Органическая химия: свойства, методы получения и механизмы реакций основных классов соединений

Раздел 2. Свойства, получение и механизмы реакций углеводородов и функциональных производных

1. Методы получения алканов

Алканы — это предельные (насыщенные) углеводороды, которые можно получить различными лабораторными и промышленными методами. Ниже приведены основные способы синтеза алканов с уравнениями реакций и пояснениями.

1.1. Гидрирование алкенов и алкинов

Алканы синтезируют каталитическим присоединением водорода к непредельным углеводородам в присутствии переходных металлов (Ni, Pt, Pd):

Объяснение: кратные (двойные и тройные) связи разрываются, и молекула насыщается водородом с образованием предельного углеводорода.

1.2. Реакция Вюрца

Синтез симметричных алканов взаимодействием моногалогеналканов с металлическим натрием в среде сухого эфира:

Объяснение: происходит конденсация двух алкильных радикалов за счёт отщепления атомов галогена с удлинением углеродной цепи.

1.3. Электролиз растворов солей карбоновых кислот (реакция Кольбе)

При анодном окислении водных растворов солей щелочных металлов карбоновых кислот выделяются алканы и углекислый газ:

Объяснение: карбоксилат-анионы декарбоксилируются на аноде, образующиеся радикалы рекомбинируют с формированием связи C–C.

1.4. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма)

При сплавлении солей карбоновых кислот с натронной известью (смесь NaOH + CaO) образуется алкан, содержащий на один атом углерода меньше исходной соли:

Объяснение: карбоксильная группа отщепляется в виде неорганического карбоната натрия.

1.5. Синтез Фишера–Тропша

Промышленный каталитический метод синтеза углеводородов из синтез-газа (смеси CO и H₂):

Объяснение: каталитическое гидрирование монооксида углерода позволяет получать синтетические смеси жидких и газообразных алканов.

Вывод: алканы могут быть получены восстановительными методами из непредельных углеводородов, радикальным сочетанием (реакция Вюрца), декарбоксилированием производных карбоновых кислот, а также прямым синтезом из оксида углерода.

2. Физические и химические свойства алканов

Алканы характеризуются общей формулой C_nH_2n+2:

Химическая инертность алканов обусловлена высокой прочностью и низкой полярностью σ-связей C–C и C–H.

2.1. Физические свойства

Алканы — неполярные соединения, гидрофобны и практически нерастворимы в воде. Первые члены ряда (C₁–C₄) представляют собой газы, C₅–C₁₅ — жидкости, высшие гомологи (от C₁₆) — твёрдые парафиновые вещества. Температуры кипения и плавления закономерно возрастают с увеличением молекулярной массы.

2.2. Химические свойства алканов

• Реакция горения (окисление): алканы сгорают на воздухе с выделением тепла, углекислого газа и воды:

  

  При недостатке кислорода происходит неполное сгорание с образованием CO или углерода:

  

• Радикальное замещение (галогенирование, механизм S_R): протекает на свету (hν) или при нагревании:

  

• Крекинг (термический распад): разрыв C–C связей длинноцепочечных алканов при высокой температуре без доступа воздуха:

  

• Изомеризация: превращение линейных алканов в разветвлённые изомеры в присутствии AlCl₃:

  

• Нитрование (реакция Коновалова): взаимодействие с разбавленной азотной кислотой при нагревании и давлении:

  

Вывод: алканы малореакционноспособны при обычных условиях и вступают преимущественно в радикальные реакции окисления, замещения и термической деструкции.

3. Способы получения алкенов

Алкены — непредельные углеводороды с общей формулой C_nH_2n, содержащие одну двойную связь C=C. Получаются преимущественно реакциями элиминирования (отщепления).

3.1. Внутримолекулярная дегидратация спиртов

Протекает при нагревании спиртов с водоотнимающими агентами (конц. H₂SO₄ при T > 140 °C или Al₂O₃):

Комментарий: отщепление воды происходит в соответствии с правилом Зайцева (водород отщепляется от менее гидрогенизированного атома углерода).

