ibrain.kz
RUKZ
Предыдущая тема|Следующая: Сложные эфиры, жиры и омыление: строение триглицеридов, гидролиз, синтез мыла и мицеллярные структуры
Химия · 11 класс1 четвертьТема 2Лабораторная работаГОСО РК 2026Базовый

Карбоновые кислоты: взаимное влияние атомов в карбоксильной группе, кислотные свойства, реакция этерификации

Изучение структуры карбоксильной группы -COOH, p-π сопряжения, кислотных свойств карбоновых кислот, механизма этерификации Фишера и применения.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ1 четвертьдескрипторы ГОСО
Раздел 1 из 5
1

Строение карбоксильной группы и кислотность

Карбоксильная группа -COOH состоит из карбонила >C=O и гидроксила -OH. Неподеленная электронная пара кислорода гидроксильной группы вступает в p-π сопряжение с π-электронами карбонильной двойной связи. В результате связь O-H сильно поляризуется, атом водорода легко отщепляется в виде протона H+, а образующийся карбоксилат-анион R-COO- стабилизируется делокализацией отрицательного заряда между двумя эквивалентными атомами кислорода.

Схема: Карбоксильная группа и реакция этерификации

Векторная схема
СПИРТЫ (-OH)R — OHГидроксильная группаАЛЬДЕГИДЫ (-CHO)R — CH=OКарбонильная группаКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫR — COOHКарбоксильная группаСЛОЖНЫЕ ЭФИРЫR — COO — R'ЭтерификацияАМИНЫ (-NH₂)R — NH₂Органические основанияАМИНОКИСЛОТЫH₂N-CH(R)-COOHПептидная связь: -CO-NH-
Сопряжение неподеленной пары кислорода гидроксила с π-связью карбонила; диссоциация H⁺; равновесная этерификация с H₂SO₄(конц).
Понятие

p-π сопряжение

Перекрывание p-орбитали гидроксильного кислорода с π-орбиталью связи C=O, повышающее полярность связи O-H и кислотность.
Понятие

Карбоксилат-анион

Симметричный резонансный ион, в котором отрицательный заряд равномерно распределен между обоими атомами кислорода (длина связей C-O одинакова — 0.127 нм).

Влияние заместителей на силу кислот

Электроноакцепторные заместители (галогены -Cl, -F, -NO2) за счет индуктивного эффекта (-I) стабилизируют карбоксилат-анион и многократно усиливают кислотность. Так, трихлоруксусная кислота CCl3COOH по силе сопоставима с минеральными кислотами (pKa = 0.65).

Шаг 1
Действие 1
Определить наличие электронодонорных (+I) или акцепторных (-I) групп при α-углероде.
Шаг 2
Действие 2
Сравнить стабильность образующихся карбоксилат-анионов.
Шаг 3
Действие 3
Сделать вывод о сравнительной силе кислот (чем сильнее акцептор, тем выше Ka и ниже pKa).
Диссоциация карбоновых кислот
R-COOH+H2O⇌R-COO−+H3O+,Ka=[R-COO−][H3O+][R-COOH]R\text{-COOH} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons R\text{-COO}^- + \text{H}_3\text{O}^+, \quad K_a = \frac{[R\text{-COO}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[R\text{-COOH}]}
Уксусная кислота имеет Ka = 1.75*10^-5 (pKa = 4.76).
Раздел 2 из 5
2

Химические свойства карбоновых кислот

Карбоновые кислоты проявляют типичные свойства кислот: изменяют окраску индикаторов, реагируют с активными металлами (до H2) с выделением водорода, с основными оксидами, гидроксидами и солями более слабых кислот (карбонатами, силикатами). Муравьиная кислота HCOOH занимает особое положение: она содержит альдегидную группу, поэтому способна давать реакцию серебряного зеркала и окисляться перманганатом до CO2 и H2O.

Понятие

Специфика муравьиной кислоты

HCOOH сочетает свойства кислоты и альдегида благодаря связи H-C(=O)OH, легко окисляясь до угольной кислоты.
Понятие

Замещение гидроксила

При взаимодействии с PCl5, SOCl2 гидроксильная группа замещается на галоген с образованием реакционноспособных галогенангидридов R-COCl.

Водородные мостики и димеры

В жидком состоянии и парах карбоновые кислоты существуют в виде устойчивых циклических димеров, скрепленных двумя прочными межмолекулярными водородными связями, что объясняет их высокие температуры кипения.

Шаг 1
Действие 1
Написать уравнение электролитической диссоциации кислоты.
Шаг 2
Действие 2
Определить возможность реакции вытеснения водорода по ряду стандартных электродных потенциалов металлов.
Шаг 3
Действие 3
Составить молекулярные и полные ионные уравнения реакций нейтрализации.
Взаимодействие с металлами и карбонатами
2CH3COOH+Mg→(CH3COO)2Mg+H2↑2\text{CH}_3\text{COOH} + \text{Mg} \to (\text{CH}_3\text{COO})_2\text{Mg} + \text{H}_2\uparrow
Кислоты вытесняют CO2 из солей карбонатов: 2CH3COOH + Na2CO3 -> 2CH3COONa + H2O + CO2.
Раздел 3 из 5
3

Реакция этерификации Фишера

Реакция этерификации — взаимодействие карбоновой кислоты со спиртом в присутствии сильной минеральной кислоты (обычно концентрированной H2SO4) в качестве катализатора и водоотнимающего средства, приводящее к образованию сложного эфира и воды. Реакция является обратимой; с помощью метода меченых атомов (18O) доказано, что кислород спирта входит в состав сложного эфира, а вода образуется за счет OH-группы карбоновой кислоты и H спирта.

