-COOH + NaCl

3. Karboksyylihappoanhydridien liuottaminen veteen:

(R-CO)20 + H20 → 2R-COOH

4. Karboksyylihappojen halogeenijohdannaisten alkalinen hydrolyysi:

III. Yleiset menetelmät karboksyylihappojen valmistamiseksi

1. Aldehydien hapetus:

R-COH + [O] → R-COOH

Esimerkiksi "Silver Mirror" -reaktio tai hapetus kupari(II)hydroksidilla - aldehydien kvalitatiiviset reaktiot

2. Alkoholien hapetus:

R-CH2-OH + 2[O] t, kat→ R-COOH + H2O

3. Halogeenisubstituoitujen hiilivetyjen hydrolyysi, jotka sisältävät kolme halogeeniatomia yhdessä hiiliatomissa.

4. Syanideista (nitriileistä) - menetelmän avulla voit rakentaa hiiliketjun:

FROM H3-Br + Na-C≡N → CH3-CN + NaBr

CH3-CN - metyylisyanidi (etikkahapponitriili)

FROM H3-CN + 2H20 t→ CH 3 COONH 4

asetaatti ammonium

CH 3 COONH 4 + HCl → CH 3 COOH + NH 4 Cl

5. Käyttö reagenssi Grignard

R-MgBr + C02 → R-COO-MgBr H2O→ R-COOH + Mg(OH)Br

KARBOKSIHAPPOJEN KÄYTTÖKOHTEET

Muurahaishappo- lääketieteessä - muurahaisalkoholi (1,25-prosenttinen muurahaishapon alkoholiliuos), mehiläishoidossa, orgaanisessa synteesissä, liuottimien ja säilöntäaineiden valmistuksessa; vahvana pelkistimenä.

Etikkahappo- elintarvike- ja kemianteollisuudessa (selluloosa-asetaatin tuotanto, josta saadaan asetaattikuitua, orgaanista lasia, kalvoa; väriaineiden, lääkkeiden ja esterit). Kotitaloudessa aromi- ja säilöntäaineena.

Voihappo- aromilisäaineiden, pehmittimien ja vaahdotusreagenssien saamiseksi.

Oksaalihappo– metallurgisessa teollisuudessa (kalkinpoisto).

Steariini C17H35COOH ja palmiittinen happoa C 15 H 31 COOH - pinta-aktiivisina aineina, voiteluaineina metallintyöstössä.

Öljyhappo C 17 H 33 COOH on vaahdotusaine ja kerääjä ei-rautametallimalmien rikastuksessa.

Yksittäiset edustajat

yksiemäksiset rajoittavat karboksyylihapot

Muurahaishappo eristettiin ensimmäisen kerran 1600-luvulla punaisista puumuurahaisista. Sitä löytyy myös nokkosen mehusta. Vedetön muurahaishappo on väritön neste, jolla on pistävä haju ja polttava maku, joka aiheuttaa palovammoja iholle. Sitä käytetään tekstiiliteollisuudessa peittausaineena kankaiden värjäämiseen, nahan parkitsemiseen sekä erilaisiin synteeseihin.
Etikkahappo levinnyt laajalti luonnossa - löytyy eläinten eritteistä (virtsa, sappi, ulosteet), kasveissa (vihreissä lehdissä). Se muodostuu käymisen, mätänemisen, viinin, oluen happamoitumisen aikana, löytyy piimää ja juustoa. Vedettömän etikkahapon sulamispiste on + 16,5 ° C, sen kiteet ovat läpinäkyviä kuin jää, joten sitä kutsutaan jääetikkaaksi. Ensimmäisen kerran 1700-luvun lopulla venäläinen tiedemies T. E. Lovitz. Luonnon etikka sisältää noin 5 % etikkahappoa. Siitä valmistetaan etikkaesanssia, jota käytetään elintarviketeollisuudessa vihannesten, sienten ja kalan säilytykseen. Etikkahappoa käytetään laajalti kemianteollisuudessa erilaisiin synteeseihin.

Aromaattisten ja tyydyttymättömien karboksyylihappojen edustajat

Bentsoehappo C 6 H 5 COOH on aromaattisten happojen tärkein edustaja. Luonnossa laajalle levinnyt kasvisto: balsameissa, suitsukkeissa, eteeriset öljyt. Eläinorganismeissa sitä löytyy proteiiniaineiden hajoamistuotteista. Tämä kiteinen aine, sulamispiste 122°C, sublimoituu helposti. Se liukenee huonosti kylmään veteen. Se liukenee hyvin alkoholiin ja eetteriin.

