Тема: Монокарбонові кислоти.

Актуальність теми: Карбонові кислоти – найбільш поширені в природі органічні сполуки. Вони були вперше виділені із рослинної сировини, де містяться як у вільному стані, так і вигляді сполук. Більшість з них являються біологічно – активними сполуками і використовуються як ліки, або в їх виробництві.

 

Навчальні цілі: Теоретичне і практичне засвоєння будови ізомерії, номенклатури, властивостей та ідентифікації монокарбонових кислот. Малий практикум.

 

Знати:

- гомологічний ряд монокарбонових кислот;

- їх ізомерію та номенклатуру;

- гомологічний ряд ненасичених кислот;

- особливості ароматичних кислот;

- медичні препарати класу кислот та їх застосування.

Вміти:

- проводити ідентифікацію монокарбонових кислот;

- розпізнавати насичені і ненасичені карбонові кислоти;

- визначати силу кислот, їх рН середовища

- розв’язувати типові задачі.

Самостійна позааудиторна робота

1.Вивчити теоретичний матеріал і вміти дати відповіді на контрольні питання теми.

2. Оформити три графи протоколу.

3. Здійснити синтез: СаСО₃ → СН₃–СООС₂ Н₅.

Написати відповідні рівняння реакцій.

4. Яку масу ацетатної кислоти ω=80%, необхідно для приготування 0.5 дм³ оцту ω=9%?

5. Яку масу ацетатної кислоти можна одержати з 3 кг кальцій карбіду за реакцією Кучерова, якщо вміст домішок в карбіді рівний 4%?

1. Написати формули ізомерів валеріанової кислоти. Дати назви.

2. Написати формули кислот та естерів складу С₄Н₈О₂ і назвати їх.

3. На нейтралізацію 200 г розчину ацетатної кислоти витратили 16 г натрій гідроксиду. Обчислити масову частку кислоти у розчині.

4. Написати рівняння реакцій дисоціації бутанової кислоти, добування її натрієвої солі та будь-якого естеру.

5. Яку масу естеру можна добути з 16 г метанолу і 30 г ацетатної кислоти.

 

Контрольні питання

1. Гомологічний ряд монокарбонових кислот, їх номенклатура.

2. Ізомерія монокарбонових кислот, її види.

3. Класифікація кислот. Насичені й ненасичені, одноосновні і багатоосновні, ароматичні кислоти.

4. Вплив природи замісників у радикалі на реакційну здатність кислот.

5. Вплив карбоксильної групи на вуглеводневий радикал. СН-кислотність α-вуглецевого атома.

6. Реакції приєднання до α- і β-ненасичених кислот.

7. Ароматичні кислоти. Бензойна кислота, її похідні та їх застосування.

8. Хімічні властивості монокарбонових кислот: утворення солей, естерів, ангідридів, галогенпохідних, галогенангідридів, амідів, нітрилів.

9. Хімічні та фізичні методи ідентифікації монокарбонових кислот.

10. Окремі представники кислот, їх характеристика та медико-біологічне значення.

Самостійна аудиторна робота

 

1. Виконати досліди передбачені у методичній вказівці.

2. Результати спостережень, висновки внести у протокол.

3. Написати тестовий контроль або самостійне індивідуальне завдання.

4. Оформити протокол і захистити його у викладача.

5. З навчального підручника виписати медичні препарати по даній темі та препарати аналогічної дії з УФД – 2001.

6. Написати рівняння реакцій одержання бензойної і фенілацетатної кислот оксидацією відповідних спиртів, гідролізом нітрилів.

7. З толуолу одержати всі ізомерні нітробензойні кислоти. Написати рівняння реакції.

8. Написати рівняння реакцій взаємодії бензойної кислоти з кальцій гідроксидом, содою, етанолом, аміаком. Назвати одержанні продукти.

9. Які карбонові кислоти можна одержати оксидацією наступних гомологів бензолу: пропілбензолу, о-диметилбензолу, п- ізопропілметилбензолу.