3.2. Дегидрогалогенирование моногалогеналканов

Нагревание галогеналканов со спиртовым раствором щёлочи:

Комментарий: от соседних углеродных атомов отщепляются протон и галогенид-ион с формированием π-связи.

3.3. Каталитическое дегидрирование алканов

Высокотемпературный процесс на оксидных катализаторах (Cr₂O₃, Al₂O₃, Pt):

3.4. Крекинг алканов

Термическое и каталитическое расщепление фракций нефти:

3.5. Дегалогенирование вицинальных дигалогеналканов

Взаимодействие 1,2-дигалогеналканов с цинком или магнием в спиртовой среде:

Вывод: лабораторные методы получения алкенов базируются на элиминировании H₂O и HHal, а промышленные — на термическом крекинге и дегидрировании алканов.

4. Химические свойства и механизмы реакций алкенов

Наличие плоскостной π-связи делает алкены высокореакционноспособными субстратами, склонными к электрофильной атаке.

4.1. Реакции электрофильного присоединения (Ad_E)

• Гидрирование: присоединение молекулы H₂ на гетерогенных катализаторах:

  

  Механизм: синхронная хемосорбция алкена и H₂ на кристаллической решётке металла (син-присоединение).

• Галогенирование: качественная реакция обесцвечивания брома:

  

  Механизм: поляризация галогена, атака электрофилом с образованием циклического галогенониевого иона и последующая нуклеофильная атака галогенид-ионом с противоположной стороны (анти-присоединение).

• Гидрогалогенирование (правило Марковникова):

  

  Механизм: электрофильная атака протона приводит к образованию наиболее термодинамически стабильного карбокатиона, с которым затем реагирует галогенид-анион.

  В присутствии перекисей реакция с HBr протекает против правила Марковникова по свободнорадикальному механизму (эффект Хараша):

  

• Гидратация: присоединение воды в кислой среде с образованием спиртов:

  

4.2. Реакции окисления

• Мягкое окисление (реакция Вагнера): взаимодействие с водным слабощелочным раствором KMnO₄ с образованием 1,2-диолов (гликолей):

  

• Жёсткое окисление: расщепление углеродного скелета по кратной связи под действием горячего кислого раствора KMnO₄ или K₂Cr₂O₇:

  

4.3. Реакции полимеризации и горения

• Полимеризация: последовательное раскрытие π-связей мономеров под действием радикальных или ионных инициаторов:

  

• Полное окисление (горение):

  

5. Механизм электрофильного присоединения (Ad_E2) к алкенам

Высокая электронная плотность π-связи притягивает электрофильные реагенты. Рассмотрим подробный постадийный механизм на примере присоединения бромоводорода (HBr) к этилену и пропену.

5.1. Стадии реакции

1. Стадия 1 (лимитирующая, медленная): поляризованная молекула H^δ+–Br^δ− атакует π-электронное облако. Происходит перенос протона с разрушением π-связи и возникновением плоскостного карбокатиона:

   

2. Стадия 2 (быстрая): нуклеофильный бромид-анион (Br⁻) атакует вакантную p-орбиталь карбкатиона, формируя новую ковалентную σ-связь C–Br:

   

Общая схема процесса:

5.2. Региоселективность: правило Марковникова

Для несимметричных алкенов (например, пропена) присоединение идёт через образование наиболее устойчивого карбкатиона (вторичный стабильнее первичного):

Стадия 1:

Стадия 2:

6. Качественные реакции на кратную связь алкенов

Качественное обнаружение алкенов основано на визуальных изменениях при раскрытии двойной связи C=C.

6.1. Обесцвечивание бромной воды

Наблюдение: красно-бурая окраска бромной воды быстро исчезает без выделения газов.

6.2. Реакция Вагнера (обесцвечивание раствора перманганата калия)

Наблюдение: малиново-фиолетовая окраска раствора исчезает, выпадает бурый осадок диоксида марганца MnO₂:

6.3. Обесцвечивание хлорной воды

Наблюдение: исчезновение зеленовато-жёлтой окраски раствора за счёт образования дихлоралкана:

6.4. Растворение в концентрированной серной кислоте

В отличие от алканов, алкены при комнатной температуре растворяются в конц. H₂SO₄ с образованием алкилсерных кислот:

7. Реакции полимеризации алкенов и диенов

Полимеризация — процесс соединения множества молекул мономера в высокомолекулярное соединение (полимер) без образования побочных низкомолекулярных веществ.

