Меню
НачалоЛюбов и връзки

Получаване на кислородсъдържащи и други органични съединения. Наситени едновалентни и многовалентни алкохоли

Феноли

Фенолисе наричат ​​производни на ароматни въглеводороди, чиито молекули съдържат една или повече хидроксилни групи, директно свързани с бензеновия пръстен.

Най-простият представител на този клас, C 6 H 5 OH, е фенолът.

Структурата на фенола.Една от двете несподелени електронни двойки на кислородния атом е привлечена в електронната система на бензеновия пръстен. Това води до два ефекта: а) електронната плътност в бензеновия пръстен се увеличава и максимумите на електронната плътност се намират в орто –И двойка– позиции по отношение на ОН групата;

б) електронната плътност на кислородния атом, напротив, намалява, което води до отслабване на O-H връзката. Първият ефект се проявява във високата активност на фенола в реакциите на електрофилно заместване, а вторият - в повишената киселинност на фенола в сравнение с наситените алкохоли.

Монозаместени фенолни производни, като метилфенол (крезол), могат да съществуват под формата на три структурни изомера орто-, мета-, пара-крезоли:

ХЕ ХЕ ХЕ

О– крезол м– крезол п– крезол

разписка. Фенолите и крезолите се намират във въглищния катран, както и в петрола. Освен това те се образуват при крекинг на масло.

IN индустрияфенол се получава:

1) от халобензени. При нагряване на хлоробензен и натриев хидроксид под налягане се получава натриев фенолат, при по-нататъшна обработка на който с киселина се образува фенол: C 6 H 5 Cl + 2NaOH → C 6 H 5 ONa + NaCl + H 2 O;

C 6 H 5 Cl + H 2 SO 4 → C 6 H 5 OH + NaHSO 4;

2) когато каталитично окисляване на изопропилбензен (кумол)кислород от въздуха, което води до образуването на фенол и ацетон.

CH 3 ―CH―CH 3 OH

O 2 + CH 3 ―C―CH 3 .

Това е основният промишлен метод за производство на фенол.

3) фенолът се получава от ароматни сулфонови киселини. Реакцията се провежда чрез сливане на сулфонови киселини с основи. Първоначално образуваните феноксиди се третират със силни киселини, за да се получат свободни феноли.

SO3H ONa

3NaOH → + Na 2 SO 3 + 2H 2 O.

натриев феноксид

Физични свойства. Най-простите феноли са вискозни течности или нискотопими твърди вещества с характеристика карболовамиризма. Фенолът е разтворим във вода (особено гореща вода), други феноли са слабо разтворими. Повечето феноли са безцветни вещества, но когато се съхраняват на въздух, те потъмняват поради продукти на окисление.

Химични свойства.

1. Киселинностфенолът е по-висок от този на наситените алкохоли; той реагира както с алкални метали

2C 6 H 5 OH + 2Na → 2C 6 H 5 ONa + H 2,

и с техните хидроксиди:

C 6 H 5 OH + NaOH → C 6 H 5 ONa + H 2 O.

Фенолът обаче е много слаба киселина. Когато газовете въглероден диоксид или серен диоксид преминават през разтвор на фенолати, се освобождава фенол. Това доказва, че фенолът е по-слаба киселина от въглеродната или сярната киселина.

C 6 H 5 ONa + CO 2 + H 2 O → C 6 H 5 OH + NaHCO 3.

2. Образуване на естери. Те се образуват от действието на хлориди на карбоксилни киселини върху фенол (а не върху самите киселини, както при алкохолите). О

C 6 H 5 OH + CH 3 COCl → C 6 H 5 ―C―CH 3 + HCl.

фенилацетат

3. Образуване на етеривъзниква, когато фенолът реагира с халоалкани.

C 6 H 5 OH + C 2 H 5 Cl → C 6 H 5 ―O― C 2 H 5.

фенилетилов етер

5. Реакции на електрофилно заместванес фенол се случва много по-лесно, отколкото с ароматни въглеводороди. Тъй като ОН групата е ориентиращ агент от първи вид, реактивността на бензеновия пръстен в молекулата на фенола се увеличава орто- И двойка– провизии.

а) бромиране.Когато бромната вода действа върху фенола, три водородни атома се заместват с бром и се образува утайка от 2, 4, 6 - трибромофенол: OH

OH Br Br

3Br 2 → + 3HBr.

Това е качествена реакция към фенол.

б) нитриране. ТОЙ

ТОЙ

Този видео урок е създаден специално за самостоятелно обучение по темата „Кислородсъдържащи органични вещества“. По време на този урок ще научите за нов вид органично вещество, съдържащо въглерод, водород и кислород. Учителят ще говори за свойствата и състава на кислородсъдържащите органични вещества.

Тема: Органични вещества

Урок: Кислородсъдържащи органични вещества

1. Концепцията за функционална група

Свойствата на кислородсъдържащите органични вещества са много разнообразни и се определят от това към коя група атоми принадлежи кислородният атом. Тази група се нарича функционална.

Група от атоми, която значително определя свойствата на органичното вещество, се нарича функционална група.

Има няколко различни групи, съдържащи кислород.

Въглеводородните производни, в които един или повече водородни атоми са заменени с функционална група, принадлежат към определен клас органични вещества (Таблица 1).

Таб. 1. Принадлежността на дадено вещество към определен клас се определя от функционалната група

2. Алкохоли

Едновалентни наситени алкохоли

Нека разгледаме отделни представители и общи свойства на алкохолите.

Най-простият представител на този клас органични вещества е метанол,или метилов алкохол. Формулата му е CH3OH. Представлява безцветна течност с характерен алкохолен мирис, силно разтворима във вода. Метанол- това е много отровнивещество. Няколко капки приети през устата водят до слепота, а малко по-голямо количество води до смърт! Преди това метанолът беше изолиран от продуктите на дървесната пиролиза, така че старото му име беше запазено - дървесен алкохол. Метиловият алкохол се използва широко в промишлеността. От него се произвеждат лекарства, оцетна киселина и формалдехид. Използва се и като разтворител за лакове и бои.

Не по-малко разпространен е вторият представител на класа алкохоли - етилов алкохол или етанолФормулата му е C2H5OH. По отношение на физичните си свойства етанолът практически не се различава от метанола. Етиловият алкохол се използва широко в медицината и се включва и в алкохолните напитки. От етанол при органичен синтез се получават достатъчно голям брой органични съединения.

Получаване на етанол. Основният метод за получаване на етанол е хидратирането на етилен. Реакцията протича при висока температура и налягане, в присъствието на катализатор.

CH2=CH2 + H2O → C2H5OH

Реакцията на вещества с вода се нарича хидратация.

Многовалентни алкохоли

Многовалентните алкохоли включват органични съединения, чиито молекули съдържат няколко хидроксилни групи, свързани с въглеводороден радикал.

Един от представителите на многовалентните алкохоли е глицеринът (1,2,3-пропантриол). Молекулата на глицерола съдържа три хидроксилни групи, всяка от които е разположена при собствен въглероден атом. Глицеринът е много хигроскопично вещество. Способен е да абсорбира влагата от въздуха. Благодарение на това свойство глицеринът се използва широко в козметологията и медицината. Глицеринът има всички свойства на алкохолите. Представител на двуатомни алкохоли е етиленгликолът. Неговата формула може да се разглежда като формулата на етан, в която водородните атоми на всеки атом са заменени с хидроксилни групи. Етилен гликолът е сиропообразна течност със сладък вкус. Но той е много отровен и в никакъв случай не трябва да го опитвате! Като антифриз се използва етилен гликол. Едно от общите свойства на алкохолите е тяхното взаимодействие с активни метали. В хидроксилната група водородният атом може да бъде заменен с активен метален атом.

2C2H5OH + 2Na→ 2С2Н5ОNa+ з2 &

алкохоли– въглеводородни производни, съдържащи функционална група ТОЙ(хидроксил). Наричат ​​се алкохоли, съдържащи една ОН група моноатомен,и алкохоли с няколко ОН групи - многоатомен.

Имената на някои често срещани алкохоли са дадени в табл. 9.

Алкохолите се класифицират според тяхната структура първичен, вториченИ висше образование,в зависимост от това на кой въглероден атом (първичен, вторичен или третичен) се намира ОН групата:

Едновалентните алкохоли са безцветни течности (до Cl 2 H 25 OH), разтворими във вода. Най-простият алкохол е метанол CH 3 OH е изключително отровен. С увеличаването на моларната маса температурата на кипене на алкохолите се повишава.




Молекулите на течните моновалентни алкохоли ROH са свързани чрез водородни връзки:



(тези връзки са подобни на водородните връзки в чиста вода).

Когато се разтворят във вода, ROH молекулите образуват водородни връзки с водните молекули:



Водните разтвори на ROH алкохоли са неутрални; с други думи, алкохолите практически не се дисоциират във воден разтвор, нито киселинен, нито основен.

