Кислотный гидролиз изопропилацетата уравнение реакции

В табл. 15 приведены соединения пяти различных классов – производные карбоновых кислот.

Производные карбоновых кислот

Ангидриды
кислот

Хлорангидриды
кислот

Амиды
кислот

Нитрилы
кислот

Химические свойства производных карбоновых кислот

1. Гидролиз производных карбоновых кислот дает карбоновые кислоты:

2. Ангидриды и хлорангидриды кислот реагируют со спиртами с образованием сложных эфиров:

Задача 1. Какое производное кислоты:
а) быстро образует белый осадок, нерастворимый в НNO₃, при добавлении спиртового раствора нитрата серебра;
б) реагирует с кипящим водным раствором NaOH, в результате реакции выделяется газ, окрашивающий бумажку красного лакмуса в синий цвет;
в) быстро реагирует с холодным раствором NaOH, высвобождая газ, который изменяет красную окраску лакмуса на синюю;
г) при гидролизе дает только карбоновую кислоту;
д) образует спирт при нагревании с кислотой или основанием?

Решение

а) Осадок со спиртовым растворов AgNO₃ дают хлорангидриды кислот:

б) Газ, изменяющий красную окраску влажной лакмусовой бумажки на синюю, – это аммиак. С кипящим водным раствором NaOH выделяют газ аммиак азотсодержащие производные карбоновых кислот трех классов: 1) аммонийные соли RCOONH₄; 2) амиды RC(O)NH₂; 3) нитрилы RCN.
Уравнения реакций:

в) С холодным раствором NaOH быстро реагируют аммонийные соли карбоновых кислот (см. уравнение реакции б₁).

г) Вещества, которые при гидролизе дают только карбоновые кислоты, – это ангидриды кислот:

д) Сложные эфиры RCOOR’ при нагревании с водной кислотой или основанием образуют спирты R’ОН:

Узнай вещества на кухне (по свойствам)

Задача 2. Смесь 2,5-диметилфенола и сложного эфира общей массой 4,7 г может вступить в реакцию с 50 г 6,4%-го раствора брома в тетрахлориде углерода или с 4 г 40%-го раствора гидроксида натрия. Установите формулу сложного эфира (существующего в виде двух изомеров), если известно, что он образован предельными одноосновной кислотой и одноатомным спиртом. Известно, что раздельное сжигание кислоты и спирта, получающихся при гидролизе этого эфира, дает одинаковые объемы углекислого газа.

Решение

Формула сложного эфира RСООR’ согласно условию задачи (при равном числе атомов углерода в составляющих эфир кислоте и спирте) имеет вид С_nH_2n+1COOC_n+1H_2n+3. Вероятно, это вещество – пропилпропионат СН₃СН₂СООС₃Н₇, существующее в виде двух изомеров:

Проверим наше предположение, используя количественные данные задачи.
Будем считать, что с бромом реагирует только 2,5-диметилфенол, а с раствором NaOH реагируют и фенол, и сложный эфир.
Введем обозначения: х моль – количество вещества 2,5-диметилфенола, у моль – количество вещества сложного эфира в исходной смеси – и запишем уравнения реакций:

Из уравнений реакций видно, что (2,5-диметилфенола) = 1/2(Вr₂), а количество расходуемого в реакции (3) гидроксида натрия (NaOH)₍₃₎ = (сложного эфира) = у моль.
Масса брома, содержащегося в 50 г 6,4%-го раствора, равна:

(Вr₂) = m/M = 3,2/160 = 0,02 моль,

(2,5-диметилфенола) = 1/2(Вr₂) = 0,01 моль.

Масса m(2,5-диметилфенола) = •М = 0,01•122 = 1,22 г.

Найдем массу сложного эфира в смеси:

m(сложного эфира) = 4,7 – 1,22 = 3,48 г.

Вычислим общий расход NaOH в реакциях (2) и (3) по массе и в молях:

(NaOH) = m/M = 1,6/40 = 0,04 моль.