Теоретична частина

 

Карбоновими кислотами називаються похідні вуглеводнів, що містять в своєму складі одну або більше карбоксильних груп. Вони поділяються на аліфатичні, аліциклічні й ароматичні карбонові кислоти. Їх підрозділяють відповідно до числа карбоксильних груп на моно-, ди,-і полікарбонові. Серед аліфатичних розрізняють насичені і ненасичені кислоти. Назви кислот в основному дані за тривіальною номенклатурою. За замісниковою (ІЮПАК) назви карбонових кислот утворюють з назв вихідних вуглеводнів з тим самим числом атомів вуглецю, враховуючи і атом вуглецю карбоксильної групи, додаючи суфікс-ова та слово кислота.

Ізомерія монокарбонових кислот структурна. Одержують монокарбонові кислоти:

а) окисненням первинних спиртів і альдегідів;

б) гідролізом гемінальних тригалогенопохідних вуглеводнів;

в) гідролізом нітрилів;

г) взаємодіє магнійорганічних сполук з СО₂;

д) окисненням і гідрокарбоксилуванням алканів.

Реакційна здатність карбонових кислот визначається в основному наявністю в їх структурі карбоксильної групи. Виходячи з будови карбонових кислот, основні їх реакції можна умовно поділити на чотири типи:

а) за участю зв’язку О- Н (кислотні властивості);

б) реакції нуклеофільного заміщення за участю атома вуглецю карбонільної групи (взаємодія зі спиртами; взаємодія з галогенуючими реагентами (PCl₃, PCl₅, PBr₃, SOCl₂); взаємодія з аміаком і амінами).

в) заміщення атомів водню при α- вуглецевому атомі (реакція Гелля-Фольгарда-Зелінського);

г) окиснення та відновлення.

До ненасичених карбонових кислот відносяться карбонові кислоти, які містять у вуглеводному радикалі кратний зв’язок. У номенклатурі ненасичених кислот широко використовують тривіальні назви. За замісниковою (ІЮПАК) назви ненасичених кислот утворюють аналогічно насиченим, використовуючи суфікс –ен (єн) для позначення подвійного зв’язку та суфікси –ин (ін) для позначення потрійного.

Для добування ненасичених монокарбонових кислот можна використовувати багато методів як з методів синтезу насичених карбонових кислот. Крім того, використовують специфічні методи добування:

а) гідрокарбоксилуванням алкінів (реакція Реппе);

б) елімінування β-галоген- і β-гідроксикарбонових кислот.

Реакційна здатність ненасичених монокарбонових кислот зумовлена наявністю у їх структурі карбоксильної групи, зокрема, вони утворюють солі, галогенангідриди, ангідриди, естери, аміди. По кратному зв’язку у вуглеводневому радикалі ненасичені кислоти виявляють ще властивості алкенів (алкінів).

Ароматичні карбоновими (аренокарбоновими) кислотами називають органічні кислоти, в яких карбоксильна група безпосередньо сполучена з ароматичним ядром.

Ароматичні карбонові кислоти можна одержати тими самими способами, що й аліфатичні:

а) окисненням алкіларенів;

б) гідролізом тригалогенопохідних вуглеводнів;

в) гідролізом нітрилів.

Реакційна здатність аренмонокарбонових кислот зумовлена наявністю в їх структурі карбоксильної групи та бензольного ядра.

По карбоксильні групі для них характерн6і реакції, властиві насиченим монокарбоновим кислотам (утворення солей, галогенангідридів, ангідридів, естерів та ін).

За рахунок бензольного кільця аренмонокарбонові кислоти вступають у реакції електрофільного заміщення (нітрування, сульфування,галогенування), властиві ароматичним вуглеводням.

Ідентифікацію проводять хімічними методами (утворення труднорозчинних солей з важкими металами, утворення естерів, виділення СО₂, а для ненасичених з бромною водою або розчином KMnO₄) і фізичними методами (УФ, ІЧ, ПМР-спектри).

Практична робота

Властивості монокарбонових кислот.

 

Дослід 1. Порівняння ступеня йонізації монокарбонових кислот.

Кілька крапель або кристалів мурашиної, оцтової, трихлороцтової, монохлороцтової, бензойної і стеаринової кислот помістити у окремі пробірки, і прилити по 2 см³ води (якщо кислота не розчиняється, то нагріти). Після охолодження спостерігати за змінами в кожній пробірці. Вміст кожної пробірки випробувати універсальним індикатором. Результати спостережень та величини рН внести в дану таблицю. Осад нерозчинних кислот зберегти для другого досліду.