Химичните свойства на едновалентните алкохоли се дължат на наличието на функционална група ОН в тях.

Водородът на ОН групата в алкохолите може да бъде заменен с метал:



Етанолати и производни на други алкохоли (алкохолати)лесно се хидролизира:



OH групата в алкохолите може да бъде заменена с Cl или Br:



Когато алкохолите са изложени на агенти за отстраняване на вода, например концентрирана H 2 SO 4, междумолекулна дехидратация:



Реакционен продукт - диетилов етер(C 2 H 5) 2 O - принадлежи към класа етери.

При по-тежки състояния настъпва дехидратация вътрешномолекулени се образува съответният алкен:




Многовалентни алкохолиНека да разгледаме примера на най-простите представители на ди- и тривалентни алкохоли:



При стайна температура те са безцветни вискозни течности с точки на кипене съответно 198 и 290 °C и са неограничено смесими с вода. Етиленгликолът е отровен.

Химичните свойства на многовалентните алкохоли са подобни на тези на ROH алкохолите. Така в етилен гликол една или две ОН групи могат да бъдат заменени с халоген:




Киселинните свойства на поливалентните алкохоли се проявяват във факта, че (за разлика от едновалентните алкохоли) водородът на ОН групата се заменя с метал под въздействието не само на метали, но и на метални хидроксиди:




(стрелките във формулата на медния гликолат показват образуването на ковалентни връзки мед - кислород според донорно-акцепторния механизъм).

Глицеролът реагира по подобен начин с меден (II) хидроксид:



Медният (II) гликолат и глицерат, които имат ярко син цвят, позволяват високо качество намеримноговалентни алкохоли.

разпискаедновалентни алкохоли в индустрия– хидратация на алкени в присъствието на катализатори (H 2 SO 4, Al 2 O 3) и добавянето на вода към несиметрични алкени се извършва съгласно правилото на Марковников:



(метод за производство на вторичен алкохол) или добавяне на CO и H2 към алкени в присъствието на кобалтов катализатор (процесът се нарича хидрофоргилиране):



(начин на получаване първичен алкохол).

IN лаборатории(а понякога и в индустрия) алкохолите се получават чрез взаимодействие на халогенирани въглеводороди с вода или воден алкален разтвор при нагряване:




Етанол C 2 H 5 OH също се образува, когато алкохолна ферментациязахарни вещества, като глюкоза:



Етилен гликолът се произвежда в двуетапен процес:

а) етиленово окисление:



б) етилен оксид хидратация:



Глицеролът преди това е бил получен чрез осапунване на мазнини (виж 20.3), съвременният триетапен метод е постепенното окисляване на пропена (дадена е само диаграмата на процеса):



Алкохолите се използват като суровини в органичния синтез, като разтворители (за лакове, бои и др.), както и в хартиената, печатарската, парфюмерийната, фармацевтичната и хранително-вкусовата промишленост.

Етери- клас органични съединения, съдържащи мостов кислороден атом - О- между два въглеводородни радикала: R - O-R." Най-известният и широко използван етер е диетилов етер C 2 H 5 -O – C 2 H 5. Безцветна, силно подвижна течност с характерна („ефирна“) миризма; в лабораторната практика се нарича просто етер. Почти не се смесва с вода, точка на кипене = 34,51 °C. Етерните пари се запалват във въздуха. Диетилов етер се получава чрез междумолекулна дехидратация на етанол (виж по-горе), основната употреба е като разтворител.

Фенолиса алкохоли, в които ОН групата е директно свързана с бензеновия пръстен. Най-простият представител е фенол C6H5-OH. Бели (розовеещи на светлина) кристали със силна миризма, t pl = 41 °C. Причинява изгаряния по кожата и е отровен.

Фенолът се характеризира със значително по-висока киселинност от ацикличните алкохоли. В резултат на това фенолът във воден разтвор лесно реагира с натриев хидроксид:



Оттук и тривиалното име на фенол - карболова киселина.

Обърнете внимание, че ОН групата във фенола никога не се замества от други групи или атоми, но го прави по-мобиленводородни атоми на бензеновия пръстен. Така фенолът лесно реагира с бром във вода и азотна киселина, образувайки съответно 2,4,6-трибромофенол (I) и 2,4,6-тринитрофенол (II,традиционно име - пикринова киселина):



Фенол в индустрияполучен чрез нагряване на хлоробензен с разтвор на натриев хидроксид под налягане при 250 °C:



Фенолът се използва като суровина за производството на пластмаси и смоли, междинни продукти за бояджийската и лаковата и фармацевтичната промишленост и като дезинфектант.

10.2. Алдехиди и кетони

Алдехиди и кетони– това са въглеводородни производни, съдържащи функционална карбонилна група CO. В алдехидите карбонилната група е свързана с водороден атом и един радикал, а в кетоните с два радикала.

Общи формули:




Имената на често срещаните вещества от тези класове са дадени в табл. 10.

Метаналът е безцветен газ с остра задушлива миризма, силно разтворим във вода (традиционното наименование на 40% разтвор е формалин),отровни. Следващите членове на хомоложната серия от алдехиди са течности и твърди вещества.

Най-простият кетон е пропанон-2, по-известен като ацетон,при стайна температура – ​​безцветна течност с плодов мирис, точка на кипене = 56,24 °C. Смесва се добре с вода.

Химичните свойства на алдехидите и кетоните се дължат на наличието на карбонилната група СО; те лесно влизат в реакции на добавяне, окисление и кондензация.




В резултат на това присъединяваневодород към алдехидисе образуват първични алкохоли:



Когато се редуцира с водород кетонисе образуват вторични алкохоли:



реакция присъединяванеНатриевият хидросулфит се използва за изолиране и пречистване на алдехиди, тъй като реакционният продукт е слабо разтворим във вода:



(такива продукти се превръщат в алдехиди под действието на разредени киселини).

Окисляванеалдехидите преминават лесно под въздействието на атмосферния кислород (продуктите са съответните карбоксилни киселини). Кетоните са относително устойчиви на окисление.

Алдехидите са способни да участват в реакции кондензация. Така кондензацията на формалдехид с фенол протича на два етапа. Първо се образува междинен продукт, който е едновременно фенол и алкохол:



След това междинният продукт реагира с друга фенолна молекула, за да произведе продукта поликондензация -фенолформалдехидна смола:




Качествена реакциявърху алдехидната група - реакцията на "сребърно огледало", т.е. окисление на групата C(H)O със сребърен (I) оксид в присъствието на амонячен хидрат:




Реакцията с Cu (OH) 2 протича по подобен начин; при нагряване се появява червена утайка от меден (I) оксид Cu 2 O.

разписка: Общ метод за алдехиди и кетони – дехидрогениране(окисляване) на алкохоли. При дехидрогениране първиченсе получават алкохоли алдехиди, а при дехидрогениране на вторични алкохоли – кетони. Обикновено дехидрогенирането става чрез нагряване (300 °C) върху фино натрошена мед:



По време на окисляването на първичните алкохоли силенокислители (калиев перманганат, калиев дихромат в кисела среда) затрудняват спирането на процеса на етапа на производство на алдехиди; алдехидите лесно се окисляват до съответните киселини:



По-подходящ окислител е медният (II) оксид:



Ацеталдехид в индустрияполучена чрез реакцията на Кучеров (виж 19.3).

Най-широко използваните алдехиди са метанал и етанал. Метанализползва се за производство на пластмаси (фенопласти), експлозиви, лакове, бои и лекарства. Етанал– най-важният междинен продукт при синтеза на оцетна киселина и бутадиен (производство на синтетичен каучук). Най-простият кетон, ацетонът, се използва като разтворител за различни лакове, целулозни ацетати и при производството на филми и експлозиви.

10.3. Карбоксилни киселини. Естери. мазнини

Карбоксилните киселини са въглеводородни производни, съдържащи функционалната група COOH ( карбоксил).

ФормулиИ заглавияНякои често срещани карбоксилни киселини са дадени в табл. 11.

Традиционни имена на киселини HCOOH ( мравчена), CH3COOH (оцет), C6H5COOH (бензоен)и (СООН) 2 (оксалова)препоръчително е те да се използват вместо систематичните им имена.

ФормулиИ заглавиякиселинните остатъци са дадени в табл. 12.

За да се назоват солите на тези карбоксилни киселини (както и техните естери, вижте по-долу), обикновено се използват традиционни имена, например:








Нисшите карбоксилни киселини са безцветни течности с остра миризма. С увеличаването на моларната маса температурата на кипене се повишава.

