Органічні сполуки із киснем. І їхнє знаходження в природі

1.

2. Спирти.

а) Класифікація. Визначення.

Б) Ізомерія та номенклатура

В) Отримання спиртів

Г) Фізичні та хімічні властивості. Якісні реакції спиртів.

Д) Застосування. Вплив на навколишнє середовищета здоров'я людини.

Класифікація кисневмісних органічних сполук

1. Спирти - це кисневмісні органічні сполуки, що містять у своєму складі гідроксильну групу.

2. Альдегіди характеризуються наявністю альдегідної групи:

4. Карбонові кислоти відрізняє від інших кисневмісних органічних сполук карбоксильна група.

5. Ефіри: а) прості R-O-R` б) складні

Хімічні властивостіцих сполук визначаються наявністю їх молекулах різних функціональних груп.

Спирти– це кисневмісні похідні вуглеводнів, у яких гідроксигрупа приєднується до вуглеводневого радикалу.

Спирти класифікуються:

Ø за характером вуглецевого атома, пов'язаного з гідроксигрупою

а) первинні спирти- ВІН-група в таких сполуках пов'язана з первинним атомом вуглецю

б) вторинні спирти– гідроксигрупа пов'язана з вторинним атомом вуглецю

в) третинні спирти– гідроксигрупа у третинних спиртах пов'язана з третинним вуглецевим атомом.

Ø за кількістю гідроксигруп у молекулі спирту

а) одноатомні спиртимістять у молекулі одну ОН-групу, всі представлені вище сполуки є одноатомними.

б) двоатомні- До складу таких спиртів входить дві гідроксигрупи, наприклад етиленгліколь (входить до складу незамерзаючих розчинів - антифризів)

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

Ø за будовою радикала, пов'язаного з функціональною групою

а) насиченіСН3-СН2-ОН (етанол)

б) ненасиченіСН2=СН-СН2-ОН (2-пропен-1-ол)

в) ароматичніВодень в метанолі, за їх старшинством з додаванням слова-основи карбінол.

Номенклатура ІЮПАК

Згідно з номенклатурою ІЮПАК:

Як головний ланцюг вибирають ту, в якій міститься найбільше гідроксигруп і радикалів.

Нумерацію ланцюга починають із того кінця, ближче до якого знаходиться старший заступник – у нашому випадку ОН-група.

Назва спирту будується від назви відповідного алкану, з яким пов'язана гідроксигрупа. Щоб показати, що сполука відноситься до класу спиртів, додається закінчення – ол.

Оскільки спиртів характерна ізомерія положення гідроксигрупи, то вона позначається цифрою.

Якщо молекулі кілька гидроксигруп, їх число позначається грецькими приставками (ди-, три-) Ця приставка ставиться перед закінченням –ол цифрою показується їх розташування.

Наприклад, спирти складу С4Н9ОН мають наступна будовата назви за номенклатурою ІЮПАК.

1) з'єднання з нормальним ланцюгом

2) з'єднання з розгалуженим ланцюгом

Таким способом називають і складніші сполуки:

Цю реакцію та її механізм ми докладно вивчили у I модулі.

Наступний промисловий спосіб одержання спиртів – гідрування СО.

Суміш оксиду вуглецю (II) з воднем нагрівається. При використанні різних каталізаторів продукти відрізняються за складом, це ілюструє представлена ​​нижче схема.

Гідроліз галогенпохідних алканів.

Гідроліз здійснюється дією води або водним розчином лугів при нагріванні. Найлегше реакція проходить для первинних галогенпохідних.

Відновлення карбонільних сполук

Альдегіди, кетони, карбонові кислоти та їх похідні (складні ефіри) легко відновлюються до спиртів.

Відновником альдегідів та кетонів служить молекулярний водень, каталізатором – нікель, платина або паладій. Для відновлення ефірів використовується атомарний водень, який виходить за безпосередньої взаємодії натрію зі спиртом.

З рівнянь видно, що з альдегідів та карбонових кислот виходять первинні спирти, кетони є вихідними речовинами для вторинних спиртів. Так отримують спирти в лабораторних умов. Проте отримати третинні спирти в такий спосіб не можна. Їх отримують способом, наведеним нижче.

Взаємодія реактивів Гриньяра з карбонільними сполуками.

Синтези на основі реактивів Гриньяра є надійним лабораторним способом одержання спиртів.

При використанні як карбонільного з'єднаннямурашиного альдегіду продуктом реакції буде первинний спирт.

Інші альдегіди призводять до утворення вторинних спиртів.

З кетонів у таких синтезах виходять третинні спирти.

Щоб зрозуміти, як здійснюються подібні перетворення, необхідно розглянути електронні ефекти в молекулах, що реагують: за рахунок високої електронегативності атома кисню, електронна щільність зміщується в бік кисню від вуглецевого атома карбонільної групи(-М-ефект). У молекулі реактиву Гриньяра частково негативний зарядвиявляється на атомі вуглецю, позитивний - на магнії за рахунок позитивного індуктивного ефекту (I-ефект).

Ферментативний спосіб

Це зброджування цукристих речовин. Етанол отримують бродінням у присутності дріжджів. Сутність бродіння полягає в тому, що одержувана з крохмалю глюкоза під дією ферментів розпадається на спирт та СО2. Результат цього процесу виражається схемою:

Фізичні властивості

Низькомолекулярні спирти (С1-С3) є рідинами з характерними запахом та смаком і змішуються з водою у будь-яких співвідношеннях.

Температури кипіння спиртів не перевищують 100°С, проте вони вищі за температуру кипіння ефірів або вуглеводнів, з такою ж молекулярною масою.

Причиною цього є міжмолекулярні водневі зв'язки, що виникають між водневими та кисневими атомами гідроксильних груп різних молекул спирту (відбувається за участю неподілених пар електронів кисню).

Хороша розчинність спиртів у воді пояснюється утворенням водневих зв'язків між молекулами спирту та води.

Спирти з С11 і вище тверді речовини.

Хімічні характеристики спиртів.

Хімічні властивості спиртів зумовлені наявністю гідроксигрупи. Тому для спиртів характерні реакції:

1) з розривом зв'язку -СО-Н

2) з розривом зв'язку С-ОН

3) реакції окиснення

1. Кислотно-основні властивості спиртів.

Спирти є амфотерними сполуками. Вони здатні виступати у ролі як кислот, так і основ.

Вони виявляють кислотні властивостіпри взаємодії зі лужними металамита лугами. Водень гідроксилу заміщається на метал із утворенням алкоголятів (які легко розкладаються водою).

2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2

етилату натрію

Спирти слабші кислоти, ніж вода. Їх кислотні властивості зменшуються в наступному порядку: СН3ОН< СН3СН2ОН < (СН3)2СНОН < (СН3)3СОН. Т. е. разветвление углеродного скелета снижает кислотные свойства.

Властивості основ спирт виявляють по відношенню до кислот. Сильніше мінеральні кислоти протонують атом кисню ОН-групи:

Спирти – нуклеофільні реагенти.

Реакції з карбонільними сполуками.

Спирти легко реагують із карбоновими кислотами, з утворенням складного ефіру, така реакція називається реакцією етерифікації. Ця реакція оборотна. Молекула води утворюється за рахунок відщеплення ОН-групи від карбонової кислоти та протону від молекули спирту. Каталізатором є сильна мінеральна кислота.

метиловий ефір оцтової кислоти

Реакції із неорганічними кислотами.

Взаємодія спиртів із неорганічними кислотами також призводить до утворення складних ефірів(Але вже неорганічних кислот).

серноетиловий ефір

Нуклеофільне заміщення гідроксигрупи .

Дегідратація спиртів.

Дегідратація спиртів протікає під дією сильних мінеральних кислот (сірчаної, ортофосфорної) при нагріванні.

Відщеплення може проходити внутрішньомолекулярно. Розглянемо механізм на прикладі бутанолу-2: спочатку відбувається протонування молекули спирту воднем кислоти, потім відщеплення води від оксонієвого іона з утворенням алкіл-катіону та швидке відщеплення протона з утворенням алкена.

У разі відщеплення Н2О застосовується правило Марковнікова. Це дозволяє переходити від одних спиртів до інших. Наприклад, можливий перехід від ізобутилового спирту до трет-бутилового (напишіть самостійно)

Міжмолекулярна дегідратація.

У разі міжмолекулярної дегідратації препаратами реакції є прості ефіри. Реакція протікає в тих самих умовах, але відрізняється температурним режимом.

Окислення

Окисленню піддаються всі спирт, але найлегше первинні.

Первинні спирти окислюються до альдегідів і далі до карбонових кислот (на цій реакції заснований метаболізм в організмі).

Вторинні спирти в таких реакціях дають кетони, третинні окислюються з розщепленням С-З-зв'язку та утворенням суміші кетонів та кислот.

Якісні реакції на спирти.

Як було сказано раніше, спирти можуть реагувати з розривом зв'язків

-З -ВІН і СО - Н. У якісному аналізі використовуються і ті та інші реакції.

