Oxigenul conferă substanțelor organice un întreg complex de proprietăți caracteristice.
Oxigenul este divalent, are două perechi de electroni de valență și se caracterizează printr-o electronegativitate ridicată (x = 3,5). Între atomii de carbon și oxigen se formează legături chimice puternice, ceea ce poate fi văzut deja în exemplul moleculelor de CO 2 . O singură legătură C-0 (£ sv \u003d 344 kJ / mol) este aproape la fel de puternică ca o legătură C-C (E ca = 348 kJ/mol), iar legătura dublă C=0 ( E St = 708 kJ/mol) este mult mai puternică decât legătura C=C (E St == 620 kJ/mol). Prin urmare, transformările care conduc la formarea dublelor legături C=0 sunt frecvente în moleculele organice. Din același motiv, acidul carbonic este instabil:
Gruparea hidroxo situată la legătura dublă este transformată într-o grupare hidroxi (vezi mai sus).
Oxigenul va da polaritate moleculelor de substanțe organice. Atracția dintre molecule crește, punctele de topire și de fierbere cresc semnificativ. În condiții normale, printre substanțele care conțin oxigen, gazele foarte macho sunt doar CH 3 OCH 3 eterul, formaldehida CH 2 0 și oxidul de etilenă CH 2 CH 2 0.
Oxigenul promovează formarea legăturilor de hidrogen atât ca donor, cât și ca acceptor de hidrogen. Legăturile de hidrogen sporesc atracția moleculelor, iar în cazul moleculelor suficient de complexe, le conferă o anumită structură spațială. Influența polarității și a legăturilor de hidrogen asupra proprietăților unei substanțe este observată în exemplul unei hidrocarburi, cetone și alcool.
Polaritatea și formarea legăturilor de hidrogen sunt responsabile pentru buna solubilitate a substanțelor organice care conțin oxigen în apă.
Oxigenul conferă proprietăți acide substanțelor organice într-o oarecare măsură. Pe lângă clasa de acizi, ale căror proprietăți sunt evidente din nume, fenolii și alcoolii prezintă proprietăți acide.
O altă proprietate comună a substanțelor care conțin oxigen este oxidabilitatea ușoară a atomului de carbon asociat simultan cu oxigenul și hidrogenul. Acest lucru este evident din următoarele lanțuri de reacții, care se termină atunci când carbohidratul pierde ultimul atom de conductă de apă:
conţine o grupare hidroxi şi este considerat un acid heterofuncţional.
Alcooli și eteri
Denumirea unei întregi clase de substanțe organice alcooli(din latină „spiritus” – spirt) provine de la „principiul activ” al amestecului obținut prin fermentarea sucurilor de fructe și a altor sisteme care conțin zahăr. Acest principiu activ - alcool de vin, etanol C2H5OH, este separat de apă și substanțe dizolvate nevolatile în timpul distilării amestecului. Un alt nume pentru alcool este alcool - origine arabă.
Alcoolii sunt numiți compuși organici în care există o grupare hidroxo asociată cu atomul de carbon $ p 3 al radicalului de hidrocarbură.
Alcoolii pot fi, de asemenea, considerați ca produse de substituție a unui atom de hidrogen în apă cu un radical de hidrocarbură. Alcoolii formează serii omoloage (Tabelul 22.5), diferă prin natura radicalilor și numărul de grupări hidroxo.
Tabelul 22.5
Unele serii omoloage de alcooli
Tlicolii și glicerolii sunt alcooli polifuncționali cu grupări OH la atomi de carbon adiacenți.
Gruparea hidroxo la atomii de carbon nesaturați este instabilă, deoarece se transformă într-o grupare carbonil. Alcoolul vinilic este într-o cantitate nesemnificativă în echilibru cu aldehida:
Există substanțe în care gruparea hidroxo este legată de atomul de carbon n / z al inelului aromatic, dar sunt considerate ca o clasă specială de compuși - fenoli.
În alcooli, este posibilă izomeria scheletului de carbon și poziția grupului funcțional. În alcoolii nesaturați, există și izomerie a poziției legăturii multiple și izomerie spațială. Compușii din clasa eteri sunt izomeri pentru alcooli. Printre alcooli, există soiuri numite primar secundarȘi terţiar alcooli. Acest lucru se datorează naturii atomului de carbon la care se află gruparea funcțională.
Exemplul 22.12. Scrieți formulele pentru alcoolii primari, secundari și terțiari cu patru atomi de carbon.
Soluţie.
Să luăm în considerare mai detaliat seria omoloagă de alcooli saturați. Primii 12 membri ai acestei serii sunt lichide. Metanolul, etanolul și propanolul sunt miscibile cu apa în orice raport datorită asemănării lor structurale cu apa. Mai departe de-a lungul seriei omoloage, solubilitatea alcoolilor scade, deoarece radicalii hidrocarburi mari (din punct de vedere al numărului de atomi) sunt din ce în ce mai îndepărtați din mediul apos, precum hidrocarburile. Această proprietate se numește hidrofobicitate. Spre deosebire de radical, gruparea hidroxo este atrasă de apă, formând o legătură de hidrogen cu apa, adică. spectacole hidrofilitate. Alcoolii mai mari (cinci sau mai mulți atomi de carbon) prezintă această proprietate activitate de suprafață- capacitatea de concentrare la suprafaţa apei datorită expulzării unui radical hidrofob (Fig. 22.3).
Orez. 22.3.
Agenții tensioactivi acoperă picăturile lichide și promovează formarea de emulsii stabile. Aceasta este baza pentru acțiunea detergenților. Activitatea de suprafață poate fi manifestată nu numai de alcooli, ci și de substanțe din alte clase.
Majoritatea alcoolilor solubili în apă sunt otrăvitori. Cele mai puțin otrăvitoare sunt etanolul și glicerina. Dar, după cum știți, etanolul este periculos, deoarece determină o persoană să devină dependentă de utilizarea sa. Cel mai simplu dintre alcooli, metanolul este asemănător ca miros cu etanolul, dar extrem de otrăvitor. Există multe cazuri cunoscute de otrăvire umană ca urmare a ingerării eronate.
metanol în loc de etanol. Acest lucru este facilitat de volumul uriaș de utilizare industrială a metanolului. Cel mai simplu alcool dihidroxilic etilenglicol C 2 H 4 (OH) 2 este utilizat în cantități mari pentru producerea fibrelor polimerice. Soluția sa este folosită ca antigel pentru răcirea motoarelor de automobile.