В реакции (2) (NaOH) = (2,5-диметилфенола) = 0,01 моль.
В реакции (3) участвует 0,04 – 0,01 = 0,03 моль NaOH и столько же (0,03 моль) сложного эфира.
Найдем молярную массу сложного эфира:

М = m/ = 3,48/0,03 = 116 г/моль.

Наше предположение подтвердилось.
Ответ. Формула сложного эфира – СН₃СН₂СООС₃Н₇, М = 116 г/моль.

УПРАЖНЕНИЯ.

1. Составьте уравнения реакций, соответствующих цепочке химических превращений:

СН₃СН₂СN СН₃СН₂СООН СН₃СН₂С(О)Сl СН₃СН₂СООС₂Н₅.

Назовите все органические соединения.

2. Запишите уравнения реакций гидролиза: а) метилацетата; б) фенилацетата;
в) этилбензоата.

3. Составьте уравнения реакций и назовите органические продукты реакций н-бутирилхлорида СН₃СН₂СН₂С(О)Сl с: а) Н₂О; б) изопропиловым спиртом; в) п-нитрофенолом; г) спиртовым раствором AgNO₃; д) водным раствором NaHCO₃.

4. Для гидролиза 25 г смеси этиловых эфиров уксусной и муравьиной кислот прибавлено 65,57 мл 20%-го раствора гидроксида натрия (плотность 1,22 г/мл). Избыток щелочи после окончания реакции был нейтрализован 50 мл 1М серной кислоты. Определите процентное содержание эфиров в исходной смеси.

5. Смесь пропаналя со сложным эфиром общей массой 3,5 г может быть восстановлена водородом объемом 0,983 л (150 кПа, 82 °С) или реагировать с 2 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 10 моль/л. Установите формулу сложного эфира, если известно, что он образован предельной одноосновной альдегидокислотой и предельным одноатомным спиртом.

6. В смесь 6 г метилформиата и 25 мл воды внесли 1,4 г металлического железа и полученную взвесь прокипятили до образования однородного раствора. Вычислите массовые доли веществ в образовавшемся растворе.

Видео:ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ | 9 класс | Кратко и понятноСкачать

Ответы на упражнения к теме 2

Видео:РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА, ИОННОЕ УРАВНЕНИЕ - Урок Химия 9 класс / Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Урок 29

1. Уравнения реакций для цепочки превращений:

2. Реакции гидролиза:

3.

4. Найдем массу NaOH в 20%-м растворе:

m(NaOH) = ••V = 0,2•1,22•65,57 = 16,0 г.

Количество вещества исходного NaOH определим по формуле:

= m/M = 16/40 = 0,4 моль.

В 50 мл 1М раствора серной кислоты содержится 0,05 моль H₂SO₄. Это соответствует двукратному мольному количеству щелочи, расходуемой на нейтрализацию кислоты, т.е. (NaOH) = 0,1 моль:

Расход щелочи в молях на гидролиз смеси эфиров:

_г(NaOH) = 0,4 – 0,1 = 0,3 моль.

Составим уравнения реакций гидролиза. Причем эквимолярные количества веществ эфира уксусной кислоты (СН₃СООС₂Н₅) и щелочи ₁(NaOH) в реакции (1) обозначим х, а количества веществ эфира муравьиной кислоты (НСООС₂Н₅) и щелочи ₂(NaOH) в реакции (2) обозначим у:

Учитывая, что расход щелочи на гидролиз смеси эфиров составляет _г(NaOH) = ₁ + ₂ = 0,3 моль, а масса смеси эфиров равна 25 г, напишем систему уравнений:

Откуда х = 0,2 моль, у = 0,1 моль.

