Производные карбоновых кислот. Номенклатура. Способы получения солей, сложных эфиров, галогенангидридов, ангидридов, амидов, нитрилов. Понятия анион и ацил.

Производные карбоновых кислот можно рассматривать, как результат замещения гидроксильной группы кислоты на какую-либо другую группу Х.

Эти вещества могут быть гидролизованы в кислоту в соответствии с уравнением.

Общим элементам структуры этих соединений является ацильная группа или ацил (R-C=O):

К производным карбоновых кислот относят:

Способы получения солей

Карбоновые кислоты проявляют типичные кислотные свойства - при реакции с металлами, их оксидами и щелочами дают соли соответствующих металлов.

Название (номенклатура) состоит из названия соли и металла. Например: соль магния этановой (уксусной) кислоты (тривиальное название ацетатмагния).

Сложные эфиры

Сложные эфиры имеют общую формулу: R₁-COO-R₂.

Летучие, бесцветные жидкости, плохо растворимы в воде, чаще с приятным запахом, легче воды.

Названия сложных эфиров (номенклатура) строятся по названию кислоты, в которой вместо окончания –овая кислота используют суффикс –оaт. В качестве приставки прибавляется название радикала R₂

Получение сложных эфиров

Сложные эфиры могут быть получены при взаимодействии карбоновых кислот со спиртами (реакция этерификации - отщепление молекулы воды). Катализаторами являются минеральные кислоты.

Самостоятельно записать реакцию получения метилэтаноата.

Ангидриды

А НГИДРИД (от греч. an— не и hydor — вода) химическое соединение, которое можно получить, отнимая воду от соответствующей карбоновой кислоты. Ангидриды легче реагируют с большинством реагентов, чем сами кислоты.

Общая формула ангидридов имеет вид:

Названия ангидридов (номенклатура) образуются от названия кислот путем замены слова кислота на слово ангидрид. Например, этановая кислота образует этановый (уксусный) ангидрид.

П олучение ангидридов

Ангидриды карбоновых кислот получают при отщеплении молекулы воды от двух молекул карбоновой кислоты. В некоторых случаях дегидратация протекает при простом нагревании карбоновой кислоты.

Галогенангидриды

Галогенангидриды — соединения, состоящие из остатка карбоновой кислоты, гидроксильная группа которой замещена на галоген. 

Галогенангидриды называют (номенклатура) по названию алкана, соответствующего числу атомов углерода в самой длинной цепи, содержащей галоген с добавлением окончания – оил.

В приставке называется заместитель в цепи алкана с указанием его положения (при наличии).

В суффиксе указывается галоген с добавлением окончания ид

Получение галогенангидридов

Рассмотрим получение галогенангидридов на примерах получения хлорангидридов.

Хлорангидриды получают взаимодействием безводной карбоновой кислоты с:

- тионилхлоридом (SOCl₂), 

- трёххлористым фосфором (PCl₃),

-  фосгеном (COCl₂).

R-COOH + SOCl₂ → R-COCl + SO₂↑ + HCl↑

3 R-COOH + PCl₃ → 3 R-COCl + H₃PO₃

R-COOH + COCl₂ → R-COCl + CO₂↑ + HCl↑

Самостоятельно записать уравнения реакций получения:

- бутаноил фторида (реагент - тионилфторид );

- этаноилхлорида (реагент – фосген).

Метилэтаноат, аммиак, метанамид, метанол.

Амиды

Амиды— это соединения остатка кислоты (ацилы R-СО) с остатком аммиака (аминогруппой NH₂).

Амиды называют (номенклатура) по названию алкана, соответствующего числу атомов углерода в самой длинной цепи, содержащей амидогруппу. с добавлением окончания– амид.

В приставке называется заместитель в цепи алкана с указанием его положения (при наличии).

Получение амидов

Получение амидов из карбоновых кислот при нагревании с аммиаком (NH₃):

Получение амидов из сложных эфиров при нагревании с аммиаком:

Названия всех веществ?

Нитрилы

Нитрилы — органические соединения общей формулы R—C≡N.

Формально нитрилы являются производными синильной кислоты HC≡N, у которой вместо атома водорода присоединен углеводородный радикал R.

