Лекц 10

Карбоны хүчил

СnH2n+1COOH

Молекулдаа карбоксил бүлэг (—СOОН) агуулсан органик нэгдлийг карбоны хүчил гэнэ.

Карбоксил бүлгийн бүтэц

Карбоксил бүлэг нь 2 функциональ бүлэг болох харилцан бие биендээ нөлөөлдөг

карбонил ба гидроксил бүлгийг агуулна:

Карбоксил бүлэг нь хүчлийн шинж чанарыг илэрхийлэгч функциональ бүлэг

бөгөөд карбоксил бүлгийн тоогоор карбон хүчлийг нэг, хоѐр ба олон суурьт карбон хүчил

гэж ангилахаас гадна нүүрсустөрөгчийн язгуурын шинжээр нь ханасан, ханаагүй ба ароматик

гэж ангилна. Жишээ нь:

Нэг суурьт карбон хүчил

Пропионы хүчил Акрилын хүчил Бензойны Циклогексанкарбон

хүчил хүчил

Хоѐр ба олон суурьт карбон хүчил

COOH

COOH

Малоны хүчил 1,2,3-пентатрикарбон хүчил о-Фталийн хүчил

Ханасан карбон хүчил ( CH3COOH);

Ханаагүй карбон хүчил (CH2=CHCH2COOH);

Ароматик карбон хүчил (C6H5COOH).

Карбон хүчлийн изомер

Бүтцийн изомер

Карбон хүчлүүд нь нүүрсустөрөгчийн хэлхээний салбарлалтаар изомер үүсгэдэг. ( C4-өөс эхэлж

изомер үүсгэнэ).

Орон зайн изомер

Ханаагүй карбон хүчлийн хувьд цис-транс изомер үүсгэнэ. Жишээ нь:

цис-Олейны хүчил транс-Олейны хүчил

Нэг суурьт ханасан ба ароматик карбон хүчил

Нэг суурьт ханасан карбон хүчлийн ерөнхий томьѐо нь R-СOОН, ароматик нэг суурьт

карбон хүчлийн хувьд Ar-COOH байна. Карбон хүчлийн язгуурыг ерөнхийд нь ацил (R-C=O)

гэнэ.

Хүчлийн үлдэгдэл Нэр

Ацил бүлэг Нэр Ацилат бүлэг

Н-CO-

Формил H-COO-

Формиат

CH3-CO-

Ацетил CH3-COO-

Ацетат

СН3СН2-СО-

Пропионил СН3СН2-СОO-

Пропионат

СН3СН2CH2-СО-

Бутирил СН3СН2CH2-СОO-

Бутират

С3Н7-СО-

Изобутирил С3Н7-СОO-

Изобутират

СН3(СН2)3-СО-

Валерил СН3(СН2)3-СОO-

Валериат

С6H5-СО-

Бензоил С6H5-СОO-

Бензоат

Изомер ба нэршил:

Зарим карбон хүчлийг түүхэн нэр ба уламжлалт нэршлээр нэрлэхээс гадна ханасан

нүүрсустөрөгчийн үндсэн нэрэн дээр харъяалахын тийн ялгалын нөхцөл залгаж хүчил гэж

нэрлэж болдог.

Томъѐо

Хүчлийн нэр

системт уламжлалт

HCOOH метаны шоргоолжны

CH3COOH этаны цууны

C2H5COOH пропаны пропионы

C3H7COOH бутаны тосны

C4H9COOH пентаны валерины

C5H11COOH гексаны капроны

C15H31COOH пентадеканы пальмитины

C17H35COOH гептадеканы стеарины

Карбон хүчлүүд нь нүүрсустөрөгчийн хэлхээний салбарлалтаар изомер үүсгэдэг.

Изомеруудыг системт нэршлээр нэрлэхдээ карбоксил бүлэг дэх нүүрстөрөгчийн атомаас эхлэн

хэлхээг дугаарлан халагчийн байрыг заасан тоо ба нэрийг зааж, нүүрсустөрөгчийн үндсэн нэрэн

дээр харъяалахын тийн ялгалын нөхцөл залгаж хүчил гэж нэрлэнэ. Жишээ нь :

CO

HH

CO

H3CH

шоргоолжны хүчил цуугийн хүчил 3-метил-бутаны хүчил

Гарган авах арга :

Карбон хүчил нь байгальд дангаараа болон нийлмэл байдлаар элбэг тохиолдоно.