1. Полимеризация этилена → полиэтилен:

   

   Используется для изготовления плёнок, упаковочных материалов, труб и изоляции.

2. Полимеризация пропилена → полипропилен:

   

   Отличается высокой термостойкостью и механической прочностью.

3. Полимеризация винилхлорида → поливинилхлорид (ПВХ):

   

   Применяется для оконных профилей, линолеума, кабельной изоляции.

4. Полимеризация стирола → полистирол:

   

   Сырьё для производства теплоизоляционных плит, одноразовой посуды и пластиков.

5. Полимеризация бутадиена-1,3 → синтетический бутадиеновый каучук:

   

   Обладает эластичностью и служит сырьем для резинотехнических изделий и шин.

8. Пути получения алкинов

Алкины — непредельные ациклические углеводороды ряда ацетилена с тройной связью C≡C (общая формула C_nH_2n−2).

8.1. Гидролиз карбида кальция

Основной лабораторный и промышленный способ генерации ацетилена:

8.2. Двойное дегидрогалогенирование дигалогеналканов

Действие избытка спиртового раствора щёлочи на вицинальные (1,2-) или геминальные (1,1-) дигалогениды:

8.3. Дегалогенирование тетрагалогеналканов

Отщепление галогена порошком цинка или магния при нагревании:

8.4. Высокотемпературный пиролиз метана

Промышленный способ получения ацетилена (электрокрекинг или термоокислительный пиролиз):

8.5. Алкилирование ацетиленидов металлов

Синтез гомологов ацетилена с концевой или внутренней тройной связью:

1. Образование натриевой соли алкина:

   

2. Нуклеофильное алкилирование первичными галогеналканами:

   

9. Химические свойства алкинов

Свойства алкинов обусловлены наличием двух взаимоперпендикулярных π-связей, а также кислотностью атома водорода при концевой тройной связи (sp-гибридизация углерода).

9.1. Реакция горения

9.2. Поэтапное присоединение галогенов

1-я стадия (образование дигалогеналкена):

2-я стадия (образование 1,1,2,2-тетрабромэтана):

9.3. Присоединение галогеноводородов

Реакция подчиняется правилу Марковникова на обеих стадиях:

9.4. Каталитическая гидратация

Присоединение воды приводит к неустойчивым енолам, изомеризующимся в карбонильные соединения:

9.5. Кислотные свойства терминальных алкинов

Атомы водорода у терминального углерода способны замещаться щелочными металлами с образованием солей — ацетиленидов:

9.6. Окисление алкинов

Мягкое окисление приводит к дикарбонильным производным, а жёсткое — к расщеплению молекулы до карбоновых кислот:

10. Реакция Кучерова и реакции замещения в алкинах

10.1. Реакция Кучерова (гидратация алкинов)

Каталитическое присоединение воды к тройной связи в присутствии солей ртути(II) в кислой среде (HgSO₄ / H₂SO₄):

Постадийный механизм:

1. Протонирование тройной связи или координация катиона Hg²⁺ с образованием π-комплекса и винильного карбкатиона.
2. Нуклеофильная атака воды на катионный центр.
3. Депротонирование интермедиата с выделением нестойкого енола (винилового спирта).
4. Кето-енольная таутомерия: быстрый перенос протона от гидроксильной группы к углероду с перераспределением электронной плотности и образованием стабильной карбонильной группы:

Для ацетилена продуктом является ацетальдегид, для всех гомологов — кетоны.