Нитрилы являются жидкими или твёрдыми веществами. Они растворяются в органических растворителях. Низшие нитрилы хорошо растворяются в воде, но с увеличением их молярной массы растворимость в воде падает.

Нитрилы называют (номенклатура) по названию алкана, соответствующего числу атомов углерода в цепи, включая углерод цианогруппы (CN) с добавлением в конце окончания– нитрил.

В приставке называется заместитель в цепи алкана с указанием его положения (при наличии).

Получение нитри́лов

Дегидратацией аммониевых солей карбоновых кислот (NH₄ - амоний)

Катализатор - оксид фосфора/

Присоединением синильной кислоты HCN (используется в промышленности)

Совместным окислением аммиака и углеводородов

Реакция протекает при 400—500 °C, катализаторами служат вольфраматы церия и др.

Понятие анион и ацил

Ацил – это общее название остатка любой карбоновой кислоты:

Производные карбоновых кислот можно рассматривать, как результат замещения гидроксильной группы кислоты на какую-либо другую группу Х.

Х может быть представлена различным составом (Cl, OR, NH₂ и др.) но у неё есть общее свойство – она является нуклеофильной частицей (δ-) –«ищущая ядро». Причем, ацил является анионом (+), который в процессе химических реакций взаимодействует с отрицательно заряженными частицами.

Наличие нуклеофила  говорит о нуклефильном механизме реакций и признаком наличия существенных основных свойств у производные карбоновых кислот.

18. Амины. Классификация (алифатические и ароматические). Номенклатура. Особенности строения. Способы получения: реакция Гофмана, из спиртов, нитросоединений, нитрилов, амидов. Основно-кислотные свойства - сравнение с алифатическими аминами. Защита аминогруппы и нитрование ароматических аминов.

Амины – азотсодержащие органические вещества, производные аммиака (NH₃), в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на углеводородный радикал -R.

Общая формула (первичного амина): R-NH₂

Например:

С₄Н₉-NH₂ – бутиламин, где NH₂   - аминогруппа

Низшие (не более трех атомов углерода в радикале) предельные (производные от насыщенных углеводородов) первичные (азот связан с одним радикалом) амины — газообразные вещества, имеют запах аммиака, хорошо растворяются в воде.

Амины с большей относительной молекулярной массой — жидкости или твердые вещества, растворимость их в воде с увеличением молекулярной массы уменьшается.

Классификация аминов

1. По структуре радикала R:

- насыщенные (алифатические) – только одинарные связи С-С (производные алканов);

- ненасыщенные –есть двойные С=С и тройные связи (производные алкенов, алкинов, алкидиенов);

- ароматические – есть бензольное кольцо (производные бензола).

Привести примеры.

2. По числу радикалов, связанных с атомом азота:

Привести примеры.

3. По числу аминогрупп:

Привести примеры.

Номенклатура

Названия аминов происходит от названия входящих в них радикалов с присоединением окончания - амин: метиламин CH₃ - NH₂; диметиламин ( CH₃)₂ - NH, триметиламин (CH₃)₃ - N.

В более сложных случаях:

- аминогруппу рассматривают как функциональную группу образующего органического соединения (кислота, спирт);

- название амино- ставят перед названием основной цепи образующего органического соединения (ИЮПАК);

- перечисление функциональных групп в алфавитном порядке;

- нумерация обычная для углеродного скелета по ИЮПАК.

Фенил — одновалентная группа, производная от бензола, — C₆H₅,

Особенности строения

Особенности строения аминов связаны с особенностями электронного строения азота (N):

Азот в молекуле амина образует три ковалентные связи по обменному механизму (три неспаренных электрона) с двумя атомами водорода (Н) и атомом углерода углеводородного радикала (R).

Кроме того, на внешнем уровне он ещё имеет неподеленную пару электронов (2S²), которая может участвовать в организации донорно-акцепторной связи (отдавать электрон для организации связи).

Таким образом, азот (и амины в целом) является донором электронов, что является признаком основных свойств органического соединения (амина).

Амины называют органическими основаниями, которые при взаимодействии с кислотами образуют соли.

Задание. Изобразить орбитали внешних уровней атомов N, C, H для метиламина и показать как организуются между ними связи.