1. Формиат натрийг хүчлээр үйлчилж карбон хүчлийг гарган авдаг.

2. Исэлдүүлэх арга:

а. Ханасан нүүрсустөрөгчдийг хэд хэдэн шатаар исэлдүүлж карбон хүчлийг гарган авдаг.

R CH2R CH3

[O]R C H

O[O]

R C OH

O[O]

OH

б. Альдегидыг исэлдүүлж гарган авна.

3. Ханасан нүүрсустөрөгчдөөс оксосинтезийн аргаар 50-100°С температур ба 10-105Па

хүртэлх даралттай үед хүхрийн хүчил эсвэл фосфорын хүчлийн катализаторын нөлөөгөөр

карбон хүчлийг гарган авна.

CH2R CH2 CH + CO + H2O COOH

CH3CHCH2R

COOHCH2CH2CH2R

CH2CH2 + CO + H2O COOHCH2CH3

4. Нитрилийн гидролизоор карбон хүчлийг гарган авахдаа нитрилийг хүчил ба шүлтийн

усан уусмалтай зөөлөн халаахад гидролизын урвал явагдаж карбон хүчил үүсдэг .

CNCH3 CH2 H2O NH2CH3 COH2O

NaOH

HClCH3 COOH

CH3 COONa

+ NH4Cl

+ NH4OH

[H+], ]OH

-], t

0

+

ацетонитрил цуугийн хүчлийн амид

5. Тригалогент уламжлалын гидролизоор:

С6Н5ССI3 + 2НОН С6Н5СООН +ЗНСI

бензотрихлорид бензойны хүчил

6. Нийлмэл эфирийн гидролизоор: Энэ урвалыг C14-C29 бүхий тэгш тоот, шулуун хэлхээт

хүчил гаргахад өргөн хэрэглэнэ. Жишээ нь:

CH2 O CO

CH O CO

CH2 O CO

R

R1

R2

H2O

CH2 OH

CH O CO

CH2 O CO

R1

R2

R COOHH2O

CH2 OH

CH O CO

CH2 OH

R1

H2O

R2 COOH

CH2 OH

CH OH

CH2 OH

COOHR [H

+], ]OH

-]

+ ++-

триглицерид

7. Металлорганик нэгдлүүдээс гаргах: Гриньярын урвалж дундуур нүүрстөрөгчийн

диоксидыг нэвтрүүлж, сулруулсан хүчлээр үйлчилсэний дүнд карбон хүчил үүснэ.

R-MgJ + CO2 R-COO-MgJ +HCI R-COOH + MgCIJ

Физик ба химийн шинж чанар

С1-С3 бүхий нэг суурьт карбон хүчлүүд нь дэгдэмхий шингэн, С4-С9 нь хурц үнэртэй,

өтгөвтөр шингэн, С10-аас дээш өнгө үнэргүй хатуу бодис байдаг. С15-аас дээш карбон

хүчлүүдийг дээд карбон хүчил гэх бөгөөд үүнд: С15Н31СООН –пальмитиний хүчил,

С17Н35СООН –стеарины хүчил зэрэг нь өөх тосны найрлаганд ордог.

Карбон хүчлийн молекулуудын хооронд нилээд батжилтай цагираг, туузан ба шугаман

хэлбэрээр устөрөгчийн холбоо үүсдэг. Иймээс харьцангуй өндөр температурт буцалдаг байна.

Жишээ нь:

Цагираг димер үүсэх

Шугаман

Нүүрстөрөгчийн атомын тоо олшрох тусам карбон хүчлүүдийн усанд уусах нь буурдаг.

Карбон хүчлүүд нь усан уусмалдаа карбоксилат-анион ба гидроксоны ион үүсгэн

диссоциацлагддаг. Хасах цэнэг нь үл байршсан байна.

Химийн шинж чанар:

Карбон хүчил дэх С=О бүлгийн π-холбооны электроны нягтрал хүчилтөрөгчийн атомын тал

руу шилжсэн байдаг. Үүний улмаас нүүрстөрөгчийн атомд электроны нягтрал багасч гидроксидын

бүлгийн хүчилтөрөгчийн атомын электрон хосыг өөртөө татдаг.

