Карбоновые кислоты. Сложные эфиры. Жиры

 

Карбоновые кислоты – это производные углеводородов, содержащие функциональную группу СООН (карбоксил).

Формулы и названия некоторых распространенных карбоновых кислот приведены в табл. 11.

Традиционные названия кислот НСООН (муравьиная), СН₃СООН (уксусная), С₆Н₅СООН (бензойная) и (СООН)₂ (щавелевая) рекомендуется использовать вместо их систематических названий.

Формулы и названия кислотных остатков приведены в табл. 12.

Для составления названий солей этих карбоновых кислот (а также их сложных эфиров, см. ниже) обычно используются традиционные названия, например:

 

 

 

 

Низшие карбоновые кислоты – бесцветные жидкости с резким запахом. При увеличении молярной массы температура кипения возрастает.

Карбоновые кислоты обнаружены в природе:

 

 

Простейшие карбоновые кислоты растворимы в воде, обратимо диссоциируют в водном растворе с образованием катионов водорода:

 

 

и проявляют общие свойства кислот:

 

 

Важное практическое значение имеет взаимодействие карбоновых кислот со спиртами (подробнее см. ниже):

 

 

Отметим, что кислота НСООН вступает в реакцию «серебряного зеркала» как альдегиды:

 

 

и разлагается под действием водоотнимающих реактивов:

 

 

Получение:

• окисление альдегидов:

 

 

• окисление углеводородов:

а)

б)

Кроме того, муравьиную кислоту получают по схеме:

 

 

а уксусную кислоту – по реакции:

 

 

Применяют муравьиную кислоту как протраву при крашении шерсти, консервант фруктовых соков, отбеливатель, дезинфекционный препарат. Уксусную кислоту используют как сырье в промышленном синтезе красителей, медикаментов, ацетатного волокна, негорючей кинопленки, органического стекла. Натриевые и калиевые соли высших карбоновых кислот – основные компоненты мыла.

Сложные эфиры – продукты обменного взаимодействия карбоновых кислот со спиртами. Это взаимодействие называется реакцией этерификации:

 

 

Механизм реакции этерификации был установлен при использовании спирта, меченного изотопом ¹⁸O; этот кислород после реакции оказался в составе эфира (а не воды):

 

 

Следовательно, в отличие от реакции нейтрализации неорганической кислоты щелочью (Н⁺ + ОН^‑ = Н₂O), в реакции этерификации карбоновая кислота всегда отдает группу ОН, спирт – атом Н (образуется вода). Реакция этерификации обратима; она лучше протекает в кислотной среде, обратная реакция (гидролиз, омыление) – в щелочной среде.

Формулы и названия распространенных сложных эфиров приведены в табл. 13.

 

 

Среди сложных эфиров есть бесцветные низкокипящие горючие жидкости с фруктовым запахом, например:

 

 

Используются сложные эфиры как растворители для лаков, красок и нитратов целлюлозы, носители фруктовых ароматов в пищевой промышленности.

Сложные эфиры трехатомного спирта – глицерина и высших карбоновых кислот (в общем виде RCOOH), например с формулами и названиями:

 

 

носят названия жиров. Примером жира будет смешанный сложный эфир глицерина и этих кислот:

 

 

Чем выше содержание остатков олеиновой кислоты (или других ненасыщенных кислот), тем ниже температура плавления жира. Жидкие при комнатной температуре жиры называются маслами. Путем гидрогенизации, т. е. присоединения водорода по двойной связи, масла превращают в твердые жиры (например, растительное масло – в маргарин). Реакция этерификации (образования жира) обратима:

 

 

Прямая реакция лучше идет в кислотной среде, обратная реакция – гидролиз, или омыление, жира – в щелочной среде; при пищеварении жир омыляется (расщепляется) с помощью ферментов.

 

Углеводы

 

Углеводы (сахара) – важнейшие природные соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Углеводы подразделяются на моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды не подвергаются гидролизу, а остальные углеводы при кипячении в присутствии кислот расщепляются до моносахаридов.

