Dusík, podobne ako kyslík, je často súčasťou organickej hmoty a jeho zlúčeniny sú nevyhnutné pre živé organizmy.
Zlúčeniny obsahujúce dusík sú rozmanitejšie ako zlúčeniny obsahujúce kyslík. Je to spôsobené tým, že dusík má vyššiu valenciu a zároveň má tri hybridné stavy ako atóm uhlíka. Zlúčeniny s jednoduchou väzbou C-N sa nazývajú amíny, s dvojitou väzbou C=N - imíny, s trojitou väzbou C=K - nitrily.
Podstatný rozdiel medzi dusíkom a kyslíkom je v tom, že dusík môže vstúpiť do organických zlúčenín v redukovanom aj oxidovanom stave. Elektronegativita dusíka (x = 3,0) je vyššia ako u uhlíka (x = 2,5) a nižšia ako u kyslíka (x = 3,5). Ak je dusík naviazaný na uhlík a vodík, potom je jeho oxidačný stav -3. V zlúčeninách obsahujúcich nitroskupinu -G) 2 je dusík spojený s kyslíkom a uhlíkom a je v oxidačnom stave +3. Organické zlúčeniny s oxidovaným dusíkom obsahujú vnútornú zásobu oxidantu. V prítomnosti niekoľkých nitroskupín v molekule sa zlúčenina stáva výbušnou. Medzi látky tohto typu patrí 2,4,6-trinitrotoluén (TNT).
Redukovaný dusík dáva organickým zlúčeninám rovnaké vlastnosti ako kyslík: polarita, zásaditosť a kyslosť, schopnosť
tvoria vodíkové väzby. Polarita zlúčenín obsahujúcich dusík je však menšia a vodíkové väzby sú slabšie ako u zlúčenín obsahujúcich kyslík. Preto sú podľa niektorých fyzikálnych vlastností amíny medzi uhľovodíkmi a alkoholmi. Zatiaľ čo všetky alkoholy sú za bežných podmienok kvapalné, niektoré amíny sú plynné látky:
schopný dusíka vr 3-hybridizácia je dobrým darcom elektrónového páru. Preto, ako už vieme, amíny vykazujú dosť silné zásadité vlastnosti. V menšom rozsahu sú vlastnosti darcu vyjadrené pre dusík v stave hybridizácie $p2. Kyslé vlastnosti organických zlúčenín obsahujúcich dusík sú oveľa slabšie ako vlastnosti zlúčenín obsahujúcich kyslík. Ale s účasťou dusíkových elektrónov v konjugácii s r-elektrónmi a uhlíkom sa objavujú kyslé vlastnosti.
Jedna z tried látok obsahujúcich dusík - amíny. Takzvané organické látky obsahujúce dusík, v ktorých je atóm dusíka spojený s uhľovodíkovými radikálmi a zodpovedajúcim počtom atómov vodíka. V závislosti od počtu radikálov existujú:
- - primárne amíny NMN2;
- - sekundárne amíny KI/NH;
- - terciárne amíny KK"K"Y.
Treba poznamenať, že pojmy primárne, sekundárne a terciárne amíny sa nezhodujú so zodpovedajúcimi pojmami pre alkoholy.
Existujú homologické série nasýtených, nenasýtených a aromatických amínov. Tu je tiež rozdiel v terminológii pri porovnávaní alkoholov a amínov. V aromatických alkoholoch musí byť hydroxoskupina viazaná na atóm uhlíka v radikále, nie na aromatickom kruhu. V prípade zlúčenín obsahujúcich dusík sa za amín považuje aj látka s NH2 skupinou spojenou s aromatickým kruhom.
Amíny s malou molekulovou hmotnosťou sú kvapalné alebo plynné látky, ktoré sú vysoko rozpustné vo vode. Majú nepríjemný zápach, ktorý pripomína zápach amoniaku. Špecifický zápach rýb súvisí aj s prítomnosťou amínov. Vyššie amíny majú rovnaké vlastnosti, aké boli zaznamenané v alkoholoch a kyselinách - rozpustnosť vo vode sa znižuje a objavuje sa povrchová aktivita.
Získavanie amínov. Jeden zo spôsobov získavania amínov je podobný získavaniu alkoholov. Ide o reakcie halogénderivátov uhľovodíkov s amoniakom, prebiehajúce podľa mechanizmu nukleofilnej substitúcie:
Amín tu nemôže byť priamym produktom reakcie, pretože výsledný chlorovodík s ním reaguje ako so zásadou.
čím sa získa soľ amínu. Na zvýraznenie zadarmo amín, výsledná soľ sa spracuje s alkáliou:
Halogénový derivát uhľovodíka reaguje nielen s amoniakom, ale aj s primárnym amínom. V tomto prípade sa vytvorí sekundárny amín a v ďalšom štádiu terciárny amín:
Amíny sa tiež získavajú hydrogenáciou nitrilov:
Aromatické amíny sa získavajú redukciou nitrozlúčenín. Kovy v kyslom prostredí sa používajú ako redukčné činidlá:
Tento aromatický amín sa nazýva anilín. Redukčnú reakciu nitrozlúčenín objavil N. N. Zinin v roku 1842. V priemysle sa nitrobenzén redukuje vodíkom na niklovom katalyzátore pri ~300°C. Anilín sa stal veľmi dôležitým medziproduktom používaným na výrobu farbív, polymérov, liečiv a pod. Svetová produkcia anilínu je viac ako 1 milión ton ročne.