Obținerea de alcool. Să ne uităm la câteva moduri comune.
1. Hidroliza derivaților de halogen ai hidrocarburilor. Reacțiile se desfășoară într-un mediu alcalin:
Exemplul 22.13. Scrieţi reacţiile de obţinere a etilenglicolului prin hidroliza derivaţilor de halogen, luând materia primă etilena.
2. Adăugarea apei la alchene. De cea mai mare importanță este reacția de adăugare a apei la etilenă cu formarea etanolului. Reacția se desfășoară destul de rapid la temperatură ridicată, dar echilibrul este puternic deplasat spre stânga și randamentul de alcool scade. Prin urmare, este necesar să se creeze o presiune ridicată și să se utilizeze un catalizator care să facă posibilă atingerea aceleiași viteze de proces la o temperatură mai scăzută (similar cu condițiile pentru sinteza amoniacului). Etanolul se obține prin hidratarea etilenei la -300°C și o presiune de 60-70 atm:
Catalizatorul este acid fosforic sprijinit pe alumină.
3. Există modalități speciale de a produce etanol și metanol. Primul este obținut prin metoda biochimică binecunoscută de fermentare a carbohidraților, care sunt mai întâi descompuse în glucoză:
Metanolul este produs sintetic din substanțe anorganice:
Reacţia este efectuată la 200-300°C şi o presiune de 40-150 atm utilizând un catalizator complex Cu0/2n0/A1203/Cr203. Importanța acestui proces industrial este clară din faptul că anual sunt produse peste 14 milioane de tone de metanol. Este utilizat în principal în sinteza organică pentru metilarea substanțelor organice. Se produce aproximativ aceeași cantitate și etanol.
Proprietățile chimice ale alcoolilor. Alcoolurile pot fi puține și se pot oxida. Un amestec de alcool etilic și hidrocarburi este uneori folosit ca combustibil pentru motoarele de automobile. Oxidarea alcoolilor fără a perturba structura carbonului se reduce la pierderea hidrogenului și adăugarea de atomi de oxigen. În procesele industriale, vaporii de alcool sunt oxidați de oxigen. În soluții, alcoolii sunt oxidați de permanganat de potasiu, dicromat de potasiu și alți agenți oxidanți. O aldehidă se obține dintr-un alcool primar prin oxidare:
Cu un exces de agent oxidant, aldehida este imediat oxidată la un acid organic:
Alcoolii secundari sunt oxidați în cetone:
Alcoolii terțiari pot fi oxidați numai în condiții dure, cu distrugerea parțială a scheletului de carbon.
proprietăți acide. Alcoolii reacţionează cu metalele active pentru a elibera hidrogen şi formează derivaţi cu denumirea generală de alcoxizi (metoxizi, etoxizi etc.):
Reacția se desfășoară mai calm decât o reacție similară cu apa. Hidrogenul eliberat nu se aprinde. Această metodă distruge reziduurile de sodiu după experimente chimice. Acest tip de reacție înseamnă că alcoolii prezintă proprietăți acide. Aceasta este o consecință a polarității legăturii O-H. Cu toate acestea, alcoolul practic nu reacționează cu alcalii. Acest fapt ne permite să clarificăm puterea proprietăților acide ale alcoolilor: sunt acizi mai slabi decât apa. Etoxidul de sodiu este aproape complet hidrolizat pentru a forma o soluție de alcool și alcali. Proprietățile acide ale glicolilor și ale glicerinelor sunt oarecum mai puternice datorită efectului inductiv reciproc al grupărilor OH.
Alcoolii polihidroxici formează compuși complecși cu ioni ai unor ^/-elemente. Într-un mediu alcalin, un ion de cupru înlocuiește doi ioni de hidrogen simultan într-o moleculă de glicerol pentru a forma un complex albastru:
Odată cu creșterea concentrației de ioni H + (se adaugă acid pentru aceasta), echilibrul se deplasează spre stânga și culoarea dispare.
Reacții de substituție nucleofilă a grupării hidroxo. Alcoolii reacţionează cu acid clorhidric şi alte halogenuri de hidrogen:
Reacția este catalizată de un ion de hidrogen. Mai întâi, H + se unește cu oxigenul, acceptând perechea sa de electroni. Aceasta arată principalele proprietăți ale alcoolului:
Ionul rezultat este instabil. Nu poate fi izolat din soluție ca sare solidă precum ionul de amoniu. Adăugarea de H + determină o schimbare suplimentară a perechii de electroni de la carbon la oxigen, ceea ce facilitează atacul particulei nucleofile asupra carbonului:
Legătura dintre carbon și ionul de clorură crește pe măsură ce legătura dintre carbon și oxigen este ruptă. Reacția se termină cu eliberarea unei molecule de apă. Cu toate acestea, reacția este reversibilă, iar la neutralizarea acidului clorhidric, echilibrul se deplasează spre stânga. Are loc hidroliza.
Gruparea hidroxo din alcooli este de asemenea înlocuită în reacții cu acizi care conțin oxigen pentru a forma esteri. Se formează glicerol cu acid azotic nitroglicerină utilizat ca mijloc de ameliorare a spasmelor vaselor inimii:
Din formulă reiese clar că numele tradițional al substanței este inexact, deoarece de fapt este nitrat de glicerol - un ester de acid azotic și glicerol.
Când etanolul este încălzit cu acid sulfuric, o moleculă de alcool acționează ca un reactiv nucleofil în raport cu alta. Ca rezultat al reacției, se formează un etoxietan eter:
Unii atomi sunt evidențiați în diagramă pentru a facilita urmărirea tranziției lor la produșii de reacție. O moleculă de alcool atașează mai întâi un catalizator - un ion H +, iar atomul de oxigen al altei molecule transferă o pereche de electroni la carbon. După eliminarea apei și disociarea H 4 se obține o moleculă de eter. Această reacție se mai numește și deshidratare intermoleculară a alcoolului. Există, de asemenea, o metodă pentru obținerea de eteri cu diferiți radicali:
Eterii sunt mai volatili decât alcoolii, deoarece între moleculele lor nu se formează legături de hidrogen. Etanolul fierbe la 78°C, iar esterul său izomer CH3OCH3 fierbe la -23,6°C. Eterii nu se hidrolizează în alcooli atunci când sunt fierți cu soluții alcaline.