10.2. Замещение кислого атома водорода в терминальных алкинах

Высокая электроотрицательность sp-гибридизованного углерода обуславливает подвижность терминального протона (C–H кислотность). Алкин реагирует с сильными основаниями (NaNH₂, Na металл):

Образовавшийся карбанионный нуклеофил (ацетиленид) легко атакует первичный атом углерода галогеналкана по механизму S_N2, вытесняя галогенид-ион и удлиняя цепь:

11. Способы получения алкадиенов

Алкадиены — углеводороды, содержащие две двойные углерод-углеродные связи. Наибольшую ценность представляют сопряжённые диены (бутадиен-1,3, изопрен).

11.1. Дегидрогалогенирование 1,4- и 1,2-дигалогеналканов

11.2. Межмолекулярная и внутримолекулярная дегидратация спиртов (диолов)

11.3. Промышленное двухстадийное дегидрирование алканов

Синтез дивинила из бутана нефтяных фракций:

11.4. Дегалогенирование тетрагалогеналканов цинковой пылью

12. Химические свойства сопряжённых алкадиенов

Сопряжение двух π-связей приводит к образованию единой делокализованной электронной системы, вследствие чего диены способны вступать как в классическое 1,2-, так и в 1,4-присоединение.

12.1. Реакции присоединения

• Галогенирование: соотношение продуктов 1,2- и 1,4-присоединения регулируется температурой процесса (кинетический и термодинамический контроль):

  

• Гидрирование: ступенчатое насыщение водородом до алкена, затем до алкана:

  

• Гидратация: присоединение молекулы H₂O в присутствии кислотных катализаторов:

  

• Стереорегулярная полимеризация:

  

12.2. Окислительные превращения

• Мягкое гидроксилирование с образованием четырехатомных спиртов (тетролов):

  

• Жёсткая деструкция с расщеплением цепи:

  

13. Реакции 1,4-присоединения и реакция Дильса–Альдера

13.1. 1,4-Присоединение галогеноводородов к сопряжённым диенам

При атаке протоном терминального атома углерода образуется мезомерно стабилизированный аллильный карбкатион. На второй стадии нуклеофил может атаковать положение 2 (1,2-присоединение) или положение 4 (1,4-присоединение):

1,2-присоединение:

1,4-присоединение:

При низких температурах (−80 °C) преобладает кинетический продукт (1,2-), а при нагревании (+40 °C) — термодинамически более устойчивый продукт (1,4-) с более замещённой внутренней двойной связью.

13.2. Диеновый синтез (реакция Дильса–Альдера)

Реакция [4+2]-циклоприсоединения сопряжённого диена в s-цис-конформации и диенофила (алкена или алкина с электроноакцепторными заместителями). Процесс протекает согласованно через шестичленное циклическое переходное состояние:

Пример реакции с участием иминов / малеимидов:

14. Механизмы нуклеофильного замещения (S_N1 и S_N2) в галогеналканах

Связь C–X сильно поляризована (δ+ на атоме C, δ− на галогене), что создаёт предпосылки для атаки нуклеофилами (Nu⁻):

Пример щелочного гидролиза бромэтана:

14.1. Мономолекулярный механизм (S_N1)

Протекает в две стадии. Лимитирующая стадия — мономолекулярная диссоциация субстрата с образованием плоского карбкатиона:

1. Гетеролитический разрыв C–X → образование карбкатиона.
2. Быстрая атака нуклеофила с обеих сторон плоскости (рацемизация для хиральных центров).

Характерно: для третичных галогеналканов, реакция ускоряется в полярных протонных растворителях.

14.2. Бимолекулярный механизм (S_N2)

Синхронный одностадийный процесс без промежуточных карбкатионов. Нуклеофил атакует углерод со стороны, противоположной уходящей группе, через пятикоординированное переходное состояние:

Характерно: для первичных и метильных галогеналканов; сопровождается полным обращением пространственной конфигурации (вальденовское обращение).

15. Способы получения предельных одноатомных спиртов (алканолов)

Алканолы содержат функциональную группу –OH при насыщенном атоме углерода.