Tyydyttymättömät tyydyttymättömät hapot joilla on yksi kaksoissidos molekyylissä, on yleinen kaava C n H 2 n -1 COOH.

Suurimolekyylipainoiset tyydyttymättömät hapot ravitsemusasiantuntijat mainitsevat usein (he kutsuvat niitä tyydyttymättömiksi). Yleisin näistä on öljyhappo CH3- (CH2)7-CH \u003d CH-(CH2)7-COOH tai C17H33COOH. Se on väritön neste, joka kovettuu kylmässä.
Erityisen tärkeitä ovat monityydyttymättömät hapot, joissa on useita kaksoissidoksia: linolihappo CH 3 - (CH 2) 4 - (CH \u003d CH - CH 2) 2 - (CH 2) 6 -COOH tai C 17 H 31 COOH, jossa on kaksi kaksoissidosta, linoleeni CH 3 -CH 2 - (CH \u003d CH - CH 2) 3 - (CH 2) 6 -COOH tai C 17 H 29 COOH, jossa on kolme kaksoissidosta ja arakidoninen CH 3 - (CH 2) 4 - (CH \u003d CH - CH 2) 4 - (CH 2) 2 - COOH, jossa on neljä kaksoissidosta; niitä kutsutaan usein välttämättömiksi rasvahapoiksi. Näillä hapoilla on suurin biologinen aktiivisuus: ne osallistuvat kolesterolin siirtoon ja aineenvaihduntaan, prostaglandiinien ja muiden elintärkeiden aineiden synteesiin, ylläpitävät solukalvojen rakennetta, ovat välttämättömiä näkölaitteen ja hermoston toiminnalle. ja vaikuttavat immuniteettiin. Näiden happojen puute ruoassa estää eläinten kasvua, estää niiden lisääntymistoiminnan ja aiheuttaa erilaisia ​​sairauksia. Ihmiskeho ei itse pysty syntetisoimaan linoli- ja linoleenihappoja, vaan sen on saatava ne valmiina ruoan kanssa (kuten vitamiinit). Arakidonihapon synteesiä varten kehossa tarvitaan linolihappoa. Monityydyttymätön rasvahappo 18 hiiliatomia sisältäviä glyseroliestereitä löytyy niin kutsutuista kuivausöljyistä - pellavansiemenistä, hamppusta, unikosta jne. Linolihappo C17H31COOH ja linoleenihappo C 17 H 29 COOH ovat osa kasviöljyjä. Esimerkiksi, pellavansiemenöljy sisältää noin 25 % linolihappoa ja jopa 58 % linoleenihappoa.

sorbiini (2,4-heksadieeni)happo CH 3 -CH=CH-CH=CHCOOH saatiin pihlajamarjoista (latinaksi - sorbus). Tämä happo on erinomainen säilöntäaine, joten pihlajan marjat eivät homehdu.

Yksinkertaisin tyydyttymätön happo, akryyli- CH 2 \u003d CHCOOH, on pistävä haju (latinaksi acris - terävä, syövyttävä). Akrylaatteja (akryylihapon estereitä) käytetään orgaanisen lasin valmistukseen ja sen nitriiliä (akrylonitriiliä) synteettisten kuitujen valmistukseen.

Nimeäessään äskettäin eristettyjä happoja kemistit antavat usein mielikuvitukselleen vapaat kädet. Joten, akryylihapon lähimmän homologin nimi, krotoninen

CH 3 -CH \u003d CH -COOH, ei tule ollenkaan myyristä, vaan kasvista Croton tigliumöljystä, josta se eristettiin. Krotonihapon synteettinen isomeeri on erittäin tärkeä - metakryylihappo CH 2 \u003d C (CH 3) - COOH, jonka eetteristä (metyylimetakrylaatti) sekä metyyliakrylaatista ne tekevät läpinäkyvää muovia - pleksilasia.

Tyydyttymätön hiili hapot kykenevät additioreaktioihin:

CH 2 \u003d CH-COOH + H2 → CH 3 -CH 2 -COOH

CH 2 \u003d CH-COOH + Cl 2 → CH 2 Cl -CHCl -COOH

VIDEO:

CH 2 \u003d CH-COOH + HCl → CH 2 Cl - CH 2 -COOH

CH 2 \u003d CH-COOH + H 2 O → HO-CH 2 -CH 2-COOH

Kaksi viimeistä reaktiota etenevät Markovnikovin valtaa vastaan.