Chemické vlastnosti amínov. Amíny patria medzi látky schopné horenia za vzniku CO 2 , H 2 0 a dusíka N 2 .
Ako zásady sú amíny podobné amoniaku, z ktorého sa vyrábajú nahradením vodíka uhľovodíkovými radikálmi. Tieto radikály ovplyvňujú pevnosť báz. Vplyv indukčných a mezomérnych účinkov na zásadité vlastnosti je vo všeobecnosti opačný ako účinok na kyslé vlastnosti. Limitujúce alkoholy sú slabšie ako voda v kyslých vlastnostiach a limitujúce amíny sú silnejšie ako amoniak v zásaditých; fenoly sú oveľa silnejšie v kyslých vlastnostiach ako alkoholy a anilín v zásaditých vlastnostiach je oveľa slabší ako nasýtené amíny.
V nasýtených amínoch +/- účinok radikálu zvyšuje hustotu elektrónov na dusík, preto sa zvyšuje schopnosť dusíka darovať elektrónový pár na vytvorenie väzby donor-akceptor. V anilíne sa dusíkový elektrónový pár zúčastňuje konjugácie s aromatickými tt elektrónmi a stáva sa menej dostupným na vytvorenie väzby donor-akceptor. Preto sú látky usporiadané v nasledujúcom riadku podľa oslabenia hlavných vlastností:
nasýtené amíny > NH 3 > aromatické amíny.
Príklad 22.15. V akom smere je posunutá rovnováha reakcie medzi etylamínom a hydrochloridom anilínu?
rozhodnutie. Etylamín je silnejšia zásada ako anilín. Preto sa rovnováha posúva smerom k tvorbe anilínu:
Amíny ako zásady reagujú s kovovými iónmi za vzniku komplexných zlúčenín. Kovový ión pôsobí ako akceptor elektrónového páru pre dusík, ako v prípade reakcií s amoniakom. Existuje množstvo komplexných zlúčenín kovov (/-blok s rôznymi amínmi. Pri zmiešaní roztokov síranu meďnatého a metylamínu vzniká intenzívne sfarbený roztok čistejšieho modrého odtieňa ako v prípade reakcie s amoniakom (odsek 210):
diamíny typu rSh 2 CH 2 CH 2 1H 2 poskytujú silnejšie komplexy ako monoamíny, pretože každá molekula má dva donorové atómy dusíka a je viazaná dvoma väzbami donor-akceptor.
Primárne amíny pôsobením kyseliny dusitej (alebo dusitanu sodného v kyslom prostredí) deaminovaný, premena na alkohol:
V primárnych a sekundárnych amínoch je vodík aminoskupiny nahradený uhľovodíkovými radikálmi pri reakciách s halogénderiváty (pozri prípravu amínov). Amín s halogenidom kyseliny poskytuje amid kyseliny, v ktorom je radikál viazaný na dusík:
Terciárne amíny pridávajú halogénderiváty uhľovodíkov za vzniku štyroch substituovaných (kvartérnych) amóniových solí:
Ide o kryštalické, vo vode vysoko rozpustné látky. Na rozdiel od bežných amónnych solí nie sú hydrolyzované ani rozložené alkáliami.
V anilíne a iných aromatických amínoch vykazuje skupina NH2 pozitívny mezomérny účinok, ktorý urýchľuje elektrofilné substitučné reakcie v aromatickom radikále. Anilín odfarbuje brómovú vodu a vytvára bielu zrazeninu tribrómanilínu.
Heteroorganické zlúčeniny (obsahujúce síru, kyslík a dusík) rôznej štruktúry a molekulovej hmotnosti sú prítomné v rôznych pomeroch v destilátoch a zvyškových ropných frakciách. Obzvlášť ťažké je študovať povahu a zloženie vysokomolekulárnych heteroorganických zlúčenín, ktorých hlavnou časťou sú dechtové asfalténové látky. Vďaka osamelým párom elektrónov sú heteroatómy síry, kyslíka a dusíka schopné pôsobiť ako koordinačné centrum pri vytváraní asociátov v ropných systémoch.
Zlúčeniny síry patria do najreprezentatívnejšej skupiny heteroatomických zložiek plynových kondenzátových a olejových systémov. Celkový obsah síry v ropných a plynových systémoch sa veľmi líši: od stotín percent po 6-8 % (hmotn.) a viac. Vysoký obsah celkovej síry je typický pre plynové kondenzáty z Astrachanu, Karačaganaku (0,9 %) a iných polí. Obsah zlúčenín obsahujúcich síru v niektorých olejoch dosahuje 40 % (hm.) a viac, v niektorých prípadoch sa olej skladá takmer výlučne z nich. Na rozdiel od iných heteroatómov, ktoré sú prevažne koncentrované v CAB, významný podiel síry je obsiahnutý v destilátových frakciách. Obsah síry v primárnych frakciách sa spravidla zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou varu a celkovým obsahom síry v pôvodnom oleji.