1. Ксантогенна проба– це найчутливіша реакція на спиртову групу. Спирт змішують із сірковуглецем, додають шматочок КОН, злегка нагрівають і доливають розчин CuSO4 блакитного кольору. При позитивної реакціївиникає коричневе забарвлення ксантогенату міді.

2 Проба Льюїса .

У реакції використовується суміш концентрованої соляної кислотита хлориду цинку. Ця реакція використовується як аналітичний метод встановлення типу спирту: чи є він первинним, вторинним чи третинним.

Третичні спирти реагують майже миттєво з виділенням тепла та утворенням маслянистого шару галогеналкану.

Побічні реагують протягом 5 хв (також утворюється маслянистий шар).

Первинні спирти при кімнатній температуріне реагують, але вступають у реакцію при нагріванні.

Застосування спиртів.

Метанолзастосовують для виробництва формальдегіду, оцтової кислоти, розчинника у виробництві лаків та фарб, служить напівпродуктом для синтезу барвників, фармацевтичних препаратів, запашних речовин. Сильна отрута.

Етанол– сильний антисептик (у хірургії для миття рук хірурга та інструментів) та гарний розчинник. Використовується для виробництва дивініла (компонент каучуку), хлороформу, етилового ефіру (використовується в медицині). Деяка кількість спирту йде на вживання у харчовій промисловості (виготовлення просочення, лікерів).

н-пропанолзастосовують для пестицидів, ліків, розчинника для восків, смол різної природи.

Вплив здоров'я людини. Механізм дії спиртів.

Одноатомні спирти – наркотики. Їхня токсичність зростає зі збільшенням числа атомів вуглецю.

Метиловий спирт – сильна нервова та судинна отрута, знижує насичуваність крові киснем. Метанол прийнятий внутрішньо викликає сп'яніння і важке отруєння, що супроводжується втратою зору.

Метанол у травному тракті окислюється в токсичніший продукт – формальдегід та мурашину кислоту, які в невеликих кількостях викликають тяжкі отруєння організму та смерть:

Етиловий спирт - наркотик, волає параліч нервової системи.

Потрапляючи в організм людини, спирт діє спочатку збудливо, а потім пригнічує ЦНС, притуплює чутливість, послаблює функцію головного мозку, значно погіршує реакцію.

Головною причиною ураження організму етанолом є утворення ацетальдегіду, який надає токсичну дію та взаємодіє з багатьма метаболітами. Ацетальдегід утворюється в результаті дії ферменту алкогольдегідрогенази (міститься в печінці).

Пропіловий спирт діє на організм аналогічно етиловому, але сильніше останнього.

Гідратація алкенів

У присутності сильних мінеральних кислот алкени вступають у реакцію гідратації з утворенням спиртів:

У разі несиметричних алкенів приєднання відбувається відповідно до правила Марковникова – атом водню молекули води приєднується до більш гідрованого атома вуглецю, а гідрокси-група до менш гідрованого при подвійному зв'язку:

Гідрування (відновлення) альдегідів та кетонів

Гідрування альдегідів на металевих каталізаторах (Pt, Pd або Ni) при нагріванні призводить до утворення первинних спиртів:

В аналогічних умовах з кетонів виходять вторинні спирти:

Гідроліз складних ефірів

При дії на складні ефіри сильних мінеральних кислот вони піддаються гідролізу з утворенням спирту та карбонової кислоти:

Гідроліз складних ефірів у присутності лугів називають омиленням. Цей процесє незворотним і призводить до утворення спирту та солі карбонової кислоти:

Цей процес протікає за дією на моногалогенпохідні вуглеводнів водного розчину лугу:

Інші способи одержання окремих представників одноатомних спиртів

Спиртове бродіння глюкози

У присутності деяких дріжджів, точніше під дією ферментів, що виробляються ними, можливе утворення етилового спирту з глюкози. При цьому як побічний продукт утворюється також вуглекислий газ:

Отримання метанолу із синтез-газу

Синтез-газом називають суміш чадного газу та водню. Дією на дану суміш каталізаторів, нагрівання та підвищених тисків у промисловості отримують метанол:

Отримання багатоатомних спиртів

Реакція Вагнера (м'яке окиснення алкенів)

При дії на алкени нейтрального розчину перманганату калію на холоді (0 o C) утворюються віцинальні двоатомні спирти(діоли):

Схема, подана вище, перестав бути повноцінним рівнянням реакції. У такому вигляді її простіше запам'ятати, щоб зуміти відповісти на окремі тестові питання. питання ЄДІ. Однак, якщо ця реакція потрапить у завдання високої складності, то її рівняння обов'язково потрібно записувати у повному вигляді:

Хлорування алкенів із наступним гідролізом

Цей метод є двостадійним і у тому, що у першої стадії алкен входить у реакцію приєднання з галогеном (хлором чи бромом). Наприклад:

А на другий, отриманий дигалогеналкан піддається обробці водним розчином лугу:

Одержання гліцерину

Основним промисловим способом отримання гліцерину є лужний гідроліз жирів (омилення жирів):

Одержання фенолу

Тристадійний метод через хлорбензол

Цей метод є тристадійним. На першій стадії здійснюють бромування або хлорування бензолу у присутності каталізаторів. Залежно від використовуваного галогену (Br 2 або Cl 2 ) як каталізатор використовується відповідний галогенід алюмінію або заліза (III)

На другій стадії отримане вище галогенпохідне обробляється водним розчином лугу:

На третьому етапі фенолят натрію обробляється сильною мінеральною кислотою. Фенол витісняється оскільки є слабкою кислотою, тобто. малодисоціюючою речовиною:

Окислення кумолу

Отримання альдегідів та кетонів

Дегідрування спиртів

При дегідруванні первинних та вторинних спиртів на мідному каталізаторі при нагріванні виходять альдегіди та кетони відповідно

Окислення спиртів

При неповному окисленні первинних спиртів виходять альдегіди, а вторинних – кетони. У загальному виглядісхеми такого окиснення можна записати як:

Як можна помітити неповне окислення первинних та вторинних спиртів призводить до тих же продуктів, що і дегідрування цих спиртів.

Як окислювач можна використовувати оксид міді при нагріванні:

Або інші сильніші окислювачі, наприклад розчин перманганату калію в кислій, нейтральній, або лужному середовищі.

Гідратація алкінів

У присутності солей ртуті (часто разом із сильними кислотами) алкіни вступають у реакцію гідратації. У разі етину (ацетилену) утворюється альдегід, у разі будь-якого іншого алкіну - кетон:

Піроліз солей карбонових кислот двовалентних металів

При нагріванні солей карбонових кислот двовалентних металів, наприклад, лужноземельних, утворюється кетон і карбонат відповідного металу:

Гідроліз гемінальних дигалогенпохідних

Лужний гідроліз гемінальних дигалогенпохідних різних вуглеводнів призводить до альдегідів, якщо атоми хлору були прикріплені до крайнього атома вуглецю і до кетонів, якщо не до крайнього:

Каталітичне окиснення алкенів

Каталітичним окисленням етилену одержують ацетальдегід:

Одержання карбонових кислот

Каталітичне окиснення алканів

Окислення алкенів та алкінів

Для цього найчастіше використовують підкислений розчин перманганату чи дихромату калію. При цьому відбувається розрив кратного вуглець-вуглецевого зв'язку:

Окислення альдегідів та первинних спиртів

У цьому способі одержання карбонових кислот також найбільш поширені використовувані окислювачі це підкислений розчин перманганату або дихромату калію:

За допомогою гідролізу тригалогензаміщених вуглеводнів

На першій стадії тригалогеналкан піддається обробці водним розчином лугу. При цьому утворюється сіль карбонової кислоти:

На другій стадії слід обробка солі карбонової кислоти сильною мінеральною кислотою. Т.к. карбонові кислоти є слабкими, вони легко витісняються сильними кислотами:

Гідроліз складних ефірів

Із солей карбонових кислот

Ця реакція вже була розглянута при отриманні карбонових кислот за допомогою гідролізу тригалогенпроізодних (див. вище). Полягає в тому, що карбонові кислоти, будучи слабкими, легко витісняються сильними неорганічними кислотами:

Специфічні методи одержання кислот

Одержання мурашиної кислоти з чадного газу

Даний метод є промисловим і полягає в тому, що на першій стадії чадний газпід тиском при високих температурах реагує з безводним лугом:

а на другий отриманий форміат обробляють сильною неорганічною кислотою:

2HCOONa + H 2 SO 4 > 2HCOOH + Na 2 SO 4

Характерні хімічні властивості граничних одноатомних та багатоатомних спиртів, фенолу

Граничні одноатомні та багатоатомні спирти

Спиртами (або алканолами) називають органічні речовини, молекули яких містять одну або кілька гідроксильних груп (груп $-ОН$), з'єднаних з вуглеводневим радикалом.