Tyydyttymättömät karboksyylihapot ja niiden johdannaiset kykenevät polymerisaatioreaktioihin.

Oppitunti auttaa saamaan käsityksen aiheesta "Yksiemäksisten karboksyylihappojen rajoittamisen kemialliset ominaisuudet" (kouluohjelma kemian luokassa 10). Oppitunnin aikana opit tyydyttyneiden karboksyylihappojen kemiallisista ominaisuuksista, jotka johtuvat karboksyyliryhmän läsnäolosta niiden molekyylissä.

Aihe:karbonyyliyhdisteet. karboksyylihapot

Oppitunti:Tyydyttyneiden yksiemäksisten karboksyylihappojen kemialliset ominaisuudet

Näiden yhdisteiden nimen perusteella voidaan olettaa, että niille on tunnusomaista happamat ominaisuudet.

Happoominaisuudet

Happoominaisuudet- kyky pilkkoa vetyioni.

⇆+H+

Mitkä ovat happoominaisuudet karboksyylihapot?

1. Vapaan vetyionin läsnäolo happoliuoksissa aiheuttaa niiden hapan maun ja vuorovaikutuksen indikaattoreiden kanssa.

2. Hapot ovat vuorovaikutuksessa aktiivisten metallien kanssa vapauttaen vetyä:

2CH 3 COOH + Mg → (CH 3 COO) 2 Mg + H 2.

magnesiumetanaatti

(magnesiumasetaatti)

3. Reaktiot emästen kanssa:

CH 3 COOH + NaOH → CH 3 COONa + H 2 O.

4. Reaktiot emäksisten oksidien kanssa:

2CH 3COOH + ZnO → (CH 3 COO) 2 Zn + H 2 O.

5. Reaktiot enemmän suoloja heikkoja happoja:

Elektrolyytti- aine, joka hajoaa ioneiksi liuoksessa tai sulassa.

Vahva elektrolyytti- elektrolyytti, joka hajoaa täysin ioneiksi.

Heikko elektrolyytti- elektrolyytti, joka hajoaa osittain ioneiksi.

Karboksyylihapot → heikot elektrolyytit:

CH 3 COOH CH 3 COO - + H +

Mikä määrittää karboksyylihapon lujuuden?

1. Rakennuksesta

Mitä suurempi positiivinen varaus vetyatomissa on happomolekyylissä, sitä vahvempi elektrolyytti se on. Elektroneja luovuttavien hiilivetyradikaalien läsnäolo lähellä karboksyyliryhmää vähentää hapon kykyä dissosioitua.

2. Muiden ryhmien läsnäolosta molekyylissä

Elektroneja vetävien substituenttien lisääminen lisää vetyatomin positiivista varausta ja hapon vahvuutta.

Nukleofiilinen substituutio (esteröintireaktio)

Karboksyylihapot reagoivat alkoholien kanssa katalyytin - rikkihapon - läsnä ollessa muodostaen esterit.

Dekarboksylaatio- karboksyyliryhmän poistaminen.

1. Kiinteillä emäksillä kuumennettaessa karboksyylihappojen suolat muodostavat alkaanin, jonka hiiliatomien lukumäärä on yksi vähemmän, ja karboksyyliryhmä poistetaan karbonaatin muodossa:

RCOONa tv + NaOH tv RH + Na 2 CO 3 .

2. Karboksyylihappojen kiinteät suolat maa-alkalimetallien kanssa antavat kuumennettaessa ketonia ja karbonaattia:

(CH3COO)2CaCH3-CO-CH3 + CaCO3.

3. Kalsinoituna bentsoehappo hajoaa bentseeniksi ja hiilidioksidiksi:

Ph-COOH PhH + C02.

4. Karboksyylihappojen suolojen vesiliuosten elektrolyysin aikana anodilla vapautuu hiilidioksidia ja hiilivetyradikaalit yhdistetään alkaaniksi (Kolben reaktio):

2RCOONa + H20 → R-R + 2CO2 + 2NaOH.

Elektrolyysissä ilman kalvoa (jakamattomalla katodi- ja anoditilalla) natriumhydroksidi on vuorovaikutuksessa hiilidioksidin kanssa, ja yksi tuotteista on bikarbonaatti:

2RCOONa + H2O →R-R + 2NaHC03.