Карбоксилни киселини, открити в природата:




Най-простите карбоксилни киселини са разтворими във вода и обратимо се дисоциират във воден разтвор, за да образуват водородни катиони:



и показват общи свойства на киселините:




Взаимодействието на карбоксилни киселини с алкохоли е от голямо практическо значение (вижте по-долу за повече подробности):



Обърнете внимание, че киселината HCOOH реагира в реакция на „сребърно огледало“ като алдехидите:



и се разлага под въздействието на реагенти за отстраняване на вода:



разписка:

Алдехидно окисление:



Окисляване на въглеводороди:

Освен това мравчената киселина се получава по следната схема:



и оцетна киселина - според реакцията:



Кандидатствайте мравчена киселинакато остъргващо средство за боядисване на вълна, консервант за плодови сокове, белина, дезинфектант. Оцетна киселинаизползва се като суровина в промишления синтез на багрила, лекарства, ацетатни влакна, незапалими филми и органично стъкло. Натриевите и калиеви соли на висшите карбоксилни киселини са основните компоненти на сапуна.

Естери– продукти от обменното взаимодействие на карбоксилни киселини с алкохоли. Това взаимодействие се нарича реакция естерификация:




Механизмът на реакцията на естерификация е установен с помощта на алкохол, белязан с 18 O изотоп; този кислород след реакцията попадна в състава етер(не вода):



Следователно, за разлика от реакцията на неутрализация на неорганична киселина с алкали (H + + OH - = H 2 O), в реакцията на естерификация карбоксилната киселина винаги отдава група ТОЙ, алкохол – атом Н(образува се вода). Реакцията на естерификация е обратима; влива се по-добре киселиненсреда, обратна реакция ( хидролиза, осапунване)– в алкална среда.

ФормулиИ заглавияобикновените естери са дадени в табл. 13.




Естерите включват безцветни, нискокипящи, запалими течности с плодов мирис, например:



Естерите се използват като разтворители за лакове, бои и целулозни нитрати и носители на плодови аромати в хранително-вкусовата промишленост.

Естери на тривалентен алкохол - глицерол и висши карбоксилни киселини (обикновено RCOOH), например с формули и имена:




имат имена мазниниПример за мазнина би бил смесен естер на глицерол и тези киселини:




Колкото по-високо е съдържанието на остатъци от олеинова киселина (или други ненаситени киселини), толкова по-ниска е точката на топене на мазнината. Мазнините, които са течни при стайна температура, се наричат масла.Чрез хидрогениране, т.е. добавяне на водород при двойната връзка, маслата се превръщат в твърди мазнини (например растително масло в маргарин). Реакцията на естерификация (образуване на мазнини) е обратима:




Директната реакция работи по-добре киселиненсреда, обратната реакция - хидролиза или осапунване на мазнини - в алкаленсреда; По време на храносмилането мазнините се осапуняват (разграждат) с помощта на ензими.

10.4. Въглехидрати

Въглехидрати (Сахара) са най-важните природни съединения, състоящи се от въглерод, водород и кислород. Въглехидратите се делят на монозахариди, дизахариди и полизахариди. Монозахаридите не се подлагат на хидролиза, а останалите въглехидрати се разграждат до монозахариди при варене в присъствието на киселини.

Монозахариди(и всички други въглехидрати) са полифункционални съединения. Молекулата на монозахарида съдържа различни видове функционални групи: групи ТОЙ(алкохолна функция) и групи CO(алдехидна или кетонна функция). Следователно те разграничават алдози(алдехидни алкохоли, алкохолни алдехиди) и кетоза(кетонни алкохоли, алкохолни кетони).

Най-важният представител на алдозите е глюкоза:



а представителят на кетозата е фруктоза:



Глюкоза (гроздова захар)и фруктоза (плодова захар)са структурни изомери, тяхната молекулна формула е C 6 H 12 O 6.

Глюкозата може да бъде разграничена от фруктозата по същия начин, както всеки алдехид от кетон - чрез реакцията на "сребърно огледало" в амонячен разтвор на Ag 2 O:




Естерификацията на глюкоза и фруктоза (например с оцетна киселина) води до образуването на естери на всичките пет ОН групи (заменени с OCOCH 3).

Въпреки това, не всички реакции, характерни за алдехидите, протичат с глюкоза; например реакцията на добавяне, включваща натриев хидросулфит, не се случва. Причината е, че молекулата на глюкозата може да съществува в три изомерни форми, от които две форми (? и?) са цикличен. В разтвор и трите форми са в равновесие, като отворената (алдехидна) форма по-горе се съдържа в най-малкатаколичество:



Цикличните форми на глюкозата не съдържат алдехидна група. Те се различават един от друг само в пространственото разположение на Н атома и ОН групата при С1 въглеродния атом (до кислорода в пръстена):




Дизахаридисе образуват от две молекули монозахариди чрез междумолекулна дехидратация. така че захароза(обикновен захар) C 12 H 22 O 11 е продуктът на комбинацията от остатъци от глюкоза и фруктоза, дължащи се на елиминирането на водата:




Когато се хидролизира в кисела среда, захарозата отново се превръща в монозахариди:



Получената смес е инвертна захар- среща се в меда. При 200 ° C захарозата, губейки вода, се превръща в кафява маса (карамел).

Полизахариди – нишестеИ целулоза (фибри) –продукти на поликондензация (междумолекулна дехидратация), съответно ?- и ?-форми на глюкозата, тяхната обща формула (C 6 H 10 O 5) n. Степента на полимеризация на нишестето е 1000–6000, а на целулозата е 10 000–14 000. Целулозата е най-разпространеното органично вещество в природата (в дървесината масовата част на целулозата достига 75%). Нишестето (по-лесно) и целулозата (по-трудно) се подлагат на хидролиза (условия: H 2 SO 4 или HCl, > 100 °C); крайният продукт е глюкоза.

Целулозните естери с оцетна киселина са от голямо практическо значение:




Използват се при производството на изкуствени ацетатни влакна и филмови филми.

Примерни задачи за част А, Б

1-2. За да се свържете с формула

правилното име е

1) 2-метилпропанол-2

2) 2,2-диметилетанол

3) пропил етилов етер

4) етилпропилов етер


3-4. За да се свържете с формула

правилното име е

1) 1,1-диметилпропанова киселина

2) 3-метилбутанова киселина

3) 2-метилпропанал

4) диметилетанал


5. Правилното наименование на веществото CH 3 COOCH 2 CH 3 е

1) метил ацетат

2) етилацетат

3) метилформиат

4) етилформиат


6. Между молекулите на съединенията се образуват водородни връзки

3) оцетна киселина

4) ацеталдехид


7. За състава C 4 H 8 O 2 имената на структурните изомери от класа на естерите са

1) пропил формат

2) диетилов етер

3) етилацетат

4) метил пропионат


8-11. Съставна формула с име

8. захароза

9. нишесте

10. фруктоза

11. фибри

отговаря на състава

1) C 6 H 12 O 6

2) (C 6 H 10 O 5) n

3) Cl2H22O n


12. За наситените едновалентни алкохоли са характерни реакциите

1) хидролиза

2) хидратация

3) естерификация

4) дехидратация


13. Молекулата на крайния продукт от реакцията между фенол и бром във вода съдържа общ брой атоми на всички елементи, равен на


14-17. В уравнението на реакцията

14. окисляване на етанол с меден (II) оксид

15. бромиране на фенол

16. междумолекулна дехидратация на етанол

17. Нитриране на фенол

сборът на коефициентите е равен


18. В реакцията на естерификация ОН групата се отделя от молекулата

2) алдехид

4) киселини


19. С помощта на хлорофила се образуват зелени растения

1) кислород

3) глюкоза


20-21. Характеристика на химичните свойства на глюкозата

20. алкохоли

21. алдехиди

се появяват в реакцията

1) алкохолна ферментация

2) „сребърно огледало“

3) естерификация

4) неутрализация


22-24. При нагряване с вода в присъствието на H 2 SO 4 въглехидрати

22. нишесте

23. целулоза

24. захароза

след завършване на хидролизата получаваме

2) фруктоза

3) глюконова киселина

4) глюкоза


25. Методите за производство на етанол са

1) хидратация на етена

2) ферментация на глюкоза

3) възстановяване на етанала

4) етанално окисление


26. Методите за производство на етиленгликол са

1) окисляване на етен

2) хидратация на етена

3) ефектът на основата върху 1,2-C 2 H 4 Cl 2

4) хидратация на етин


27. Методи за получаване на мравчена киселина са

1) окисление на метан

2) окисляване на фенол

3) окисление на метанол

4) реакция на CH3OH с CO


28. Съединения се използват за синтезиране на оцетна киселина

1) C 2 H 5 OH


29. В производството се използва метанол

1) пластмаси

2) каучуци

3) бензин

4) мазнини и масла


30. За разпознаване на използване на фенол (в смес с бутанол-1).

1) индикатор и алкален разтвор

2) бромна вода

3) меден (II) хидроксид

4) амонячен разтвор на сребърен оксид (I)


31. Същият реактив е подходящ за разпознаване на глицерол, оцетна киселина, ацеталдехид и глюкоза в техните разтвори

3) H2SO4 (конц.)

