Карбоновые кислоты: Часть 3
Химия, 10 класс
Дикарбоновые кислоты Номенклатура дикарбоновых кислот Дикарбоновые кислоты – карбоновые кислоты, в состав которых входят две карбоксильные группы. По номенклатуре ИЮПАК названия дикарбоновых кислот пр...
Видео
Конспект
Дикарбоновые кислоты
Номенклатура дикарбоновых кислот
Дикарбоновые кислоты – карбоновые кислоты, в состав которых входят две карбоксильные группы.
По номенклатуре ИЮПАК названия дикарбоновых кислот производят от названий соответствующих углеводородов с добавлением суффикса -диов, окончания -ая и слова кислота. Для наиболее известных дикарбоновых кислот общеупотребимы тривиальные названия (табл. 3).
Таблица 3. Дикарбоновые кислоты
\begin{table}[h]
\begin{tabular}{|l|l|l|}
\hline
$HOOC-COOH$ & \begin{tabular}{@{}l@{}}Этандиовая
щавелевая\end{tabular} & Оксалат
\hline
$HOOC-CH_2-COOH$ & \begin{tabular}{@{}l@{}}Пропандиовая,
малоновая\end{tabular} & Малонат
\hline
$HOOC-(CH_2)_2-COOH$ & \begin{tabular}{@{}l@{}}Бутандиовая,
янтарная\end{tabular} & Сукцинат
\hline
$HOOC-(CH_2)_3-COOH$ & \begin{tabular}{@{}l@{}}Пентандиовая
глутаровая\end{tabular} & Глутарат
\hline
$HOOC-(CH_2)_4-COOH$ & \begin{tabular}{@{}l@{}}Гександиовая
адипиновая\end{tabular} & Адипинат
\hline
\end{tabular}
\end{table}
Ароматические дикарбоновые кислоты называют фталевыми кислотами:
image32
Физические и химические свойства дикарбоновых кислот
Дикарбоновые кислоты – твёрдые вещества. Низшие дикарбоновые кислоты хорошо растворимы в воде, но плохо растворимы в органических растворителях.
Кислотные свойства. По первой ступени дикарбоновые кислоты, благодаря -I эффекту второй карбоксильной группы, являются более сильными кислотами, чем монокарбоновые кислоты. Существенно, что ионизация первой карбоксильной группы происходит заметно легче, чем ионизация второй. Особенно эти тенденции проявляются в случае щавелевой и малоновой кислот.
Термические реакции. Интересно поведение дикарбоновых кислот при нагревании. Щавелевая и малоновая кислоты при нагревании отщепляют диоксид углерода с образованием муравьиной и уксусной кислот соответственно:
$$
\begin{aligned}
& \underset{\substack{щавелевая \\ кислота}}{HOOC-COOH} \xrightarrow{150~^\circC} \underset{\substack{муравьиная \\ кислота}}{HCOOH} + CO_2 \\[1.5em]
& \underset{\substack{малоновая \\ кислота}}{HOOC-CH_2-COOH} \xrightarrow{140~^\circC} \underset{\substack{уксусная \\ кислота}}{CH_3COOH} + CO_2
\end{aligned}
$$
\begin{quote}
Янтарная, глутаровая и фталевая кислоты при нагревании отщепляют воду. При этом образуются циклические ангидриды:
\end{quote}
image34
Реакции поликонденсации. Реакции этерификации и получения амидов дикарбоновых кислот лежат в основе промышленного производства конденсационных полимеров. Конденсации дикарбоновых кислот и диолов или диаминов ведут к образованию полиэфиров или полиамидов соответственно. Полиэфиры и полиамиды широко используют в производстве синтетических материалов. Один из наиболее важных полиэфиров – полиэтилентерефталат или лавсан – получают поликонденсацией терефталевой кислоты и диола:
image35
Особенности щавелевой кислоты
Разложение щавелевой кислоты в присутствии серной кислоты. При нагревании в присутствии серной кислоты разложение щавелевой кислоты не останавливается на стадии декарбоксилирования:
$$
\begin{array}{l}
COOH \\[-0.5em]
\vert \\[-0.5em]
COOH
\end{array}
\xrightarrow[t]{H_2SO_4} CO_2 + CO + H_2O
$$
Окисление. Щавелевая кислота, подобно муравьиной кислоте, проявляет восстановительные свойства и количественно окисляется перманганатом калия в кислом растворе до углекислого газа:
image37
Способы получения дикарбоновых кислот
Щавелевая кислота. Щавелевую кислоту получают при нагревании формиата натрия по следующей схеме:
image38
Гидролиз динитрилов. Янтарную и глутаровую кислоты можно получить из соответствующих динитрилов:
image39
Окисление циклических кетонов. Глутаровую и адипиновую кислоты получают окислением циклопентанона и циклогексанона соответственно. При этом в промышленности в качестве окислителя используют разбавленную азотную кислоту:
image40
Окисление гомологов бензола. Фталевые кислоты можно получить жидкофазным или парофазным окислением ксилолов:
image41
2019-2020 год, отборочный этап олимпиады «Ломоносов>>, 10 класс
Условие
К смеси двух одноосновных карбоновых кислот, одна из которых не содержит первичных, а вторая не содержит третичных атомов углерода, добавили избыток концентрированного раствора $KOH$. Раствор упарили, осадок прокалили со щелочью и получили 7.34 л газа $\textbf{A}}$ ($25^\circC$, 1 атм), 18.4 г жидкости $\textbf{B}}$ и твердый остаток, при добавлении к которому избытка пропионовой кислоты выделилось 12.23 л газа $\textbf{C}}$ ($25^\circC$, 1 атм). При смешении газов $\textbf{A}}$ и $\textbf{C}}$ образовалась смесь с плотностью, равной плотности $\textbf{A}}$. Установите строение и массы кислот. Предложите способ получения фенилглицина (амино(фенил)уксусной кислоты) из вещества $\textbf{B}}$ с использованием только неорганических реагентов. Напишите уравнения протекающих реакций.