Yhteenveto oppitunnista

Tämän oppitunnin avulla pystyit opiskelemaan itsenäisesti aihetta "Yksiemäksisten karboksyylihappojen rajoittamisen kemialliset ominaisuudet" (kouluohjelma kemian luokassa 10). Oppitunnin aikana opit tyydyttyneiden (orgaanisten) karboksyylihappojen kemiallisia ominaisuuksia, jotka johtuvat niiden molekyylissä olevasta karboksyyliryhmästä.

Bibliografia

1. Rudzitis G.E. Kemia. Yleisen kemian perusteet. Luokka 10: oppikirja oppilaitoksille: perustaso / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. painos. - M.: Koulutus, 2012.

2. Kemia. Luokka 10. Profiilitaso: oppikirja. yleissivistävää koulutusta varten laitokset / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin ja muut - M.: Drofa, 2008. - 463 s.

3. Kemia. Luokka 11. Profiilitaso: oppikirja. yleissivistävää koulutusta varten laitokset / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin ja muut - M.: Drofa, 2010. - 462 s.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Kokoelma kemian tehtäviä yliopistoihin tuleville. - 4. painos - M.: RIA "New Wave": Kustantaja Umerenkov, 2012. - 278 s.

Kotitehtävät

1. Nro 2, 4 (s. 113) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kemia: Orgaaninen kemia. Luokka 10: oppikirja oppilaitoksille: perustaso / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. painos. - M.: Koulutus, 2012.

2. Millä kahdella hapolla on yhteinen molekyylikaava C 4 H 8 O 2. Nimeä ne.

3. Kumman hapoista, monokloorietikkahapon vai etikkahapon, pitäisi olla vahvempi? Miksi?

1. Yleisiä tapoja saada:

Primaaristen alkoholien ja aldehydien hapetus erilaisten hapettimien vaikutuksesta:

Hapetus ilman alkaanihapella (Mn 2+:n läsnä ollessa tai paineen alaisena kuumennettaessa). Yleensä muodostuu happojen seos. Kun butaani hapetetaan, etikkahappo on ainoa tuote:

Esterien saippuointi (eli niiden alkalinen hydrolyysi):

Happohalogenidien hydrolyysi:

Esterit

Esterit- nämä ovat karboksyylihappojen johdannaisia, joissa karboksyyliryhmän vetyatomi on korvattu alkyyliradikaalilla; tai nämä ovat alkoholien hydroksyylivetyatomin substituutiotuotteita happoradikaalilla (asyylillä).

Nimikkeistö. Esterien nimet muodostuvat vastaavien happojen tai happotähteiden nimistä ja alkoholit muodostavien alkyyliradikaalien nimistä:

muurahaishapon metyyliesteri etikkahapon amyyliesteri

(muurahaismetyylieetteri, (etikkaamyylieetteri, amyyliasetaatti)

metyyliformiaatti)

Isomerismi: 1) hiilirunko; 2) luokkien välinen (isomeerinen karboksyylihappoihin nähden); 3) optinen.

fyysiset ominaisuudet. Yksinkertaisimmat karboksyylihappoesterit ovat värittömiä, matalalla kiehuvia nesteitä, joilla on hedelmäinen tuoksu; korkeammat esterit ovat vahamaisia ​​aineita (mehiläisvaha), kaikki esterit ovat huonosti veteen liukenevia.

Kemiallisia ominaisuuksia.

Hydrolyysi on esterien tärkein kemiallinen ominaisuus:

etyylipropionaatti

Reaktion siirtämiseksi eetterin muodostumisen suuntaan voit "sitoa" tuloksena olevan veden vedenpoistoaineilla (esim. väkevä H 2 SO 4). Siinä tapauksessa, että on tarpeen suorittaa esterin hydrolyysi, reaktio suoritetaan joskus emäksen läsnä ollessa, mikä mahdollistaa tuloksena olevan hapon "sitomisen".

Rasvat on seos kolmiarvoisen alkoholin glyserolin ja korkeampien karboksyylihappojen (HCA) estereistä.

Yleinen kaava rasvalle:

jossa R, R2, R3 ovat hiilivetyradikaaleja (voivat olla samoja tai erilaisia), jotka sisältävät 3 - 25 hiiliatomia.

Ensimmäistä kertaa rasvojen synteesin suoritti ranskalainen kemisti M. Berthelot vuonna 1854 (Berthelotin reaktio).