Это соответствует массам:

Процентное содержание эфиров в исходной смеси:

5. Воспользуемся формулой объединенного газового закона р₀V₀/T₀ = р₁V₁/T₁ и приведем объем водорода, расходуемого на восстановление альдегидных групп, к нормальным условиям (0 °С,
1 атм или 273 К и 101,325 кПа):

Запишем формулу заданного сложного эфира в общем виде: Н(О)С(СН₂)_nCOOR. Тогда уравнение реакции щелочного гидролиза этого эфира будет следующим:

где у – масса сложного эфира в исходной смеси, z – молярная масса этого эфира, а – масса щелочи NaOH.
По формуле

c_мол(NaOH) = (NaOH)/V(р-ра NaOH) = a/(M•V (р-ра NaOH))

найдем массу щелочи:

Количества веществ реагентов, расходуемых в реакции (1), – сложного эфира и щелочи – одинаковые:

(эфира) = (NaOH) = m/M = 0,8/40 = 0,02 моль.

Это соответствует массе эфира m(эфира) = у = •М = 0,02z.
Составим уравнения реакций гидрирования альдегидов смеси:

Зная, что общий расход водорода в реакциях (2) и (3) составляет 1,12 л (н.у.), т.е. V₂ + V₃ = 1,12 л, выразим эти объемы через данные уравнений (2), (3):

Откуда z = 88 г/моль.

Простейшая альдегидокислота (при n = 0) – глиоксиловая Н(O)ССООН. Эфир этой кислоты с молярной массой М = 88 г/моль – метилглиоксилат Н(O)ССООСН₃.

Ответ. Формула сложного эфира: .

6. В заданной системе протекают следующие реакции:

а) гидролиз метилформиата:

б) растворение железа в муравьиной кислоте:

В реакции (1) количества веществ исходного эфира и продуктов реакции – НСООН и
СН₃ОН – одинаковые:

(НСООН) = (СН₃ОН) = (НСООСН₃) = m/M = 6/60 = 0,1 моль.

Поэтому массы образующейся кислоты и спирта равны соответственно: m₁(НСООН) = х = 4,6 г и
m(СН₃ОН) = у = 3,2 г.
В реакции (2) растворяется все имеющееся в наличии железо с образованием формиата железа(II) и выделением водорода.
Количественные соотношения:

1/2(НСООН) = (Fe) = ((HCOO)₂Fe) = (H₂).

Найдем (Fe) = 1,4/56 = 0,025 моль. Соответственно расход муравьиной кислоты в реакции (2):

m₂(HCOOH) = •М = 0,05•46 = 2,3 г.

В растворе остается: m₁ – m₂ = 4,6 – 2,3 = 2,3 г НСООН.

Масса формиата железа(II): m((HCOO)₂Fe) = 0,025•146 = 3,65 г.

Масса выделившегося водорода: m(H₂) = 0,025•2 = 0,05 г.

Итак, в водном растворе находятся три вещества: кислота, спирт и соль железа(II). Масса образовавшегося раствора равна массе исходных веществ за вычетом массы водорода:

Массовые доли веществ в растворе по формуле

(в-ва) = m(в-ва)/m(р-ра)

(НСООН) = 2,3/32,35 = 0,071,

(СН₃ОН) = 3,2/32,35 = 0,099,

((HCOO)₂Fe) = 3,65/32,35 = 0,113.

Видео:Гидролиз солей. 9 класс.Скачать

Сложные эфиры: способы получения и свойства

Сложные эфиры: способы получения, химические и физические свойства, строение.

Общая формула предельных сложных эфиров: С_nH_2nO₂

Видео:Химия 11 класс (Урок№7 - Гидролиз органических и неорганических соединений.)Скачать

Классификация сложных эфиров

Видео:КИСЛОТНЫЙ ГИДРОЛИЗ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВСкачать

По числу карбоксильных групп:

• сложные эфиры одноосновных карбоновых кислот — содержат одну карбоксильную группу -СОО-. Общая формула C_nH_2nO₂.

• сложные эфиры многоатомных спиртов — содержат две и более карбоксильные группы -СОО-.

• Сложные эфиры многоосновных органических кислот.

