W10 Kwasy karboksylowe i ich pochodne

Transkrypt

KWASY KARBOKSYLOWE
wzór ogólny
grupa karboksylowa
wzory skrócone
Kwasy alifatyczne – grupa
alkilowa połączona z
grupą karboksylową
kwas propionowy
kwas mrówkowy
Kwasy aromatyczne – grupa arylowa
połączona z grupą karboksylową.
kwas benzoesowy
Kwasy tłuszczowe – kwasy alifatyczne o długim
łańcuchu węglowym, otrzymane w
wyniku hydrolizy tłuszczów.
kwas stearynowy
1
„Chemia Organiczna”, dr inż. Ewa Mironiuk-Puchalska, WChem PW
POCHODNE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
Halogenki acylowe
Estry
Bezwodniki kwasowe
Amidy
Nitryle
2
NOMENKLATURA
KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
 Związki zawierające grupę COOH połączoną z atomem węgla mają ogólną nazwę
kwas karboksylowy.
 Nazwy kwasów karboksylowych wywodzących się od węglowodorów acyklicznych, w
których krańcowe grupy CH3 zostały zastąpione grupami COOH, tworzy się przez
dodanie do nazwy macierzystego węglowodoru przyrostka –owy (jedna grupa COOH) lub
–diowy (dwie grupy COOH) oraz wymienienie słowa kwas na początku nazwy.
7 6 5 4 3 2 1
CH3CH2CH2CH2CH2CH2COOH
kwas heptanowy
7 6 5 4 3 2 1
HOOCCH2CH2CH2CH2CH2COOH
kwas heptanodiowy
CH3CH=CHCH2CH2CH2COOH
kwas hept-5-enowy
3
NOMENKLATURA
 Alternatywne nazwy kwasów można utworzyć dodając przyrostek –karboksylowy do
nazwy szkieletu węglowego, z którym połączona jest grupa COOH (lub –dikarboksylowy,
jeśli są dwie grupy COOH, itd.); numeracja atomów węgla nie obejmuje atomu węgla
grupy COOH. Nazwy te są zawsze stosowane w przypadku układów cyklicznych.
COOH
CH3
COOH
kwas 2-metylocyklopentanokarboksylowy
kwas cykloheks-2-enokarboksylowy
COOH
HOOC
COOH
kwas naftaleno-1,3,6-trikarboksylowy
4
NOMENKLATURA
 Dla acyklicznych kwasów mono- i dikarboksylowych zaleca się stosowanie nomenklatury
omówionej w punkcie 2.
7 6 5 4 3 2 1
kwas heptanowy
nazwa zalecana
6 5 4 3 2 1
kwas heksanokarboksylowy
nazwa niezalecana
 pochodne zawierające trzy i więcej grup COOH nazywa się stosując przyrostek –
trikarboksylowy, itd.
COOH
COOH
3
CH3CHCHCH2CHCH3
1
2
4
COOH
5
kwas heksano-2,3,5-trikarboksylowy
6
5
NOMENKLATURA
 Zachowane zostały (i są zalecane) nazwy zwyczajowe następujących kwasów
HCOOH
kwas mrówkowy
CH3COOH
kwas octowy
CH3CH2COOH
kwas propionowy
CH3(CH2)2COOH
kwas masłowy
(CH3)2CHCOOH
kwas izomasłowy
C6H5COOH
kwas benzoesowy
CH2=CHCOOH
kwas akrylowy
C6H5CH=CHCOOH
kwas cynamonowy (izomer E)
HOOC–COOH
kwas szczawiowy
HOOCCH2COOH