Моносахариды (и все другие углеводы) относятся к полифункциональным соединениям. В молекуле моносахарида имеются функциональные группы разных типов: группы ОН (спиртовая функция) и группы СО (альдегидная или кетонная функция). Поэтому различают альдозы (альдегидоспирты, спиртоальдегиды) и кетозы (кетоноспирты, спиртокетоны).

Важнейший представитель альдоз – глюкоза:

 

 

а представитель кетоз – фруктоза:

 

 

Глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар) являются структурными изомерами, их молекулярная формула С₆Н₁₂O₆.

Глюкозу можно отличить от фруктозы так же, как любой альдегид от кетона, – по реакции «серебряного зеркала» в аммиачном растворе Ag₂O:

 

 

Этерификация глюкозы и фруктозы (например, уксусной кислотой) приводит к образованию сложных эфиров по всем пяти группам ОН (заменяются на ОСОСН₃).

Однако не все реакции, характерные для альдегидов, протекают с глюкозой; например, не идет реакция присоединения с участием гидросульфита натрия. Причина в том, что молекула глюкозы может существовать в трех изомерных формах, из которых две формы (α и β) – циклические. В растворе все три формы находятся в состоянии равновесия, причем открытая (альдегидная) форма, приведенная выше, содержится в наименьшем количестве:

 

 

Циклические формы глюкозы не содержат альдегидной группы. Они отличаются друг от друга только пространственным расположением атома Н и группы ОН у атома углерода C₁ (рядом с кислородом в цикле):

 

 

Дисахариды образуются из двух молекул моносахаридов путем межмолекулярной дегидратации. Так, сахароза (обычный сахар) C₁₂Н₂₂О₁₁ является продуктом соединения остатков глюкозы и фруктозы за счет отщепления воды:

 

 

При гидролизе в кислотной среде сахароза вновь переходит в моносахариды:

 

 

Получившаяся смесь – инвертный сахар – содержится в мёде. При 200 °C сахароза, теряя воду, превращается в бурую массу (карамель).

Полисахариды – крахмал и целлюлоза (клетчатка) – продукты поликонденсации (межмолекулярной дегидратации) соответственно α– и β‑форм глюкозы, их общая формула (С₆Н₁₀О₅)_n. Степень полимеризации крахмала составляет 1000–6000, а целлюлозы 10 000–14 000. Целлюлоза – наиболее распространенное в природе органическое вещество (в древесине массовая доля целлюлозы доходит до 75 %). Крахмал (легче) и целлюлоза (труднее) подвергаются гидролизу (условия: H₂SO₄ или НCl, > 100 °C); конечный продукт – глюкоза.

Большое практическое значение имеют сложные эфиры целлюлозы с уксусной кислотой:

 

 

Их используют в производстве искусственного ацетатного волокна и кинофотопленок.

 

Примеры заданий частей А, В

 

1–2. Для соединения с формулой

1.

2.

правильное название – это

1) 2‑метилпропанол‑2

2) 2,2‑диметилэтанол

3) пропилэтиловый эфир

4) этилпропиловый эфир

 

3–4. Для соединения с формулой

3.

4.

правильное название – это

1) 1,1‑диметилпропановая кислота

2) 3‑метилбутановая кислота

3) 2‑метилпропаналь

4) диметилэтаналь

 

5. Правильное название вещества CH₃COOCH₂CH₃ – это

1) метилацетат

2) этилацетат

3) метилформиат

4) этилформиат

 

6. Водородные связи образуются между молекулами соединений

1) водаx

2) этанол

3) уксусная кислота

4) ацетальдегид

 

7. Для состава С₄Н₈O₂ названия структурных изомеров из класса сложных эфиров – это

1) пропилформиат

2) диэтиловый эфир

3) этилацетат

4) метилпропионат

 

8–11. Формула соединения с названием

8. сахароза

9. крахмал

10. фруктоза

11. клетчатка

отвечает составу

1) С₆Н₁₂O₆

2) (С₆Н₁₀О₅)_n

3) Cl₂Н₂₂О_n

4) (СН₂O)_n

 