Например, общая формула сложных эфиров двухосновных карбоновых кислот C_nH_2n-2O₄

Видео:Как расставлять коэффициенты в уравнении реакции? Химия с нуля 7-8 класс | TutorOnlineСкачать

Номенклатура сложных эфиров

В названии сложного эфира сначала указывают алкильную группу, связанную с кислородом, затем кислоту, заменяя суффикс в названии кислоты (-овая кислота) на суффикс -оат.

Видео:Гидролиз солей. 1 часть. 11 класс.Скачать

Химические свойства сложных эфиров

В присутствии кислот гидролиз сложных эфиров протекает как реакция, обратная этерификации. при гидролизе сложных эфиров образуются спирты и карбоновые кислоты.

R-COO-R’ + H₂O = R-COOH + R’-OH

Например , при гидролизе метилацетата образуются уксусная кислота и метанол.

При щелочном гидролизе сложных эфиров образуются соли карбоновых кислот и спирты.

Например , при щелочном гидролизе этилформиата образуются этанол и формиат натрия:

При щелочном гидролизе этилацетата образуются ацетат и этанол:

Щелочной гидролиз сложных эфиров — реакция, имеющая промышленное значение. Гидролиз жиров в присутствии оснований — древнейший способ получения мыла. Первые способы получения мыла связаны со смешиванием жира с золой. Один из основных компонентов животного жира — тристеарат глицерина. В щелочной среде тристеарат глицерина разлагается на глицерин и соль стеариновой кислоты:

Видео:Гидролиз солей. Теория для задания 23 ЕГЭ по химии.Скачать

2. Переэтерификация

Переэтерификация — это реакция превращения одного сложного эфира в другой под действием соответствующих спиртов в присутствии катализатора (кислоты или основания)

R-COO-CH₃ + R’-OH = R-COOR’ + CH₃-OH

Видео:Химические Цепочки — Решение Цепочек Химических Превращений // Химия 8 классСкачать

3.Восстановление сложных эфиров

Сложные эфиры восстанавливаются с разрывом связи С-О карбоксильной группы. При этом образуется смесь спиртов.

Видео:Химия 9 класс (Урок№8 - Гидролиз солей.)Скачать

Получение сложных эфиров

Видео:Самое понятное объяснение скорости химической реакции | Задание 18 | Химия ЕГЭ УМСКУЛСкачать

1. Этерификация карбоновых кислот спиртами

Карбоновые кислоты вступают в реакции с одноатомными и многоатомными спиртами с образованием сложных эфиров.

Видео:Теории кислот, оснований и растворов. Теория Брёнстеда-Лоури. 11 класс.Скачать

2. Соли карбоновых кислот с галогеналканами

При взаимодействии солей карбоновых кислот с галогеналканами образуются сложные эфиры.

Видео:Всё про ГИДРОЛИЗ для ЕГЭ ПО ХИМИИ. с ЭКСПЕРИМЕНТАМИ!Скачать

Гидролиз производных карбоновых кислот

Гидролиз производных карбоновых кислот. Все производные карбоновых кислот гидролизуются до карбоновых кислот в условиях кислотного или основного катализа:

ПОЛУЧЕНИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ МЕТОДОМ ГИДРОЛИЗА

Среди производных карбоновых кислот чаще других в синтезе кислот используются галогенангидриды, ангидриды, сложные эфиры, амиды и нитрилы. Характерным свойством этих соединений является склонность к гидролизу, в результате которого образуется карбоновая кислота. Несмотря на то, что механизмы гидролитического расщепления сложноэфирной, амидной или нитрильной группы принципиальных различий не имеют, электронный характер, и свойства различных производных кислот требуют для успешного перехода к кислоте в каждом случае специального подбора условий гидролиза.

Образование карбоновых кислот из их функциональных производных представляется как взаимодействие воды с ацилирующим реагентом, то есть, как реакция нуклеофильного замещения при карбоксильном атоме углерода. Легкость гидролиза определяется величиной эффективного положительного заряда на углеродном атоме ацильной группы. Вероятны два механизма, по которым может идти превращение, — бимолекулярный и мономолекулярный.

