Образование ангидридов и их свойства

При отщеплении молекулы воды от двух молекул кислоты образуются ангидриды карбоновых кислот. Реакция протекает под влиянием катализатора, над которым пропускают пары кислот, и может быть в общем виде представлена схемой:

R—C—OH + HO—C—R ® R—C—O—C—R + H₂O

II II II II

O O O O

^{кислота кислота ангидрид}

Как видно из общей формулы, ангидриды представляют собой производные кислот, состоящие из двух соединенных через кислород кислотных остатков (ацилов).

Ангидриды получают также действием галогенангидрида кислоты на соль той же кислоты:

R—C—Cl + NaO—C—R ® R—C—O—C—R + NaCl

II II II II

O O O O

^{хлорангидрид соль ангидрид}

Большое практическое значение имеет ангидрид уксусной кислоты, или уксусный ангидрид (ацетангидрид). Он может быть получен из хлористого ацетила и ацетата натрия:

СH₃—C—Cl + NaO—C—CH₃ ® CH₃—C—O—C—CH₃ + NaCl

II II II II

O O O O

^{хлористый ацетил ацетат натрия ацетангидрид}

В настоящее время уксусный ангидрид получают действием уксусной кислоты на кетен:

CН₂=С=О + НО—С—СН₃ ¾ ® СН₃—С—О—С—СН₃

кетен II II II

O O О

^{уксусная кислота уксусный ангидрид}

Уксусный ангидрид – бесцветная жидкость с острым раздражающим запахом, Т_кип. 140 ^оС, d²⁰=1, 079.

Ангидриды кислот, подобно галогенангидридам, очень реакционноспособны; они разлагаются соединениями с активны водородом, образуя производное кислоты и свободную кислоту. При действии воды ангидриды гидролизуются на две молекулы кислоты (а), под действием аммиака образуются соответствующие амины (б), воздействием спирта можно получить соответствующий сложный эфир (в):

(а) R—C—O—C—R + HOH ® R—C—OH + HO—C—R

II II II II

O O O O

(б) CH₃—C—O—C—CH₃ + NH₃ ® CH₃—C—NH₂ + CH₃—C—OH

II II II II

O O O O

^{уксусный ангидрид (ацетангидрид) ацетамид уксусная кислота}

(в) CH₃—C—O—C—CH₃ + НО—СН₃ ® CH₃—C—O—СН₃ + CH₃—C—OH

II II II II

O O O ^{метилацетат} O

Образование сложных эфиров

Сложными эфирами называют производные карбоновых кислот, образовавшиеся в результате замещения гидроксильной группы в карбоксиле кислоты на остаток спирта —OR. Общая формула сложных эфиров

R—C—O—R^'

II

O

Их можно рассматривать и как соединения, в которых радикал кислоты (ацил) связан через кислород с углеводородным радикалом (алкилом).

Сложные эфиры могут быть получены путем реакции этерификации – при непосредственном взаимодействии кислоты со спиртом.

Образование амидов и их свойства

Амидами называют производные карбоновых кислот, образующиеся в результате замещения гидроксила в карбоксиле кислоты на одновалентный остаток аммиака – аминогруппу –NH₂. Общая формула амидов R—C—NH₂

II

O

Амиды могут быть получены нагреванием сухих аммониевых солей карбоновых кислот; при этом выделяется вода и образуется амид:

CH₃—C—ONH₄ ® CH₃—C—NH₂ + H₂O

II II

O O

^{уксуснокислый аммоний амид уксусной кислоты}

^{(ацетат аммония) (ацетамид)}

Другой способ заключается в действии аммиака на галогенангидриды и ангидриды кислот:

СH₃—CH₂—C—Cl + H—NH₂ ® CH₃—CH₂—C—NH₂ + HCl

II II

O O

^{хлорангидрид аммиак амид пропионовой кислоты}

^{пропионовой кислоты (пропионамид)}

Только амид муравьиной кислоты (формамид) HCONH₂ – жидкость, остальные амиды – твердые вещества.

Амиды легко гидролизуются при нагревании с водой, особенно в присутствии минеральных кислот или оснований; при этом образуется кислота и выделяется аммиак:

R—C—NH₂ + H—OH ® R—C—OH + NH₃

II II

O O

При нагревании амидов с P₂O₅ или с другими водоотнимающими средствами выделяется молекула воды и образуются нитрилы кислот – соединения, содержащие в молекулах вместо карбоксильной группы остаток синильной кислоты H—Cº N – так называемую нитрильную группу - —Cº N:

_t; ^Р₂^О₅

R—C—NH₂ ¾ ¾ ¾ ® R—Cº N + H₂O

II

O

Нитрилы при гидролизе образуют соответствующие им по числу углеродных атомов карбоновые кислоты и имеют большое значение для их синтеза.