Nimikkeistö. Systemaattisen nimikkeistön mukaan rasvoja kutsutaan lisäämällä loppu - muste hapon nimeen ja etuliite, joka osoittaa kuinka monta hydroksyyliryhmää glyserolimolekyylissä on esteröity.

fyysiset ominaisuudet. Huoneenlämpötilassa rasvat (triglyseridit) ovat viskooseja nesteitä tai kiinteitä, vettä kevyempiä; ne eivät liukene veteen, mutta liukenevat orgaanisiin liuottimiin (bensiini, bentseeni jne.).

Kemiallisia ominaisuuksia.

I. Hydrolyysi. Olosuhteista riippuen hydrolyysi tapahtuu:

1. Vesi (ilman katalyyttiä, korkealla t 0:lla ja P:llä);

Taulukko 5 - Rasvojen luokitukset

2. Hapan (hapon läsnä ollessa katalyyttinä);

3. Entsymaattinen (esiintyy elävissä organismeissa);

4. Alkalinen (emästen vaikutuksesta).

II. additioreaktio (nestemäisille tyydyttymättömille rasvoille).

1. Vedyn lisääminen (hydraus, hydraus):

trioleiini (nestemäinen rasva) tristeariini (kiinteä rasva)

2. Halogeenien lisääminen. Kasviöljyt poista bromiveden väri:

9,10-heksabromitristeariini

Hapetus- ja polymerointireaktiot(nestemäisille tyydyttymättömille rasvoille). Tyydyttymättömien happojen (kuivausöljyt) jäämiä sisältävät rasvat hapetetaan ja polymeroituvat ilmakehän hapen vaikutuksesta.

Lihoaminen.

Pääasiallinen menetelmä rasvojen synteesiin on glyserolin esteröinti korkeammilla karboksyylihapoilla.

Amiinit.

Amiinit- orgaaniset yhdisteet, joita voidaan pitää ammoniakin johdannaisina (NH 3 ), joiden molekyylissä yksi tai useampi vetyatomi on korvattu hiilivetyradikaalilla.

Homologinen sarja rajoittavia amiineja: CH3NH2-metyyliamiini (primäärinen amiini), (CH3)2NH-dimetyyliamiini (sekundaarinen amiini), (CH3)3N-trimetyyliamiini (tertiäärinen amiini) jne.

Isomerismi: 1) hiilirunko; 2) aminoryhmän (NH2) asemat; 3) optinen.

fyysiset ominaisuudet. Yksinkertaisimmat alifaattiset amiinit normaaleissa olosuhteissa ovat kaasuja tai nesteitä, joilla on alhainen kiehumispiste ja joilla on ammoniakille tyypillinen pistävä haju. Ne liukenevat hyvin veteen. Amiinit ovat polaarisia yhdisteitä, niille on ominaista vetysidosten muodostuminen, joten amiinit kiehuvat korkeammissa lämpötiloissa kuin vastaavat alkaanit.

Kemiallisia ominaisuuksia.

Koska amiinit ovat ammoniakin johdannaisia, niille on tunnusomaista ammoniakin kemialliset ominaisuudet.

1. Vuorovaikutus veden kanssa - substituoitujen ammoniumhydroksidien muodostuminen:

2. Vuorovaikutus happojen kanssa - suolojen muodostuminen

CH3NH2 + HC1 \u003d C1 + + Сl -

metyyliammoniumkloridi

3. Amiinien poltto.

4. Primääriset ja sekundääriset amiinit reagoivat kanssa typpihappo(primääriset amiinit muuttuvat alkoholeiksi, sekundaariset - N-nitrosamiinit):

RNH 2 + HNO 2 → ROH + N 2 + H 2 O,

R 2 NH + HNO 2 → R 2 N – NO + H 2 O.

Amiinien saaminen.

1. Alkoholien vuorovaikutus ammoniakin kanssa, kun niitä kuumennetaan Al 2 O 3:n läsnä ollessa katalyyttinä:

R-OH + NH3 → R - NH2 + H20.

2. Alkyylihalogenidien (halogeenialkaanien) vuorovaikutus ammoniakin kanssa, esimerkiksi:

CH3Br + 2NH3 → CH3NH2 + NH4Br

Alkyylihalogenidin ja ammoniakin ylimäärällä:

CH 3 NH 2 + CH 3 Br + NH 3 → (CH 3) 2 NH + NH 4 Br

dimetyyliamiini

Aminohappoja

Aminohappoja voidaan pitää aminoryhmiä (–NH 2) ja karboksyyliryhmiä (–COOH) sisältävien hiilivetyjen johdannaisina.