Deshidratarea alcoolilor. Alcoolii se pot descompune prin eliminarea apei în același mod în care derivații halogenați ai hidrocarburilor se descompun cu eliminarea halogenurilor de hidrogen. În producția de alcooli din alchenă și apă (vezi mai sus), este prezentă și reacția inversă de eliminare a apei. Diferența în condițiile de adăugare și eliminare a apei este că adăugarea are loc sub presiune cu un exces de vapori de apă față de alchenă, iar eliminarea are loc dintr-un singur alcool. O astfel de deshidratare se numește intramoleculară. De asemenea, merge într-un amestec de alcool cu acid sulfuric la ~150°C.
Ţintă: pentru a-și forma capacitatea de a face observații și de a trage concluzii, notează ecuațiile reacțiilor corespunzătoare în forme moleculare și ionice .
Securitatea lecției
1. O colecție de îndrumări pentru studenți privind implementarea exercițiilor practice și a lucrărilor de laborator la disciplina academică „Chimie”.
2. Soluție de hidroxid de sodiu, carbonat de sodiu, carbonat de calciu, oxid de cupru (II), acid acetic, albastru turnesol, zinc; stand cu eprubete, baie de apa, dispozitiv de incalzire, chibrituri, suport eprubete.
Material teoretic
Acizii carboxilici sunt compuși organici ale căror molecule conțin una sau mai multe grupări carboxil legate la un radical de hidrocarbură sau un atom de hidrogen.
Obținerea: În laborator, acizii carboxilici pot fi obținuți din sărurile lor prin tratarea lor cu acid sulfuric la încălzire, de exemplu:
2CH 3 - COOHa + H 2 SO 4 ® 2CH 3 - COOH + Na 2 SO 4
În industrie, se obține prin oxidarea hidrocarburilor, alcoolilor și aldehidelor.
Proprietăți chimice:
1. Datorită deplasării densității electronilor de la gruparea hidroxil O–H la puternic
gruparea carbonil polarizată C=O, moleculele de acid carboxilic sunt capabile de
disocierea electrolitică: R–COOH → R–COO - + H +
2.Acizii carboxilici au proprietăți caracteristice acizilor minerali. Reacţionează cu metale active, oxizi bazici, baze, săruri ale acizilor slabi. 2CH3COOH + Mg → (CH3COO) 2 Mg + H2
2CH 3 COOH + CaO → (CH 3 COO) 2 Ca + H 2 O
H–COOH + NaOH → H–COONa + H2O
2CH 3 CH 2 COOH + Na 2 CO 3 → 2CH 3 CH 2 COONa + H 2 O + CO 2
CH 3 CH 2 COOH + NaHCO 3 → CH 3 CH 2 COONa + H 2 O + CO 2
Acizii carboxilici sunt mai slabi decât mulți acizi minerali puternici
CH3COONa + H2SO4 (conc.) →CH3COOH + NaHSO4
3. Formarea derivatelor funcționale:
a) la interacţiunea cu alcoolii (în prezenţa H 2 SO 4 concentrat) se formează esteri.
Formarea esterilor prin interacțiunea unui acid și a unui alcool în prezența acizilor minerali se numește reacție de esterificare. CH3--OH + HO-CH3D CH3--OCH3 + H2O
ester metilic al acidului acetic
alcool de acid acetic
Formula generală a esterilor este R– –OR’ unde R și R" sunt radicali hidrocarburi: în esterii acidului formic – formiați –R=H.
Reacția inversă este hidroliza (saponificarea) esterului:
CH 3 – –OCH 3 + HO–H DCH 3 – –OH + CH 3 OH.
Glicerina (1,2,3-trihidroxipropan; 1,2,3-propantriol) (glicos - dulce) este un compus chimic cu formula HOCH2CH(OH)-CH2OH sau C3H5(OH)3. Cel mai simplu reprezentant al alcoolilor trihidroxilici. Este un lichid vascos transparent.
Glicerina este un lichid incolor, vâscos, higroscopic, infinit solubil în apă. Gust dulce (glicos - dulce). Dizolvă bine multe substanțe.
Glicerolul este esterificat cu acizi carboxilici și minerali.
Esterii glicerolului și acizilor carboxilici superiori sunt grăsimi.
Grasimi -
acestea sunt amestecuri de esteri formate din alcoolul trihidroxilic glicerol și acizi grași superiori. Formula generală a grăsimilor, unde R sunt radicalii acizilor grași superiori:
Cel mai adesea, grăsimile includ acizi saturați: palmitic C15H31COOH și stearic C17H35COOH și acizi nesaturați: oleic C17H33COOH și linoleic C17H31COOH.
Numele comun pentru compușii acizilor carboxilici cu glicerol este trigliceride.
b) atunci când sunt expuse la reactivi de eliminare a apei ca urmare a intermolecularelor
se formează anhidride de deshidratare
CH 3 – –OH + HO– –CH 3 →CH 3 – –O– –CH 3 + H 2 O
Halogenare. Sub acțiunea halogenilor (în prezența fosforului roșu), se formează acizi α-halo-substituiți:
Aplicație: în industria alimentară și chimică (producția de acetat de celuloză, din care se obțin fibre de acetat, sticlă organică, peliculă; pentru sinteza coloranților, medicamentelor și esterilor).
Întrebări pentru consolidarea materialului teoretic
1 Ce compuși organici sunt acizi carboxilici?
2 De ce nu există substanțe gazoase printre acizii carboxilici?
3 Ce cauzează proprietățile acide ale acizilor carboxilici?
4 De ce se schimbă culoarea indicatorilor în soluția de acid acetic?
5 Ce proprietăți chimice sunt comune pentru glucoză și glicerol și prin ce diferă aceste substanțe unele de altele? Scrieți ecuațiile reacțiilor corespunzătoare.