 

Порядковий №	Назва кислот	Формули	рН розчину кислот	Сила кислот	Висновок

 

 

Дослід 2. Добування солей монокарбонових кислот.

До нерозчинних у попередньому досліді кислот прилити розчину лугу. Що спостерігається? Зробити висновок. Написати рівняння реакції взаємодії даних кислот з лугом

Дослід 3. Оксидація мурашиної кислоти.

У пробірку помістити декілька крупинок натрій форміату, долити 3 краплі 2н розчину сульфатної кислоти і 2 краплі 0.1н розчину калій перманганату. Вміст пробірки закрити корком з Г-подібною трубкою, кінець якої опустити в розчин баритової або вапняної води. Приготовлену суміш нагріти. Що спостерігається? Написати рівняння реакції оксидації форміатної кислоти.

Дослід 4. Доведення ненасиченості олеїнової або акрилової кислоти.

В пробірку налити 1-5 крапель олеїнової або акрилової кислот і долити 3-4 крапель бромної води. Дослід повторити з розчином калій перманганату, нейтралізованого 2-3см³ розчину соди. Що спостерігається в обох випадках? Написати рівняння реакції з бромною водою та розчином калій перманганату.

Дослід 5. Якісні реакції на карбонові кислоти.

В окремі три пробірки помістити кілька крупинок натрій форміату, ацетату та бензоату, долити кілька крапель води і 1-2краплі розчину ферум (ІІІ) хлориду. Що спостерігається? Розчин ферум (ІІІ) ацетату нагріти (1-2 хвилин) до утворення осаду у вигляді пластівців. Де змінилось забарвлення? Де використовується дана реакція? Написати рівняння реакції з ацетатною кислотою.

Дослід 6. Утворення естерів.

У пробірці змішати 2 см³ етанолу спирту і стільки ж ацетатної кислоти та долити 0,5 см³ конц. сульфатної кислоти. Помістити пробірку в гарячу воду (60-70˚С), і нагрівати не доводячи до кипіння. Охолодити пробірку і долити 2 см³ води. За запахом визначити естер. Дослід повторити з мурашиною (форміатною) кислотою. Написати рівняння реакцій утворених естерів. Дати їм назву.

Дослід 7. Електропровідність та сила кислот.

У склянку для визначення електропровідності налити розчину ацетатної кислоти. Опустити електроди приладу. Звернути увагу на яскравість загоряння лампочки. Проробити аналогічний дослід з розчином масляної та сульфатної кислот. Порівняти яскравість загоряння лампочки у всіх випадках. Прилад нарисувати в протокол. Зробити висновки. Кислоти розмістити в ряду зменшення їх сили.

Дослід 8. Оксидація мурашиної (форматної) кислоти: ("реакція срібного дзеркала").

У пробірку налити 5-6 крапель аргентум нітрату і краплями приливати 5%-ний розчин аміаку до повного розчинення осаду. До утвореного аргентум аміакату долити 5-10 крапель 80%-ного розчину мурашиної кислоти. Вміст пробірки слабо нагріти. Спостерігати за зміною забарвлення реакційної суміші (утворення темно-сірого осаду). Написати рівняння реакцій.

 

Дослід 9. Кислотні властивості вищих насичених кислот.

В пробірці розчинити незначну кількість стеаринової або пальмітинової кислоти в диетиловому етері. В іншій пробірці змішати 2-3 крапель лугу з 1-2 краплями фенолфталеїну, який забарвиться в малиновий колір. До забарвленого розчину прилити краплями розчин даної кислоти. Спостерігати за зміною забарвлення. Написати рівняння реакції нейтралізації. Зробити висновок.

 

Дослід 10. Сублімація бензойної (бензоатної) кислоти "зимовий сад".

В хімічну склянку насипати кілька крупинок бензоатної кислоти і опустити в неї гілки ялинки. Склянку закрити склом і злегка нагріти. Спостерігати за гілочками, які вкриваються кристалами кислоти. Для чого можна використати дане явище?

Література

Основна:

1. Черних В.П., Зименковський Б.С., Гриценко И.С. Органічна хімія в 3-х кн.- Харків, 1993, 7-15 с.