Обычный ряд, в который располагаются производные кислот по убыванию ацилирующей способности — галогенангидрид > ангидрид > сложный эфир > амид (нитрил) справедлив и для соотнесения их активности в реакции гидролиза по механизму S_N2, который реализуется чаще диссоциативного.

Несмотря на то, что нитрилы занимают в этом ряду последнее место, они имеют наибольшее практическое значение для синтеза карбоновых кислот методом гидролиза. Это обусловлено, главным образом, тем, что цианиды могут быть сравнительно легко получены из соединений различных классов — галогенопроизводных, аминов, оксосоединений и других. Для гидролиза нитрильной группы требуются весьма жесткие условия. Реакция проводится в присутствии кислот или оснований.

В случае гидролиза в кислой среде, вероятно, сначала происходит протонирование атома азота нитрильной группы и затем следует нуклеофильная атака молекулы воды по электронодефицитному углеродному атому. Возникающее иминоокси соединение таутомеризуется в более устойчивую форму амида, который далее гидролизуется до карбоновой кислоты.

Наилучшими условиями омыления нитрилов считается нагревание их с концентрированной соляной кислотой или с 20-75%-ной серной кислотой.

При щелочном гидролизе цианогруппы на первой стадии образуется N-анион иминооксисоединения как результат атаки нитрильного атома углерода гидроксид-ионом. Далее следует миграция протона от молекулы воды к N-аниону с последующим переходом образовавшегося амида в карбоновую кислоту.

В щелочной среде реакцию лучше вести не в воде, а в этиленгликоле, глицерине и подобных растворителях.

На скорость гидролиза оказывает влияние пространственное строение углеводородного радикала, с которым связана группа CN. Наиболее легко в реакцию вступают первичные цианиды, особенно трудно омыляются ароматические нитрилы с объемными заместителями в орто-положении.

Промежуточно образующиеся при гидролизе нитрилов до кислот амиды, как правило, не выделяют. Вместе с тем, сами амиды могут служить хорошими источниками карбоновых кислот. Их омыление ведут как в кислой, так и в щелочной среде. Считают, что превращение имеет нуклеофильный механизм, аналогичный тому, который реализуется в реакциях гидролиза сложных эфиров, галогенангидридов, ангидридов. Кислотный катализ представляется как первоначальное протонирование амида по атому кислорода, что в дальнейшем облегчает нуклеофильную атаку молекулой воды. В щелочных условиях реакция начинается присоединением гидроксид-иона к амидному атому углерода.

Как правило, гидролиз амида проводят путем весьма длительного нагревания в водном растворе в присутствии кислоты или основания.

Если амид гидролизуется трудно, то его превращение в карбоновую кислоту реакцию рекомендуют проводить в 100%-ной фосфорной кислоте.

В ряде случаев для мягкого превращения первичных амидов в карбоновые кислоты их гидроксидезаминируют действием нитрита натрия в кислой среде (реакция Буво). Сначала азотистая кислота превращает амид в катион диазония, который тотчас разлагается с выделением молекулы азота. Возникающий катион ацилия атакуется молекулой воды.

Так, с помощью реакции удается с высоким выходом превратить в кислоты пространственно затрудненные амиды, которые обычно гидролизуются трудно.

Галогенангидриды и ангидриды в большинстве своем самопроизвольно гидролизуются водой. Тем не менее, эта реакция как метод синтеза кислот используется редко, так как чаще ангидриды и галогенангидриды получают из кислот.

В большинстве случаев реакция идет по бимолекулярному механизму. По убыванию активности для S_N2-реакции галогенангидриды можно расположить в ряд: RCOF > RCOCl > RCOBr > RCOI. Электроноакцепторные заместители при α-углеродном атоме повышают активность галогенангидридов. Этот фактор, однако, действует до того предела, когда начинает преобладать мономолекулярный механизм, при котором влияние заместителей становится обратным. Кроме того, на легкость гидролиза оказывают влияние стерические эффекты заместителей и растворимость субстрата в воде. Следует учитывать также то обстоятельство, что, когда гидролиз идет по механизму S_N1, промежуточный ион ацилия может претерпевать декарбонилирование.