kwas malonowy
HOOCCH2CH2COOH
kwas bursztynowy
6
NOMENKLATURA
 Nazwy grup acylowych powstałych przez odjęcie OH od grupy COOH wywodzi się z nazwy
odpowiedniego kwasu: a) końcówkę –owy zamienia się na –oil (lub –yl), gdy nazwa kwasu
została utworzona według p. 2, b) końcówkę –karboksylowy zamienia się na –karbonyl, gdy
nazwa kwasu została utworzona zgodnie z p. 3). W obu przypadkach pomija się słowo kwas.
O
O
O
O
HC
CH3C
CH3CH2C
CH3CH2CH2CH2CH2C
metanoil *)
propanoil *)
etanoil *)
heksanoil
*) zalecane sąnazwy zwyczajowe
 Nazwy grup acylowych wywodzących się od nazw zwyczajowych kwasów karboksylowych:
O
O
O
O
O
HC
CH3C
CH3CH2C
CH3CH2CH2C
(CH3)2CHC
formyl
acetyl
propionyl
O
C
benzoil
izobutyryl
O
CH3 O
C
o-toluoil
butyryl
O
C
C
2-naftoil
ftaloil
C
O
O
H2C C
H2C C
O
sukcynyl
7
(od kwasubursztynowego)
NOMENKLATURA
HALOGENKÓW ACYLOWYCH
Pochodne kwasów karboksylowych, w których grupa hydroksylowa jest zastąpiona fluorowcem
(najczęściej jest to chlor) nazywa się podając nazwę fluorowca (np. chlorek) przed nazwą grupy
acylowej.
O
CH3C Cl
chlorekacetylu
(chloreketanoilu)
CH3CH2C Cl
chlorekpropionylu
(chlorekpropanoilu)
O
O
C Cl
C Cl
chlorekbenzoilu
O
O
chlorekcyklopentanokarbonylu
CH3CH2CH2C Br
bromekbutyrylu
(bromekbutanoliu)
COCl
chlorekftaloilu
COCl
8
NOMENKLATURA
BEZWODNIKÓW KWASOWYCH
 Symetryczne bezwodniki kwasów karboksylowych nazywa się zastępując słowo kwas słowem
bezwodnik.
O O
O O
CH3COCCH3
CH3CH2COCCH2CH3
bezwodnikoctowy
(bezwodniketanowy)
bezwodnikpropionowy
(bezwodnikpropanowy)
O
C
O
O
C
bezwodnikcykloheksanokarboksylowy
 Bezwodniki mieszane (zbudowane z reszt dwóch różnych kwasów monokarboksylowych)
nazywa się wymieniając po słowie „bezwodnik” nazwy kwasów w kolejności alfabetycznej i
oddzielając je łącznikiem.
O O
O O
CH3COCCH2CH3
bezwodnikoctowo-propionowy
C6H5COCCH3
bezwodnikbenzoesowo-octowy
 Bezwodniki
cykliczne
kwasów
dikarboksylowych nazywa się tak samo,
jak bezwodniki kwasów acyklicznych
(lub jako układy heterocykliczne).
O
H2C C
O
H2C C
O
C
O
O
C
O
bezwodnikbursztynowy bezwodnikftalowy
9
NOMENKLATURA
SOLI I ESTRÓW KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
 Obojętne sole kwasów karboksylowych nazywa się wymieniając nazwę anionu karboksylanowego
oraz nazwę kationu. Nazwy anionów powstałych po odjęciu protonu od grupy COOH tworzy się
zamieniając w nazwie kwasu końcówkę -owy na końcówkę -an (lub -ian (po literze n). Wyjątkami
są: mrówczan (HCOO) i maślan (C3H7COO).