2. Ю.О. Ластухін, С.А. Воронов. Органічна хімія. Підручник для вищих навчальних закладів. – Львів: Центр Європи, 200. – 864.

3. Рево А.Я., Зеленкова В.В. Малый практикум по органической химии: Учеб. Пособие для студентов вузов. – М.: Высш. Школа, 1980. – 175 с.

4. Некрасов В.В. Руководство к малому практикуму по органической химии. Изд. 5-е, доп. М., «Химия», 1975. 328 с. 16 табл., 18 рис.Посібник до лабораторних та семінарських занять з органічної хімії. – Харків, 1991.

5. Органічна хімія: Підручник для студ. вищ. навч. закл. / Л.Д. Бобівник, В.М. Руденко, Г.О. Лезенко, - К; Ірпінь: ВТФ „Перун”, 2005.- 544

6. Конспект лекций.

7. Українська державна фармакопея. К., 2001.

8. Кононський О.І. Органічна хімія. Практикум: Навч. Посіб. – К.: Вища шк., 2002. – 247 с.: іл.

9. В.І. Кабачний, Л.К. Осіненко, А.Д. Грицак та ін. Фізична і колоїдна хімія, -Х., 1999р.

10. В.В.Григор’єва, В.М.Самійленко, А.М.Сич. Загальна хімія. К.: Вища школа, 1991. –430 с.

11. Гомонай В.І. Фізична та колоїдна хімія: Підручник. – Вінниця: НОВА КНИГА, 2007. – 496 с.

12. Мороз А.С., Яворська Л.П., Луцевич Д.Д. та інш. Біофізична та колоїдна хімія. – Вінниця НОВА КНИГА, 2007. – 600 с.: Іл.

13. Фармацевтична хімія. Підручник для студ. Вищ. Фармац. Навч. Закл. І фармац. Ф-тів вищ мед. Навч. Закл. ІІІ-ІV рівнів акредитації. за заг. Ред. П.О. Безуглого. – Вінниця, НОВА КНИГА, 2008.-560 с.

14. Губський Ю.І. Біоорганічна хімія. Видання друге, доопрацьоване і доповнене. – Київ – Вінниці, 2007. – 432 с. Іл.

Додаткова:

15. Нейланд О.Я. Органическая химия. М.:Высшая школа, 1990.

16. Б.Н. Степаненко. Курс органической химии.-К., 1989.

17. Лабораторные работы по органической хмии. Изд. 2-е. Под ред. О.Ф. Гинзбурга и А.А. Петрова. Учеб. Пособие для хим.-технологич. Специальностей вузов. М., «Высш. школа», 1969.

18. Оборудование химических лабораторий: Справочник. – Л.: Химия, 1978. – 480с.

19. А.В. Домбровський, В.М. Найдан. Органічна хімія.- К.: Вища школа, 1992.

20. О.В. Стеценко, Р.П. Виноградова. Біоорганічна хімія. Навчальний посібник.-К.: Вища школа, 1992.

21. В.М. Найдан. Органічна хімія. Малий лабораторний практикум.-К., 1994.

22. Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков. Биоорганическая химия. – Москва, -"Медицина", 1991.

ЗАНЯТТЯ №19

 

Тема:Монокарбонові кислоти.

Актуальність теми: Карбонові кислоти – найбільш поширені в природі органічні сполуки. Вони були вперше виділені із рослинної сировини, де містяться як у вільному стані, так і вигляді сполук. Більшість з них являються біологічно – активними сполуками і використовуються як ліки, або в їх виробництві.

 

Навчальні цілі: Теоретичне і практичне засвоєння будови ізомерії, номенклатури, властивостей та ідентифікації монокарбонових кислот. Малий практикум.

Знати:

- гомологічний ряд монокарбонових кислот;

- їх ізомерію та номенклатуру;

- гомологічний ряд ненасичених кислот;

- особливості ароматичних кислот;

- медичні препарати класу кислот та їх застосування.

Вміти:

- проводити ідентифікацію монокарбонових кислот;

- розпізнавати насичені і ненасичені карбонові кислоти;

- визначати силу кислот, їх рН середовища

- розв’язувати типові задачі.