Карбон хүчлийн хүчиллэг шинж:

1. Давс үүсэх -Шүлтийн металл,оксид, гидроксид, карбонат, аммиактай харилцан үйлчилж давс

үүсгэнэ. Карбон хүчлийн давсууд нь амархан гидролизд орно.

OH

O

R C + HOH

O

O

R C

-

+ H3O+

O

O

R C

-

O

O

R C

-

áóþó

-1/2O

O

R C-1/2

COOH COONa

+ NaHCO3 + CO2 + H2O

2СН3СООН + Са (СН3СОО)2Са + Н2

цуугийн цуугийн хүчлийн

хүчил кальци

СН3СООН + NаОН СН3СООNа + Н20

цуугийн цуугийн хүчлийн

хүчил натри

2. Амид үүсэх урвал:

Карбонил бүлэг дэх нүүрстөрөгчийн атом дээр явагдах урвал:

Энэ урвалын хувьд нуклеофиль урвалж нь карбонилын бүлгийн нүүрстөрөгчтэй

үйлчилж С-О холбоо тасарна.

3. Нийлмэл эфир үүсэх этерификацийн урвал нь хүчиллэг орчинд, карбон хүчил ба спиртийн

молекулын хооронд явагдаж байгаа нуклеофиль халалцах урвал болно.

Механизм SN - алкокси (ОR) бүлэгт гидроксил ОН-бүлэг халалцана.

Этерификацийн урвалын хурд нь дараах эгнээний дагуу буурна.

НСООН>СН3СООН>RСН2СООН>R2СНСООН>R3ССООН

R C CH3OH H2O

OH OCH3

[H ]+O

++ R C

O

COOH

+ CH3OH[H ]+ COOCH3

+ H2O

áåíçîéíû õ¿÷èë

ìåòàíîë

áåíçîéíû õ¿÷ëèéí ìåòèëèéí íèéëìýë ýôèð

4. Карбон хүчлийн ангижрах шинж: Лабораторийн нөхцөлд лити-хөнгөнцагааны гидридын

үйлчлэлээр карбон хүчил нь спирт болтлоо ангижирна.

4R-COOH +3LiAlH4 [ (RCH2O)4Al] Li + 2LiAlO2 + 4H2

алкоголят

[(RCH2O)4Al]Li + 4HCl 4R-CH2-OH +AlCl3 + LiCl

спирт

5. Хлорангидрид үүсэх урвал: Карбон хүчлийг фосфорын пентахлороор үйлчлэхэд карбон хүчлийн

хлорангидрид үүснэ.

R-COOH + PCl5 R-COCl +HCl + POCI3

СН3СН2 - СООН + РСl5 СН3- СН2 - CО - Cl + РOСl3 + НСl

6. Карбон хүчлийн ангидрид үүсэх:

ацетхлорид цуугийн ангидрид

Язгуур ба бензолын цагираг дээр явагдах халалцах урвал

7. Галогенжих урвал: Фосфор, РСl3, иодын оролцоотой карбон хүчил нь галогенжих урвалд

орно. Карбон хүчлийн молекулийн -байршил дахь устөрөгч нь хлоржих, бромжих гэх мэт

галогенжих урвалд хялбар орно.

R-СН2-СООН + Cl2 0

tR-СНCl-СООН + НСl

CH3COOH

Cl2CH2C

O

O-HCl

h, 1170C

+ HCl

Гель-Фольгард–Зелинскийн урвалаар бромжих урвалд орно. Энэ урвал нь окси- ба амин

хүчлийн синтезэд өргөн хэрэглэгддэг.

Br2+ HBr

PBr3

R-CH2-COOH R-CH-COOH

Br

8. Ароматик карбон хүчлийн бензолын цагираг дахь устөрөгчийн атомыг халах:

м-нитрокарбоны хүчил

9. Карбон хүчлийн исэлдэх урвалаар оксикарбон хүчил үүсдэг.

2-метил-2-оксипропаны хүчил

10. Декарбоксилжих урвал

C6H5COONa + NaOH 0t C6H6 + Na2CO3

Гол төлөөлөгчид

1. Шоргоолжны хүчил НСООН нь халгайн ханданд агуулагдана. Шоргоолж, шилмүүснээс

ялгарна. Хурц үнэртэй. Түүнийг доорх аргуудаар гаргаж авна.