 Obojętne sole kwasów karboksylowych nazywa się wymieniając nazwę anionu
karboksylanowego oraz nazwę kationu. Nazwy anionów powstałych po odjęciu protonu od
grupy COOH tworzy się zamieniając w nazwie kwasu końcówkę -owy na końcówkę -an (lub ian (po literze n). Wyjątkami są: mrówczan (HCOO) i maślan (C3H7COO).
(CH3COO)2Ca
dioctan wapnia
CH3(CH2)5COOK
heptanian potasu
CH3COONa
octan sodu
HCOONa
mrówczan sodu
C6H5COOK
benzoesan potasu
C6H5CH=CHCOONa
cynamonian sodu
10
NOMENKLATURA
SOLI I ESTRÓW KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
 Obojętne estry kwasów karboksylowych nazywa w ten sam sposób, jak odpowiadające im sole z
tym, że zamiast nazwy kationu wymienia się nazwę grupy alkilowej, arylowej, itd., która jest
połączona z atomem tlenu grupy karboksylowej.
HCOOC2H5
mrówczan etylu (metanian etylu)
CH3COOCH3
octan metylu (etanian metylu)
CH3CH2COOC2H5
propionian etylu (propanian etylu)
CH3CH2CH2COOCH(CH3)2
maślan izopropylu (butanian 1-metyloetylu)
CH3CH2CH2CH2COOCH2CH2CH3
walerianian propylu (pentanian propylu)
C6H5COOC6H5
benzoesan fenylu
CH2(COOC2H5)2
malonian dietylu
11
NOMENKLATURA
AMIDÓW KWASOWYCH
 Nazwy monoacylowych pochodnych amoniaku o ogólnej budowie RCONH2 tworzy się:
a) zmieniając przyrostek –oil lub –yl w nazwie (zwyczajowej lub systematycznej) acyklicznej
grupy acylowej na przyrostek -amid lub
b) zmieniając przyrostek –karboksylowy w nazwie kwasu na przyrostek –karboksyamid
O
O
O
HC NH2
CH3C NH2
formamid
acetamid
CH3CH2CH2CH2CH2C NH2
heksanoamid
O
C6H5C NH2
benzamid
O
C NH2
H
cykloheksanokarboksyamid
12
NOMENKLATURA
AMIDÓW KWASOWYCH
O
CH3C N(CH3)2
a) N,N-dimetyloacetamid
b) N-acetylodimetyloamina
O
C6H5C N(CH3)2
 N-Podstawione amidy nazywa się :
a) wymieniając na początku nazwy amidu nazwy podstawników,
b) traktując grupę acylową jako N-podstawnik odpowiedniej aminy.
O
O
O CH3
CH3C NHC6H5
C6H5C NHCH3
N-fenyloacetamid
N-acetyloanilina
N-metylobenzamid
N-fenylo-N-metylobenzamid
N-benzoilometyloamina
N-benzoilo-N-metyloanilina
(acetanilid)
C6H5C NC6H5
a) N,N-dimetylobenzamid
b) N-benzoilodimetyloamina
 Cykliczne imidy ( pochodne kwasów dikarboksylowych):
O
O
C
NH
C
O
ftalimid
H2C
H2C
C
NH
C
O
sukcynoimid
13
METODY OTRZYMYWANIA KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
CrO3/H+/H2O lub Na2Cr2O7/H+/H2O (t),
KMnO4/H2O (t),
odczynnik Tollensa: (Ag+/HO) dla aldehydów
CH3
CH3CHCH2OH
alkohol izobutylowy
1. KMnO4 aq.,  t
2. H3O
CH3
CH3