1. Сернокислотная гидратация алкенов: промышленный путь синтеза этанола и изопропанола:

   

2. Щелочной гидролиз галогеналканов водно-щелочными растворами:

   

3. Синтез спиртов через металлоорганические производные и терминальные ацетилены:

   

4. Восстановление карбонильных соединений:
   • Восстановление альдегидов и кетонов комплексными гидридами (NaBH₄, LiAlH₄) или водородом на катализаторе:

     

   • Глубокое восстановление сложных эфиров литийалюминийгидридом:

     

5. Биохимический (бродильный) метод: спиртовое брожение глюкозы под действием ферментов дрожжей:

   

16. Химические свойства спиртов

Полярная группа –OH обеспечивает амфотерные свойства, подвижность атома водорода и склонность к нуклеофильному замещению гидроксила.

16.1. Кислотно-основные взаимодействия

Проявляют слабые кислотные свойства при взаимодействии со щелочными металлами с выделением H₂ и образованием алкоголятов:

16.2. Замещение гидроксильной группы на галоген

Взаимодействие с галогеноводородами (HCl, HBr, HI), тионилхлоридом SOCl₂ или галогенидами фосфора (PCl₅):

16.3. Реакции окисления

• Первичные спирты ступенчато окисляются до альдегидов и далее до карбоновых кислот:

  

• Вторичные спирты селективно окисляются до кетонов:

  

• Третичные спирты устойчивы к окислению в нейтральных средах и расщепляются только при деструкции углеродной цепи.

16.4. Внутримолекулярная и межмолекулярная дегидратация

При температуре выше 140 °C в присутствии конц. H₂SO₄ образуются алкены:

При более низкой температуре (до 140 °C) доминирует образование простых эфиров.

16.5. Реакция этерификации

Взаимодействие спиртов с карбоновыми кислотами в присутствии следов минеральной кислоты с образованием сложных эфиров:

17. Двухатомные и многоатомные спирты (полиолы)

Классифицируются по числу гидроксильных групп в молекуле. Накопление групп –OH повышает полярность, температуру кипения и вязкость за счёт сетки межмолекулярных водородных связей.

17.1. Двухатомные спирты (гликоли, диолы)

1. Этиленгликоль (этандиол-1,2):

   

   Токсичная вязкая жидкость, ключевой компонент антифризов и сырьё для полиэтилентерефталата (ПЭТФ).

2. Пропандиол-1,3:

   

   Сырьё для производства полиэфирных волокон и плёнок.

3. Пропандиол-1,2 (пропиленгликоль):

   

   Нетоксичный растворитель и пластификатор, применяется в фармации и косметике.

17.2. Многоатомные спирты

1. Глицерин (пропантриол-1,2,3):

   

   Базовый трехатомный спирт, входит в состав природных липидов, применяется в медицине и кондитерском производстве.

2. Сорбит (d-глюцитол, гексит):

   

   Шестиатомный спирт сладкого вкуса, заменитель сахара для диабетического питания.

3. Маннит:

   

   Стереоизомер сорбита, используется в фармакологии как осмотический диуретик.

18. Номенклатура и представители простых эфиров

Простые эфиры имеют строение R–O–R′. Они малополярны, химически стойки к действию щелочей и восстановителей.

1. Метилэтиловый эфир:

   

2. Диметиловый эфир: экологичный хладагент и пропеллент:

   

3. Диэтиловый (серный) эфир: летучий растворитель, исторически первый общий анестетик:

   

4. Анизол (метилфениловый эфир):

   

5. Бутилэтиловый эфир:

   

19. Тиоспирты (тиолы) и тиоэфиры (сульфиды)

Серосодержащие аналоги спиртов и эфиров отличаются большей кислотностью, меньшей прочностью связи S–H по сравнению с O–H и характерным резким запахом.

19.1. Тиоспирты (меркаптаны, R–SH)

• Легко образуют соли с гидроксидами тяжёлых металлов (меркаптиды):

  

• Окисление мягкими реагентами (I₂, O₂) приводит к стабильным дисульфидам:

  

  Дисульфидные мостики –S–S– играют решающую роль в стабилизации третичной структуры белковых молекул.