СО+NаОН C0150120 НСООNа

C

OH

+C

O

CH3

H

CH3

[O] C

OH

C

O

CH3

CH3

OH

COOHHNO3(H2SO4)

COOH

NO2

+ H2O

2НСООNa+Н2SО4 2НСООН+Nа2SО4

Бусад карбон хүчлүүдээс ялгарах нэг онцлог нь хялбар исэлдэн ус ба нүүрстөрөгчийн

диоксид үүсгэнэ.

НСООН +[O] Н2О+СО2

Түүнчлэн шоргоолжны хүчлийг нэхмэлийн үйлдвэрлэлд, арьс идээлэхэд, метилийн спирт ба

хурган чихний хүчлийн үйлдвэрлэлд ашигладаг.

2. Цуугийн хүчил - СН3СООН

Өнгөгүй, өвөрмөц хурц үнэртэй шингэн, ус болон органик уусгагчтай дурын

харьцаагаар холилддог, байгальд өргөн тархсан бодис юм. Түүнийг будаг, нийлэг мяндас,

нийлмэл эфир, хүнсний болон эмийн бодисын үйлдвэрлэлд өргөн ашигладаг.

3. Тосны хүчил буюу бутаны хүчил - С3Н7СООН. Өвөрмөц үнэртэй шингэн, тосонд глицерид

хэлбэрээр агуулагдана.

Нэг суурьт ханаагүй карбоны хүчлүүд

Нүүрсустөрөгчийн язгуур нь хоѐрлосон эсвэл гурвалсан холбоо агуулсан карбон

хүчлийг ханаагүй карбоны хүчил гэнэ.

Изомер ба нэршил

Ханаагүй карбон хүчлүүдийг түүхэн ба системт нэршлээр нэрлэдэг.

Томъѐо

Хүчлийн нэр

системт уламжлалт

СН2=СН–СООН 2-пропены хүчил Акрилийн

СН3-СН=СН-СООН 2-бутены хүчил Кротоны

СН2=СН-СН2-СООН 3-бутены Винилцуугийн

СН2=С-СООН

CH3

2-метил-2-пропены Метакрилийн

СН3-С(CH3)=СН-СООН 3-метил-2-бутены

СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)7-СООН Олейны

СН3-СН=СН-СН=СН-СООН 2,4-гексадиены Сорбины

С17Н31СООН Линолын

С17Н29СООН Линолены

С6Н5-СН=СН–СООН транс-3-фенилпропены Коричын

Системт нэршлээр нэрлэхдээ карбоксилийн бүлгийн нүүрсустөрөгчийн атомаас эхлэн

хоѐрлосон холбоо агуулсан хэлхээг дугаарлаж, язгууруудын байрыг нь зааж нэрлэн эцэст нь

дугаарлагдсан нүүрстөрөгчийн тоонд харгалзах ханаагүй нүүрсустөрөгчийн үндсэн нэрийг

харъяалахын тийн ялгалд хэлж хүчил гэж залгана. Жишээ нь:

Изомер

Изомер нь язгуурын бүтэц, давхар холбооны байрлал болон халагч бүлгүүдийн давхар

холбооны хавтгайд хэрхэн байрласнаас тус тус хамаарна. Жишээ нь:

Нүүрсустөрөгчийн язгуурын бүтцээс хамаарсан бүтцийн изомер

Давхар холбооны байрлалаас хамаарсан бүтцийн изомер

Орон зайн изомер

Гарган авах аргууд

1. Дегидрогалогенжих урвал: Галоген халагдсан карбон хүчлийн шүлтийн уусмалаар

үйлчилнэ.

2. Вициналь дигалогент уламжлалыг дегалогенжуулах:

3. - оксихүчлийн дегидратацийн урвалаар гарган авах:

4. Ханаагүй альдегидыг исэлдүүлэх:

CH2=CH-CHO + [O] CH2 = CH – COOH

акрилийн хүчил

5. Алкенаас нитрилийн синтезийн урвалаар гаргах:

CH2 = CH –CH3 + Cl2 CH2 = CH – CH2Cl + HCl

Аллилхлорид

CH2 = CH – CH2Cl + КСN CH2 = CH – CH2CN + KCl

Винилцуугийн хүчлийн

нитрил

CH2 = CH – CH2CN + 2H2O CH2 = CH –CH2 – COOH + NH3

3-бутений хүчил

Физик, химийн шинж чанар

Ханаагүй карбон хүчлүүд нь харьцангуй нягт ихтэй, доод хүчлүүд нь өвөрмөц

үнэртэй, усанд уусдаг, дээд хүчлүүд нь үнэргүй, усанд уусдаггүй.