4) Ag 2 O (в разтвор на NH 3)


32. Органичното вещество е продукт на хидратация на ацетилен, който влиза в реакция "сребърно огледало" и при редукция образува етанол, е

1) ацеталдехид

2) оцетна киселина


33. Продукти A, B и C в реакционната схема CO 2 + H 2 O > фотосинтеза A > ферментация – CO 2 B > HCOOH B

- това е съответно

2) глюкоза

3) пропанова киселина

4) етилформиат


34. Фенолът ще участва в процесите:

1) дехидратация

2) бромиране

3) изомеризация

4) неутрализация

5) нитриране

6) „сребърно огледало“


35. Възможни реакции:

1) твърда мазнина + водород >...

2) мравчена киселина + формалдехид >...

3) метанол + меден (II) оксид >...

4) захароза + вода (в конц. H 2 SO 4) >...

5) метанал + Ag 2 O (в разтвор на NH 3) >...

6) етилен гликол + NaOH (разтвор) >...


36. За индустриалния синтез на фенолформалдехидна смола трябва да вземете набор от реагенти

1) C6H6, HC(H)O

2) C6H6, CH3C(H)O

3) C6H5OH, HC(H)O

4) C6H5OH, CH3C(H)O

1.

2. алкохоли.

А) Класификация. Определение.

Б) Изомерия и номенклатура

Б) Приготвяне на алкохоли

Г) Физични и химични свойства. Качествени реакции на алкохоли.

Г) Приложение. Въздействие върху околната среда и човешкото здраве.

Класификация на кислородсъдържащите органични съединения

1. Алкохолите са кислородсъдържащи органични съединения, съдържащи хидроксилна група.

2. Алдехидите се характеризират с наличието на алдехидна група:

4. Карбоксилните киселини се отличават от другите кислородсъдържащи органични съединения по карбоксилната група.

5. Естери: а) прости R-O-R` б) сложни

Химичните свойства на тези съединения се определят от наличието на различни функционални групи в техните молекули.

Клас на връзка

Функционална група

Име на функционална група

хидроксил

Алдехиди

алдехиден

карбонил

Карбоксилни киселини

карбоксил

алкохолиса кислородсъдържащи производни на въглеводороди, в които хидрокси група е прикрепена към въглеводороден радикал.

Алкохолите се класифицират:

Ø от природата на въглеродния атом, свързан с хидрокси групата

а) първични алкохоли– ОН групата в такива съединения е свързана с първичния въглероден атом

б) вторични алкохоли– хидрокси групата е свързана към вторичен въглероден атом

V) третични алкохоли– Хидрокси групата в третичните алкохоли е свързана с третичен въглероден атом.

Ø от броя на хидрокси групите в молекулата на алкохола

а) едновалентни алкохолисъдържат една ОН група в молекулата, всички представени по-горе съединения са моноатомни.

б) двуатомна– такива алкохоли съдържат две хидрокси групи, например етилен гликол (част от антифризни разтвори - антифриз)

https://pandia.ru/text/78/359/images/image009_3.gif" width="118" height="48 src=">

Ø чрез структурата на радикала, свързан с функционалната група

а) богат CH3-CH2-OH (етанол)

б) ненаситени CH2=CH-CH2-OH (2-пропен-1-ол)

V) ароматенВодород" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">водород в метанол, според техния приоритет с добавяне на основната дума карбинол.

Номенклатура на IUPAC

Според номенклатурата на IUPAC:

Главната верига е избрана да бъде тази, която съдържа най-голям брой хидрокси групи и радикали.

Номерирането на веригата започва от най-близкия край, до който се намира старшият заместител - в нашия случай ОН групата.

Името на алкохола произлиза от името на съответния алкан, към който е свързана хидроксилната група. За да се покаже, че дадено съединение принадлежи към класа на алкохолите, се добавя краят - ол.

Тъй като алкохолите се характеризират с изомерия на позицията на хидроксилната група, тя се обозначава с число.

Ако в една молекула има няколко хидроксигрупи, тогава техният брой се обозначава с гръцки префикси (префиксът di-, tri- се поставя пред края -ol);

Например алкохолите със състав C4H9OH имат следната структура и наименования съгласно номенклатурата на IUPAC.

1) връзки с нормална верига

2) съединения с разклонена верига

По-сложните връзки също се наричат ​​по този начин:

Изучихме тази реакция и нейния механизъм подробно в модул I.

Следващият промишлен метод за производство на алкохол е хидрогениране на CO.

Смес от въглероден (II) монооксид и водород се нагрява. Когато се използват различни катализатори, продуктите се различават по състав, както е показано на диаграмата по-долу.

Хидролиза на халогенирани алкани.

Хидролизата се извършва чрез действието на вода или воден разтвор на основи при нагряване. Реакцията е най-лесна за първичните халогенни производни.

Редукция на карбонилни съединения

Алдехиди, кетони, карбоксилни киселини и техните производни (естери) лесно се редуцират до алкохоли.

Редуциращият агент за алдехиди и кетони е молекулярен водород, а катализаторът е никел, платина или паладий. За редуциране на етери се използва атомен водород, който се получава чрез директно взаимодействие на натрий с алкохол.

От уравненията става ясно, че първичните алкохоли се получават от алдехиди и карбоксилни киселини, а кетоните са изходните материали за вторичните алкохоли. Ето как се произвеждат алкохоли в лабораторията. По този начин обаче не могат да се получат третични алкохоли. Те се получават чрез метода, представен по-долу.

Взаимодействие на реактивите на Гриняр с карбонилни съединения.

Синтезите на базата на реактивите на Гринярд са надежден лабораторен метод за получаване на алкохоли.

Когато мравченият алдехид се използва като карбонилно съединение, реакционният продукт ще бъде първичен алкохол.

Други алдехиди водят до образуването на вторични алкохоли.

Третичните алкохоли се получават от кетони при такива синтези.

За да се разбере как се извършват такива трансформации, е необходимо да се вземат предвид електронните ефекти в реагиращите молекули: поради високата електроотрицателност на кислородния атом, електронната плътност се измества към кислорода от въглеродния атом на карбонилната група (-M ефект) . В молекулата на реактива на Гринярд се появява частично отрицателен заряд на въглеродния атом и положителен заряд на магнезия поради положителния индуктивен ефект (+I-ефект).

Ензимен метод

Това е ферментация на захарни вещества. Етанолът се получава чрез ферментация в присъствието на дрожди. Същността на ферментацията е, че глюкозата, получена от нишесте, под действието на ензими се разпада на алкохол и CO2. резултатът от този процес се изразява с диаграмата:

Физични свойства

Алкохолите с ниско молекулно тегло (C1-C3) са течности с характерен мирис и вкус и се смесват с вода във всякакви съотношения.

Точките на кипене на алкохолите не надвишават 100°C, но са по-високи от точките на кипене на етери или въглеводороди със същото молекулно тегло.

Причината за това са междумолекулните водородни връзки, които възникват между водородните и кислородните атоми на хидроксилните групи на различни алкохолни молекули (възникват с участието на самотни двойки кислородни електрони).

Добрата разтворимост на алкохолите във вода се обяснява с образуването на водородни връзки между алкохолните и водните молекули.

Алкохолите с C11 и по-високи са твърди вещества.

Химични свойства на алкохолите.

Химичните свойства на алкохолите се дължат на наличието на хидрокси група. Следователно за алкохолите са характерни следните реакции:

1) с прекъсване на –CO-H връзката

2) с разкъсване на връзката C-OH

3) окислителни реакции

1. Киселинно-алкални свойства на алкохолите.

Алкохолите са амфотерни съединения. Те могат да действат както като киселини, така и като основи.

Те проявяват киселинни свойства при взаимодействие с алкални метали и алкали. Хидроксилният водород се заменя с метал, за да се образуват алкохолати (които лесно се разлагат от вода).

2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2

натриев етоксид

Алкохолите са по-слаби киселини от водата. Техните киселинни свойства намаляват в следния ред: CH3OH< СН3СН2ОН < (СН3)2СНОН < (СН3)3СОН. Т. е. разветвление углеродного скелета снижает кислотные свойства.

Алкохолът проявява свойствата на основи по отношение на киселините. Минералните киселини протонират по-силно кислородния атом на ОН групата:

Алкохолите са нуклеофилни реагенти.

Реакции с карбонилни съединения.

Алкохолите лесно реагират с карбоксилни киселини, за да образуват естер, реакция, наречена реакция на естерификация. Тази реакция е обратима. Водна молекула се образува чрез отстраняване на ОН група от карбоксилна киселина и протон от алкохолна молекула. Катализаторът е силна минерална киселина.

метилов естер на оцетна киселина

Реакции с неорганични киселини.

Взаимодействието на алкохоли с неорганични киселини също води до образуването на естери (но на неорганични киселини).

етил серен етер

Нуклеофилно заместване на хидрокси група .

Дехидратация на алкохоли.