Menšie množstvá anorganických zlúčenín obsahujúcich síru (elementárna síra a sírovodík) sú prítomné v ropných a plynových systémoch, môžu tiež vznikať ako sekundárne produkty rozkladu iných zlúčenín obsahujúcich síru pri vysokých teplotách v procesoch destilácie, deštruktívneho spracovania. Medzi zlúčeninami obsahujúcimi síru, ktoré sa nachádzajú v rope, boli identifikované nasledujúce (podľa Ústavu chémie ropy, TF SB RAS).
1. Alifatické, alicyklické a aromatické tioly (merkaptány) R-SH:
C 6 H 5 C n H 2 n + 1 SH C n H 2 n + 1 C 6 H 5 SH C 10 H 7 SH
arenoalkanotioly tionaftoly
2. Tioétery (sulfidy) týchto hlavných typov:
R-S-R" C6H5-S-C6H5
tiaalkány, tiaalkény, tiaalkýnové diarylsulfidy
tiacykloalkány alkylarylsulfidy aryltiaalkány
(R, R" - nasýtené a nenasýtené alifatické uhľovodíkové substituenty).
3. Dialkyldisulfidy R-S-S-R", kde R, R" sú alkylové, cykloalkylové alebo arylové substituenty.
4. Tiofény a ich deriváty, z ktorých najdôležitejšie sú tieto arenotiofény:
alkylbenzotiofény alkylbenzotiofény alkyldibenzotiofény
Rozdelenie rôznych skupín zlúčenín obsahujúcich síru v olejoch a v ropných frakciách podlieha nasledujúcim zákonitostiam.
Tioly sú obsiahnuté takmer vo všetkých ropách, zvyčajne v malých koncentráciách a tvoria 2-10 % (hm.) z celkového obsahu zlúčenín obsahujúcich síru. V plynových kondenzátoch sa vyskytujú najmä alifatické merkaptány C 1 -C z. Niektoré oleje a plynové kondenzáty a ich frakcie sú prírodnými koncentrátmi merkaptánov, ktorých príkladmi sú benzínové frakcie zo superobrovského kaspického poľa; frakcia 40-200 °C plynového kondenzátu z orenburgského poľa, obsahujúca 1,24 % (hmotn.) celkovej síry, vrátane 0,97 % merkaptánu; ľahká petrolejová frakcia 120-280°C ropy z ložiska Tengiz, s obsahom 45-70% merkaptánsíry z celkového obsahu zlúčenín obsahujúcich síru. Zásoby prírodných tiolov v uhľovodíkových surovinách kaspického regiónu zároveň zodpovedajú úrovni ich globálnej syntetickej produkcie. Prírodné tioly sú perspektívnymi surovinami pre syntézu pesticídov (na báze symetrických triazínov) a odorizáciu skvapalnených plynov. Perspektívny dopyt Ruska po tioloch na odorizáciu je v súčasnosti 6 000 ton/rok.
Tioétery tvoria až 27 % celkových zlúčenín obsahujúcich síru v ropách a až 50 % v stredných frakciách, v ťažkých vákuových plynových olejoch je obsah sulfidov nižší. Spôsoby oddeľovania ropných sulfidov sú založené na ich schopnosti vytvárať komplexné zlúčeniny typu donor-akceptor prenosom osamoteného páru elektrónov z atómu síry na voľný akceptorový orbitál. Halogenidy kovov, halogénalkyly a halogény môžu pôsobiť ako akceptory elektrónov. Komplexné reakcie s ropnými sulfidmi, žiaľ, nie sú selektívne; na tvorbe komplexov sa môžu podieľať aj iné heteroatómové zložky oleja.
Dialkyldisulfidy sa v rope nenachádzajú, zvyčajne vznikajú pri oxidácii merkaptánov za miernych podmienok, a preto sú prítomné v benzínoch (do 15 %). Hlavný podiel zlúčenín obsahujúcich síru v olejoch pripadá na takzvanú „zvyškovú“ síru, ktorá sa štandardnými metódami nestanovuje. V jeho zložení prevládajú tiofény a ich deriváty, preto sa skôr „zvyšková“ síra nazývala „tiofén“, avšak pomocou hmotnostnej spektrometrie záporných iónov sa v nej našli predtým nedetegovateľné sulfoxidy, sulfóny a disulfán. V benzínových frakciách je obsah derivátov tiofénu nízky, v stredne a najmä vysokovriacich frakciách dosahuje 50 – 80 % celkových zlúčenín obsahujúcich síru. Relatívny obsah derivátov tiofénu sa spravidla zhoduje so stupňom aromaticity olejového systému. Ťažkosti vznikajúce pri izolácii zlúčenín obsahujúcich síru (najmä z vysokovriacich frakcií) sú spôsobené blízkosťou chemických vlastností arénov a tiofénov. Podobnosť ich chemického správania je daná aromatickosťou tiofénov, ktorá vzniká inkorporáciou sírového heteroatómu do π-elektrónového systému až po aromatický sextet. Dôsledkom toho je zvýšená tendencia ropných tiofénov k intenzívnym medzimolekulovým interakciám.