12. Для предельных одноатомных спиртов характерные реакции – это

1) гидролиз

2) гидратация

3) этерификация

4) дегидратация

 

13. Молекула конечного продукта реакции между фенолом и бромом в воде содержит общее число атомов всех элементов, равное

1) 10

2) 11

3) 12

4) 13

 

14–17. В уравнении реакции

14. окисления этанола оксидом меди (II)

15. бромирования фенола

16. межмолекулярной дегидратации этанола

17. нитрования фенола

сумма коэффициентов равна

1) 4

2) 5

3) 7

4) 8

 

18. В реакции этерификации группа ОН отщепляется от молекулы

1) спирта

2) альдегида

3) кетона

4) кислоты

 

19. С помощью хлорофилла в зеленом растении образуются

1) кислород

2) вода

3) глюкоза

4) этанол

 

20–21. Химические свойства глюкозы, характерные для

20. спиртов

21. альдегидов

проявляются в реакции

1) спиртового брожения

2) «серебряного зеркала»

3) этерификации

4) нейтрализации

 

22–24. При нагревании с водой в присутствии H₂SO₄ углевода

22. крахмал

23. целлюлоза

24. сахароза

после окончания гидролиза получают

1) этанол

2) фруктозу

3) глюконовую кислоту

4) глюкозу

 

25. Способы получения этанола – это

1) гидратация этена

2) брожение глюкозы

3) восстановление этаналя

4) окисление этаналя

 

26. Способы получения этиленгликоля – это

1) окисление этена

2) гидратация этена

3) действие щелочи на 1,2‑С₂Н₄Cl₂

4) гидратация этина

 

27. Способы получения муравьиной кислоты – это

1) окисление метана

2) окисление фенола

3) окисление метанола

4) реакция СН₃ОН с СО

 

28. Для синтеза уксусной кислоты используют соединения

1) С₂Н₅ОН

2) С₄Н₁₀

3) C₂H₅NO₂

4) СН₃ОН

 

29. Метанол применяется в производстве

1) пластмасс

2) каучуков

3) бензинов

4) жиров и масел

 

30. Для распознавания фенола (в смеси с бутанолом‑1) используют

1) индикатор и раствор щелочи

2) бромную воду

3) гидроксид меди (II)

4) аммиачный раствор оксида серебра (I)

 

31. Для распознавания в своих растворах глицерина, уксусной кислоты, ацетальдегида и глюкозы подходит один и тот же реактив

1) NaOH

2) Cu(OH)₂

3) H₂SO₄ (конц.)

4) Ag₂O (в р‑ре NH₃)

 

32. Органическое вещество – продукт гидратации ацетилена, которое вступает в реакцию «серебряного зеркала», а при восстановлении образует этанол, – это

1) ацетальдегид

2) уксусная кислота

3) пропан

4) ацетон

 

33. Продукты А, Б, и В в схеме реакций СO₂ + Н₂O → фотосинтез А → брожение – СO₂ Б → HCOOH B

– это соответственно

1) этанол

2) глюкоза

3) пропановая кислота

4) этилформиат

 

34. Фенол будет участвовать в процессах:

1) дегидратации

2) бромирования

3) изомеризации

4) нейтрализации

5) нитрования

6) «серебряного зеркала»

 

35. Возможно протекание реакций:

1) твердый жир + водород →…

2) муравьиная кислота + формальдегид →…

3) метанол + оксид меди (II) →…

4) сахароза + вода (в конц. H₂SO₄) →…

5) метаналь + Ag₂O (в р‑ре NH₃) →…

6) этиленгликоль + NaOH (р‑р) →…

 

36. Для промышленного синтеза фенолформальдегидной смолы следует взять набор реагентов

1) С₆Н₆, НС(Н)O

2) С₆Н₆, СН₃С(Н)O

3) С₆Н₅ОН, НС(Н)O

4) С₆Н₅ОН, СН₃С(Н)O