Дехидратацията на алкохолите става под въздействието на силни минерални киселини (сярна, ортофосфорна) при нагряване.

Може да се извърши разцепване вътрешномолекулен. Нека разгледаме механизма, като използваме примера на бутанол-2: първо, молекулата на алкохола се протонира от водорода на киселината, след това водата се извлича от оксониевия йон, за да се образува алкилов катион, и бърз протон се елиминира, за да се образува алкен.

В случай на елиминиране на H2O се прилага правилото на Марковников. Това прави възможно преминаването от един алкохол към друг. Например, възможен е преход от изобутилов алкохол към терт-бутилов алкохол (напишете го сами)

Междумолекулна дехидратация.

В случай на междумолекулна дехидратация, реакционните продукти са етери. Реакцията протича при същите условия, но се различава по температура.

Окисляване

Всички алкохоли се окисляват, но първичните са най-лесни.

Първичните алкохоли се окисляват до алдехиди и след това до карбоксилни киселини (метаболизмът в тялото се основава на тази реакция).

Вторичните алкохоли при такива реакции дават кетони, третичните алкохоли се окисляват с разцепването на връзката C-C и образуването на смес от кетони и киселини.

Качествени реакции към алкохоли.

Както беше посочено по-рано, алкохолите могат да реагират, за да разрушат връзките

–C –OH и CO – H. При качествен анализ се използват и двете реакции.

1. Ксантогенен тест– това е най-чувствителната реакция към алкохолната група. Алкохолът се смесва с въглероден дисулфид, добавя се парче KOH, леко се нагрява и се добавя син разтвор на CuSO4. Ако реакцията е положителна, се появява кафяв цвят на меден ксантогенат.

2 Тест на Люис .

Реакцията използва смес от концентрирана солна киселина и цинков хлорид. Тази реакция се използва като аналитичен метод за определяне на вида на алкохола: дали е първичен, вторичен или третичен.

Третичните алкохоли реагират почти моментално, отделят топлина и образуват маслен слой от халоалкан.

Вторичните реагират 5 минути (образува се и мазен слой).

Първичните алкохоли не реагират при стайна температура, но реагират при нагряване.

Употреба на алкохоли.

Метанолизползва се за производството на формалдехид, оцетна киселина, разтворител в производството на лакове и бои и служи като междинен продукт за синтеза на багрила, фармацевтични продукти и аромати. Силна отрова.

Етанол– силен антисептик (в хирургията за измиване на ръцете и инструментите на хирурга) и добър разтворител. Използва се за производството на дивинил (каучуков компонент), хлороформ, етилов етер (използван в медицината). Определено количество алкохол се използва в хранително-вкусовата промишленост (производство на импрегниране, ликьори).

n-пропанолизползвани за производство на пестициди, лекарства, разтворители за восъци, смоли от различно естество.

Въздействие върху човешкото здраве. Механизъм на действие на алкохолите.

Едновалентните алкохоли са лекарства. Тяхната токсичност нараства с броя на въглеродните атоми.

Метиловият алкохол е силна нервна и съдова отрова, която намалява насищането на кръвта с кислород. Метанолът, приет орално, причинява интоксикация и тежко отравяне, придружено от загуба на зрение.

Метанолът в храносмилателния тракт се окислява до по-токсичен продукт - формалдехид и мравчена киселина, които в малки количества причиняват тежко отравяне на тялото и смърт:

Етиловият алкохол е лекарство, което причинява парализа на нервната система.

Попаднал в човешкото тяло, алкохолът действа първо като стимулант, а след това като депресант на централната нервна система, притъпява чувствителността, отслабва мозъчната функция и значително нарушава реакцията.

Основната причина за увреждане на тялото от етанол е образуването на ацеталдехид, който има токсичен ефект и взаимодейства с много метаболити. Ацеталдехидът се образува в резултат на действието на ензима алкохол дехидрогеназа (намира се в черния дроб).

Пропиловият алкохол има подобен ефект върху тялото като етиловия алкохол, но е по-силен от последния.

Характерни химични свойства на наситени едновалентни и многовалентни алкохоли, фенол

Наситени едновалентни и многовалентни алкохоли

Алкохолите (или алканолите) са органични вещества, чиито молекули съдържат една или повече хидроксилни групи ($—OH$ групи), свързани с въглеводороден радикал.

Въз основа на броя на хидроксилните групи (атомност) алкохолите се разделят на:

- моноатомни, например:

$(CH_3-OH)↙(метанол(метилов алкохол))$$(CH_3-CH_2-OH)↙(етанол(етилов алкохол))$

— двувалентни (гликоли), Например:

$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(етандиол-1,2(етилен гликол))$

$(HO-CH_2-CH_2-CH_2-OH)↙(пропандиол-1,3)$

— триатомен, Например:

Въз основа на естеството на въглеводородния радикал се разграничават следните алкохоли:

— лимитсъдържащи само наситени въглеводородни радикали в молекулата, например:

— неограниченсъдържащ множество (двойни и тройни) връзки между въглеродни атоми в молекулата, например:

$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(пропен-2-ол-1 (алилов алкохол))$

— ароматен, т.е. алкохоли, съдържащи бензенов пръстен и хидроксилна група в молекулата, свързани помежду си не директно, а чрез въглеродни атоми, например:

Органичните вещества, съдържащи хидроксилни групи в молекулата, свързани директно с въглеродния атом на бензеновия пръстен, се различават значително по химични свойства от алкохолите и поради това се класифицират като независим клас органични съединения - феноли. Например:

Съществуват и многовалентни (многовалентни) алкохоли, съдържащи повече от три хидроксилни групи в молекулата. Например, най-простият хексахидричен алкохол хексаол (сорбитол):

Номенклатура и изомерия

При формирането на имената на алкохолите към името на въглеводорода, съответстващ на алкохола, се добавя родов суфикс -ол.Числата след наставката показват позицията на хидроксилната група в главната верига, а префиксите ди-, три-, тетра-и т.н. - броят им:

При номерирането на въглеродните атоми в главната верига позицията на хидроксилната група има предимство пред позицията на множествените връзки:

Като се започне от третия член на хомоложната серия, алкохолите проявяват изомерия на позицията на функционалната група (пропанол-1 и пропанол-2), а от четвъртия - изомерия на въглеродния скелет (бутанол-1, 2-метилпропанол-1). ). Те също се характеризират с междукласова изомерия - алкохолите са изомерни на етери:

$(CH_3-CH_2-OH)↙(етанол)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(диметилов етер)$

алкохоли

Физични свойства.

Алкохолите могат да образуват водородни връзки както между алкохолни молекули, така и между алкохолни и водни молекули.

Водородните връзки възникват, когато частично положително зареден водороден атом на една алкохолна молекула взаимодейства с частично отрицателно зареден кислороден атом на друга молекула. Благодарение на водородните връзки между молекулите, алкохолите имат точки на кипене, които са необичайно високи за тяхното молекулно тегло. Така пропанът с относително молекулно тегло $44$ е газ при нормални условия, а най-простият от алкохолите, метанолът, с относително молекулно тегло $32$, е течност при нормални условия.

Долните и средните членове на поредица от наситени едновалентни алкохоли, съдържащи от $1$ до $11$ въглеродни атоми, са течности. Висшите алкохоли (започвайки от $C_(12)H_(25)OH$) са твърди вещества при стайна температура. Нисшите алкохоли имат характерен алкохолен мирис и остър вкус; те са силно разтворими във вода. Тъй като въглеводородният радикал се увеличава, разтворимостта на алкохолите във вода намалява и октанолът вече не се смесва с вода.

Химични свойства.

Свойствата на органичните вещества се определят от техния състав и структура. Алкохолите потвърждават общото правило. Техните молекули включват въглеводородни и хидроксилни радикали, така че химичните свойства на алкохолите се определят от взаимодействието и влиянието на тези групи една върху друга. Свойствата, характерни за този клас съединения, се дължат на наличието на хидроксилна група.

1. Взаимодействие на алкохоли с алкални и алкалоземни метали.За да се идентифицира ефектът на въглеводороден радикал върху хидроксилна група, е необходимо да се сравнят свойствата на вещество, съдържащо хидроксилна група и въглеводороден радикал, от една страна, и вещество, съдържащо хидроксилна група и несъдържащо въглеводороден радикал , от друга. Такива вещества могат да бъдат например етанол (или друг алкохол) и вода. Водородът на хидроксилната група на алкохолните молекули и водните молекули може да се редуцира от алкални и алкалоземни метали (заместени от тях):

$2Na+2H_2O=2NaOH+H_2$,

$2Na+2C_2H_5OH=2C_2H_5ONa+H_2$,

$2Na+2ROH=2RONa+H_2$.

2. Взаимодействие на алкохоли с халогеноводороди.Заместването на хидроксилна група с халоген води до образуването на халоалкани. Например:

$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.

Тази реакция е обратима.