Zlúčeniny kyslíka obsiahnuté v olejových systémoch od 0,1-1,0 do 3,6 % (hm.). So zvyšujúcou sa teplotou varu frakcií destilátu sa ich obsah zvyšuje a hlavná časť kyslíka sa koncentruje v dechtovo-asfaltových látkach. Zloženie olejov a destilátov obsahuje až 20 % alebo viac zlúčenín obsahujúcich kyslík.
Medzi nimi sa tradične rozlišujú látky kyslej a neutrálnej povahy. Kyslé zložky zahŕňajú karboxylové kyseliny a fenoly. Neutrálne zlúčeniny obsahujúce kyslík predstavujú ketóny, anhydridy a amidy kyselín, estery, deriváty furánu, alkoholy a laktóny.
Prítomnosť kyselín v olejoch bola objavená už veľmi dávno kvôli vysokej chemickej aktivite v porovnaní s uhľovodíkmi. História ich objavu v rope je nasledovná. Pri získavaní kvalitného petroleja na osvetľovacie účely sa tento upravoval alkáliami (acidobázické čistenie) a zároveň sa pozoroval vznik látok s vysokou emulgačnou schopnosťou. Následne sa ukázalo, že emulgátory sú sodné soli kyselín obsiahnuté vo frakciách destilátu. Extrakcia vodnými a alkoholovými roztokmi alkálií je stále klasickým spôsobom extrakcie kyslých zložiek z olejov. V súčasnosti sú metódy izolácie kyselín a fenolov tiež založené na interakcii ich funkčných skupín (karboxylových a hydroxylových) s akýmkoľvek činidlom.
Karboxylové kyseliny sú najviac študovanou triedou olejových zlúčenín obsahujúcich kyslík. Obsah ropných kyselín podľa frakcií sa mení podľa extrémnej závislosti, ktorej maximum spravidla pripadá na ľahké a stredné ropné frakcie. Chromato-hmotnostnou spektrometriou boli identifikované rôzne typy ropných kyselín. Väčšina z nich je jednosýtna (RCOOH), kde je možné použiť takmer akýkoľvek fragment uhľovodíkov a heteroorganických zlúčenín ropy ako R. Už dlho sa zistilo, že skupinové zloženia kyselín a olejov si navzájom zodpovedajú: v metánových olejoch prevládajú alifatické kyseliny, v nafténových olejoch prevládajú nafténové a naftenoaromatické kyseliny. Boli nájdené alifatické kyseliny od C1 do C25 s lineárnou štruktúrou a niektoré s rozvetvenou štruktúrou. Zároveň sa pomer n-alkánových a rozvetvených kyselín v ropných kyselinách zhoduje s pomerom zodpovedajúcich uhľovodíkov v olejoch.
Alifatické kyseliny sú zastúpené predovšetkým n-alkánovými kyselinami. Z rozvetvených kyselín sú bežnejšie tie, ktoré obsahujú metylový substituent v hlavnom reťazci. Všetky nižšie izoméry tohto typu sa nachádzajú v olejoch až po C7. Ďalšou významnou skupinou alifatických kyselín sú izoprenoidové kyseliny, medzi ktorými dominujú kyseliny prestanová (C 19) a fytánová (C 20).
Alicyklické (nafténové) kyseliny oleja sú monocyklokarboxylové kyseliny - deriváty cyklopentánu a cyklohexánu; polycyklický môže obsahovať až 5 kruhov (údaje pre kalifornskú ropu). Skupiny COOH v molekulách monocyklických kyselín sú priamo spojené s cyklom alebo sú umiestnené na konci alifatických substituentov. V cykle môžu byť až tri (najčastejšie metylové) substituenty, ktorých najbežnejšie polohy sú 1, 2; trinásť; 1, 2, 4; 1, 1, 3 a 1, 1, 2, 3.
Molekuly tri-, tetra- a pentacyklických kyselín izolované z olejov sú postavené hlavne z kondenzovaných cyklohexánových kruhov.
Zistila sa prítomnosť hexacyklických nafténových kyselín s cyklohexánovými kruhmi v olejoch. Aromatické kyseliny v olejoch zastupuje kyselina benzoová a jej deriváty. Mnoho homologických sérií polycyklických naftenoaromatických kyselín sa našlo aj v olejoch a monoaromatické steroidné kyseliny boli identifikované v oleji Samotlor.
Zo zlúčenín obsahujúcich kyslík, ropa kyseliny sa vyznačujú najvyššou povrchovou aktivitou. Zistilo sa, že povrchová aktivita olejov s nízkym aj vysokým obsahom živice výrazne klesá po odstránení kyslých zložiek (kyselín a fenolov) z nich. Silné kyseliny sa podieľajú na tvorbe asociátov olejov, čo sa ukazuje pri štúdiu ich reologických vlastností.