Exercițiu
1. Repetați materialul teoretic pe tema lecției practice.
2. Răspunde la întrebări pentru consolidarea materialului teoretic.
3. Investigați proprietățile compușilor organici care conțin oxigen.
4. Întocmește un raport.
Instrucțiuni de execuție
1. Familiarizați-vă cu regulile de siguranță pentru lucrul într-un laborator chimic și semnați în jurnalul de siguranță.
2. Efectuați experimente.
3. Introduceți rezultatele în tabel.
Experienta nr. 1 Testarea unei soluții de acid acetic cu turnesol
Se diluează acidul acetic rezultat cu puțină apă și se adaugă câteva picături de turnesol albastru sau se scufundă o hârtie indicatoare în eprubetă.
Experienta nr. 2 Reacția acidului acetic cu carbonatul de calciu
Se toarnă puțină cretă (carbonat de calciu) într-o eprubetă și se adaugă o soluție de acid acetic.
Experiența nr. 3 Proprietățile glucozei și zaharozei
a) Se adaugă 5 picături de soluție de glucoză, o picătură de sare de cupru (II) și, în timp ce se agită, câteva picături de soluție de hidroxid de sodiu într-o eprubetă până se formează o soluție de culoare albastru deschis. Acest experiment a fost făcut cu glicerină.
b) Se încălzesc soluţiile rezultate. La ce te uiti?
Experiența nr. 4 Reacție calitativă la amidon
La 5-6 picături de pastă de amidon într-o eprubetă, adăugați o picătură de soluție de alcool iod.
Exemplu de raport
Lucrări de laborator Nr. 9 Proprietăţi chimice ale compuşilor organici care conţin oxigen.
Scop: pentru a forma capacitatea de a face observații și de a trage concluzii, scrieți ecuațiile reacțiilor corespunzătoare în forme moleculare și ionice .
Faceți o concluzie în conformitate cu scopul lucrării
Literatură 0-2 s 94-98
Laboratorul #10
Formarea haloalcanilor în timpul interacțiunii alcoolilor cu halogenuri de hidrogen este o reacție reversibilă. Prin urmare, este clar că se pot obține alcooli prin hidroliza haloalcanilor- reacțiile acestor compuși cu apa:
Alcoolii polihidroxilici pot fi obținuți prin hidroliza haloalcanilor care conțin mai mult de un atom de halogen în moleculă. De exemplu:
Hidratarea alchenelor
Hidratarea alchenelor- adăugarea de apă la π - legături ale unei molecule de alchenă, de exemplu:
Hidratarea propenei duce, în conformitate cu regula lui Markovnikov, la formarea unui alcool secundar - propanol-2:
Hidrogenarea aldehidelor și cetonelor
Oxidarea alcoolilor în condiții blânde duce la formarea de aldehide sau cetone. Evident, alcoolii pot fi obținuți prin hidrogenarea (reducerea cu hidrogen, adăugarea de hidrogen) a aldehidelor și cetonelor:
Oxidarea alchenei
Glicolii, așa cum sa menționat deja, pot fi obținuți prin oxidarea alchenelor cu o soluție apoasă de permanganat de potasiu. De exemplu, etilenglicolul (etandiol-1,2) se formează în timpul oxidării etilenei (etenei):
Metode specifice de obţinere a alcoolilor
1. Unii alcooli se obțin în moduri caracteristice numai lor. Deci, se obține metanol în industrie reacția de interacțiune a hidrogenului cu monoxidul de carbon(II) (monoxid de carbon) la presiune ridicată și temperatură ridicată pe suprafața catalizatorului (oxid de zinc):
Amestecul de monoxid de carbon și hidrogen necesar acestei reacții, numit și „gaz de sinteză”, se obține prin trecerea vaporilor de apă peste cărbune încins:
2. Fermentarea glucozei. Această metodă de obținere a alcoolului etilic (vin) este cunoscută omului din cele mai vechi timpuri:
Principalele metode de obținere a compușilor care conțin oxigen (alcooli) sunt: hidroliza haloalcanilor, hidratarea alchenelor, hidrogenarea aldehidelor și cetonelor, oxidarea alchenelor, precum și obținerea metanolului din „gazul de sinteză” și fermentarea substanțelor zaharoase.
Metode de obţinere a aldehidelor şi cetonelor
1. Se pot obține aldehide și cetone oxidare sau dehidrogenarea alcoolului. În timpul oxidării sau dehidrogenării alcoolilor primari se pot obține aldehide, iar alcooli secundari - cetone:
3CH 3 -CH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 \u003d 3CH 3 -CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O
2.Reacția lui Kucherov. Din acetilenă, ca urmare a reacției, se obține acetaldehidă, din omologi de acetilenă - cetone:
3. Când este încălzit calciu sau bariu sărurile acizilor carboxilici se formează o cetonă și un carbonat metalic:
Metode de obţinere a acizilor carboxilici
1. Se pot obține acizi carboxilici oxidarea alcoolilor primari sau aldehide:
3CH 3 -CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 \u003d 3CH 3 -COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O
5CH 3 -CHO + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 \u003d 5CH 3 -COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O,
3CH 3 -CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 \u003d 3CH 3 -COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O,
CH3-CHO + 2OH CH3-COONH4 + 2Ag + 3NH3 + H2O.
Dar când metanalul este oxidat cu o soluție de amoniac de oxid de argint, se formează carbonat de amoniu și nu acid formic:
HCHO + 4OH \u003d (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag + 6NH 3 + 2H 2 O.
2. Acizii carboxilici aromatici se formează când oxidarea omologilor benzen:
5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 \u003d 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O,
5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 \u003d 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 12MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 28H 2 O,
C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 \u003d C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O
3. Hidroliza diverșilor derivați carboxilici acizi produce de asemenea acizi. Deci, în timpul hidrolizei unui ester, se formează un alcool și un acid carboxilic. Reacțiile de esterificare și hidroliză catalizate de acid sunt reversibile:
4. Hidroliza esterului sub acțiunea unei soluții apoase de alcali se desfășoară ireversibil, în acest caz, nu se formează un acid din ester, ci sarea acestuia:
Alcoolii- derivaţi ai hidrocarburilor care conţin o grupare funcţională EL(hidroxil). Se numesc alcooli care conțin o grupă OH monoatomic,și alcooli cu mai multe grupe OH - poliatomic.