За кількістю гідроксильних груп (атомності) спирти поділяються на:

- одноатомні, наприклад:

$(CH_3-OH)↙(метанол(метиловий спирт))$ $(CH_3-CH_2-OH)↙(етанол( етиловий спирт)}$

— двоатомні (гліколі), наприклад:

$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(етандіол-1,2(етиленгліколь))$

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

— триатомні, наприклад:

За характером вуглеводневого радикалу виділяють такі спирти:

— граничні, що містять в молекулі лише граничні вуглеводневі радикали, наприклад:

— ненасичені, що містять в молекулі кратні (подвійні та потрійні) зв'язки між атомами вуглецю, наприклад:

$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(пропен-2-ол-1 (аліловий спирт))$

— ароматичні, тобто. спирти, що містять у молекулі бензольне кільце та гідроксильну групу, пов'язані один з одним не безпосередньо, а через атоми вуглецю, наприклад:

Органічні речовини, що містять в молекулі гідроксильні групи, пов'язані безпосередньо з атомом вуглецю бензольного кільця, істотно відрізняються за хімічними властивостями від спиртів і тому виділяються в самостійний класорганічних сполук – феноли. Наприклад:

Існують і поліатомні (багатоатомні) спирти, що містять більше трьох гідроксильних груп у молекулі. Наприклад, найпростіший шестиатомний спирт гексаол (сорбіт):

Номенклатура та ізомерія

При утворенні назв спиртів до назви вуглеводню, що відповідає спирту, додають родовий суфікс -ол.Цифрами після суфікса вказують положення гідроксильної групи в головному ланцюзі, а префіксами ді-, три-, тетра-і т. д. - їх число:

У нумерації атомів вуглецю в головному ланцюгу положення гідроксильної групи пріоритетне перед положенням кратних зв'язків:

Починаючи з третього члена гомологічного ряду, У спиртів з'являється ізомерія положення функціональної групи (пропанол-1 і пропанол-2), а з четвертого - ізомерію вуглецевого скелета (бутанол-1, 2-метилпропанол-1). Для них характерна і міжкласова ізомерія - спирти ізомерні простим ефірам:

$(CH_3-CH_2-OH)↙(етанол)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(диметиловий ефір)$

спиртів

Фізичні властивості.

Спирти можуть утворювати водневі зв'язки між молекулами спирту, так і між молекулами спирту і води.

Водневі зв'язки виникають при взаємодії частково позитивно зарядженого атома водню однієї молекули спирту та частково негативно зарядженого атома кисню іншої молекули. Саме завдяки водневим зв'язкам між молекулами спирти мають аномально високі для своєї молекулярної маси температури кипіння. Так, пропан з відносною молекулярною масою $44$ при звичайних умовахє газом, а найпростіший із спиртів метанол, маючи відносну молекулярну масу $32$, у звичайних умовах — рідина.

Нижчі та середні члени ряду граничних одноатомних спиртів, Що містять від $ 1 $ до $ 11 $ атомів вуглецю, - рідини. Вищі спирти(починаючи з $С_(12)Н_(25)ОН$) за кімнатної температури — тверді речовини. Нижчі спирти мають характерний алкогольний запах та пекучий смак, вони добре розчиняються у воді. У міру збільшення вуглеводневого радикалу розчинність спиртів у воді знижується, а октанол вже не поєднується з водою.

Хімічні властивості.

Властивості органічних речовин визначаються їх складом та будовою. Спирти підтверджують загальне правило. Їх молекули включають в себе вуглеводневі і гідроксильні радикали, тому хімічні властивості спиртів визначаються взаємодією і впливом один на одного цих груп. Характерні для цього класу сполук властивості обумовлені наявністю гідроксильної групи.

1. Взаємодія спиртів з лужними та лужноземельними металами. Для виявлення впливу вуглеводневого радикалу на гідроксильну групу необхідно порівняти властивості речовини, що містить гідроксильну групу і вуглеводневий радикал, з одного боку, і речовини, що містить гідроксильну групу і не містить вуглеводневий радикал, - з іншого. Такими речовинами можуть бути, наприклад, етанол (або інший спирт) та вода. Водень гідроксильної групи молекул спиртів і молекул води здатний відновлюватися лужними та лужноземельними металами (заміщатися на них):

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

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

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

2. Взаємодія спиртів із галогеноводородами.Заміщення гідроксильної групи на галоген призводить до утворення галогеналканів. Наприклад:

$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.

Ця реакція оборотна.

3. Міжмолекулярна дегідратація спиртів- Відщеплення молекули води від двох молекул спирту при нагріванні в присутності водовіднімних засобів:

Внаслідок міжмолекулярної дегідратації спиртів утворюються прості ефіри.Так, при нагріванні етилового спирту із сірчаною кислотою до температури від $100$ до $140°С$ утворюється діетиловий (сірчаний) ефір:

4. Взаємодія спиртівз органічними та неорганічними кислотами з утворенням складних ефірів ( реакція етерифікації):

Реакція етерифікації каталізується сильними неорганічними кислотами.

Наприклад, при взаємодії етилового спирту та оцтової кислоти утворюється оцтовоетиловий ефір. етилацетат:

5. Внутрішньомолекулярна дегідратація спиртіввідбувається при нагріванні спиртів у присутності водовіднімних засобів до вищої температури, ніж температура міжмолекулярної дегідратації. В результаті утворюються алкени. Ця реакція обумовлена ​​наявністю атома водню та гідроксильної групи при сусідніх атомах вуглецю. Як приклад можна навести реакцію отримання етену (етилену) при нагріванні етанолу вище $140°С$ у присутності концентрованої сірчаної кислоти:

6. Окислення спиртівзазвичай проводять сильними окислювачами, наприклад, дихроматом калію або перманганатом калію кислому середовищі. При цьому дія окислювача спрямовується на атом вуглецю, який вже пов'язаний з гідроксильною групою. Залежно від природи спирту та умов проведення реакції можуть утворюватись різні продукти. Так, первинні спирти окислюються спочатку в альдегіди, а потім у карбонові кислоти:

При окисненні вторинних спиртів утворюються кетони:

Третичні спирти досить стійкі до окиснення. Однак у жорстких умовах (сильний окислювач, висока температура) можливе окислення третинних спиртів, що відбувається з розривом вуглець-вуглецевих зв'язків, найближчих до гідроксильної групи.

7. Дегідрування спиртів.При пропущенні пар спирту при $200-300°С$ над металевим каталізатором, наприклад міддю, сріблом або платиною, первинні спирти перетворюються на альдегіди, а вторинні - на кетони:

Присутністю в молекулі спирту одночасно кількох гідроксильних груп зумовлені специфічні властивості багатоатомних спиртів , які здатні утворювати розчинні у воді яскраво-сині комплексні сполуки при взаємодії зі свіжоотриманим осадом міді гідроксиду (II). Для етиленгліколю можна записати:

Одноатомні спирти не здатні вступати до цієї реакції. Тому вона є якісною реакцією на багатоатомні спирти.

Фенол

Будова фенолів

Гідроксильна група в молекулах органічних сполук може бути пов'язана з ароматичним ядром безпосередньо, а може бути відокремлена від нього одним або декількома атомами вуглецю. Очікується, що залежно від цієї властивості, речовини істотно відрізнятимуться один від одного через взаємний вплив груп атомів. Органічні сполуки, що містять ароматичний радикал феніл $С_6Н_5$—, безпосередньо пов'язаний з гідроксильною групою, виявляють особливі властивості, відмінні від властивостей спиртів Такі сполуки називають фенолами.

Феноли - органічні речовини, молекули яких містять радикал феніл, пов'язаний з однією або декількома гідроксогруп.

Як і спирти, феноли класифікують по атомності, тобто. за кількістю гідроксильних груп.

Одноатомні фенолимістять у молекулі одну гідроксильну групу:

Багатоатомні фенолимістять у молекулах більше однієї гідроксильної групи:

Існують інші багатоатомні феноли, що містять три і більше гідроксильні групи в бензольному кільці.

Познайомимося докладніше з будовою та властивостями найпростішого представника цього класу – фенолом $С_6Н_5ОН$. Назва цієї речовини лягла в основу назви всього класу - феноли.

Фізичні та хімічні властивості

Фізичні властивості.

Фенол - тверде, безбарвне, кристалічна речовина$t°_(пл.)=43°С, t°_(кип.)=181°С$, з різким характерним запахом. Отруйний. Фенол за кімнатної температури незначно розчиняється у воді. Водний розчин фенолу називають карболової кислоти. При попаданні на шкіру він спричиняє опіки, тому з фенолом необхідно поводитися обережно!

Хімічні властивості.

Кислотні властивості.Як було зазначено, атом водню гідроксильної групи має кислотним характером. Кислотні властивості у фенолу виражені сильніше, ніж у води та спиртів. На відміну від спиртів та води, фенол реагує не тільки з лужними металами, а й з лугами з утворенням фенолятів:

Однак кислотні властивості у фенолів виражені слабше, ніж у неорганічних та карбонових кислот. Так, наприклад, кислотні властивості фенолу приблизно в $3000$ разів слабші, ніж у вугільної кислоти. Тому, пропускаючи через водний розчин натрію феноляту вуглекислий газ, можна виділити вільний фенол:

Додавання до водного розчину феноляту натрію соляної або сірчаної кислоти також призводить до утворення фенолу:

Якісна реакція на фенол.

Фенол реагує з хлоридом заліза (III) з утворенням інтенсивно забарвленого в Фіолетовий коліркомплексного з'єднання.