Yleinen kaava: (NH 2) m R (COOH) n,

Nimikkeistö.

2-aminobutaanihappo

(α-aminobutaani)

Noin 20 erilaisen α-aminohapon tähteet ovat osa proteiineja.

Kemiallisia ominaisuuksia. Aminohapot ovat polyfunktionaalisia yhdisteitä. Ne osallistuvat amiineille ja karboksyylihapoille ominaisiin reaktioihin (katso karboksyylihappojen ja amiinien kemialliset ominaisuudet).

minä . amfoteeriset ominaisuudet.

1. Happoominaisuudet (karboksyyliryhmä on mukana):

glysiininatriumglysinaatti (suola)

2. Pääominaisuudet (aminoryhmä on mukana):

glysiinihydrokloridi (suola)

II. Sisäisten suolojen muodostuminen.

Monoaminomonokarboksyylihapot (neutraalit hapot):

sisäinen suola

(bipolaarinen ioni tai kahtaisioni)

Monoaminomonokarboksyylihappojen vesiliuokset ovat neutraaleja (pH = 7). Monoaminodikarboksyylihappojen vesiliuoksilla on pH< 7, так как в результате образования внутренних солей этих кислот в растворе появляется избыток ионов водорода Н + . Водные растворы диаминомонокарбоновых кислот имеют рН >7 (emäksinen väliaine), koska näiden happojen sisäisten suolojen muodostumisen seurauksena liuokseen ilmestyy ylimäärä hydroksidi-ioneja OH -.

III. Aminohappojen vuorovaikutus keskenään on peptidien muodostuminen.

Kaksi aminohappoa muodostaa dipeptidin, kolme - tripeptidin, n - polypeptidin:

peptidisidos (amidisidos)

glysiinialaniini glysyylialaniini

Kun nimeät dipeptidiä, nimeä ensin aminohappo, jossa -COOH-ryhmä osallistuu dipeptidin muodostukseen. Tämän hapon triviaalisessa nimessä viimeinen kirjain "n" korvataan kirjaimella "l". Sitten ilman muutoksia lisätään sen aminohapon triviaali nimi, jossa -NH2-ryhmä osallistuu dipeptidin muodostukseen.

Peptidien yleinen kaava:

Aminohappojen käyttötavat:

1) aminohapot ovat laajalle levinneitä luonnossa;

2) aminohappomolekyylit ovat rakennuspalikoita, joista kaikki kasvi- ja eläinproteiinit rakentuvat; aminohapot, joita tarvitaan kehon proteiinien rakentamiseen, ihmiset ja eläimet saavat osana ruokaproteiineja;

3) aminohappoja määrätään vakavaan uupumukseen, raskaiden leikkausten jälkeen;

4) niitä käytetään potilaiden ruokkimiseen ruuansulatuskanavan ohittamiseen;

5) aminohappoja tarvitaan lääkkeenä tiettyihin sairauksiin (esim. glutamiinihappoa käytetään hermoston sairaudet, histidiini - mahahaava);

6) joitain aminohappoja käytetään maataloudessa eläinten ruokinnassa, mikä vaikuttaa myönteisesti niiden kasvuun;

7) ovat teknisesti tärkeitä: aminokaproni- ja aminoenanttihapot muodostavat synteettisiä kuituja - nailonia ja enanttia.

22. Heterosykliset yhdisteet Typpeä sisältävät orgaaniset yhdisteet ....

Heterosykliset yhdisteet ovat orgaanisia yhdisteitä, jotka sisältävät molekyyleissään renkaita (syklejä), joiden muodostukseen hiiliatomin lisäksi osallistuvat myös muiden alkuaineiden atomit. Heterosyklin muodostavien muiden alkuaineiden atomeja kutsutaan heteroatomit. Yleisimmät heterosyklit ovat typpi-, happi- ja rikkiheteroatomit, vaikka voi olla heterosyklisiä yhdisteitä, joissa on laaja valikoima alkuaineita, joiden valenssi on vähintään kaksi. Heterosyklisissä yhdisteissä voi olla 3, 4, 5, 6 tai enemmän atomia. sykli. Kuitenkin viisi- ja kuusijäseniset heterosyklit ovat merkittävimpiä. Nämä syklit, kuten karbosyklisten yhdisteiden sarjassa, muodostuvat helpoimmin ja erottuvat suurimmasta lujuudesta. Heterosykli voi sisältää yhden, kaksi tai useampia heteroatomeja.