CH3CHCOOH
COOH
Na2Cr2O7, H2SO4, H2O
kwas izomasłowy
t
NO2
NO2
p-nitrotoluen
już było…
CH3
CH3
CH3CHCH2CH2CH2CHCH=CH2
3,7-dimetylookt-1-en
1. [O],  t
2. H3O
CH3
kwas
p-nitrobenzoesowy
CH3
CH3CHCH2CH2CH2CHCOOH + CO2
kwas 2,6-dimetyloheptanowy
[O]: KMnO
4
Na2Cr2O7 / H2SO4
14
już było…
O
C CH3
1. 3 NaOBr
2. H3O
keton cyklopropylowo-metylowy
O
C OH + CHBr3
kwas cyklopropanokarboksylowy
15
CH3CH2CH2CH2CN
cyjanekbutylu
1. H2O, NaOH,  t
2. H3O
CH3CH2CH2CH2COOH
kwas walerianowy (pentanowy)
O2N
CH2CN
H2O, H2SO4
t
CH3 C Cl
CH3
1. Mg / Et2 O
2. CO2, 3. H3O
chlorektert-butylu
CH3
CH3 C COOH
1. Mg / Et2O
Br
COOH
2. CO2, 3. H3O
CH3
kwas 2,2-dimetylopropanowy
CH2COOH
kwas p-nitrofenylooctowy
cyjanekp-nitrobenzylu
CH3
O2N
bromobenzen
kwas benzoesowy
16
KWASY KARBOKSYLOWE POCHODZENIA NATURALNEGO
O
H
O
C
CH3(CH2)2-C
OH
kwas walerianowy
kwas mrówkowy
OH
O
H3C
C
OH
kwas octowy
17
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
 Kwasy alifatyczne o prostych łańcuchach węglowych do 6 atomów węgla w cząsteczce –
bezbarwne ciecze o ostrym, nieprzyjemnym zapachu
 Mają wyższe temperatury wrzenia niż alkohole o porównywalnej masie cząsteczkowej
kwas propionowy
temp. wrz. 141ºC
O
CH3CH2 C
OH
butan-1-ol
temp. wrz. 118ºC
CH3CH2CH2CH2OH
18
KWASOWOŚĆ KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
STAŁA RÓWNOWAGI REAKCJI DYSOCJACJI
Miara kwasowości kwasów karboksylowych
pKa =  log Ka
19
WPŁYW BUDOWY KWASU KARBOKSYLOWEGO NA JEGO KWASOWOŚĆ
pKa
kwas mrówkowy
HCO2H
3.68
kwas octowy
CH3CO2H
4.74
kwas propionowy
CH3CH2CO2H
4.85
kwas masłowy
CH3CH2CH2CO2H
4.80
pKa
kwas octowy
CH3CO2H
4.74
kwas chlorooctowy
ClCH2CO2H
2.82
kwas dichlorooctowy
Cl2CHCO2H
1.30
kwas trichlorooctowy
Cl3CCO2H
0.70
pKa
kwas 2-chloromasłowy
CH3CH2CHClCO2H
2.85
kwas 3-chloromasłowy
CH3CHClCH2CO2H
4.05
20
WPŁYW BUDOWY KWASU KARBOKSYLOWEGO NA JEGO KWASOWOŚĆ
pKa
Kwas benzoesowy
C6H5CO2H
4.18
Kwas p-chlorobenzoesowy
pClC6H4CO2H
4.00
Kwas m-chlorobenzoesowy
mClC6H4CO2H
3.80
Kwas p-nitrobenzoesowy
pNO2C6H4CO2H
3.40
Kwas o-chlorobenzoesowy
oClC6H4CO2H
2.90
pKa
Kwas p-hydroksybenzoesowy
pOHC6H4CO2H
4.59
Kwas benzoesowy
C6H5CO2H
4.18
Kwas m-hydroksybenzoesowy
mOHC6H4CO2H
4.08
Kwas o-hydroksybenzoesowy
oOHC6H4CO2H
2.98
pKa
Kw. Benzoesowy
C6H5CO2H
4.18
Kw. o-hydroksybenzoesowy
oOHC6H4CO2H
2.98
Kw. o-chlorobenzoesowy
oClC6H4CO2H
2.90
REAKCJE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
22
octan sodu
kwas octowy
Reakcja w twardej wodzie
(Mg2+)