Fenoly boli skúmané oveľa horšie ako kyseliny. Ich obsah v olejoch zo západosibírskych polí sa pohybuje od 40 do 900 mg/l. V západosibírskych olejoch sa koncentrácie fenolov zvyšujú v poradí C 6<С 7 << С 8 <С 9 . В нефтях обнаружены фенол, все крезолы, ксиленолы и отдельные изомеры С 9 . Установлено, что соотношение между фенолами и алкилфенолами колеблется в пределах от 1: (0,3-0,4) до 1: (350-560) и зависит от глубины залегания и возраста нефти. В некоторых нефтях идентифицирован β-нафтол. Высказано предположение о наличии соединений типа о-фенилфенолов, находящихся в нефтях в связанном состоянии из-за склонности к образованию внутримолекулярных водородных связей. При исследовании антиокислительной способности компонентов гетероор-ганических соединений нефти установлено, что концентраты фенольных соединений являются наиболее активными природными ингибиторами.
Všetky najjednoduchšie alkylketóny C3-C6, acetofenón a jeho nafteno- a arenoderiváty, fluorenón a jeho najbližšie homológy boli nájdené v neutrálnych kyslíkatých zlúčeninách kalifornských olejov. Výťažok ketónového koncentrátu z oleja Samotlor, pozostávajúceho hlavne z dialkylketónov, je 0,36 %, pričom stupeň extrakcie ketónov je len 20 %, čo naznačuje prítomnosť ketónov s veľkými molekulovými hmotnosťami, ktoré nie je možné týmto spôsobom získať. Pri štúdiu ketónov v olejoch západnej Sibíri sa zistilo, že obsahujú C 19 -C3 2 ketóny a v metánových olejoch prevládajú alifatické ketóny a v nafténových olejoch prevládajú cyklánové a aromatické substituenty.
Dá sa predpokladať, že oleje obsahujú alkoholy vo voľnom stave, vo viazanom stave sú súčasťou esterov. Z heteroorganických zlúčenín ropy bola najviac študovaná náchylnosť zlúčenín obsahujúcich kyslík k intenzívnym intermolekulárnym interakciám.
Štúdium zlúčenín obsahujúcich dusík je možné dvoma spôsobmi – priamo v rope a po ich izolácii a separácii. Prvý spôsob umožňuje študovať zlúčeniny obsahujúce dusík v stave blízkom prirodzenému, nie je však vylúčený výskyt viditeľných chýb v dôsledku nízkej koncentrácie týchto zlúčenín. Druhý spôsob umožňuje znížiť takéto chyby, ale v procese chemického pôsobenia na olej počas separácie a izolácie je možná zmena ich štruktúry. Zistilo sa, že zlúčeniny obsahujúce dusík v oleji predstavujú najmä cyklické zlúčeniny. Alifatické zlúčeniny obsahujúce dusík sa nachádzajú iba v produktoch deštruktívnej rafinácie ropy, v ktorej vznikajú v dôsledku deštrukcie dusíkatých heterocyklov.
Všetky olejové zlúčeniny obsahujúce dusík sú spravidla funkčnými derivátmi arénov, a preto majú distribúciu molekulovej hmotnosti podobnú. Na rozdiel od arénov sa však zlúčeniny obsahujúce dusík koncentrujú vo vysokovriacich ropných frakciách a sú súčasťou CAB. Až 95 % atómov dusíka prítomných v oleji je koncentrovaných v živiciach a asfalténoch. Navrhlo sa, že počas izolácie živíc a asfalténov sa s nimi súčasne vyzrážajú aj zlúčeniny s relatívne nízkou molekulovou hmotnosťou obsahujúce dusík vo forme donor-akceptorových komplexov.
V súlade so všeobecne uznávanou klasifikáciou podľa acidobázickej charakteristiky zlúčeniny obsahujúce dusík sa deliana dusíkaté zásady a neutrálne zlúčeniny.
Zásady obsahujúce dusík sú zjavne jedinými nositeľmi hlavných vlastností medzi komponentmi olejových systémov. Podiel zásad obsahujúcich dusík v oleji titrovanom kyselinou chloristou v prostredí kyseliny octovej sa pohybuje od 10 do 50 %. V súčasnosti bolo v olejoch a ropných produktoch identifikovaných viac ako 100 alkyl- a areno-kondenzovaných analógov pyridínu, chinolínu a iných báz.
Silne zásadité zlúčeniny obsahujúce dusík predstavujú pyridíny a ich deriváty:
Medzi slabo zásadité zlúčeniny obsahujúce dusík patria anilíny, amidy, imidy a N-cykloalkylové deriváty s alkylovými, cykloalkylovými a fenylovými skupinami ako substituentmi v pyrolovom kruhu:
Neutrálne zlúčeniny obsahujúce dusík, ktoré neobsahujú iné heteroatómy v molekulách okrem atómu dusíka a sú izolované z ropy, zahŕňajú indoly, karbazoly a ich nafténové deriváty a deriváty obsahujúce síru:
Keď sa izolujú, neutrálne zlúčeniny obsahujúce dusík tvoria asociácie so zlúčeninami obsahujúcimi kyslík a extrahujú sa spolu s bázami obsahujúcimi dusík.