Monissa heterosyklisissä yhdisteissä elektroninen rakenne sidokset renkaassa ovat samat kuin aromaattisissa yhdisteissä. Siksi tyypillisiä heterosyklisiä yhdisteitä ei tavanomaisesti merkitä vain kaavoilla, jotka sisältävät vuorottelevia kaksois- ja yksinkertaisia ​​sidoksia, vaan myös kaavoilla, joissa p-elektronien konjugaatio on osoitettu kaavaan kirjoitetulla ympyrällä.

Typpeä sisältävien heterosyklisten yhdisteiden ominaisuudet:

1) typpeä sisältävien yhdisteiden joukossa on erityisen paljon syklisen rakenteen omaavia aineita;

2) eniten kiinnostavat ne, joissa typpiatomit ovat osa syklejä hiiliatomien ohella, kuten happiatomit ovat glukoosin, riboosin, deoksiriboosin syklisissä molekyyleissä;

3) yhdisteitä, jotka sisältävät syklejä, jotka hiiliatomien ohella sisältävät muiden alkuaineiden atomeja, kutsutaan heterosyklisiksi (kreikaksi "heteros" - toinen);

4) erilaisten heterosyklien olemassaolon mahdollisuus on toinen syy orgaanisten aineiden ehtymättömään monimuotoisuuteen.

Pyridiini eräänlaisena typpeä sisältävänä heterosyklisenä yhdisteenä. Sen ominaisuudet:

1) se on kuusijäseninen heterosyklinen yhdiste, jonka syklissä on yksi typpiheteroatomi:

2) se on väritön neste, jolla on epämiellyttävä haju, hyvin veteen liukeneva;

3) pyridiiniä ja sen homologeja on kivihiilitervassa, joka on niiden tuotannon lähde;

4) rakennekaavan perusteella voidaan tehdä kaksinkertainen arvio pyridiinin ominaisuuksista;

5) kaksoissidosten läsnäolo molekyylissä osoittaa sen korkeaa reaktiivisuutta, ja rakenteen samankaltaisuus bentseenin kanssa viittaa siihen, että aineella on korkea kemiallinen kapasiteetti;

6) pyridiinillä on myös paljon yhteistä bentseenin kanssa rakenteeltaan ja ominaisuuksiltaan.

Bentseenimolekyylissä jokainen hiiliatomi, joka on sp 2 -hybridisaatiotilassa, kuluttaa kolme elektronia δ-sidosten muodostumiseen ja yhden elektronin molekyylille yhteisen π-pilven muodostumiseen (jossa pilvet menevät sivuttain päällekkäin). kuusi p-elektronia). Pyridiinimolekyylissä yksi CH-ryhmä on korvattu typpiatomilla, ja se "toimittaa" kaksi elektronia muodostaakseen δ-sidoksia kahden viereisen hiiliatomin kanssa ja yhden elektronin π-pilvijärjestelmään, kun taas, kuten bentseenimolekyylissä, muodostuu vakaa elektronien sekstetti. Typpiatomissa on vielä pari vapaata elektronia jäljellä;

7) pyridiini, kuten bentseeni, kestää hapettavia aineita: se ei poista väriä kaliumpermanganaattiliuoksesta edes kuumennettaessa;

8) pyridiini nitrautuu, reaktio etenee ankarammissa olosuhteissa kuin bentseenin, muodostuu nitropyridiiniä.

Heterosyklinen yhdiste pyridiini on aromaattinen typpipitoinen emäs.

Pyridiinin käyttötavat: 1) pyridiinin aromaattisia ja emäksisiä ominaisuuksia käytetään erilaisissa synteesissä lääkkeet, väriaineet, rikkakasvien torjunta-aineet; 2) pyridiiniä käytetään myös liuottimena etanolin denaturoinnissa.

Kemialliset yhdisteet, jotka koostuvat myös karboksyyliryhmästä COOH, ovat saaneet tutkijoilta nimen karboksyylihapot. Näille yhdisteille on monia nimiä. Ne luokitellaan erilaisten parametrien mukaan, kuten funktionaalisten ryhmien lukumäärän, aromaattisen renkaan läsnäolon ja niin edelleen.

Karboksyylihappojen rakenne

Kuten jo mainittiin, jotta happo olisi karboksyylihappoa, siinä on oltava karboksyyliryhmä, jossa puolestaan ​​on kaksi toiminnallista osaa: hydroksyyli ja karbonyyli. Niiden vuorovaikutus saadaan aikaan sen toiminnallisella yhdistelmällä, jossa on yksi hiiliatomi ja kaksi happiatomia. Karboksyylihappojen kemialliset ominaisuudet riippuvat tämän ryhmän rakenteesta.