Ця реакція дозволяє виявляти його навіть у дуже обмежених кількостях. Інші феноли, що містять одну або кілька гідроксильних груп у бензольному кільці, також дають яскраве фарбування синьо-фіолетових відтінків реакції з хлоридом заліза (III).

Реакції бензольного кільця

Наявність гідроксильного заступника значно полегшує перебіг реакцій електрофільного заміщення у бензольному кільці.

1. Бромування фенолу.На відміну від бензолу для бромування фенолу не потрібно додавання каталізатора (броміду заліза (III)).

Крім того, взаємодія з фенолом протікає селективно (виборчо): атоми брому спрямовуються в орто-і параположения, заміщаючи атоми водню, що знаходяться там. Селективність заміщення пояснюється розглянутими особливостями електронної будови молекули фенолу.

Так, при взаємодії фенолу з бромною водоюутворюється білий осад 2,4,6-трибромфенолу:

Ця реакція, як і, як і з хлоридом заліза (III), служить якісного виявлення фенолу.

2. Нітрування фенолутакож відбувається легше, ніж нітрування бензолу. Реакція з розведеною азотною кислотою йде за кімнатної температури. В результаті утворюється суміш орто-і пара-ізомерів нітрофенолу:

При використанні концентрованої азотної кислоти утворюється вибухова речовина. 2,4,6-тринітрофенол(пікринова кислота):

3. Гідрування ароматичного ядра фенолуу присутності каталізатора відбувається легко:

4.Поліконденсація фенолу з альдегідами, зокрема з формальдегідом, відбувається з утворенням продуктів реакції - фенолформальдегідних смол та твердих полімерів.

Взаємодія фенолу з формальдегідом можна описати схемою:

Ви, напевно, помітили, що в молекулі димера зберігаються «рухливі» атоми водню, а значить, можливе подальше продовження реакції при достатню кількістьреагентів:

Реакція поліконденсації,тобто. реакція отримання полімеру, що протікає з виділенням побічного низькомолекулярного продукту (води), може продовжуватися і далі (до витрачання одного з реагентів) з утворенням величезних макромолекул. Процес можна описати сумарним рівнянням:

Утворення лінійних молекул відбувається за нормальної температури. Проведення цієї реакції при нагріванні призводить до того, що утворюється продукт має розгалужену будову, він твердий і нерозчинний у воді. Внаслідок нагрівання фенолформальдегідної смоли лінійної будови з надлишком альдегіду виходять тверді пластичні маси з унікальними властивостями. Полімери на основі фенолформальдегідних смол застосовують для виготовлення лаків і фарб, пластмасових виробів, стійких до нагрівання, охолодження, дії води, лугів та кислот, що мають високі діелектричні властивості. З полімерів на основі фенолформальдегідних смол виготовляють найбільш відповідальні та важливі деталіелектроприладів, корпуси силових агрегатів та деталі машин, полімерну основу друкарських плат для радіоприладів. Клеї на основі фенолформальдегідних смол здатні надійно з'єднувати деталі різної природи, зберігаючи найвищу міцність з'єднання в дуже широкому діапазоні температур. Такий клей використовується для кріплення металевого цоколя ламп освітлення до скляної колби. Тепер вам зрозуміло, чому фенол та продукти на його основі знаходять широке застосування.

Характерні хімічні властивості альдегідів, граничних карбонових кислот, складних ефірів

Альдегіди та кетони

Альдегіди – органічні речовини, молекули яких містять карбонільну групу. , сполучену з атомом водню та вуглеводневим радикалом

Загальна формула альдегідів має вигляд:

У найпростішому альдегіді - формальдегіді - роль вуглеводневого радикалу відіграє другий атом водню:

Карбонільну групу, пов'язану з атомом водню, називають альдегідної:

Органічні речовини, у молекулах яких карбонільна група пов'язана з двома вуглеводневими радикалами, називають кетонами.

Очевидно, загальна формулакетонів має вигляд:

Карбонільну групу кетонів називають кетогрупою.

У найпростішому кетоні - ацетоні - карбонільна група пов'язана з двома метильними радикалами:

Номенклатура та ізомерія

Залежно від будови вуглеводневого радикалу, пов'язаного з альдегідною групою, розрізняють граничні, ненасичені, ароматичні, гетероциклічні та інші альдегіди:

Відповідно до номенклатури ІЮПАК назви граничних альдегідівутворюються від назви алкану з тим самим числом атомів вуглецю в молекулі за допомогою суфікса -аль.Наприклад:

Нумерацію атомів вуглецю головного ланцюга починають із атома вуглецю альдегідної групи. Тому альдегідна група завжди розташовується при першому атомі вуглецю, і вказувати її положення немає необхідності.

Поряд із систематичною номенклатурою використовують і тривіальні назви альдегідів, що широко застосовуються. Ці назви, як правило, утворені від назв карбонових кислот, що відповідають альдегідам.

Для назви кетонів за систематичною номенклатурою кетогрупу позначають суфіксом -вінта цифрою, яка вказує номер атома вуглецю карбонільної групи (нумерацію слід починати від найближчого до кетогрупи кінця ланцюга). Наприклад:

Для альдегідів характерний лише один вид структурної ізомерії- ізомерія вуглецевого скелета, яка можлива з бутаналю, а для кетонів - також ізомерія положення карбонільної групи. Крім цього, для них характерна і міжкласова ізомерія (пропаналь та пропанон).

Тривіальні назви та температури кипіння деяких альдегідів.

Фізичні та хімічні властивості

Фізичні властивості.

У молекулі альдегіду або кетону внаслідок більшої електронегативності атома кисню порівняно з вуглецевим атомом зв'язок $С=О$ сильно поляризований за рахунок усунення електронної щільності $π$-зв'язку до кисню:

Альдегіди та кетони - полярні речовини з надмірною електронною щільністю на атомі кисню. Нижчі члени ряду альдегідів та кетонів (формальдегід, оцтовий альдегід, ацетон) розчиняються у воді необмежено. Їхні температури кипіння нижче, ніж у відповідних спиртів. Це з тим, що у молекулах альдегідів і кетонів, на відміну спиртів, немає рухливих атомів водню і де вони утворюють асоціатів з допомогою водневих зв'язків. Нижчі альдегіди мають різкий запах; у альдегідів, що містять від чотирьох до шести атомів вуглецю в ланцюзі, неприємний запах; вищі альдегіди і кетони мають квіткові запахи і застосовуються в парфумерії.

Хімічні властивості

Наявність альдегідної групи у молекулі визначає характерні властивостіальдегідів.

Реакція відновлення.

Приєднання воднюдо молекул альдегідів відбувається по подвійному зв'язку в карбонільній групі:

Продуктом гідрування альдегідів є первинні спирти, кетонів – вторинні спирти.

Так, при гідруванні оцтового альдегіду на нікелевому каталізаторі утворюється етиловий спирт, при гідруванні ацетону - пропанол-2:

Гідрування альдегідів реакція відновлення, при якій знижується ступінь окислення атома вуглецю, що входить до карбонільної групи.

Реакція окислення.

Альдегіди здатні не тільки відновлюватися, а й окислюватися.При окисненні альдегіди утворюють карбонові кислоти. Схематично цей процес можна так:

З пропіонового альдегіду (пропаналю), наприклад, утворюється пропіонова кислота:

Альдегіди окислюються навіть киснем повітря і такими слабкими окислювачами, як аміачний розчиноксиду срібла. У спрощеному вигляді цей процес можна виразити рівнянням реакції:

Наприклад:

Більше точно цей процес відображають рівняння:

Якщо поверхня судини, в якій проводиться реакція, була попередньо знежирена, то срібло, що утворюється в ході реакції, покриває її рівною тонкою плівкою. Тому цю реакцію називають реакцією «срібного дзеркала». Її широко використовують для виготовлення дзеркал, сріблення прикрас та ялинкових іграшок.

Окислювачем альдегідів може виступати і свіжоосаджений гідроксид міді (II). Окислюючи альдегід, $Cu^(2+)$ відновлюється до $Cu^+$. гідроксид міді (I) $CuOH$, що утворюється в ході реакції, відразу розкладається на оксид міді (I) червоного кольору і воду:

Ця реакція, як і реакція «срібного дзеркала», використовується виявлення альдегідів.

Кетони не окислюються ні киснем повітря, ні таким слабким окислювачем, як розчин аміаку оксиду срібла.

Окремі представники альдегідів та їх значення

Формальдегід(метаналь, мурашиний альдегід$HCHO$ ) - Безбарвний газ з різким запахом і температурою кипіння $-21С, добре розчинний у воді. Формальдегід отруйний! Розчин формальдегіду у воді ($40%) називають формаліном і застосовують для дезінфекції. У сільському господарствіформалін використовують для протруювання насіння, в шкіряній промисловості - для обробки шкір. Формальдегід використовують для отримання уротропіну – лікарської речовини. Іноді спресований у вигляді брикетів уротропін застосовують як паливо (сухий спирт). Велика кількістьформальдегіду витрачається при отриманні фенолформальдегідних смол та деяких інших речовин.