Физикийн шинж чанар

№ Хүчлийн нэр Төлөв байдал tхайлах, 0С

Tбуцлах, 0С

рКа

250С

Харьцангуй нягт,

d420

1 акрилын шингэн 12 141 4,25 1,0510

2 кротоны хатуу 71 185 4,69 1,0500

3 коричын хатуу 135 300 4,44 1,2475

4 сорбины хатуу 134 135 4,76 1,2040

5 олеины шингэн 14 286 4,84 0,8950

6 малеины хатуу 131 135 6,23 1,5900

Ханаагүй карбон хүчил нь хүчлийн ба ханаагүй нүүрсустөрөгчийн шинжийг үзүүлнэ. Харин

зарим онцлог шинжүүдийг авч үзье:

Электрофиль нэгдэх урвал (АЕ)

2 ба З дугаар нүүрстөрөгчийн дунд хоѐрлосон холбоо агуулдаг хүчлүүд нь хослолын

эффектийн улмаас онцлог шинж үзүүлнэ. Хэрвээ хоѐрлосон холбоо β, γ ба бусад байрлалд байвал

электрофиль нэгдэх урвал нь АE Марковниковын дүрмээр явагдана. Харин хоѐрлосон холбоо α-

байрлалд байрласан бол Марковниковын дүрмийн эсрэг электрофиль нэгдэх урвал явагдана.

Жишээ нь:

Галогент устөрөгчийг нэгдүүлэхэд цөөн гидрогенжсэн нүүрстөрөгчийн атомтай

устөрөгч нь нэгдэнэ.( Марковниковын дүрмийн эсрэг)

1.1. Галогенжих урвал

1.2. Гидрогалогенжих урвал:

1.3. Гидратацийн урвал

1.4. Диены синтез (Дильса-Альдерын урвал).

Жишээ нь:

2. Гидрогенжих урвал

Гол төлөөлөгчид

1. Акрилийн хүчил

Акрилийн хүчил хурц үнэртэй шингэн. Устай

дурын харьцаагаар холилдоно. Органик шил

үйлдвэрлэхэд хэрэглэгдэнэ.

2. Сорбины хүчил

Сорбины хүчил (2,4-гексадиены хүчил) нь талст

бодис, мах, загас, компот, ногоо, жимсний нухаш

зэргийг консервлэхэд хэрэглэнэ

3. Олейны хүчил

Олейны хүчил нь өнгө, үнэргүй, тосорхог шингэн.

Газрын самрын (арахис) тосонд 50-80%, чидун

жимсний (оливка) тосонд 70-80% эзэлнэ.

4. Линолын хүчил

Линолын хүчил нь сулавтар шар өнгөтэй, усанд

уусахгүй, байгальд өргөн тархсан.

Жишээ нь: ихэнх нүүрсусны найрлагад байдаг,

наранцэцгийн тосны 60-70%-г эзэлнэ. Олиф,

будаг, лакын үйлдвэрлэл болон эм бэлдмэлд

хэрэглэгдэнэ.

5. Линолений хүчил

Линолений хүчил нь өнгөгүй шингэн,

ихэнх глицеридийн найрлагад орно,

Маалинганы хүчлийн 30-50%-г эзэлнэ.

Хоёр суурьт карбоны хүчил

Найрлагандаа хоѐр карбоксил бүлэг агуулсан, НООС—R—СООН гэсэн ерөнхий

томьѐотой органик нэгдлийг хоѐр суурьт буюу дикарбоны хүчил гэнэ. Язгуур нь ханасан,

ханаагүй, алифатик ароматик байж болно.