Karboksyyliryhmän vuoksi näitä orgaanisia yhdisteitä voidaan kutsua hapoiksi. Niiden ominaisuudet johtuvat vetyionin H + lisääntyneestä kyvystä houkutella happea ja lisäksi polarisoida O-H-sidos. Tämän ominaisuuden ansiosta orgaaniset hapot pystyvät myös dissosioitumaan vesiliuoksissa. Liukoisuus pienenee käänteisesti suhteessa hapon molekyylipainon kasvuun.

Karboksyylihappojen lajikkeet

Kemistit erottavat useita orgaanisten happojen ryhmiä.

Yksiemäksiset karboksyylihapot koostuvat hiilirungosta ja vain yhdestä funktionaalisesta karboksyyliryhmästä. Jokainen opiskelija tuntee karboksyylihappojen kemialliset ominaisuudet. Kemian opetussuunnitelman arvosanalla 10 opitaan suoraan yksiemäksisten happojen ominaisuuksia. Kaksiemäksisten ja moniemäksisten happojen rakenteessa on kaksi tai useampia karboksyyliryhmiä.

Myös kaksois- ja kolmoissidosten läsnäolon tai puuttumisen mukaan molekyylissä on tyydyttymättömiä ja tyydyttyneitä karboksyylihappoja. Kemiallisia ominaisuuksia ja niiden eroja käsitellään alla.

Jos orgaanisen hapon radikaalissa on substituoitu atomi, niin substituenttiryhmän nimi sisältyy sen nimeen. Joten jos vetyatomi korvataan halogeenilla, halogeenin nimi on läsnä hapon nimessä. Nimessä tehdään samat muutokset, jos aldehydi-, hydroksyyli- tai aminoryhmät korvataan.

Orgaanisten karboksyylihappojen isomerismi

Saippuan valmistus perustuu edellä mainittujen happojen esterien synteesin reaktioon kalium- tai natriumsuolan kanssa.

Menetelmät karboksyylihappojen saamiseksi

COOH-ryhmän sisältävien happojen saamiseksi on monia tapoja ja menetelmiä, mutta useimmiten käytetään seuraavia:

1. Eristäminen luonnollisista aineista (rasvat ja muut).
2. Monoalkoholien tai COH-ryhmän sisältävien yhdisteiden hapetus (aldehydit): ROH (RCOH) [O] R-COOH.
3. Trihaloalkaanien hydrolyysi alkalissa monoalkoholin välituotteella: RCl3 +NaOH=(ROH+3NaCl)=RCOOH+H2O.
4. Happo- ja alkoholiesterien (esterien) saippuointi tai hydrolyysi: R−COOR"+NaOH=(R−COONa+R"OH)=R−COOH+NaCl.
5. Alkaanien hapetus permanganaatilla (kova hapetus): R=CH2 [O], (KMnO4) RCOOH.

Karboksyylihappojen arvo ihmisille ja teollisuudelle

Karboksyylihappojen kemialliset ominaisuudet ovat hyvin tärkeä ihmiselämän puolesta. Ne ovat erittäin tarpeellisia keholle, kuten suurissa määrissä jokaisessa solussa. Rasvojen, proteiinien ja hiilihydraattien aineenvaihdunta käy aina läpi vaiheen, jossa sitä tai toista karboksyylihappoa saadaan.

Lisäksi karboksyylihappoja käytetään lääkkeiden valmistuksessa. Mikään lääketeollisuus ei voi olla olemassa ilman orgaanisten happojen ominaisuuksien käytännön soveltamista.

Karboksyyliryhmän sisältävillä yhdisteillä on myös tärkeä rooli kosmetiikkateollisuudessa. Rasvan synteesi myöhempää saippuan, pesuaineiden ja kotitalouskemikaalien valmistukseen perustuu esteröintireaktioon karboksyylihapon kanssa.

Karboksyylihappojen kemialliset ominaisuudet heijastuvat ihmisen elämään. Niillä on suuri merkitys ihmiskeholle, koska niitä löytyy suuria määriä jokaisessa solussa. Rasvojen, proteiinien ja hiilihydraattien aineenvaihdunta käy aina läpi vaiheen, jossa sitä tai toista karboksyylihappoa saadaan.