Автор: Лысенко Лариса Викторовна
Должность: учитель
Учебное заведение: ГБОУ ЛНР "Молодогвардейская средняя школа №7 им. героя Советского Союза О.В.Кошевого""
Населённый пункт: город Молодогвардейск, Луганская Народная Республика
Наименование материала: разработка урока
Тема: Карбоновые кислоты.
Раздел: полное образование
РАЗРАБОТКА УРОКА ПО ТЕМЕ «КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ»
1. Введение в тему
Карбоновые кислоты – класс органических соединений, содержащих
одну или несколько карбоксильных групп (–COOH). Эти вещества
широко распространены в природе, участвуют в биохимических
процессах и находят применение в промышленности. Изучение их
строения, свойств и способов получения необходимо для понимания
многих химических и биологических явлений.
На уроке рассматриваются:
•
классификация карбоновых кислот;
•
номенклатура и изомерия;
•
физические и химические свойства;
•
методы синтеза;
•
применение в промышленности и биологии.
2. Классификация карбоновых кислот
Карбоновые кислоты классифицируются по нескольким критериям.
2.1. По числу карбоксильных групп
•
Одноосновные (монокарбоновые) – содержат одну –COOH
группу (например, уксусная кислота CH
₃
COOH).
•
Двухосновные (дикарбоновые) – содержат две –COOH группы
(щавелевая HOOC–COOH).
•
Многоосновные – три и более карбоксильных групп (лимонная
кислота).
2.2. По строению углеводородного радикала
•
Предельные (насыщенные) – радикал содержит только
одинарные связи (пропановая кислота C
₂
H
₅
COOH).
•
Непредельные (ненасыщенные) – включают двойные или
тройные связи (акриловая кислота CH
₂
=CH–COOH).
•
Ароматические – содержат бензольное кольцо (бензойная
C
₆
H
₅
COOH).
2.3. По природе заместителей
•
Жирные – алифатические кислоты (стеариновая C
₁₇
H
₃₅
COOH).
•
Оксикислоты – содержат гидроксильную группу (молочная
CH
₃
CH(OH)COOH).
•
Аминокислоты – включают аминогруппу (глицин NH
₂
CH
₂
COOH).
3. Номенклатура и изомерия
3.1. Систематическая номенклатура (IUPAC)
Названия формируются на основе углеводородного радикала с
добавлением суффикса "-овая" и слова "кислота". Нумерация
начинается с карбоксильной группы.
Примеры:
•
HCOOH – метановая (муравьиная) кислота.
•
CH
₃
COOH – этановая (уксусная) кислота.
•
C
₆
H
₅
COOH – бензойная кислота.
3.2. Тривиальные названия
Некоторые кислоты сохраняют исторические названия:
•
муравьиная (HCOOH);
•
уксусная (CH
₃
COOH);
•
масляная (C
₃
H
₇
COOH).
3.3. Изомерия
Для карбоновых кислот характерны:
•
Изомерия углеродного скелета (например, бутановая и 2-
метилпропановая кислоты).
•
Межклассовая изомерия с сложными эфирами (C
₃
H
₇
COOH и
C
₂
H
₅
COOCH
₃
).
4. Физические свойства
Физические свойства зависят от молекулярной массы и наличия
функциональных групп.
4.1. Агрегатное состояние
•
Низшие (C
₁
–C
₄
) – жидкости с резким запахом.
•
Средние (C
₅
–C
₉
) – маслянистые жидкости.
•
Высшие (C
₁₀
и более) – твёрдые воскообразные вещества.
4.2. Растворимость
•
Низшие кислоты хорошо растворимы в воде из-за образования
водородных связей.
•
С увеличением углеводородного радикала растворимость
падает.
4.3. Температуры кипения и плавления
Выше, чем у спиртов и альдегидов сходной молекулярной массы, из-
за сильных межмолекулярных водородных связей.
5. Химические свойства
Карбоновые кислоты проявляют свойства, обусловленные
карбоксильной группой.
5.1. Кислотные свойства
•
Диссоциируют в водных растворах:
RCOOH
⇌
RCOO−+H+RCOOH
⇌
RCOO−+H+
•
Сила кислот зависит от природы радикала:
o
Электроноакцепторные заместители (–Cl, –NO
₂
)
увеличивают кислотность.
o
Электронодонорные (алкильные группы) уменьшают.
5.2. Образование солей (реакция нейтрализации)
Взаимодействуют с основаниями, металлами, основными оксидами:
2CH3COOH+Zn→(CH3COO)2Zn+H2↑2CH3COOH+Zn→(CH3COO)2
Zn+H2↑
5.3. Реакции с участием гидроксильной группы
•
Образование сложных эфиров (этерификация):
RCOOH+R′OH
⇌
RCOOR′+H2ORCOOH+R′OH
⇌
RCOOR′+H2O
•
Взаимодействие с галогенангидридами:
RCOOH+PCl5→RCOCl+POCl3+HClRCOOH+PCl5→RCOCl+POCl3
+HCl
5.4. Реакции по углеводородному радикалу
•
Галогенирование (для насыщенных кислот):
CH3COOH+Cl2→PClCH2COOH+HClCH3COOH+Cl2PClCH2
COOH+HCl
•
Окисление (для непредельных кислот):
CH2=CH−COOH+[O]→HOOC−COOHCH2
=CH−COOH+[O]→HOOC−COOH
6. Методы получения карбоновых кислот
6.1. Окисление углеводородов и спиртов
•
Алканы → карбоновые кислоты при жестком окислении:
C6H14+[O]→C5H11COOHC6H14+[O]→C5H11COOH
•
Первичные спирты → альдегиды → кислоты:
C2H5OH→CH3CHO→CH3COOHC2H5OH→CH3CHO→CH3COOH
6.2. Гидролиз нитрилов
R−CN+2H2O→R−COOH+NH3R−CN+2H2O→R−COOH+NH3
6.3. Карбоксилирование металлоорганических соединений
R−MgBr+CO2→R−COOMgBr→H+R−COOHR−MgBr+CO2
→R−COOMgBrH+R−COOH
7. Применение карбоновых кислот
7.1. Пищевая промышленность
•
Уксусная (консервант, регулятор кислотности).
•
Лимонная (ароматизатор, антиоксидант).
7.2. Фармацевтика
•
Салициловая (противовоспалительное средство).
•
Аскорбиновая (витамин C).
7.3. Химический синтез
•
Производство полимеров (терефталевая кислота для ПЭТ).
•
Синтез красителей и лекарств.
8. Заключение
Карбоновые кислоты – важный класс органических соединений с
разнообразными свойствами и широкой областью применения. Их
изучение позволяет глубже понять химические процессы в природе и
промышленности.
Контрольные вопросы:
1. Каковы основные критерии классификации карбоновых кислот?
2. Как влияет строение радикала на кислотные свойства?
3. Каков механизм реакции этерификации?
4. Назовите промышленные способы получения уксусной кислоты.