Нэршил: Харгалзсан нүүрсустөрөгчийн нэрэн дээр ―дионы хүчил‖ гэж залгаж нэрлэнэ. Жишээ нь:

Томъѐо Хүчлийн нэр

системт уламжлалт

НООС-СООН этандионы хурган чихний

НООС-СН2-СООН пропандионы малоны

НООС-(СН2)2-СООН бутандионы хувын

НООС-(СН2)3-СООН пентандионы глутарын

НООС-(СН2)4-СООН гександионы адипины

НООС-СН=СН-СООН 2-бутендионы (транс) фумарын

НООС-СН=СН-СООН 2-бутендионы (цис) малейны

COOH

COOH

бензол-1,2-дикарбоны Фталийн хүчил

COOH

COOH

бензол-1,3-дикарбоны Изофталийн хүчил

COOH

COOH

бензол-1.4-дикарбоны Терефеталийн хүчил

Гаргах арга

1. Гликолийг исэлдүүлэх:

2. Нитрилийн синтез:

CH2 OH CH O C H

H2O-2

[O]

CH2 OH

2

CH OHOH

OH CH

CH O C H

O

O

[O]2 C

C

O

O

OH

õóðãàí ÷èõíèé õ¿÷èëýòèëåíãëèêîëü ãëèîêñàëü

CH2 2KCN

N

H2O

COOH

-2 NH3KCI

CI

CH2

C

CI

+

NC

+ -2CH2

COOH

ìàëîíû õ¿÷ëèéí äèíèòðèëìàëîíû õ¿÷èë

Физик ба химиин шинж:

Хоѐр суурьт карбон хүчлүүд нь усанд сайн уусдаг, өнгөгүй, талст бодисууд. Химийн

шинжээр нэг суурьт карбон хүчлүүдтэй төсөөтэй боловч 2 карбоксилийн бүлгийн харилцан

нөлөөллөөс болж онцлог шинжийг үзүүлнэ.

1. Шаталж диссоциацлагддаг учраас хүчиллэг ба дундын давс үүсгэнэ.

НООС-СООН<=> НООС-СОО-+ Н

+ (гидроксалатын ион) - хүчлийн үлдэгдлийн нэр

НООС-СОО-<=>

-ООС-СОО

-+ Н

+ (оксалатын ион)

Онцлог нь нэг суурьт хүчлээс илүү хүчтэй хүчил юм. Хоѐр карбоксил бүлгийн зай холдвол

хүчлийн шинж чанар буурна.

2. Дутуу ба гүйцэд галогенангидрид, эфир, амидуудыг үүсгэнэ.

Карбоксил бүлгийн. -ОН бүлгийн устөрөгч нь галогенаар халагдсан байвал галоген

ангидрид гэнэ.

3. Декарбоксилжих ( карбоксилийн бүлгээс H2O ба СО2 салгах урвал) урвал:

a. Ангидрид үүсэх – хүчлийн карбоксилийн бүлэг нь 1,4 ба 1,5 байрлалтай байвал усыг

ялгаруулж цагираг ангидрид үүсгэдэг

b. Харин 1,2 ба 1,3 байрлалтай байвал нэг суурьт карбон хүчил үүсгэн задарна.

HOOC-COOH (180оC) HCOOH + CO2

HOOC–CH2–COOH (180оC) CH3 - COOH + CO2

OC

OC H

O

O

H

CI

CI

C

C

O

O

C

C

O

O

R NH2

ã¿éöýä õëîð àíãèäðèä äóòóó ýôèð õóðãàí ÷èõíèé õ¿÷ëèéí äóòóó àìèä

C

OH

C

O

C

O

OHO

CH2

CH2

3000

-H2O

C

O

C

O

CH2

CH2

õóâûí õ¿÷èë õóâûí àíèäðèä

Гол төлөөлөгчид

1. Хурган чихний хүчил

2. Адипины хүчил

Өнгөгүй, талст, манжингийн шүүсэнд байдаг.

Үйлдвэрт лимоны хүчлийг орлуулж хэрэглэдэг. Хүнсний

үйлдвэрлэлд хүнсний нэмэлт антиоксидант болгон

хэрэглэдэг. Нийлэг давирхай, найлон үйлдвэрлэхэд

хэрэглэнэ.

Усанд сайн уусдаг, өнгөгүй, талст бодис. С2Н2О4-

2Н2О байдлаар байгаль дээр оршино. Голдуу оксалат давс

байдлаар оршино. Хялбар исэлддэг учир ангижруулагч

болгон калийн перманганатын титр тогтооход ашиглана.