Гидролиз хлорангидрида β,β-дифенилакриловой кислоты, который получают из 1,1-дифенилэтилена и оксалилхлорида, идет в растворе соды настолько интенсивно, что реакционную смесь необходимо охлаждать льдом.

В курсе органической химии достаточно детально рассматриается гидролиз сложных эфиров, как обратная реакция этерификации. Это превращение идет в условиях кислотного катализа. Показано, что протон минеральной кислоты координирует с неподеленной парой электронов карбонильного кислорода. В результате этого на ацильном атоме углерода, который является объектом нуклеофильной атаки молекулой воды, увеличивается эффективный положительный заряд, что облегчает протекание реакции.

Поскольку реакция обратима, через некоторое время после ее начала устанавливается равновесие с соотношением концентраций эфир — кислота равным примерно 2 : 3. Для увеличения выхода кислоты необходимо создать условия для смещения равновесия вправо. Это достигается, как правило, путем отгонки образующегося спирта или добавлением в реакционную смесь избыточных количеств воды.

В щелочном растворе, напротив, реакция расщепления сложных эфиров необратима, так как продуктом ее является соль карбо-новой кислоты, которая не способна участвовать в обратной реакции ацилирования спирта. Это обстоятельство обусловливает необходимость использования в реакции не менее одного эквивалента щелочи.

Большей частью сложные эфиры гидролизуются гладко и с хорошим выходом. Свободную кислоту из ее соли выделяют, подкисляя реакционную массу.

Для получения кислот из пространственно затрудненных сложных эфиров применяют специальные методики гидролиза: проведение реакции в 100%-ной серной кислоте, в 18%-ной соляной кислоте, действие йодида лития в пиридине и др.

Большое значение в синтезе карбоновых кислот с применением реакции гидролиза играет способ, основанный на декарбоксилировании малоновых кислот и кислотном расщеплении ацетоуксусных эфиров.

Известно, что малоновый эфир обладает способностью при действии этилата натрия или магния образовывать устойчивый анион, который используют для введения заместителей в метиленовую группу. Полученные таким образом замещенные малоновые эфиры превращают путем кислотного гидролиза и последующего моно-декарбоксилирования малоновой кислоты в карбоновые кислоты, которые иногда называют как замещенные уксусные кислоты.

Ацетоуксусный эфир переходит при действии алкоголята натрия в натрийацетоуксусный эфир, который алкилируется галогенопроизводными по метиленовому атому углерода. Вместе с тем, для ацетоуксусного эфира характерны два направления разрыва углеродной цепи. Гидролиз разбавленными кислотами или основаниями приводит в результате декарбоксилирования ацетоуксусной кислоты к образованию диметилкетона (кетонное расщепление). С другой стороны, под действием сильных оснований (крепких щелочей, алкоголятов щелочных металлов) происходит разрыв С-С-связи при ацетильном фрагменте. Образующийся при этом сложный эфир омыляют затем обычным образом и получают карбоновые кислоты (кислотное расщепление).

Этим способом, как и с помощью малонового эфира, могут быть синтезированы многие карбоновые кислоты.

📽️ Видео

Электролиз. 10 класс.Скачать

Окислительно-восстановительные реакции в кислой среде. Упрощенный подход.Скачать

11 класс. Гидролиз солей.Скачать

Все об электролизе и задании 20 за 20 минут | Химия ЕГЭ 2023 | УмскулСкачать

Химическое равновесие. Задание №22 | Химия ЕГЭ 2022 | УмскулСкачать

Совместный гидролиз | Химия ЕГЭ – Екатерина СтрогановаСкачать

Химия. Химические реакции. Гидролиз. Центр онлайн-обучения «Фоксфорд»Скачать