Denumirile unor alcooli uzuali sunt date în tabel. 9.
Alcoolurile sunt clasificate în funcție de structura lor. primar secundarȘi terţiar,în funcție de atomul de carbon (primar, secundar sau terțiar) se află gruparea OH:
Alcoolii monohidroxilici sunt lichide incolore (până la Cl 2 H 25 OH), solubile în apă. Cel mai simplu alcool metanol CH 3 OH este extrem de otrăvitor. Pe măsură ce masa molară crește, punctul de fierbere al alcoolilor crește.
Moleculele de alcooli monohidric lichizi ROH sunt asociate prin legături de hidrogen:
(aceste legături sunt analoge cu legăturile de hidrogen din apa pură).
Când sunt dizolvate în apă, moleculele ROH formează legături de hidrogen cu moleculele de apă:
Soluțiile apoase de alcooli ROH sunt neutre; cu alte cuvinte, alcoolii practic nu se disociază într-o soluție apoasă nici de tip acid, nici de tip bazic.
Proprietățile chimice ale alcoolilor monohidroxilici se datorează prezenței grupei funcționale OH în ei.
Hidrogenul grupei OH din alcooli poate fi înlocuit cu un metal:
Etanolați și derivați ai altor alcooli (alcoolati) usor de hidrolizat:
Gruparea OH din alcooli poate fi înlocuită cu Cl sau Br:
Sub acțiunea agenților de îndepărtare a apei asupra alcoolilor, de exemplu, H2SO4 concentrat, deshidratare intermoleculară:
Produsul de reacție este dietil eter(C 2 H 5) 2 O - aparține clasei eteri.
În condiții mai severe, deshidratarea devine intramolecularși se formează alchena corespunzătoare:
Alcooli polihidroxilici luați în considerare exemplul celor mai simpli reprezentanți ai alcoolilor cu doi și trihidroxi:
La temperatura camerei, sunt lichide vâscoase incolore cu puncte de fierbere de 198, respectiv 290 °C și sunt miscibile la infinit cu apa. Etilenglicolul este otrăvitor.
Proprietățile chimice ale alcoolilor polihidroxilici sunt similare cu cele ale alcoolilor ROH. Deci, în etilenglicol, una sau două grupări OH pot fi înlocuite cu un halogen:
Proprietățile acide ale alcoolilor polihidroxici se manifestă prin faptul că (spre deosebire de alcoolii monohidroxilici) hidrogenul grupei OH este înlocuit cu un metal sub acțiunea nu numai a metalelor, ci și a hidroxizilor metalici:
(săgețile din formula glicolatului de cupru arată formarea de legături covalente cupru-oxigen de către mecanismul donor-acceptor).
Glicerina reacţionează similar cu hidroxidul de cupru (II):
Glicolatul și gliceratul de cupru (II), care au o culoare albastră strălucitoare, permit o calitate înaltă găsi alcooli polihidroxilici.
Chitanță alcooli monohidroxilici în industrie- hidratarea alchenelor în prezența catalizatorilor (H 2 SO 4 , Al 2 O 3), iar adăugarea de apă la alchenele nesimetrice are loc conform regulii Markovnikov:
(o metodă de obținere a alcoolului secundar) sau adăugarea de CO și H2 la alchene în prezența unui catalizator de cobalt (procedeul se numește hidroforgilare):
(modul de obținere alcool primar).
ÎN laboratoare(și uneori în industrie) alcoolii se obțin prin interacțiunea derivaților halogenați ai hidrocarburilor cu apa sau cu o soluție apoasă de alcali la încălzire:
Etanolul C2H5OH se formează de asemenea când fermentatie alcoolica substanțe zaharoase, cum ar fi glucoza:
Etilenglicolul este produs printr-un proces în două etape:
A) oxidarea etilenei:
b) hidratarea oxidului de etilenă:
Glicerina a fost obținută anterior prin saponificarea grăsimilor (vezi 20.3), metoda modernă în trei etape este oxidarea treptată a propenei (este dată doar diagrama procesului):
Alcoolii sunt folosiți ca materii prime în sinteza organică, ca solvenți (pentru lacuri, vopsele etc.), precum și în industria hârtiei, tipografiei, parfumeriei, farmacologică și alimentară.
Eteri- o clasă de compuși organici care conțin un atom de oxigen de legătură - O - între doi radicali de hidrocarburi: R - O-R ". Cel mai faimos și utilizat eter simplu este - dietil eter C2H5-O-C2H5. Un lichid incolor, mobil, cu un miros caracteristic ("eteru"); în practica de laborator, se numește pur și simplu eter. Aproape nemiscibil cu apa, bp = 34,51 °C. Vaporii de eter se aprind în aer. Eterul dietil se obține prin deshidratarea intermoleculară a etanolului (vezi mai sus), principala utilizare este ca solvent.
Fenolii sunt alcooli în care gruparea OH este legată direct de inelul benzenic. Cel mai simplu reprezentant fenol C6H5-OH. Cristale albe (devin roz la lumină) cu miros puternic, t pl = 41 °C. Provoacă arsuri ale pielii, otrăvitoare.
Fenolul se caracterizează printr-o aciditate semnificativ mai mare decât alcoolii aciclici. Ca urmare, fenolul în soluție apoasă reacționează ușor cu hidroxidul de sodiu:
De aici și numele trivial de fenol - acidul carbolic.
Rețineți că gruparea OH din fenol nu este niciodată înlocuită cu alte grupări sau atomi, dar o face mai mobil atomii de hidrogen din ciclul benzenic. Deci, fenolul reacționează ușor cu bromul din apă și acidul azotic, formând 2,4,6-tribromofenol (I) și, respectiv, 2,4,6-trinitrofenol. (II, nume traditional - acid picric):
Fenol în industrie obținut prin încălzirea clorobenzenului cu o soluție de hidroxid de sodiu sub presiune la 250 ° C:
Fenolul este folosit ca materie primă pentru producția de materiale plastice și rășini, intermediari pentru vopsele și lacuri și industria farmaceutică, ca dezinfectant.