Spolu s menovanými monofunkčnými zlúčeninami boli v olejoch identifikované nasledujúce zlúčeniny obsahujúce dusík:
1. Polyaromatické s dvoma atómami dusíka v molekule:
2. Zlúčeniny s dvoma heteroatómami (dusík a síra) v jednom cykle - tiazoly a benztiazoly a ich alkylové a nafténové homológy:
3. Zlúčeniny s dvoma heteroatómami dusíka a síry v rôznych cykloch: alkyl-, cykloalkylindoly a karbazoly obsahujúce tiofén.
4. Zlúčeniny s karbonylovou skupinou v heterocykle obsahujúcom dusík, ako sú piperidóny a chinolóny:
5. Porfyríny. Štruktúra porfyrínov, ktoré sú komplexnými zlúčeninami s vanadylom VO, niklom a železom, bude diskutovaná nižšie.
Dôležitosť dusíkatých zlúčenín ropy ako prírodných povrchovo aktívnych látok je veľmi vysoká; spolu s CAB do značnej miery určujú povrchovú aktivitu na hraniciach kvapalnej fázy a zmáčavosť ropy na rozhraní horninový olej, kov-olej. Zlúčeniny obsahujúce dusík a ich deriváty - pyridíny, hydroxypyridíny, chinolíny, hydroxychinolíny, imidazolíny, oxazolíny atď. - sú prírodné povrchovo aktívne látky rozpustné v oleji, ktoré majú inhibičné vlastnosti pri korózii kovov počas výroby, prepravy a rafinácie ropy. Slabšie povrchovo aktívne vlastnosti sú charakteristické pre také olejové zlúčeniny obsahujúce dusík, ako sú homológy pyrolu, indolu, karbazolu, tiazolov a amidov.
Živicovo-asfaltové látky (TAXÍK). Jednou z najreprezentatívnejších skupín heteroorganických makromolekulárnych olejových zlúčenín sú CAB. Charakteristické črty CAB - významné molekulové hmotnosti, prítomnosť rôznych heteroelementov v ich zložení, polarita, paramagnetizmus, vysoký sklon k MMW a asociácii, polydisperzita a prejav výrazných koloidných disperzných vlastností - prispeli k tomu, že bežne používané metódy v rozbore sa ukázali ako nevhodné na ich štúdium.zložky s nízkou teplotou varu. Vzhľadom na špecifiká skúmaného objektu Sergienko S.R. pred viac ako 30 rokmi vyčlenil chémiu makromolekulových olejových zlúčenín ako samostatný odbor chémie ropy a zásadne prispel k jej vzniku svojimi zásadnými prácami.
Až do 60. a 70. rokov 20. storočia výskumníci určovali fyzikálno-chemické charakteristiky CAB (niektoré z nich sú uvedené v tabuľke 2.4) a pokúšali sa reprezentovať štruktúrny vzorec priemernej molekuly asfalténov a živíc na základe údajov z inštrumentálnej štrukturálnej analýzy.
Podobné pokusy prebiehajú aj v súčasnosti. Hodnoty elementárneho zloženia, priemerných molekulových hmotností, hustoty, rozpustnosti atď., ktoré sa pre vzorky CAB rôznych domácich a zahraničných olejov pohybujú vo významnom rozsahu, odrážajú rozmanitosť prírodných olejov. Väčšina heteroelementov prítomných v oleji a takmer všetky kovy sú koncentrované v živiciach a asfalténoch.
Dusík v CAB vstupuje hlavne do heteroaromatických fragmentov typu pyridín (základný), pyrol (neutrálny) a porfyrín (komplex kovu). Síra je zložkou heterocyklov (tiofén, tiacyklán, tiazol), tiolových skupín a sulfidových mostíkov, ktoré zosieťujú molekuly. Kyslík v živiciach a asfalténoch je prítomný vo forme hydroxylových (fenolových, alkoholových), karboxylových, éterových (jednoduchý, komplexný laktón), karbonylových (ketónových, chinónových) skupín a furánových cyklov. Medzi molekulovou hmotnosťou asfalténov a obsahom heteroelementov existuje určitá zhoda (obr. 2.2).
Charakterizujme modernú úroveň predstáv o CAB. Yen si všíma univerzálnu povahu asfalténov ako zložky prírodných zdrojov uhlíka, nielen kaustobiolitov (oleje a tuhé palivá), ale aj sedimentárnych hornín a meteoritov.