Оцтовий альдегід (Етаналь, ацетальдегід$CH_3CHO$ ) - Рідина з різким неприємним запахомі температурою кипіння $21°С$, добре розчинний у воді. З оцтового альдегіду в промислових масштабах одержують оцтову кислоту та ряд інших речовин, він використовується для виробництва різних пластмас та ацетатного волокна. Оцтовий альдегід отруйний!

Карбонові кислоти

Речовини, що містять у молекулі одну або декілька карбоксильних груп, називаються карбоновими кислотами.

Група атомів називається карбоксильною групою , або карбоксилом.

Органічні кислоти, що містять у молекулі одну карбоксильну групу, є одноосновними.

Загальна формула цих кислот $RCOOH$, наприклад:

Карбонові кислоти, що містять дві карбоксильні групи, називаються двоосновними.До них відносяться, наприклад, щавлева та янтарна кислоти:

Існують і багатоосновнікарбонові кислоти, що містять більше двох карбоксильних груп. До них відноситься, наприклад, триосновна лимонна кислота:

Залежно від природи вуглеводневого радикалу карбонові кислоти діляться на граничні, ненасичені, ароматичні.

Граничними або насиченими карбоновими кислотами є, наприклад, пропанова (пропіонова) кислота:

або вже знайома нам янтарна кислота.

Очевидно, що граничні карбонові кислоти не містять $π$-зв'язків у вуглеводневому радикалі. У молекулах ненасичених карбонових кислот карбоксильна група пов'язана з ненасиченим, ненасиченим вуглеводневим радикалом, наприклад, в молекулах акрилової (пропенової) $СН_2=СН-СООН$ або олеїнової $СН_3-(СН_2)_7-СН=СН-(СН_2) $ та інших кислот.

Як видно з формули бензойної кислоти, вона є ароматичною, оскільки містить в молекулі ароматичну (бензольну) кільце:

Номенклатура та ізомерія

Загальні засади освіти назв карбонових кислот, як та інших органічних сполук, вже розглядалися. Зупинимося докладніше на номенклатурі одно- та двоосновних карбонових кислот. Назва карбонової кислоти утворюється від назви відповідного алкану (алкану з тим самим числом атомів вуглецю в молекулі) з додаванням суфікса -ів-, закінчення -а ята слова кислота. Нумерація атомів вуглецю починається з карбоксильної групи. Наприклад:

Кількість карбоксильних груп вказується у назві префіксами ді-, три-, тетра-:

Багато кислот мають і історично сформовані, чи тривіальні, назви.

Назви карбонових кислот.

Після знайомства з різноманітним і цікавим світоморганічних кислот розглянемо докладніше граничні одноосновні карбонові кислоти.

Зрозуміло, що склад цих кислот виражається загальною формулою $С_nН_(2n)О_2$, або $С_nН_(2n+1)СООН$, або $RCOOH$.

Фізичні та хімічні властивості

Фізичні властивості.

Нижчі кислоти, тобто. кислоти з відносно невеликою молекулярною масою, що містять у молекулі до чотирьох атомів вуглецю, — рідини з характерним різким запахом (згадайте запах оцтової кислоти). Кислоти, що містять від $4$ до $9$ атомів вуглецю, - в'язкі маслянисті рідини з неприємним запахом; що містять більше $9$ атомів вуглецю в молекулі - тверді речовини, що не розчиняються у воді. Температури кипіння граничних одноосновних карбонових кислот збільшуються із зростанням числа атомів вуглецю в молекулі і, отже, із зростанням відносної молекулярної маси. Приміром, температура кипіння мурашиної кислоти дорівнює $100,8°С$, оцтової — $118°С$, пропіонової — $141°С$.

Найпростіша карбонова кислота - мурашина $НСООН$, маючи невелику відносну молекулярну масу $(M_r(HCOOH)=46)$, за звичайних умов є рідиною з температурою кипіння $100,8°С$. У той самий час бутан $(M_r(C_4H_(10))=58)$ у тих самих умовах газоподібний і має температуру кипіння $-0,5°С$. Це невідповідність температур кипіння та відносних молекулярних маспояснюється утворенням димерів карбонових кислот, у яких дві молекули кислоти пов'язані двома водневими зв'язками:

Виникнення водневих зв'язків стає зрозумілим під час розгляду будови молекул карбонових кислот.

Молекули граничних одноосновних карбонових кислот містять полярну групу атомів - карбоксил та практично неполярний вуглеводневий радикал. Карбоксильна група притягується молекулами води, утворюючи з ними водневі зв'язки:

Мурашина та оцтова кислоти розчиняються у воді необмежено. Очевидно, що зі збільшенням числа атомів у вуглеводневому радикалі розчинність карбонових кислот знижується.

Хімічні властивості.

Загальні властивості, характерні для класу кислот (як органічних, так і неорганічних), обумовлені наявністю в молекулах гідроксильної групи, що містить сильний полярний зв'язок між атомами водню та кисню. Розглянемо ці властивості з прикладу розчинних у питній воді органічних кислот.

1. Дисоціаціяз утворенням катіонів водню та аніонів кислотного залишку:

$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$

Більш точно цей процес описує рівняння, що враховує участь у ньому молекул води:

$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$

Рівновагу дисоціації карбонових кислот зміщено вліво; переважна більшість їх слабкі електроліти. Тим не менш, кислий смак, наприклад, оцтової та мурашиної кислот пояснюється дисоціацією на катіони водню та аніони кислотних залишків.

Вочевидь, що у молекулах карбонових кислот «кислого» водню, тобто. водню карбоксильної групи, обумовлені та інші характерні властивості.

2. Взаємодія з металами, що стоять в електрохімічному рядунапруги до водню: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$

Так, залізо відновлює водень з оцтової кислоти:

$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$

3. Взаємодія з основними оксидами з утворенням солі та води:

$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$

4. Взаємодія з гідроксидами металівз утворенням солі та води (реакція нейтралізації):

$R-COOH+NaOH→R-COONa+H_2O$,

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

5. Взаємодія з солями слабших кислотз освітою останніх. Так, оцтова кислота витісняє стеаринову з натрію стеарату і вугільну з карбонату калію:

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

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

6. Взаємодія карбонових кислот із спиртамиз утворенням складних ефірів - реакція етерифікації (одна з найважливіших реакцій, характерних для карбонових кислот):

Взаємодія карбонових кислот із спиртами каталізується катіонами водню.

Реакція етерифікації оборотна. Рівнавага зміщується у бік утворення складного ефіру в присутності водовіднімних засобів та при видаленні ефіру з реакційної суміші.

У реакції, зворотній етерифікації, яка називається гідролізом складного ефіру (взаємодія складного ефіру з водою), утворюються кислота та спирт:

Вочевидь, що реагувати з карбоновими кислотами, тобто. вступати в реакцію етерифікації можуть і багатоатомні спирти, наприклад гліцерин:

Усі карбонові кислоти (крім мурашиної) поряд з карбоксильною групою містять у молекулах вуглеводневий залишок. Безумовно, це може не позначитися на властивостях кислот, які визначаються характером вуглеводневого залишку.

7. Реакції приєднання щодо кратного зв'язку- У них вступають ненасичені карбонові кислоти. Наприклад, реакція приєднання водню. гідрування. Для кислоти, що містить у радикалі один $π$-зв'язок, можна записати рівняння у загальному вигляді:

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

Так, при гідруванні олеїнової кислоти утворюється гранична стеаринова кислота:

$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"олеїнова кислота")(→)↖(каталізатор)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"стеаринова кислота") $

Ненасичені карбонові кислоти, як і інші ненасичені сполуки, приєднують галогени по подвійному зв'язку. Так наприклад, акрилова кислотазнебарвлює бромну воду:

$(CH_2=CH-COOH+Br_2)↙(\text"акрилова(пропінова)кислота")→(CH_2Br-CHBr-COOH)↙(\text"2,3-дибромпропанова кислота").$

8. Реакції заміщення (з галогенами)- У них здатні вступати граничні карбонові кислоти. Наприклад, при взаємодії оцтової кислоти з хлором можуть бути отримані різні хлорпохідні кислоти:

$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(Р(червоний))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"хлороцтова кислота")$,

$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(Р(червоний))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"дихлороцтова кислота")$,

$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(Р(червоний))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"трихлороцтова кислота")$

Окремі представники карбонових кислот та їх значення

Мурашина(Метанова) кислотаХЦОГО- Рідина з різким запахом і температурою кипіння $ 100.8 ° С $, добре розчинна у воді. Мурашина кислота отруйна, при попаданні на шкіру викликає опіки!Жалюча рідина, що виділяється мурахами, містить цю кислоту. Мурашина кислота має дезінфікуючу властивість і тому знаходить своє застосування в харчовій, шкіряній та фармацевтичної промисловості, медицини. Вона використовується при фарбуванні тканин та паперу.