10.2. Aldehide și cetone
Aldehide și cetone sunt derivați ai hidrocarburilor care conțin o grupare carbonil funcțională ASA DE. În aldehide, gruparea carbonil este legată de un atom de hidrogen și un radical, iar în cetone de doi radicali.
Formule generale:
Numele substanțelor comune din aceste clase sunt date în tabel. 10.
Metanalul este un gaz incolor cu un miros înțepător de sufocare, foarte solubil în apă (denumirea tradițională pentru o soluție de 40% este formol), otrăvitoare. Membrii următori ai seriei omoloage de aldehide sunt lichide și solide.
Cea mai simplă cetonă este propanona-2, mai cunoscută ca acetonă, la temperatura camerei - un lichid incolor cu miros de fructe, t bp = 56,24 ° C. Se amestecă bine cu apă.
Proprietățile chimice ale aldehidelor și cetonelor se datorează prezenței unei grupări carbonil CO în ele; ele intră cu ușurință în reacții de adiție, oxidare și condensare.
Ca urmare aderare hidrogen la aldehide format alcooli primari:
Când este redus cu hidrogen cetone format alcooli secundari:
Reacţie aderare Hidrosulfitul de sodiu este utilizat pentru izolarea și purificarea aldehidelor, deoarece produsul de reacție este ușor solubil în apă:
(prin acțiunea acizilor diluați, astfel de produse sunt transformate în aldehide).
Oxidare aldehidele trec ușor sub acțiunea oxigenului atmosferic (produșii sunt acizii carboxilici corespunzători). Cetonele sunt relativ rezistente la oxidare.
Aldehidele sunt capabile să participe la reacții condensare. Astfel, condensarea formaldehidei cu fenol are loc în două etape. În primul rând, se formează un produs intermediar, care este un fenol și un alcool în același timp:
Intermediarul reacţionează apoi cu o altă moleculă de fenol pentru a da produsul policondensare -rășină fenol-formaldehidă:
Reacție calitativă pe gruparea aldehidă - reacția „oglinzii de argint”, adică oxidarea grupării C (H) O cu oxid de argint (I) în prezența hidratului de amoniac:
Reacția cu Cu (OH) 2 se desfășoară în mod similar; la încălzire, apare un precipitat roșu de oxid de cupru (I) Cu 2 O.
Chitanță: metoda generala pentru aldehide si cetone - dehidrogenare(oxidarea) alcoolilor. La dehidrogenare primar se obtin alcooli aldehide, și în dehidrogenarea alcoolilor secundari - cetone. De obicei, dehidrogenarea are loc atunci când este încălzită (300 °C) peste cupru fin divizat:
La oxidarea alcoolilor primari puternic agenţi oxidanţi (permanganat de potasiu, dicromat de potasiu în mediu acid) procesul este greu de oprit în stadiul de obţinere a aldehidelor; aldehidele sunt ușor oxidate la acizii corespunzători:
Un agent oxidant mai potrivit este oxidul de cupru (II):
Acetaldehida in industrie obţinut prin reacţia Kucherov (vezi 19.3).
Cele mai utilizate aldehidele sunt metanalul și etanalul. Metanal utilizate pentru producerea de materiale plastice (materiale plastice fenolice), explozivi, lacuri, vopsele, medicamente. Etanal- cel mai important intermediar în sinteza acidului acetic și a butadienei (producția de cauciuc sintetic). Cetona cea mai simplă, acetona, este folosită ca solvent pentru diverse lacuri, acetați de celuloză, în producția de peliculă și explozivi.
10.3. acizi carboxilici. Eteri complexi. Grasimi
Acizii carboxilici sunt derivați ai hidrocarburilor care conțin gruparea funcțională COOH ( carboxil).
FormuleȘi titluri unii acizi carboxilici comuni sunt dați în tabel. unsprezece.
Denumirile tradiționale pentru acizi sunt HCOOH ( formic), CH3COOH (oţet), C6H5COOH (benzoic)și (COOH) 2 (măcriș) se recomandă utilizarea în locul denumirilor lor sistematice.
FormuleȘi titluri reziduurile acide sunt date în tabel. 12.
Denumirile tradiționale sunt de obicei folosite pentru a denumi sărurile acestor acizi carboxilici (și, de asemenea, esterii lor, vezi mai jos), de exemplu:
Acizii carboxilici inferiori sunt lichide incolore cu un miros înțepător. Pe măsură ce masa molară crește, punctul de fierbere crește.
Acizii carboxilici se găsesc în natură:
Cei mai simpli acizi carboxilici sunt solubili în apă, se disociază reversibil într-o soluție apoasă pentru a forma cationi de hidrogen:
și prezintă proprietățile generale ale acizilor:
De mare importanță practică este interacțiunea acizilor carboxilici cu alcoolii (pentru mai multe detalii, vezi mai jos):
Rețineți că acidul HCOOH intră în reacția „oglindă de argint” sub formă de aldehide:
și se descompune sub acțiunea reactivilor de eliminare a apei:
Chitanță:
Oxidarea aldehidelor:
Oxidarea hidrocarburilor:
În plus, acidul formic este obținut conform schemei:
și acid acetic - în funcție de reacție:
aplica acid formic ca mordant pentru vopsirea lânii, conservant pentru suc de fructe, înălbitor, dezinfectant. Acid acetic folosit ca materie prima in sinteza industriala a colorantilor, medicamentelor, fibrelor de acetat, folii incombustibile, sticla organica. Sărurile de sodiu și potasiu ale acizilor carboxilici superiori sunt componentele principale ale săpunului.