Понятие

Этерификация Фишера

Кислотно-катализируемая равновесная реакция конденсации карбоновой кислоты со спиртом.
Понятие

Смещение равновесия этерификации

Для увеличения выхода эфира применяют избыток одного из реагентов (обычно спирта) или отгоняют образующуюся воду и эфир из зоны реакции.

Каталитическая роль серной кислоты

Концентрированная серная кислота не только ускоряет достижение равновесия (катализатор), но и связывает выделяющуюся воду, сдвигая равновесие в сторону образования продуктов согласно принципу Ле Шателье.

Шаг 1
Действие 1
Определить исходную карбоновую кислоту (донор ацильной группы R-CO-).
Шаг 2
Действие 2
Определить спирт (донор алкокси-группы -OR').
Шаг 3
Действие 3
Соединить ацильный фрагмент с алкокси-фрагментом: R-COO-R' и выделить H2O.
Шаг 4
Действие 4
Дать систематическое название полученному сложному эфиру.
Механизм реакции этерификации
R-COOH‾+H18O‾-R′⇌ΔH+R-CO-18O-R′+H2OR\text{-CO}\underline{\text{OH}} + H\underline{^{18}\text{O}}\text{-}R' \xrightleftharpoons[\Delta]{\text{H}^+} R\text{-CO-}^{18}\text{O-}R' + \text{H}_2\text{O}
Катализатор H+ протонирует карбонильный кислород, увеличивая электрофильность углерода.
Раздел 4 из 5
4

Алгоритм проведения реакции этерификации и смещения ее равновесия

Синтез сложных эфиров по Фишеру:

Шаг 1
Запись реагентов и катализатора
Карбоновая кислота + Спирт ⇄ Сложный эфир + Вода в присутствии катализатора H₂SO₄(конц): CH₃COOH + C₂H₅OH ⇄ CH₃COOC₂H₅ (этилацетат) + H₂O.
Шаг 2
Механизм отщепления воды (метод меченых атомов)
Экспериментально доказано кислородом-¹⁸O: ОН-группа отщепляется от КИСЛОТЫ, а атом водорода H — от спирта!
Шаг 3
Смещение равновесия в сторону сложного эфира
Реакция обратима. Для повышения выхода эфира: 1) берут избыток одного из реагентов (спирта); 2) отгоняют образующийся эфир; 3) используют H₂SO₄(конц) не только как катализатор, но и как водоотнимающее средство, связывающее воду!
Раздел 5 из 5
5

Ловушки ЕНТ: Сравнение силы карбоновых кислот и индуктивный эффект

Ранжирование кислотности карбоновых кислот на ЕНТ:

1. Влияние длины углеводородного радикала:

Алкильные группы (метил, этил) проявляют положительный индуктивный эффект (+I, подают электроны на карбоксил, уменьшая полярность связи O-H):

HCOOH (муравьиная) > CH₃COOH (уксусная) > C₂H₅COOH (пропионовая).

Муравьиная кислота — САМАЯ СИЛЬНАЯ среди предельных одноосновных кислот!

2. Влияние электроотрицательных заместителей (галогенов):

Атомы хлора стягивают электронную плотность (-I эффект), резко усиливая диссоциацию протона H⁺:

CH₃COOH < CH₂ClCOOH < CHCl₂COOH < CCl₃COOH (трихлоруксусная кислота сопоставима по силе с минеральными кислотами!).

Ряд кислотности на ЕНТ

Муравьиная кислота сильнее уксусной! Введение галогенов в радикал (трихлоруксусная CCl₃COOH) многократно усиливает кислотные свойства!

Ваш прогресс по теме25%
Оглавление урока
Шпаргалка формул11 класс
Степень полимеризации:
n=Mполимера/Mзвенаn = M_{полимера} / M_{звена}
Правило Чаргаффа для двухцепочечной ДНК:
A=T,G=C,(A+G)/(T+C)=1.0A = T, \quad G = C, \quad (A + G) / (T + C) = 1.0
ЭДС гальванического элемента:
Ecell0=Eкатода0−Eанода0E^0_{cell} = E^0_{катода} - E^0_{анода}[В]
Уравнение Нернста:
E=E0−RTzFln⁡Q=E0−0.0592zlg⁡Q (при 298 К)E = E^0 - \frac{RT}{zF} \ln Q = E^0 - \frac{0.0592}{z} \lg Q \text{ (при 298 К)}[В]
Следующая тема

Сложные эфиры, жиры и омыление: строение триглицеридов, гидролиз, синтез мыла и мицеллярные структуры

Перейти к теме →