3. Междумолекулна дехидратация на алкохоли— отделяне на водна молекула от две алкохолни молекули при нагряване в присъствието на средства за отстраняване на водата:

В резултат на междумолекулна дехидратация на алкохоли, етери.Така, когато етилов алкохол се нагрява със сярна киселина до температура от $100$ до $140°C$, се образува диетилов (сярен) етер:

4. Взаимодействие на алкохолис органични и неорганични киселини за образуване на естери ( реакция на естерификация):

Реакцията на естерификация се катализира от силни неорганични киселини.

Например, когато етилов алкохол и оцетна киселина реагират, се образува етил ацетат - етилацетат:

5. Вътрешномолекулярна дехидратация на алкохоливъзниква, когато алкохолите се нагряват в присъствието на средства за отстраняване на вода до температура, по-висока от температурата на междумолекулна дехидратация. В резултат на това се образуват алкени. Тази реакция се дължи на наличието на водороден атом и хидроксилна група при съседни въглеродни атоми. Пример е реакцията на получаване на етен (етилен) чрез нагряване на етанол над $140°C в присъствието на концентрирана сярна киселина:

6. Окисляване на алкохолиобикновено се извършва със силни окислители, например калиев дихромат или калиев перманганат в кисела среда. В този случай действието на окислителя е насочено към въглеродния атом, който вече е свързан към хидроксилната група. В зависимост от естеството на алкохола и условията на реакцията могат да се образуват различни продукти. Така първичните алкохоли се окисляват първо до алдехиди, а след това в карбоксилни киселини:

При окисляването на вторичните алкохоли се получават кетони:

Третичните алкохоли са доста устойчиви на окисление. Въпреки това, при тежки условия (силен окислител, висока температура) е възможно окисление на третични алкохоли, което се случва с разкъсване на въглерод-въглеродни връзки, които са най-близо до хидроксилната група.

7. Дехидрогениране на алкохоли.Когато алкохолните пари преминават при $200-300°C през метален катализатор, като мед, сребро или платина, първичните алкохоли се превръщат в алдехиди, а вторичните алкохоли в кетони:

Наличието на няколко хидроксилни групи в алкохолната молекула едновременно определя специфичните свойства многовалентни алкохоли, които са способни да образуват водоразтворими ярко сини комплексни съединения при взаимодействие с прясно приготвена утайка от меден (II) хидроксид. За етилен гликол можем да напишем:

Едновалентните алкохоли не могат да влязат в тази реакция. Следователно това е качествена реакция към поливалентните алкохоли.

Фенол

Структура на фенолите

Хидроксилната група в молекулите на органичните съединения може да бъде свързана директно с ароматния пръстен или може да бъде отделена от него с един или повече въглеродни атоми. Може да се очаква, че в зависимост от това свойство веществата ще се различават значително едно от друго поради взаимното влияние на групи от атоми. Наистина, органичните съединения, съдържащи ароматния радикал фенил $C_6H_5$—, директно свързан с хидроксилната група, проявяват специални свойства, които се различават от свойствата на алкохолите. Такива съединения се наричат ​​феноли.

Фенолите са органични вещества, чиито молекули съдържат фенилов радикал, свързан с една или повече хидроксо групи.

Точно като алкохолите, фенолите се класифицират според тяхната атомност, т.е. по броя на хидроксилните групи.

Едновалентни фенолисъдържа една хидроксилна група в молекулата:

Многовалентни фенолисъдържат повече от една хидроксилна група в молекули:

Има и други поливалентни феноли, съдържащи три или повече хидроксилни групи на бензеновия пръстен.

Нека разгледаме по-отблизо структурата и свойствата на най-простия представител на този клас - фенол $C_6H_5OH$. Името на това вещество е в основата на името на целия клас - феноли.

Физични и химични свойства

Физични свойства.

Фенолът е твърдо, безцветно, кристално вещество, $t°_(pl.)=43°C, t°_(кипене)=181°C$, с остър характерен мирис. Отровни. Фенолът е слабо разтворим във вода при стайна температура. Воден разтвор на фенол се нарича карболова киселина. При контакт с кожата причинява изгаряния, затова с фенола трябва да се работи внимателно!

Химични свойства.

Киселинни свойства.Както вече беше споменато, водородният атом на хидроксилната група е киселинен по природа. Киселинните свойства на фенола са по-изразени от тези на водата и алкохолите. За разлика от алкохолите и водата, фенолът реагира не само с алкални метали, но и с основи, за да образува фенолати:

Въпреки това, киселинните свойства на фенолите са по-слабо изразени от тези на неорганичните и карбоксилните киселини. Например, киселинните свойства на фенола са приблизително $3000$ пъти по-слаби от тези на въглеродната киселина. Следователно, чрез преминаване на въглероден диоксид през воден разтвор на натриев фенолат, може да се изолира свободен фенол:

Добавянето на солна или сярна киселина към воден разтвор на натриев фенолат също води до образуването на фенол:

Качествена реакция към фенол.

Фенолът реагира с железен (III) хлорид, за да образува интензивно лилаво комплексно съединение.

Тази реакция позволява да се открие дори в много ограничени количества. Други феноли, съдържащи една или повече хидроксилни групи на бензеновия пръстен, също произвеждат ярки синьо-виолетови цветове, когато реагират с железен (III) хлорид.

Реакции с бензенов пръстен

Наличието на хидроксилен заместител значително улеснява възникването на реакции на електрофилно заместване в бензеновия пръстен.

1. Бромиране на фенол.За разлика от бензена, бромирането на фенол не изисква добавяне на катализатор (железен (III) бромид).

В допълнение, взаимодействието с фенол се извършва селективно: бромните атоми са насочени към орто-и пара позиции, замествайки разположените там водородни атоми. Селективността на заместването се обяснява с обсъдените по-горе характеристики на електронната структура на фенолната молекула.

Така, когато фенолът реагира с бромна вода, се образува бяла утайка 2,4,6-трибромофенол:

Тази реакция, подобно на реакцията с железен (III) хлорид, служи за качествено откриване на фенол.

2. Нитриране на фенолсъщо се случва по-лесно от нитрирането с бензен. Реакцията с разредена азотна киселина протича при стайна температура. В резултат на това се образува смес орто-И чифт-изомери на нитрофенола:

Когато се използва концентрирана азотна киселина, се образува експлозивно вещество - 2,4,6-тринитрофенол(пикринова киселина):

3. Хидрогениране на ароматното ядро ​​на фенолв присъствието на катализатор се случва лесно:

4.Поликондензация на фенол с алдехиди, по-специално с формалдехид, протича с образуването на реакционни продукти - фенолформалдехидни смоли и твърди полимери.

Взаимодействието на фенол с формалдехид може да се опише по следната схема:

Вероятно сте забелязали, че „мобилните“ водородни атоми се задържат в молекулата на димера, което означава, че по-нататъшното продължаване на реакцията е възможно с достатъчен брой реагенти:

реакция поликондензация,тези. реакцията на производство на полимер, която протича с освобождаването на страничен продукт с ниско молекулно тегло (вода), може да продължи по-нататък (докато един от реагентите бъде напълно изразходван) с образуването на огромни макромолекули. Процесът може да се опише с обобщеното уравнение:

Образуването на линейни молекули става при обикновени температури. Провеждането на тази реакция при нагряване води до факта, че полученият продукт има разклонена структура, той е твърд и неразтворим във вода. В резултат на нагряване на линейна фенолформалдехидна смола с излишък на алдехид се получават твърди пластични маси с уникални свойства. Полимери на базата на фенолформалдехидни смоли се използват за производството на лакове и бои, пластмасови изделия, които са устойчиви на нагряване, охлаждане, вода, основи и киселини и имат високи диелектрични свойства. От полимери на базата на фенолформалдехидни смоли са изработени най-критичните и важни части на електроуредите, корпусите на силовите блокове и машинните части, както и полимерната основа на печатните платки за радиоустройствата. Лепилата на базата на фенолформалдехидни смоли са способни надеждно да свързват части от голямо разнообразие от естество, поддържайки най-висока якост на съединението в много широк температурен диапазон. Това лепило се използва за закрепване на металната основа на осветителни лампи към стъклена крушка. Сега разбирате защо фенолът и продуктите, базирани на него, са широко използвани.

Характерни химични свойства на алдехиди, наситени карбоксилни киселини, естери

Алдехиди и кетони

Алдехидите са органични вещества, чиито молекули съдържат карбонилна група , свързан с водороден атом и въглеводороден радикал.

Общата формула на алдехидите е:

В най-простия алдехид, формалдехид, ролята на въглеводороден радикал се играе от втория водороден атом:

Нарича се карбонилна група, свързана с водороден атом алдехиден:

Органичните вещества, в чиито молекули карбонилна група е свързана с два въглеводородни радикала, се наричат ​​кетони.

Очевидно общата формула за кетоните е:

Карбонилната група на кетоните се нарича кето група.