19.2. Тиоэфиры (органические сульфиды, R–S–R′)

• Химически стабильны, практически не подвержены гидролизу.
• Ступенчато окисляются до сульфоксидов и сульфонов:

  

20. Методы синтеза альдегидов и кетонов

Карбонильные соединения содержат полярную группу >C=O. В альдегидах она связана хотя бы с одним атомом водорода (R–CHO), в кетонах — с двумя углеводородными радикалами (R–CO–R′).

20.1. Окисление и дегидрирование спиртов

• Мягкое окисление первичных спиртов реагентами Cr(VI) (хлорохромат пиридиния PCC, реактив Коллинза) приводит к альдегидам:

  

• Окисление вторичных спиртов хромовой смесью даёт кетоны:

  

20.2. Гидратация алкинов (реакция Кучерова)

• Гидратация внутренних алкинов приводит к кетонам:

  

• Гидратация ацетилена селективно даёт ацетальдегид:

  

20.3. Каталитическое окисление углеводородов

Парофазное окисление толуола воздухом над ванадиевым катализатором даёт бензальдегид:

20.4. Гидролиз геминальных дигалогеналканов

Водно-щелочной гидролиз соединений с группой –CHX₂ даёт альдегиды, а с группой –CX₂– — кетоны:

Сводная таблица методов синтеза:

21. Химические свойства альдегидов

Электрофильный карбонильный углерод обуславливает склонность альдегидов к нуклеофильному присоединению (A_N), а подвижный водород альдегидной группы — к лёгкому окислению.

21.1. Окисление до карбоновых кислот

21.2. Восстановление в спирты

Каталитическое гидрирование или действие NaBH₄ переводит альдегиды в первичные спирты:

21.3. Реакции нуклеофильного присоединения

• Гидратация с образованием гем-диолов:

  

• Взаимодействие со спиртами с образованием полуацеталей и ацеталей:

  

• Присоединение азотистых оснований (образование иминов и оксимов):

  

21.4. Конденсация по α-положению

Дегидратация альдоля с образованием α,β-ненасыщенного альдегида:

21.5. Качественные реакции

• Окисление аммиачным раствором оксида серебра (реактив Толленса):

  

• Окисление бромной водой:

  

22. Альдольно-кротоновая конденсация

Процесс объединяет две последовательные стадии: нуклеофильное присоединение карбаниона (енолят-иона) к карбонильной группе с образованием β-гидроксикарбонильного соединения (альдоля) и его последующее расщепление с отщеплением воды (кротонизация).

22.1. Конденсация ацетальдегида

Стадия 1 (альдольная):

Стадия 2 (кротоновая, отщепление воды с получением бутен-2-аля):

22.2. Перекрёстная конденсация бензальдегида с ацетальдегидом

Стадия 1:

Стадия 2 (образование коричного альдегида):

22.3. Конденсация ацетона

23. Качественные реакции на альдегидную группу

Качественное распознавание альдегидов основано на их лёгкой окисляемости мягкими окислителями в щелочной среде.

1. Проба Толленса («реакция серебряного зеркала»):

   

   Признак: образование блестящего налёта металлического серебра на стенках реакционного сосуда.

2. Обесцвечивание бромной воды:

   

3. Проба Фелинга (с гидроксидом меди(II)):

   

   Признак: переход голубого осадка Cu(OH)₂ в жёлтый CuOH, затем при кипячении — в кирпично-красный осадок оксида меди(I) Cu₂O.

4. Реакция с 2,4-динитрофенилгидразином (2,4-ДНФГ):

   

   Признак: образование ярко-жёлтого или оранжевого кристаллического осадка 2,4-динитрофенилгидразона (общая реакция на альдегиды и кетоны).

24. Химические свойства кетонов

Кетоны проявляют свойства, сходные с альдегидами, однако стерическое экранирование двумя алкильными группами и их донорный индуктивный эффект снижают активность карбонильного центра.

24.1. Восстановление во вторичные спирты

24.2. Реакции нуклеофильного присоединения (A_N)

• Образование неустойчивых гидратов:

  

• Присоединение спиртов с образованием кеталей:

  

• Взаимодействие с аминами (образование иминов / оснований Шиффа):

  

24.3. Альдольная конденсация кетонов

24.4. Галогенирование по α-положению

В присутствии кислот или оснований протекает замещение водорода при α-углероде через енольную форму:

25. Физические и химические свойства монокарбоновых кислот

Монокарбоновые кислоты содержат функциональную группу –COOH. Наличие карбонила и гидроксила обеспечивает высокую полярность и способность к образованию стабильных водородно-связанных димеров.