Podľa klasifikácie prírodných zdrojov na uhľovodíkovej báze, ktorú navrhol Abrahám, medzi oleje patria oleje, ktoré obsahujú do 35 – 40 % (hm.) CAB, a prírodné asfalty a bitúmeny obsahujú do 60 – 75 % (hm.) CAB, podľa iných zdrojov - až 42-81%. Na rozdiel od ľahších zložiek oleja, ktoré boli do ich skupín priradené podobnosťou ich chemickej štruktúry, je kritériom pre kombinovanie zlúčenín do triedy nazývanej CAB ich blízkosť v rozpustnosti v konkrétnom rozpúšťadle. Keď sú olej a ropné zvyšky vystavené veľkému množstvu petroléteru, nízkovriacich alkánov, vyzrážanie látok tzv. asfaltény, ktoré sú rozpustné v nižších arénach, a solvatácia ďalších zložiek - malténov, pozostávajúcich z uhľovodíkovej časti a živíc.
Moderné schémy na separáciu ťažkej časti ropy sú založené na klasických metódach, ktoré prvýkrát navrhol Markusson. Látky nerozpustné v sírouhlíku a iných rozpúšťadlách sú klasifikované ako karboidy. Látky, ktoré sú rozpustné len v sírouhlíku a vyzrážané tetrachlórmetánom, sa nazývajú karbény. Karboidy a karbény sa spravidla nachádzajú v zložení ťažkých produktov deštruktívnej rafinácie ropy v množstve niekoľkých percent a budú sa posudzovať samostatne nižšie. Prakticky chýbajú v zložení ropy a vo zvyškoch primárnej rafinácie ropy.
Vlastnosti izolovaných asfalténov závisia aj od rozpúšťadla. Dôsledkom rozdielov v povahe a vlastnostiach rozpúšťadiel je, že molekulová hmotnosť asfalténov z arabských olejov po rozpustení v benzéne je v priemere 2-krát vyššia ako v tetrahydrofuráne. (Tabuľka 2. 5).
Tabuľka 2.5
Parameter roztoku rozpúšťadla Dielektrický dipólový moment, Dpriepustnosť priepustnosť
tetrahydrofurán 9,1 7,58 1,75 Benzén 9,2 2,27 0
V procese vývoja myšlienok o štruktúre a povahe ropných CAB možno rozlíšiť dve hlavné etapy, ktoré súvisia so všeobecnou myšlienkou koloidne rozptýlenej štruktúry, ale líšia sa v metodickom prístupe k hodnoteniu štruktúry jedného prvku. koloidnej štruktúry. V prvom štádiu - štádiu chemických predstáv o štruktúre molekúl CAB - sa na identifikáciu štruktúry neznámej zlúčeniny použil štandardný chemický prístup. Po stanovení molekulovej hmotnosti, elementárneho zloženia a molekulových vzorcov živíc a asfalténov C n H 2 n - z N p S g O r. Potom sa vypočítala hodnota z. Pre živice to bolo 40-50, pre asfaltény - 130-140. Typický príklad výsledkov takýchto štúdií pre vzorky CAB rôznych domácich a zahraničných olejov je uvedený v tabuľke. 2.4. (pozri tabuľku 1.4). Ako je možné vidieť, asfaltény sa líšia od živíc z rovnakého zdroja vyšším obsahom uhlíka a kovu a nižším obsahom vodíka, väčšími polyaromatickými jadrami, kratšou priemernou dĺžkou veľkých alifatických substituentov a menším počtom acyklických fragmentov priamo fúzovaných s aromatickými jadrami.
Druhú etapu možno charakterizovať ako etapu rozvoja fyzikálnych predstáv o štruktúre asfalténov a analýzu príčin tendencie asfalténov združovať sa. V rámci kvalitatívne nových predstáv o tzv. štruktúra asfalténov.
V roku 1961 T. Yen navrhol takzvaný stohový model štruktúry asfalténov „plate to plate“. Model nebol založený na nutnosti jeho súladu s vypočítanými štruktúrnymi parametrami zloženia asfalténov, ale na zásadnej možnosti rovinnej paralelnej orientácie polyaromatických fragmentov rôznych molekúl. K ich asociácii v dôsledku medzimolekulových (π - π, donor-akceptor atď.) interakcií dochádza pri vytváraní vrstvených stohovacích štruktúr (výraz "stohovanie" sa v molekulárnej biológii používa na označenie stohovaného usporiadania molekúl vyššie ostatný).
Ryža. 2.5. Korelácia medzi veľkosťou častíc asfalténov (D) a ich molekulovou hmotnosťou (M)
V súlade s modelom Yen založeným na údajoch o rôntgenovej difrakcii majú asfaltény kryštalickú štruktúru a sú to vrstvené štruktúry s priemerom 0,9-1,7 nm zo 4-5 vrstiev vzdialených od seba 0,36 nm. Veľkosť vrstvených štruktúr pozdĺž normály k rovine aromatických platní je 1,6–2,0 nm (obr. 2.6). Priamočiare segmenty vykazujú ploché polyaromatické fragmenty a zlomené segmenty ukazujú nasýtené fragmenty molekúl. Polyaromatické fragmenty sú reprezentované relatívne malými, najčastejšie nie viac ako tetracyklickými, jadrami. Z alifatických fragmentov sú najbežnejšie krátke alkylové skupiny C1-C5, predovšetkým metyl, ale existujú aj lineárne rozvetvené alkány s 10 alebo viac atómami uhlíka. V molekulách CAB sú tiež polycyklické nasýtené štruktúry s 1-5 kondenzovanými kruhmi, hlavne bicyklány.