sól wapniowa kwasu tłuszczowego
23
O
O
CH3(CH2)2COH + SOCl2
kwas masłowy
chlorektionylu
CH3(CH2)2CCl + SO2 + HCl
chlorekbutanoilu (butyrylu)
O
O
C
C
OH
Cl
+ POCl3 + HCl
+ PCl5
NO2
kwas p-nitrobenzoesowy
NO2
chlorekp-nitrobenzoilu
24
kwas
karboksylowy
kwas octowy
kwas ftalowy
alkohol
etanol
ester
octan etylu
ftalan dimetylu
25
ODWRACALNOŚĆ ESTRYFIKACJI FISCHERA
*
Skład mieszaniny 1 mol kwasu octowego / 1 mol etanolu w stanie równowagi:
26
kwas fenylooctowy
H2C
H2C
COOH
+ (CH3CO)2O
COOH
kwas butanodiowy (bursztynowy)
2-fenyloetanol
O
t
H2C C
O + CH3COOH
H2C C
O
bezwodnikbutanodiowy
27
WZGLĘDNA REAKTYWNOŚĆ POCHODNYCH KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
O
chlorki
kwasowe
R
C
Cl
O
bezwodniki
R
C
O
O
C
R(R')
O
estry
R
C
OR'
O
amidy
R
C
NH2
O
sole
R
C
O
28
WZAJEMNE PRZEKSZTAŁCENIA POCHODNYCH KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
O
chlorki kwasowe
R
O
bezwodniki
R
C
C
Cl
O
O
C
R(R')
SOCl2
O
estry
R
C
OR'
O
amidy
R
C
NH2
O
sole
R
C
O
29
PRZEKSZTAŁCANIE CHLORKÓW KWASOWYCH
REAKCJA SCHOTTENA-BAUMANNA
30
REAKCJA BEZWODNIKÓW KWASOWYCH
To już było…
kwas octowy
31
PRZEKSZTAŁCANIE ESTRÓW
TRANSESTRYFIKACJA
mrówczan etylu
cykloheksyloamina
N-cykloheksyloformamid
32
PRZEKSZTAŁCANIE AMIDÓW 1º W NITRYLE
O
C4H9C NH2 + SOCl2
heksanoamid
C4H9C N + SO2 + 2 HCl
heksanonitryl
33
HYDROLIZA POCHODNYCH KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
CHLORKÓW KWASOWYCH
O
O
C
Cl
C
H2 O
OH
BEZWODNIKÓW KWASOWYCH
O
H3C
C
O
O
C
O
H2O
CH3
H3C
C
OH
34
HYDROLIZA ETRÓW
O
C
O
OC2H5
HCl, H2O
C
OH
+ C2H5OH
35
AMIDÓW
36
NITRYLI
37
REDUKCJA POCHODNYCH KWASÓW KARBOKSYLOWYCH
38
REAKCJE POCHODNYCH KWASÓW KARBOKSYLOWYCH ZE ZWIĄZKAMI METALOORGANICZNYMI
39
REAKCJE KWASÓW KARBOKSYLOWYCH I ICH POCHODNYCH ZWIĄZANE Z
OBECNOŚCIĄ ATOMÓW H
REAKCJA HELLA-VOLHARDA-ZIELIŃSKIEGO
kwas masłowy
40
KONDENSACJA CLAISENA
-ketoester
ester
41
PLANOWANIE SYNTEZY Z WYKORZYSTANIEM KONDENSACJI CLAISENA


42
KRZYŻOWA KONDENSACJA CLAISENA – reakcja między dwoma różnymi estrami
43
WEWNĄTRZCZĄSTECZKOWA KONDENSACJA CLAISENA – reakcja Dieckmanna
44

W10 Kwasy karboksylowe i ich pochodne

Transkrypt

Podobne dokumenty

Kwas węglowy i fosforowy (V)

ulotka Zakwaszacze 2014 V2.cdr

2. Właściwości kwasowo-zasadowe związków organicznych

Wykaz substancji, których obrót jest kontrolowany

1. H. Hart, LE Craine, D. Hart – Chemia Organiczna. Krótki kurs

ĆWICZENIE 3

Sala Górna 24 marca, godz. 10:00. Planuję w wykład popularno