Оцтова (Етанова)кислота $CH_3COOH$ - безбарвна рідина з характерним різким запахом, змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. Водні розчини оцтової кислоти надходять у продаж під назвою оцту ($3-5%$-ний розчин) та оцтової есенції ($70-80%$-ний розчин) і широко використовуються в харчовій промисловості. Оцтова кислота - добрий розчинник багатьох органічних речовин і тому використовується при фарбуванні, у шкіряному виробництві, в лакофарбовій промисловості. Крім цього, оцтова кислота є сировиною для отримання багатьох важливих у технічному відношенні органічних сполук: наприклад, на її основі одержують речовини, що використовуються для боротьби з бур'янами, – гербіциди.

Оцтова кислота є основним компонентом винного оцту,характерний запах якого обумовлений саме нею. Вона продукт окислення етанолу і утворюється з нього при зберіганні вина на повітрі.

Найважливішими представниками вищих граничних одноосновних кислот є пальмітинова$C_(15)H_(31)COOH$ та стеаринова$C_(17)H_(35)COOH$ кислоти. На відміну від нижчих кислот ці речовини тверді, погано розчинні у воді.

Однак їх солі - стеарати і пальмітати - добре розчинні і мають миючу дію, тому їх ще називають милами. Зрозуміло, що ці речовини виробляють великих масштабах. З ненасичених вищих карбонових кислот найбільше значеннямає олеїнова кислота$C_(17)H_(33)COOH$, або $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. Це маслоподібна рідина без смаку та запаху. Широке застосуванняу техніці знаходять її солі.

Найпростішим представником двоосновних карбонових кислот є щавлева (етандіова) кислота$HOOC—COOH$, солі якої зустрічаються в багатьох рослинах, наприклад, у щавлі та кислиці. Щавлева кислота - це безбарвна кристалічна речовина, що добре розчиняється у воді. Вона застосовується при поліруванні металів, в деревообробній та шкіряній промисловості.

Складні ефіри

При взаємодії карбонових кислот із спиртами (реакція етерифікації) утворюються складні ефіри:

Ця реакція оборотна. Продукти реакції можуть взаємодіяти один з одним із утворенням вихідних речовин- спирту та кислоти. Таким чином, реакція складних ефірів з водою - гідроліз складного ефіру - обернена реакції етерифікації. Хімічна рівновага, що встановлюється при рівності швидкостей прямої (етерифікація) та зворотної (гідроліз) реакцій, може бути зміщено у бік утворення ефіру присутністю водовіднімних засобів.

Жири— похідні сполуки, які є складними ефірами гліцерину та вищих карбонових кислот.

Всі жири, як і інші складні ефіри, піддаються гідролізу:

При проведенні гідролізу жиру в лужному середовищі $(NaOH)$ та у присутності кальцинованої соди $Na_2CO_3$ він протікає незворотно і призводить до утворення не карбонових кислот, а їх солей, які називаються милами.Тому гідроліз жирів у лужному середовищі називаються омиленням.

Спирти– похідні вуглеводнів, що містять функціональну групу ВІН(гідроксил). Спирти, в яких є одна група ВІН, називаються одноатомними,а спирти з кількома групами ВІН - багатоатомними.

Назви деяких поширених спиртів наведено у табл. 9.

За будовою розрізняють спирти первинні, вторинніі третинні,залежно від того, при якому атомі вуглецю (первинному, вторинному або третинному) знаходиться група ВІН:

Одноатомні спирти - безбарвні рідини (до Cl 2 Н 25 ОН), розчинні у воді. Найпростіший спирт - метанолСН 3 ВІН надзвичайно отруйний. Зі збільшенням молярної маситемпература кипіння спиртів підвищується.

Молекули рідких одноатомних спиртів ROH асоційовані за рахунок водневих зв'язків:

(Ці зв'язки аналогічні водневим зв'язкам у чистій воді).

При розчиненні у воді молекули ROH утворюють водневі зв'язки з молекулами води:

Водні розчини спиртів ROH мають нейтральне середовище; іншими словами, спирти практично не дисоціюють у водному розчині ні за кислотним, ні за основним типом.

Хімічні властивості одноатомних спиртів обумовлені присутністю у них функціональної групи ОН.

Водень групи ВІН у спиртах може заміщатися на метал:

Етанолати та похідні інших спиртів (алкоголяти)легко гідролізуються:

Групу ВІН у спиртах можна замістити на Cl або Br:

При дії на спирти водовіднімних засобів, наприклад концентрованої H 2 SO 4 відбувається міжмолекулярна дегідратація:

Продукт реакції - діетиловий ефір (З 2 Н 5) 2 O – відноситься до класу простих ефірів.

У жорсткіших умовах дегідратація стає внутрішньомолекулярноїі утворюється відповідний алкен:

Багатоатомні спиртирозглянемо на прикладі найпростіших представників двох-і триатомних спиртів:

При кімнатній температурі вони безбарвні в'язкі рідини з температурами кипіння 198 і 290 ° C відповідно, необмежено змішуються з водою. Етиленгліколь отруйний.

Хімічні властивості багатоатомних спиртів подібні до властивостей спиртів ROH. Так, в етиленгліколі одну або дві групи ВІН можна замістити на галоген:

Кислотні властивості багатоатомних спиртів проявляються в тому, що (на відміну від одноатомних спиртів) водень групи ВІН заміщається на метал під дією не тільки металів, але і гідроксидів металів:

(Стрілками у формулі гліколяту міді показано утворення ковалентних зв'язківмідь – кисень за донорно-акцепторним механізмом).

Аналогічно реагує з гідроксидом міді (II) гліцерин:

Гліколят і гліцерат міді (II), що мають яскраво-синє забарвлення, дозволяють якісно. виявлятибагатоатомні спирти.

Отриманняодноатомних спиртів у промисловості– гідратація алкенів у присутності каталізаторів (H 2 SO 4 , Al 2 O 3), причому приєднання води до несиметричних алкенів відбувається за правилом Марковникова:

(Спосіб отримання вторинного спирту), або приєднання до алкенів СО і Н 2 у присутності кобальтового каталізатора (процес називається гідрофоржилювання):

(спосіб отримання первинного спирту).

У лабораторії(а іноді і в промисловості) спирти отримують взаємодією галогенпохідних вуглеводнів з водою або водним розчином лугу при нагріванні:

Етанол З 2 Н 5 ВІН утворюється також при спиртовому бродінніцукристих речовин, наприклад, глюкози:

Етиленгліколь отримують у двостадійному процесі:

а) окислення етилену:

б) гідратація етиленоксиду:

Гліцерин раніше отримували омилення жирів (див. 20.3), сучасний тристадійний спосіб - поступове окиснення пропену (наведена лише схема процесу):

Спирти використовують як сировину в органічному синтезі, як розчинники (для лаків, фарб тощо), а також у паперовій, поліграфічній, парфумерній, фармакологічній та харчовій промисловості.

Прості ефіри– клас органічних сполук, що містять містковий атом кисню – О– між двома вуглеводневими радикалами: R – О-R”. Найвідоміший і широко застосовуваний простий ефір – діетиловий ефірЗ 2 Н 5 -О - З 2 Н 5 . Безбарвна, легкорухлива рідина з характерним (ефірним) запахом, в лабораторній практиці його називають просто ефіром. Майже не поєднується з водою, t кип = 34,51 °C. Пара ефіру спалахує на повітрі. Отримують діетиловий ефір при міжмолекулярній дегідратації етанолу (див. вище), основне застосування – розчинник.

Феноли- Це спирти, в яких група ВІН безпосередньо пов'язана з бензольним кільцем. Найпростіший представник - фенолЗ 6 Н 5 -ОН. Білі (рожевіють на світлі) кристали з сильним запахом, t пл = 41 °C. Викликає опіки шкіри, отруйна.

Для фенолу характерна значно більша кислотність, ніж ациклічних спиртів. Внаслідок цього фенол у водному розчині легко реагує з гідроксидом натрію:

Звідси тривіальна назвафенолу - карбонова кислота.

Зазначимо, що група ВІН у фенолі ніколи не заміщається на жодні інші групи або атоми, але робить більш рухливимиатоми водню бензольного кільця. Так, фенол легко реагує з бромом у воді та азотною кислотою, утворюючи відповідно 2,4,6-трибромфенол (I) та 2,4,6-тринітрофенол (II,традиційна назва - пікринова кислота):

Фенол у промисловостіодержують нагріванням хлорбензолу з розчином гідроксиду натрію під тиском при 250 °C:

Фенол застосовують як сировину для виробництва пластмас і смол, напівпродуктів для лакофарбової та фармацевтичної промисловості, як дезінфікуючий засіб.

Альдегіди та кетони- це похідні вуглеводнів, що містять функціональну карбонільну групу СО. В альдегідах карбонільна група пов'язана з атомом водню та одним радикалом, а в кетонах з двома радикалами.

Загальні формули:

Назви поширених речовин цих класів наведено у табл. 10.

Метаналь - безбарвний газ з різким запахом, що задушує, добре розчинний у воді (традиційна назва 40%-ного розчину- формалін),отруйний. Наступні члени гомологічного ряду альдегідів – рідини та тверді речовини.

Найпростіший кетон – пропанон-2, більш відомий під назвою ацетон,при кімнатній температурі – безбарвна рідина із фруктовим запахом, t кип = 56,24 °C. Добре поєднується з водою.