25.1. Физические свойства

• Низшие кислоты (C₁–C₃) — подвижные едкие жидкости с резким запахом, неограниченно растворимые в воде.
• Средние кислоты (C₄–C₉) — маслянистые жидкости с неприятным запахом пота.
• Высшие жирные кислоты (от C₁₀) — твёрдые парафинообразные нерастворимые вещества.
• Температуры кипения аномально высоки из-за прочных межмолекулярных димеров.

25.2. Химические свойства

1. Электролитическая диссоциация: кислоты диссоциируют в воде с образованием гидроксония и резонансно-стабилизированного карбоксилат-аниона:

   

   

2. Взаимодействие с активными металлами:

   

3. Реакции нейтрализации с оксидами и гидроксидами:

   

4. Этерификация спиртами:

   

5. Восстановление до первичных спиртов (LiAlH₄):

   

26. Функциональные производные карбоновых кислот

Соединения образуются при замещении группы –OH карбоксила на другие гетероатомные остатки.

1. Сложные эфиры (R–COOR′): летучие ароматические жидкости:

   

2. Амиды (R–CONH₂): высококипящие вещества с выраженным межмолекулярным связыванием:

   

3. Хлорангидриды (ацилхлориды, R–COCl): чрезвычайно реакционноспособные электрофилы, дымящие на воздухе:

   

4. Ангидриды кислот ((RCO)₂O): активные ацилирующие реагенты:

   

5. Нитрилы (R–C≡N): продукты дегидратации амидов:

   

6. Соли карбоновых кислот (R–COOM): ионные кристаллические водорастворимые соединения:

   

27. Способы получения сложных эфиров

1. Реакция этерификации Фишера: обратимое взаимодействие карбоновых кислот и спиртов при катализе H₂SO₄:

   

2. Ацилирование спиртов галогенангидридами: необратимая экзотермическая реакция с высоким количественным выходом:

   

3. Взаимодействие спиртов с ангидридами кислот:

   

4. Алкилирование солей карбоновых кислот галогеналканами:

   

28. Классификация и примеры амидов карбоновых кислот

Общая структура амидной группы:

1. Первичные (незамещённые) амиды:
   • Ацетамид (CH₃CONH₂):

     

   • Формамид (HCONH₂):

     

2. Замещённые (вторичные и третичные) амиды:
   • N-метилацетамид:

     

   • N,N-диметилацетамид (ДМАА) — универсальный апротонный диполярный растворитель.
3. Ароматические амиды: бензамид (C₆H₅CONH₂):

   

29. Сравнительная характеристика ненасыщенных дикарбоновых кислот

Ненасыщенные дикарбоновые кислоты содержат две карбоксильные группы –COOH и изолированную или сопряжённую кратную связь C=C. Важнейшей парой стереоизомеров являются малеиновая (цис-) и фумаровая (транс-) кислоты (HOOC–CH=CH–COOH).

30. Сравнение свойств малеиновой и фумаровой кислот

Различия малеиновой и фумаровой кислот служат эталонным примером проявления геометрической (цис-транс) изомерии:

• Образование водородных связей: для малеиновой кислоты характерно образование сильной внутримолекулярной водородной связи, что снижает межмолекулярное взаимодействие и понижает температуру плавления. В фумаровой кислоте водородные связи строго межмолекулярные, образующие прочный полимерный каркас в кристалле.
• Химическая реакционная способность: цис-расположение карбоксильных групп делает малеиновую кислоту склонной к реакциям циклизации и более реакционноспособной в электрофильном присоединении к кратной связи.
• Биологическая роль: фумаровая кислота является естественным метаболитом цикла Кребса (цикла трикарбоновых кислот), в то время как малеиновая кислота токсична для живых организмов и ингибирует метаболические ферменты.