В най-простия кетон, ацетона, карбонилната група е свързана с два метилови радикала:

Номенклатура и изомерия

В зависимост от структурата на въглеводородния радикал, свързан с алдехидната група, се разграничават наситени, ненаситени, ароматни, хетероциклични и други алдехиди:

В съответствие с номенклатурата на IUPAC имената на наситените алдехиди се образуват от името на алкан със същия брой въглеродни атоми в молекулата с помощта на наставката -ал.Например:

Номерирането на въглеродните атоми на главната верига започва с въглеродния атом на алдехидната група. Следователно алдехидната група винаги е разположена при първия въглероден атом и не е необходимо да се посочва нейната позиция.

Наред със систематичната номенклатура се използват и тривиални имена на широко използвани алдехиди. Тези имена обикновено произлизат от имената на карбоксилни киселини, съответстващи на алдехиди.

За да наименувате кетони според систематичната номенклатура, кето групата се обозначава с наставката -Тойи число, което показва номера на въглеродния атом на карбонилната група (номерирането трябва да започне от края на веригата, най-близо до кето групата). Например:

Алдехидите се характеризират само с един вид структурна изомерия - изомерия на въглеродния скелет, която е възможна при бутанал, а за кетоните - също изомерия на позицията на карбонилната група. В допълнение, те се характеризират с междукласова изомерия (пропанал и пропанон).

Тривиални имена и точки на кипене на някои алдехиди.

Физични и химични свойства

Физични свойства.

В алдехидна или кетонна молекула, поради по-голямата електроотрицателност на кислородния атом в сравнение с въглеродния атом, $C=O$ връзката е силно поляризирана поради изместване на електронната плътност на $π$ връзката към кислорода:

Алдехидите и кетоните са полярни вещества с излишна електронна плътност върху кислородния атом. Нисшите членове на серията алдехиди и кетони (формалдехид, ацеталдехид, ацетон) са неограничено разтворими във вода. Техните точки на кипене са по-ниски от тези на съответните алкохоли. Това се дължи на факта, че в молекулите на алдехидите и кетоните, за разлика от алкохолите, няма подвижни водородни атоми и те не образуват асоциирани връзки поради водородни връзки. Нисшите алдехиди имат остра миризма; Алдехидите, съдържащи четири до шест въглеродни атома във веригата, имат неприятна миризма; Висшите алдехиди и кетони имат флорални миризми и се използват в парфюмерията.

Химични свойства

Наличието на алдехидна група в молекулата определя характерните свойства на алдехидите.

Реакции на възстановяване.

Добавяне на водородкъм алдехидните молекули възниква чрез двойна връзка в карбонилната група:

Продуктът от хидрогенирането на алдехидите са първични алкохоли, а кетоните са вторични алкохоли.

Така при хидрогениране на ацеталдехид върху никелов катализатор се образува етилов алкохол, а при хидрогениране на ацетон се образува пропанол-2:

Хидрогениране на алдехиди - реакция на възстановяванепри което степента на окисление на въглеродния атом, включен в карбонилната група, намалява.

Окислителни реакции.

Алдехидите могат не само да бъдат намалени, но и окислявам.При окисление алдехидите образуват карбоксилни киселини. Този процес може да бъде схематично представен по следния начин:

От пропионов алдехид (пропанал), например, се образува пропионова киселина:

Алдехидите се окисляват дори от атмосферен кислород и слаби окислители като амонячен разтвор на сребърен оксид. В опростена форма този процес може да бъде изразен чрез уравнението на реакцията:

Например:

Този процес се отразява по-точно от уравненията:

Ако повърхността на съда, в който се провежда реакцията, е била предварително обезмаслена, тогава образуваното по време на реакцията сребро го покрива с равномерен тънък филм. Следователно тази реакция се нарича реакция "сребърно огледало". Използва се широко за изработване на огледала, сребърни декорации и украса за елха.

Прясно утаеният меден (II) хидроксид може също да действа като окислител за алдехиди. Окислявайки алдехида, $Cu^(2+)$ се редуцира до $Cu^+$. Медният (I) хидроксид $CuOH$, образуван по време на реакцията, веднага се разлага на червен меден (I) оксид и вода:

Тази реакция, подобно на реакцията на „сребърно огледало“, се използва за откриване на алдехиди.

Кетоните не се окисляват нито от атмосферния кислород, нито от такъв слаб окислител като амонячен разтвор на сребърен оксид.

Отделни представители на алдехидите и тяхното значение

Формалдехид(метанал, формикалдехид$HCHO$ ) - безцветен газ с остра миризма и точка на кипене $-21C°$, силно разтворим във вода. Формалдехидът е отровен! Разтвор на формалдехид във вода ($40%$) се нарича формалдехид и се използва за дезинфекция. В селското стопанство формалдехидът се използва за обработка на семена, а в кожарската промишленост - за обработка на кожи. Формалдехидът се използва за производството на метенамин, лекарствено вещество. Понякога метенаминът, пресован под формата на брикети, се използва като гориво (сух алкохол). Голямо количество формалдехид се изразходва при производството на фенолформалдехидни смоли и някои други вещества.

Ацеталдехид(етанал, ацеталдехид$CH_3CHO$ ) - течност с остра неприятна миризма и точка на кипене $21°C$, силно разтворима във вода. Оцетната киселина и редица други вещества се произвеждат от ацеталдехид в промишлен мащаб; той се използва за производството на различни пластмаси и ацетатни влакна. Ацеталдехидът е отровен!

Карбоксилни киселини

Веществата, съдържащи една или повече карбоксилни групи в молекула, се наричат ​​карбоксилни киселини.

Група от атоми наречен карбоксилна група, или карбоксил.

Органичните киселини, съдържащи една карбоксилна група в молекулата, са едноосновен.

Общата формула на тези киселини е $RCOOH$, например:

Наричат ​​се карбоксилни киселини, съдържащи две карбоксилни групи двуосновен.Те включват, например, оксалова и янтарна киселини:

Има също многоосновенкарбоксилни киселини, съдържащи повече от две карбоксилни групи. Те включват, например, триосновна лимонена киселина:

В зависимост от естеството на въглеводородния радикал карбоксилните киселини се разделят на наситени, ненаситени, ароматни.

Наситени или наситени карбоксилни киселини са например пропанова (пропионова) киселина:

или вече познатата янтарна киселина.

Очевидно е, че наситените карбоксилни киселини не съдържат $π$ връзки във въглеводородния радикал. В молекулите на ненаситени карбоксилни киселини карбоксилната група е свързана с ненаситен, ненаситен въглеводороден радикал, например в молекули на акрил (пропен) $CH_2=CH—COOH$ или олеинова $CH_3—(CH_2)_7—CH=CH —(CH_2)_7—COOH $ и други киселини.

Както може да се види от формулата на бензоената киселина, тя е ароматна, тъй като съдържа ароматен (бензенов) пръстен в молекулата:

Номенклатура и изомерия

Общите принципи на формиране на имената на карбоксилни киселини, както и други органични съединения, вече бяха обсъдени. Нека се спрем по-подробно на номенклатурата на моно- и двуосновните карбоксилни киселини. Името на карбоксилна киселина се получава от името на съответния алкан (алкан със същия брой въглеродни атоми в молекулата) с добавяне на наставката -ов-, окончания -таи думите киселина. Номерирането на въглеродните атоми започва с карбоксилната група. Например:

Броят на карбоксилните групи е посочен в името с префикси ди-, три-, тетра-:

Много киселини също имат исторически установени или тривиални имена.

Имена на карбоксилни киселини.

Химическа формула Систематично име на киселина Тривиално име за киселина
$H—COOH$ Метан мравка
$CH_3—COOH$ Етанова Оцет
$CH_3—CH_2—COOH$ Пропан Пропионов
$CH_3—CH_2—CH_2—COOH$ Бутан Мазна
$CH_3—CH_2—CH_2—CH_2—COOH$ Пентаник Валериана
$CH_3—(CH_2)_4—COOH$ хексан Найлон
$CH_3—(CH_2)_5—COOH$ Хептан Enanthic
$NOOC—COOH$ Етанедий Киселец
$NOOC—CH_2—COOH$ Пропандий Малоновая
$NOOC—CH_2—CH_2—COOH$ Бутандиови Амбър

След като се запознаем с разнообразния и интересен свят на органичните киселини, ще разгледаме по-подробно наситените едноосновни карбоксилни киселини.

Ясно е, че съставът на тези киселини се изразява с общата формула $C_nH_(2n)O_2$, или $C_nH_(2n+1)COOH$, или $RCOOH$.

Физични и химични свойства

Физични свойства.