Хімічні властивості альдегідів та кетонів обумовлені присутністю в них карбонільної групи СО; вони легко вступають у реакції приєднання, окислення та конденсації.

В результаті приєднанняводню до альдегідамутворюються первинні спирти:

При відновленні воднем кетонівутворюються вторинні спирти:

Реакція приєднаннягідросульфіту натрію використовується для виділення та очищення альдегідів, так як продукт реакції малорозчинний у воді:

(Дією розведених кислот такі продукти перетворюються на альдегіди).

Окисленняальдегідів легко проходить під дією кисню повітря (продукти – відповідні карбонові кислоти). Кетони порівняно стійкі до окиснення.

Альдегіди здатні брати участь у реакціях конденсації. Так, конденсація формальдегіду з фенолом протікає у дві стадії. Спочатку утворюється проміжний продукт, що є фенолом та спиртом одночасно:

Потім проміжний продукт реагує з іншою молекулою фенолу, і в результаті виходить продукт поліконденсації -фенолформальдегідна смола:

Якісна реакціяна альдегідну групу – реакція «срібного дзеркала», тобто окислення групи С(Н)O за допомогою оксиду срібла (I) у присутності гідрату аміаку:

Аналогічно протікає реакція з Cu(ОН) 2 при нагріванні з'являється червоний осад оксиду міді (I) Cu 2 O.

Отримання: загальний спосіб для альдегідів та кетонів – дегідрування(Окислення) спиртів. При дегідруванні первиннихспиртів отримують альдегіди, а при дегідруванні вторинних спиртів – кетони. Зазвичай дегідрування протікає при нагріванні (300 °C) над дрібнороздробленою міддю:

При окисненні первинних спиртів сильнимиокислювачами (перманганат калію, дихромат калію у кислотному середовищі) процес важко зупинити на стадії одержання альдегідів; альдегіди легко окислюються до відповідних кислот:

Найбільш відповідним окислювачем є оксид міді (II):

Ацетальдегід в промисловостіодержують за реакцією Кучерова (див. 19.3).

Найбільше застосування з альдегідів мають метаналь та етаналь. Метанальвикористовують для виробництва пластмас (фенопластів), вибухових речовин, лаки, фарби, ліки. Етаналь– найважливіший напівпродукт при синтезі оцтової кислоти та бутадієну (виробництво синтетичного каучуку). Найпростіший кетон – ацетон використовують як розчинник різних лаків, ацетатів целюлози, у виробництві кінофотоплівки та вибухових речовин.

Карбонові кислоти - це похідні вуглеводнів, що містять функціональну групу СООН ( карбоксил).

Формулиі назвидеяких поширених карбонових кислот наведено у табл. 11.

Традиційні назви кислот НСООН ( мурашина),СН 3 СООН (оцтова),З 6 Н 5 СООН (бензойна)та (СООН) 2 (щавлева)рекомендується використовувати замість їх систематичних назв.

Формулиі назвикислотних залишків наведено у табл. 12.

Для складання назв солей цих карбонових кислот (а також їх складних ефірів, див нижче) зазвичай використовуються традиційні назви, наприклад:

Нижчі карбонові кислоти – безбарвні рідини із різким запахом. У разі збільшення молярної маси температура кипіння зростає.

Карбонові кислоти виявлені в природі:

Найпростіші карбонові кислоти розчиняються у воді, оборотно дисоціюють у водному розчині з утворенням катіонів водню:

і виявляють загальні властивостікислот:

Важливе практичне значеннямає взаємодію карбонових кислот зі спиртами (докладніше див. нижче):

Зазначимо, що кислота НСООН входить у реакцію «срібного дзеркала» як альдегіди:

і розкладається під дією водовіднімних реактивів:

Отримання:

Окислення альдегідів:

Окислення вуглеводнів:

Крім того, мурашину кислоту одержують за схемою:

а оцтову кислоту – за реакцією:

Застосовують мурашину кислотуяк протраву під час фарбування вовни, консервант фруктових соків, відбілювач, дезінфекційний препарат. Оцтову кислотувикористовують як сировину у промисловому синтезі барвників, медикаментів, ацетатного волокна, негорючої кіноплівки, органічного скла. Натрієві та калієві солі вищих карбонових кислот – основні компоненти мила.

Складні ефіри– продукти обмінної взаємодії карбонових кислот із спиртами. Ця взаємодія називається реакцією етерифікації:

Механізм реакції етерифікації встановлено при використанні спирту, міченого ізотопом 18 O; цей кисень після реакції опинився у складі ефіру(а не води):

Отже, на відміну реакції нейтралізації неорганічної кислотилугом (Н + + ОН - = Н 2 O), у реакції етерифікації карбонова кислота завжди віддає групу ВІН, спирт - атом Н(Утворюється вода). Реакція етерифікації оборотна; вона краще протікає в кислотноїсередовищі, зворотна реакція ( гідроліз, омилення)– у лужному середовищі.

Формулиі назвипоширених складних ефірів наведено у табл. 13.

Серед складних ефірів є безбарвні низькокиплячі горючі рідини з фруктовим запахом, наприклад:

Використовуються складні ефіри як розчинники для лаків, фарб та нітратів целюлози, носії фруктових ароматів у харчовій промисловості.

Складні ефіри триатомного спирту – гліцерину та вищих карбонових кислот (загалом RCOOH), наприклад з формулами та назвами:

носять назви жирів.Прикладом жиру буде змішаний складний ефір гліцерину та цих кислот:

Чим вищий вміст залишків олеїнової кислоти (або інших ненасичених кислот), тим нижча температура плавлення жиру. Рідкі за кімнатної температури жири називаються оліями.Шляхом гідрогенізації, тобто приєднання водню по подвійному зв'язку, олії перетворюють на тверді жири (наприклад, рослинна олія- В маргарин). Реакція етерифікації (утворення жиру) оборотна:

Пряма реакція краще йдев кислотноїсередовищі, зворотна реакція – гідроліз, або омилення, жиру – в лужнийсередовищі; при травленні жир омиляється (розщеплюється) за допомогою ферментів.

Вуглеводи (цукру) – найважливіші природні сполуки, що складаються з вуглецю, водню та кисню. Вуглеводи поділяються на моносахариди, дисахариди та полісахариди. Моносахариди не піддаються гідролізу, інші ж вуглеводи при кип'ятінні в присутності кислот розщеплюються до моносахаридів.

Моносахариди(і всі інші вуглеводи) відносяться до поліфункціональних сполук. У молекулі моносахариду є функціональні групи різних типів: групи ВІН(спиртова функція) та групи СО(Альдегідна або кетонна функція). Тому розрізняють альдози(альдегідоспирти, спиртоальдегіди) та кетози(Кетоноспирти, спиртокетони).

Найважливіший представник альдоз - глюкоза:

а представник кетоз - фруктоза:

Глюкоза (виноградний цукор)та фруктоза (фруктовий цукор)є структурними ізомерами, їх молекулярна формула 6 Н 12 O 6 .

Глюкозу можна відрізнити від фруктози так само, як будь-який альдегід від кетону, – за реакцією «срібного дзеркала» в аміачному розчині Ag 2 O:

Етерифікація глюкози та фруктози (наприклад, оцтовою кислотою) призводить до утворення складних ефірів по всіх п'яти групах ОН (замінюються ОСОСН 3).

Однак не всі реакції, характерні для альдегідів, протікають із глюкозою; наприклад, не йде реакція приєднання за участю гідросульфіту натрію. Причина в тому, що молекула глюкози може існувати у трьох ізомерних формах, з яких дві форми (? і ?) – циклічні. У розчині всі три форми перебувають у стані рівноваги, причому відкрита (альдегідна) форма, наведена вище, міститься в найменшомукількості:

Циклічні форми глюкози не містять альдегідної групи. Вони відрізняються один від одного лише просторовим розташуванням атома Н і групи ОН у атома вуглецю C 1 (поряд з киснем у циклі):

Дисахаридиутворюються із двох молекул моносахаридів шляхом міжмолекулярної дегідратації. Так, цукроза(звичайний цукор) C 12 Н 22 Про 11 є продуктом з'єднання залишків глюкози та фруктози за рахунок відщеплення води:

При гідролізі в кислотному середовищі сахароза знову перетворюється на моносахариды:

Суміш, що вийшла - інвертний цукор– міститься у меді. При 200 °C сахароза, втрачаючи воду, перетворюється на буру масу (карамель).

Полісахариди – крохмальі целюлоза (клітковина) –продукти поліконденсації (міжмолекулярної дегідратації) відповідно α- та α-форм глюкози, їх загальна формула (С 6 Н 10 О 5) n . Ступінь полімеризації крохмалю становить 1000-6000, а целюлози 10 000-14 000. Целюлоза - найбільш поширена в природі органічна речовина (у деревині масова часткацелюлози сягає 75 %). Крохмаль (легше) і целюлоза (важче) гідролізують (умови: H 2 SO 4 або НCl, > 100 °C); кінцевий продукт – глюкоза.

Велике практичне значення мають складні ефіри целюлози з оцтовою кислотою:

Їх використовують у виробництві штучного ацетатного волокна та кінофотоплівок.