Esteri- produse ale interacţiunii de schimb a acizilor carboxilici cu alcoolii. Această interacțiune se numește reacție. esterificare:
Mecanismul reacției de esterificare a fost stabilit folosind un alcool marcat cu izotopul 18 O; acest oxigen după reacție s-a dovedit a fi în compoziție eter(nu apa):
Prin urmare, spre deosebire de reacția de neutralizare a unui acid anorganic cu un alcali (H + + OH - \u003d H 2 O), în reacția de esterificare, un acid carboxilic renunță întotdeauna la o grupare EL, alcool - atom H(se formează apa). Reacția de esterificare este reversibilă; curge mai bine acid mediu, reacția inversă ( hidroliza, saponificarea)- într-un mediu alcalin.
FormuleȘi titluri esterii comuni sunt dați în tabel. 13.
Printre esteri există lichide incolore, cu punct de fierbere scăzut, inflamabile, cu miros fructat, de exemplu:
Esterii sunt utilizați ca solvenți pentru lacuri, vopsele și nitrați de celuloză, purtători de arome de fructe în industria alimentară.
Esteri ai unui alcool trihidroxilic - glicerol și acizi carboxilici superiori (în forma generală RCOOH), de exemplu cu formule și denumiri:
sunt numite grăsimi. Un exemplu de grăsime ar fi un ester amestecat de glicerol și acești acizi:
Cu cât este mai mare conținutul de reziduuri de acid oleic (sau alți acizi nesaturați), cu atât este mai mic punctul de topire al grăsimii. Grăsimile care sunt lichide la temperatura camerei se numesc uleiuri. Prin hidrogenare, adică prin adăugarea de hidrogen la legătura dublă, uleiurile sunt transformate în grăsimi solide (de exemplu, uleiul vegetal în margarină). Reacția de esterificare (formarea grăsimii) este reversibilă:
Reacția directă este mai bună acid mediu, reacția inversă - hidroliză, sau saponificare, grăsime - în alcalin mediu inconjurator; în timpul digestiei, grăsimea este saponificată (descompusă) cu ajutorul enzimelor.
10.4. Carbohidrați
Carbohidrați (Sahara) sunt cei mai importanți compuși naturali formați din carbon, hidrogen și oxigen. Carbohidrații sunt împărțiți în monozaharide, dizaharide și polizaharide. Monozaharidele nu suferă hidroliză, iar carbohidrații rămași sunt descompuse în monozaharide atunci când sunt fierte în prezența acizilor.
Monozaharide(și toți ceilalți carbohidrați) sunt compuși polifuncționali. Într-o moleculă de monozaharidă există grupe funcționale de diferite tipuri: grupuri EL(funcția alcoolică) și grupuri ASA DE(funcția aldehidă sau cetonă). Prin urmare, ei disting aldoze(alcooli aldehidici, aldehide alcoolice) și cetoza(alcooli cetonici, cetone alcoolice).
Cel mai important reprezentant al aldozei este glucoză:
și reprezentant al cetozei - fructoză:
Glucoză (zahăr din struguri) si fructoza (zahăr din fructe) sunt izomeri structurali, formula lor moleculară este C 6 H 12 O 6 .
Glucoza poate fi distinsă de fructoză în același mod ca orice aldehidă din cetonă, conform reacției „oglindă de argint” într-o soluție de amoniac de Ag2O:
Esterificarea glucozei și fructozei (de exemplu, cu acid acetic) duce la formarea de esteri la toate cele cinci grupe OH (înlocuite cu OCOCH 3).
Cu toate acestea, nu toate reacțiile caracteristice aldehidelor apar cu glucoza; de exemplu, nu există nicio reacție de adiție care implică hidrosulfit de sodiu. Motivul este că o moleculă de glucoză poate exista în trei forme izomerice, dintre care două forme (? și?) - ciclic. În soluție, toate cele trei forme sunt în echilibru, forma deschisă (aldehidă) de mai sus fiind conținută în cel mai puţin cantitate:
Formele ciclice de glucoză nu conțin o grupare aldehidă. Ele diferă unele de altele numai prin aranjarea spațială a atomului de H și a grupării OH la atomul de carbon C 1 (lângă oxigenul din ciclu):
dizaharide sunt formate din două molecule de monozaharide prin deshidratare intermoleculară. Asa de, zaharoza(comun zahăr) C 12 H 22 O 11 este un produs al combinației de reziduuri de glucoză și fructoză datorită eliminării apei:
La hidroliză într-un mediu acid, zaharoza se transformă din nou în monozaharide:
Amestecul rezultat zahăr invertit- găsit în miere. La 200 °C, zaharoza, pierzând apă, se transformă într-o masă maronie. (caramel).
polizaharide - amidonȘi celuloză (fibră) - produși de policondensare (deshidratare intermoleculară), respectiv formele a- și p-a glucozei, formula generală a acestora este (C 6 H 10 O 5) n. Gradul de polimerizare a amidonului este de 1000–6000, iar cel al celulozei este de 10000–14000. Celuloza este cea mai comună substanță organică din natură (în lemn, fracția de masă a celulozei ajunge la 75%). Amidonul (mai ușor) și celuloza (mai tare) suferă hidroliză (condiții: H 2 SO 4 sau HCl, > 100 °C); produsul final este glucoza.
Esterii de celuloză cu acid acetic sunt de mare importanță practică:
Ele sunt utilizate în producția de fibre artificiale de acetat și de filme cinematografice.
Exemple de sarcini ale părților A, B1-2. Pentru a intra în legătură cu formula
numele corect este
1) 2-metilpropanol-2
2) 2,2-dimetiletanol
3) propil etil eter
4) etil propil eter
3-4. Pentru a intra în legătură cu formula
numele corect este
1) acid 1,1-dimetilpropanoic
2) acid 3-metilbutanoic
3) 2-metilpropanal
4) dimetiletanal
5. Denumirea corectă a substanței CH 3 COOCH 2 CH 3 este
1) acetat de metil
2) acetat de etil
3) formiat de metil
4) formiat de etil
6. Între moleculele compuse se formează legături de hidrogen
3) acid acetic
4) acetaldehida
7. Pentru compoziţia C 4 H 8 O 2 denumirile izomerilor structurali din clasa esterilor sunt
1) formiat de propil
2) dietil eter
3) acetat de etil
4) propionat de metil
8-11. Formula compusă din titlu
8. zaharoză
9. amidon
10. fructoza
11. fibre
respectă compoziția
1) C6H12O6
2) (C6H10O5) n
3) CI2H22O n
12. Pentru limitarea alcoolilor monohidroxilici reacţiile caracteristice sunt
1) hidroliza
2) hidratare
3) esterificare
4) deshidratare
13. Molecula produsului final al reacției dintre fenol și brom în apă conține numărul total de atomi ai tuturor elementelor egal cu
14-17. În ecuația reacției
14. oxidarea etanolului cu oxid de cupru (II).