По-ниски киселини, т.е. киселините с относително малко молекулно тегло, съдържащи до четири въглеродни атома на молекула, са течности с характерна остра миризма (помнете миризмата на оцетна киселина). Киселините, съдържащи от $4$ до $9$ въглеродни атоми, са вискозни маслени течности с неприятна миризма; съдържащи повече от $9$ въглеродни атоми на молекула - твърди вещества, които не се разтварят във вода. Точките на кипене на наситените едноосновни карбоксилни киселини се повишават с увеличаване на броя на въглеродните атоми в молекулата и, следователно, с увеличаване на относителното молекулно тегло. Например точката на кипене на мравчената киселина е $100,8°C$, оцетната киселина е $118°C$, а пропионовата киселина е $141°C$.

Най-простата карбоксилна киселина, мравчена киселина $HCOOH$, имаща малко относително молекулно тегло $(M_r(HCOOH)=46)$, при нормални условия е течност с точка на кипене $100,8°C$. В същото време бутанът $(M_r(C_4H_(10))=58)$ при същите условия е газообразен и има точка на кипене $-0,5°C$. Това несъответствие между точките на кипене и относителните молекулни тегла се обяснява с образуването на димери на карбоксилна киселина, в които две киселинни молекули са свързани с две водородни връзки:

Появата на водородни връзки става ясна при разглеждане на структурата на молекулите на карбоксилната киселина.

Молекулите на наситени едноосновни карбоксилни киселини съдържат полярна група от атоми - карбоксил и практически неполярен въглеводороден радикал. Карбоксилната група се привлича от водните молекули, образувайки водородни връзки с тях:

Мравчената и оцетната киселина са неограничено разтворими във вода. Очевидно е, че с увеличаване на броя на атомите във въглеводороден радикал, разтворимостта на карбоксилните киселини намалява.

Химични свойства.

Общите свойства, характерни за класа киселини (както органични, така и неорганични), се дължат на присъствието в молекулите на хидроксилна група, съдържаща силна полярна връзка между водородни и кислородни атоми. Нека разгледаме тези свойства на примера на водоразтворимите органични киселини.

1. Дисоциацияс образуването на водородни катиони и аниони на киселинния остатък:

$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$

По-точно този процес се описва с уравнение, което отчита участието на водните молекули в него:

$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$

Равновесието на дисоциация на карбоксилните киселини е изместено наляво; по-голямата част от тях са слаби електролити. Въпреки това, киселият вкус на, например, оцетната и мравчената киселина се дължи на дисоциацията на водородни катиони и аниони на киселинни остатъци.

Очевидно е, че наличието на „киселинен” водород в молекулите на карбоксилните киселини, т.е. водород от карбоксилната група, поради други характерни свойства.

2. Взаимодействие с метали, стоящ в електрохимичната серия на напрежение до водород: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$

Така желязото редуцира водорода от оцетна киселина:

$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$

3. Взаимодействие с основни оксидис образуването на сол и вода:

$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$

4. Взаимодействие с метални хидроксидис образуване на сол и вода (реакция на неутрализация):

$R—COOH+NaOH→R—COONa+H_2O$,

$2R—COOH+Ca(OH)_2→(R—COO)_(2)Ca+2H_2O$.

5. Взаимодействие със соли на по-слаби киселинис образуването на последния. Така оцетната киселина измества стеариновата киселина от натриевия стеарат и въглеродната киселина от калиевия карбонат:

$CH_3COOH+C_(17)H_(35)COONa→CH_3COONa+C_(17)H_(35)COOH↓$,

$2CH_3COOH+K_2CO_3→2CH_3COOK+H_2O+CO_2$.

6. Взаимодействие на карбоксилни киселини с алкохолис образуването на естери - реакция на естерификация (една от най-важните реакции, характерни за карбоксилните киселини):

Взаимодействието на карбоксилни киселини с алкохоли се катализира от водородни катиони.

Реакцията на естерификация е обратима. Равновесието се измества към образуването на естер в присъствието на обезводняващи агенти и когато естерът се отстрани от реакционната смес.

При обратната реакция на естерификация, наречена естерна хидролиза (реакцията на естер с вода), се образуват киселина и алкохол:

Очевидно е, че реагирайки с карбоксилни киселини, т.е. Многовалентните алкохоли, например глицерол, също могат да влязат в реакция на естерификация:

Всички карбоксилни киселини (с изключение на мравчената киселина), заедно с карбоксилната група, съдържат въглеводороден остатък в своите молекули. Разбира се, това не може да не повлияе на свойствата на киселините, които се определят от естеството на въглеводородния остатък.

7. Множествени реакции на добавяне- съдържат ненаситени карбоксилни киселини. Например реакцията на присъединяване на водород е хидрогениране. За киселина, съдържаща една $π$ връзка в радикала, уравнението може да бъде написано в общ вид:

$C_(n)H_(2n-1)COOH+H_2(→)↖(катализатор)C_(n)H_(2n+1)COOH.$

Така, когато олеиновата киселина се хидрогенира, се образува наситена стеаринова киселина:

$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"олеинова киселина"))(→)↖(катализатор)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"стеаринова киселина" ) $

Ненаситените карбоксилни киселини, подобно на други ненаситени съединения, добавят халогени чрез двойна връзка. Например акрилната киселина обезцветява бромната вода:

$(CH_2=CH—COOH+Br_2)↙(\text"акрилова (пропенова) киселина")→(CH_2Br—CHBr—COOH)↙(\text"2,3-дибромопропанова киселина").$

8. Реакции на заместване (с халогени)- в тях могат да влизат наситени карбоксилни киселини. Например чрез взаимодействие на оцетна киселина с хлор могат да се получат различни хлорирани киселини:

$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(P(червено))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"хлороцетна киселина")$,

$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(P(червен))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"дихлороцетна киселина")$,

$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(P(червен))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"трихлороцетна киселина")$

Отделни представители на карбоксилните киселини и тяхното значение

мравка(метан) киселинаХЦООКХ- течност с остра миризма и точка на кипене $100,8°C$, силно разтворима във вода. Мравчената киселина е отровна Причинява изгаряния при контакт с кожата!Жилната течност, отделяна от мравките, съдържа тази киселина. Мравчената киселина има дезинфекционни свойства и затова намира приложение в хранително-вкусовата, кожарската и фармацевтичната промишленост, както и в медицината. Използва се при боядисване на тъкани и хартия.

Оцет (етан)киселина $CH_3COOH$ е безцветна течност с характерен остър мирис, смесима с вода във всякакви съотношения. Водните разтвори на оцетна киселина се продават под името оцет ($3-5% разтвор) и оцетна есенция ($70-80% разтвор) и се използват широко в хранително-вкусовата промишленост. Оцетната киселина е добър разтворител за много органични вещества и затова се използва в боядисването, дъбене и в производството на бои и лакове. Освен това оцетната киселина е суровина за производството на много технически важни органични съединения: от нея например се получават вещества, използвани за борба с плевелите - хербициди.

Оцетната киселина е основният компонент винен оцет,чиято характерна миризма се дължи именно на него. Той е продукт на окислението на етанола и се образува от него, когато виното се съхранява на въздух.

Най-важните представители на висшите наситени едноосновни киселини са палмитинова$C_(15)H_(31)COOH$ и стеаринова$C_(17)H_(35)COOH$ киселина. За разлика от нисшите киселини, тези вещества са твърди и слабо разтворими във вода.

Техните соли обаче - стеарати и палмити - са силно разтворими и имат детергентно действие, поради което се наричат ​​още сапуни. Ясно е, че тези вещества се произвеждат в голям мащаб. От ненаситените висши карбоксилни киселини най-важна е олеинова киселина$C_(17)H_(33)COOH$, или $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. Това е маслоподобна течност без вкус и мирис. Солите му намират широко приложение в техниката.

Най-простият представител на двуосновните карбоксилни киселини е оксалова (етандиова) киселина$HOOC—COOH$, чиито соли се съдържат в много растения, като киселец и киселец. Оксаловата киселина е безцветно кристално вещество, което е силно разтворимо във вода. Използва се за полиране на метали, в дървообработващата и кожарската промишленост.

Естери

Когато карбоксилните киселини реагират с алкохоли (реакция на естерификация), те се образуват естери:

Тази реакция е обратима. Продуктите на реакцията могат да взаимодействат помежду си, за да образуват изходните материали - алкохол и киселина. По този начин реакцията на естери с вода - естерна хидролиза - е обратната на реакцията на естерификация. Химичното равновесие, установено, когато скоростите на предната (естерификация) и обратната (хидролиза) реакции са равни, може да бъде изместено към образуването на естер чрез присъствието на средства за отстраняване на водата.

мазнини- производни на съединения, които са естери на глицерол и висши карбоксилни киселини.

Всички мазнини, подобно на други естери, се подлагат на хидролиза:

Когато хидролизата на мазнините се извършва в алкална среда $(NaOH)$ и в присъствието на калцинирана сода $Na_2CO_3$, тя протича необратимо и води до образуването не на карбоксилни киселини, а на техните соли, т.нар. сапуни.Следователно хидролизата на мазнините в алкална среда се нарича осапунване.