1-2. Для з'єднання з формулою

правильна назва – це

1) 2-метилпропанол-2

2) 2,2-диметилетанол

3) пропілетиловий ефір

4) етилпропіловий ефір

3-4. Для з'єднання з формулою

правильна назва – це

1) 1,1-диметилпропанова кислота

2) 3-метилбутанова кислота

3) 2-метилпропаналь

4) диметилетаналь

5. Правильна назваречовини CH 3 COOCH 2 CH 3 – це

1) метилацетат

2) етилацетат

3) метилформіат

4) етилформіат

6. Водневі зв'язки утворюються між молекулами сполук

3) оцтова кислота

4) ацетальдегід

7. Для складу З 4 Н 8 O 2 назви структурних ізомерів із класу складних ефірів – це

1) пропілформіат

2) діетиловий ефір

3) етилацетат

4) метилпропіонат

8-11. Формула з'єднання з назвою

8. сахароза

9. крохмаль

10. фруктоза

11. клітковина

відповідає складу

1) З 6 Н 12 O 6

2) (З 6 Н 10 Про 5) n

3) Cl 2 Н 22 Про n

12. Для граничних одноатомних спиртів характерні реакції– це

1) гідроліз

2) гідратація

3) етерифікація

4) дегідратація

13. Молекула кінцевого продуктуреакції між фенолом та бромом у воді містить загальне числоатомів всіх елементів, рівне

14-17. У рівнянні реакції

14. окислення етанолу оксидом міді (II)

15. Бромування фенолу

16. міжмолекулярної дегідратації етанолу

17. нітрування фенолу

сума коефіцієнтів дорівнює

18. У реакції етерифікації група ВІН відщеплюється від молекули

2) альдегіду

4) кислоти

19. За допомогою хлорофілу у зеленій рослині утворюються

1) кисень

3) глюкоза

20-21. Хімічні властивості глюкози, характерні для

20. спиртів

21. альдегідів

проявляються у реакції

1) спиртового бродіння

2) "срібного дзеркала"

3) етерифікації

4) нейтралізації

22-24. При нагріванні з водою у присутності H 2 SO 4 вуглеводу

22. крохмаль

23. целюлоза

24. сахароза

після закінчення гідролізу отримують

2) фруктозу

3) глюконову кислоту

4) глюкозу

25. Способи одержання етанолу – це

1) гідратація етену

2) бродіння глюкози

3) відновлення етаналю

4) окислення етаналю

26. Способи отримання етиленгліколю – це

1) окислення етену

2) гідратація етену

3) дія лугу на 1,2-З 2 Н 4 Cl 2

4) гідратація етину

27. Способи отримання мурашиної кислоти – це

1) окислення метану

2) окислення фенолу

3) окислення метанолу

4) реакція СН 3 ВІН із СО

28. Для синтезу оцтової кислоти використовують сполуки

1) З 2 Н 5 ВІН

29. Метанол застосовується у виробництві

1) пластмас

2) каучуків

3) бензинів

4) жирів та олій

30. Для розпізнавання фенолу (у суміші з бутанолом-1) використовують

1) індикатор та розчин лугу

2) бромну воду

3) гідроксид міді (II)

4) аміачний розчин оксиду срібла (I)

31. Для розпізнавання у своїх розчинах гліцерину, оцтової кислоти, ацетальдегіду та глюкози підходить один і той же реактив

3) H 2 SO 4 (конц.)

4) Ag 2 O (у р-рі NH 3)

32. Органічна речовина– продукт гідратації ацетилену, який вступає в реакцію «срібного дзеркала», а при відновленні утворює етанол, – це

1) ацетальдегід

2) оцтова кислота

33. Продукти А, Б, і В у схемі реакцій С 2 + Н 2 O > фотосинтез А > бродіння - СO 2 Б > HCOOH B

– це відповідно

2) глюкоза

3) пропанова кислота

4) етилформіат

34. Фенол братиме участь у процесах:

1) дегідратації

2) бромування

3) ізомеризації

4) нейтралізації

5) нітрування

6) "срібного дзеркала"

35. Можливе перебіг реакцій:

1) твердий жир + водень >...

2) мурашина кислота + формальдегід >…

3) метанол + оксид міді (II) >…

4) сахароза + вода (у конц. H 2 SO 4) >…

5) метаналь + Ag 2 O (у р-рі NH 3) >…

6) етиленгліколь + NaOH (р-р) >…

36. Для промислового синтезу фенолформальдегідної смоли слід взяти набір реагентів

1) З 6 Н 6 НС(Н)O

2) С 6 Н 6 СН 3 С(Н)O

3) З 6 Н 5 ВІН, НС(Н)O

4) З 6 Н 5 ВІН, СН 3 С(Н)O

Феноли

Феноламіназиваються похідні ароматичних вуглеводнів, молекули яких містять одну або кілька гідроксильних груп, безпосередньо з'єднаних із бензольним кільцем.

Найпростіший представник цього класу З 6 Н 5 ВІН - фенол.

Будова фенолу.Одна з двох неподілених електронних пар атома кисню втягується в - електронну системубензольного кільця. Це призводить до двох ефектів: а) збільшується електронна щільність у бензольному кільці, причому максимуми електронної щільності знаходяться в орто –і пара- Положеннях щодо групи ВІН;

б) електронна щільність на атомі кисню навпаки, зменшується, що призводить до послаблення зв'язку О-Н. Перший ефект проявляється в високої активностіфенолу у реакціях електрофільного заміщення, а другий – у підвищеній кислотності фенолу порівняно з граничними спиртами.

Монозаміщені похідні фенолу, наприклад, метилфенол (крезол), можуть існувати у вигляді трьох структурних ізомерів. орто-, мета-, пара-крезолів:

ВІН ВІН

о– крезол м– крезол п– крезол

Отримання. Феноли та крезоли містяться в кам'яновугільній смолі, а також у нафті. Крім того, утворюються при крекінгу нафти.

У промисловостіфенол отримують:

1) з галогенбензолів. При нагріванні хлорбензолу і гідроксиду натрію під тиском одержують фенолят натрію, при подальшій обробці якого кислотою утворюється фенол: 6 Н 5 Сl + 2NaOH → 6 Н 5 ONa + NaCl + H 2 O;

С 6 Н 5 Сl + H 2 SO 4 → С 6 Н 5 OH + NaHSO 4;

2) при каталітичному окисненні ізопропілбензолу (кумолу)киснем повітря, при цьому утворюються фенол та ацетон.

СН 3 ―СН―СН 3 ВІН

Про 2 + СН 3 ―С―СН 3 .

Це основний промисловий спосіб одержання фенолу.

3)фенол отримують з ароматичних сульфокислот. Реакція проводиться при сплавленні сульфокислот із лугами. Спочатку феноксиди, що утворюються, обробляють сильними кислотами для отримання вільних фенолів.

SO 3 H ONa

3NaOH → + Na 2 SO 3 + 2H 2 O.

феноксид натрію

Фізичні властивості. Найпростіші феноли - в'язкі рідини або низькоплавкі тверді речовини з характерним карболовимзапахом. Фенол розчинний у воді (особливо гарячої), інші феноли – мало розчинні. Більшість фенолів – безбарвні речовини, проте при зберіганні на повітрі темніють за рахунок продуктів окиснення.

Хімічні властивості.

1. Кислотністьфенолу вище, ніж у граничних спиртів; він реагує як із лужними металами

2С 6 Н 5 ВІН + 2Na → 2С 6 Н 5 ОNa + Н 2 ,

так і з їх гідроксидами:

З 6 Н 5 ОН + NaОН → З 6 Н 5 ОNa + Н 2 О.

Фенол, однак, є дуже слабкою кислотою. При пропущенні через розчин фенолятів вуглекислого чи сірчистого газів виділяється фенол. Це доводить, що фенол – більше слабка кислотаніж вугільна або сірчиста.

З 6 Н 5 ОNa + СО 2 + Н 2 О → С 6 Н 5 ОН + NaНСО 3 .

2. Утворення складних ефірів. Вони утворюються при дії на фенол хлорангідридів карбонових кислот (а не самих кислот, як у разі спиртів). O

З 6 Н 5 ОН + СН 3 СОСl → C 6 H 5 ―C―CH 3 + HCl.

фенілацетат

3. Освіта простих ефіріввідбувається при взаємодії фенолу із галогеналканами.

С 6 Н 5 ОН + С 2 Н 5 Сl → С 6 Н 5 ―О― С 2 Н 5.

фенілетиловий ефір

5. Реакції електрофільного заміщенняз фенолом протікають значно легше, ніж із ароматичними вуглеводнями. Оскільки ВІН група є орієнтантом I роду, то в молекулі фенолу збільшується реакційна здатність бензольного кільця орто- І пара- Положеннях.

а) Бромування.При дії бромної водина фенол три атоми водню заміщаються на бром і утворюється осад 2, 4, 6 – трибромфенолу: ВІН

ВІН Br Br

3Вr 2 → + 3HBr.

Це якісна реакціяна фенол.

б) нітрування. ВІН

ВІН