15. Bromurarea fenolului
16. deshidratarea intermoleculară a etanolului
17. Nitrarea fenolului
suma coeficienților este
18. În reacția de esterificare, gruparea OH este separată de moleculă
2) aldehidă
4) acizi
19. Cu ajutorul clorofilei la o plantă verde,
1) oxigen
3) glucoză
20-21. Proprietățile chimice ale glucozei caracteristice
20. alcooli
21. aldehide
apar în reacție
1) fermentația alcoolică
2) „oglindă de argint”
3) esterificare
4) neutralizare
22-24. Când este încălzit cu apă în prezența carbohidraților H2SO4
22. amidon
23. celuloză
24. zaharoză
după ce hidroliza este finalizată
2) fructoza
3) acid gluconic
4) glucoză
25. Metodele de producere a etanolului sunt
1) hidratare cu etena
2) fermentarea glucozei
3) recuperarea etanului
4) oxidarea etanolului
26. Metodele de obţinere a etilenglicolului sunt
1) oxidarea etenei
2) hidratare cu etena
3) acţiunea alcalinei asupra 1,2-C 2 H 4 Cl 2
4) Hidratarea etină
27. Metodele de obţinere a acidului formic sunt
1) oxidarea metanului
2) oxidarea fenolului
3) oxidarea metanolului
4) reacția CH3OH cu CO
28. Pentru sinteza acidului acetic se folosesc compuși
1) C2H5OH
29. Metanolul este folosit în producție
1) materiale plastice
2) cauciucuri
3) benzine
4) grăsimi și uleiuri
30. Pentru a recunoaște utilizarea fenolului (amestecat cu butanol-1).
1) indicator și soluție alcalină
2) apa cu brom
3) hidroxid de cupru (II).
4) soluție de amoniac de oxid de argint (I)
31. Același reactiv este potrivit pentru recunoașterea în soluțiile lor de glicerină, acid acetic, acetaldehidă și glucoză
3) H2SO4 (conc.)
4) Ag2O (în soluție de NH3)
32. Materia organică - un produs al hidratării acetilenei, care intră în reacția „oglindă de argint”, iar la reducere formează etanol, este
1) acetaldehidă
2) acid acetic
33. Produșii A, B și C în schema de reacție CO 2 + H 2 O > fotosinteza A > fermentație - CO 2 B > HCOOH B
- este în consecință
2) glucoză
3) acid propanoic
4) formiat de etil
34. Fenolul va participa la procesele:
1) deshidratare
2) bromurare
3) izomerizare
4) neutralizare
5) nitrare
6) „oglindă de argint”
35. Reacțiile sunt posibile:
1) grăsime solidă + hidrogen >...
2) acid formic + formaldehidă >...
3) metanol + oxid de cupru (II) >...
4) zaharoză + apă (în conc. H 2 SO 4) > ...
5) metanal + Ag2O (în soluție de NH3) >...
6) etilenglicol + NaOH (soluție) >...
36. Pentru sinteza industrială a rășinii fenol-formaldehidă, ar trebui să luați un set de reactivi
1) C6H6, HC (H)0
2) C6H6, CH3C (H)0
3) C6H5OH, HC(H)0
4) C6H5OH, CH3C (H)O
Substanțele organice sunt o clasă de compuși care conțin carbon (cu excepția carburilor, carbonaților, oxizilor de carbon și cianurilor). Numele „compuși organici” a apărut într-un stadiu incipient în dezvoltarea chimiei, iar oamenii de știință vorbesc de la sine... Wikipedia
Unul dintre cele mai importante tipuri de compuși organici. Conțin azot. Acestea conțin legături carbon-hidrogen și azot-carbon în moleculă. Uleiul conține heterociclu de piridină care conține azot. Azotul face parte din proteine, acizi nucleici și ... ... Wikipedia
Compușii organogermaniului sunt compuși organometalici care conțin o legătură carbon de germaniu. Uneori sunt numiți orice compuși organici care conțin germaniu. Primul compus organogerman tetraetilgerman a fost ... ... Wikipedia
Compușii organosiliciului sunt compuși în moleculele cărora există o legătură directă siliciu-carbon. Compușii siliconici sunt uneori numiți siliconi, de la numele latin pentru siliciu, siliciu. Compuși de silicon ... ... Wikipedia
Compușii organici, substanțele organice sunt o clasă de compuși chimici care conțin carbon (cu excepția carburilor, acidului carbonic, carbonaților, oxizilor de carbon și cianurilor). Cuprins 1 Istorie 2 Clasa ... Wikipedia
Compuși organometalici (MOC) Compuși organici în ale căror molecule există o legătură între un atom de metal și un atom/atomi de carbon. Cuprins 1 Tipuri de compuși organometalici 2 ... Wikipedia
Compușii organohalogenați sunt compuși organici care conțin cel puțin o legătură C Hal halogen de carbon. Compușii organohalogenați, în funcție de natura halogenului, sunt împărțiți în: Compuși organofluorinați; ... ... Wikipedia
Compușii organometalici (MOC) sunt compuși organici în ale căror molecule există o legătură între un atom de metal și un atom/atomi de carbon. Cuprins 1 Tipuri de compuși organometalici 2 Metode de obținere a ... Wikipedia
Compușii organici în care este prezentă o legătură staniu-carbon pot conține atât staniu divalent, cât și tetravalent. Cuprins 1 Metode de sinteză 2 Tipuri 3 ... Wikipedia
- (heterocicluri) compuși organici care conțin cicluri, care, alături de carbon, includ și atomi ai altor elemente. Pot fi considerați compuși carbociclici cu heterosubstituenți (heteroatomi) în inel. Cele mai multe ...... Wikipedia