V rámci Jenského modelu možno závislosť molekulovej hmotnosti asfalténov od podmienok izolácie a povahy rozpúšťadla uvedeného vyššie ľahko vysvetliť asociáciou, ktorá naznačuje niekoľko úrovní štruktúrnej organizácie asfalténov: molekulárne dispergovaný stav (I), v ktorom sú asfaltény vo forme oddelených vrstiev; koloidný stav (II), ktorý je výsledkom tvorby stohovacích štruktúr s charakteristickými rozmermi; dispergovaný kineticky stabilný stav (III) vznikajúci agregáciou vrstvených štruktúr a dispergovaný kineticky nestabilný stav (IV) sprevádzaný precipitáciou.
Ryža. 2.6. Model štruktúry asfaltu podľa Jen
Mnoho moderných výskumníkov sleduje modely obalovej štruktúry štruktúry asfalténov. Unger F.G. vyjadril originálny názor na proces výskytu a existencie CAB v rope. Oleje a olejové systémy obsahujúce CAB sú podľa jeho názoru termodynamicky labilné paramagneticky združené riešenia. Jadrá asociátov takýchto roztokov sú tvorené asfalténmi, v ktorých sú lokalizované stabilné voľné radikály, a solvátové vrstvy obklopujúce jadrá pozostávajú z molekúl diamagnetickej živice. Niektoré z molekúl diamagnetickej živice sú schopné prejsť do excitovaného tripletového stavu a podstúpiť hemolýzu. Živice sú preto potenciálnym zdrojom asfalténov, čo vysvetľuje L.G. jednoduchosť premeny živíc na asfaltény.
Novosť prezentovaných myšlienok je teda spojená s tvrdením o osobitnej úlohe výmenných interakcií pri vysvetľovaní podstaty CAB. Na rozdiel od modelu balenia sa rozvíja myšlienka centrálne symetrickej štruktúry častice CAB. Prvýkrát to postulovali D. Pfeiffer a R. Saal, ktorí navrhli statický model štruktúry štruktúrnej jednotky asfalténov. Podľa nej jadro štruktúrnej jednotky tvoria vysokomolekulárne polycyklické uhľovodíky a je obklopené zložkami s postupne klesajúcim stupňom aromaticity. Neumann G. zdôraznil, že energeticky prospešné je obrátiť polárne skupiny vo vnútri štruktúrnej jednotky a uhľovodíkové radikály smerom von, čo je v súlade s pravidlom vyrovnávania polarít podľa Rebindera.
porfyríny sú typickými príkladmi natívnych ropných komplexných zlúčenín. Porfyríny s vanádom ako ohniskom (vo forme vanadylu) alebo niklu (pozri 11). Olejové vanadylporfyríny sú hlavne homológy dvoch sérií: alkylom substituované porfyríny s rôznym celkovým počtom atómov uhlíka v bočných substituentoch porfínového kruhu a porfyríny s dodatočným cyklopenténovým kruhom. Kovové porfyrínové komplexy sú prítomné v prírodnom bitúmene do 1 mg/100 g a vo vysokoviskóznych olejoch do 20 mg/100 g oleja. Pri štúdiu charakteru distribúcie komplexov kovových porfyrínov medzi jednotlivými časťami SDS v práci extrakciou a gélovou chromatografiou sa zistilo, že 40 % vanadylporfyrínov je koncentrovaných v dispergovaných časticiach (približne rovnomerne v zložení jadro a vrstva solvátu) a ich zvyšok a niklové porfyríny sú obsiahnuté v disperznom prostredí.
Vanadylporfyríny v zložení asfalténov významne prispievajú k povrchovej aktivite olejov, zatiaľ čo vnútorná povrchová aktivita asfalténov je nízka. Štúdium olejov z Baškirie teda ukázalo, že povrchové napätie olejov na hranici s vodou silne koreluje s obsahom vanadylporfyrínov v nich, pričom korelačný koeficient s obsahom asfalténov v nich je relatívne nízky (obr. 2.7).
V menšej miere sa študoval vplyv kovových porfyrínov na disperznú štruktúru ropy a podmienky vzniku fázových prechodov v ropných systémoch. Existujú dôkazy o ich negatívnom vplyve spolu s ďalšími heteroatómovými zložkami na katalytické procesy rafinácie ropy. Okrem toho by mali silne ovplyvňovať kinetiku a mechanizmus fázových prechodov v SSS.
Ryža. 2.7. Izotermy medzipovrchového napätia a na hranici s vodou:
a - benzénové roztoky asfalténov: 1 - asfaltény s porfyrínmi; 2-5 - asfaltény ako porfyríny sú odstránené po jednej, piatich, siedmich, trinástich extrakciách; b - olej z Baškirie
Test na tému: „Organické látky obsahujúce kyslík a dusík“ (10. stupeň)
Vážení študenti, tento test je výsledkom štúdia témy " Organické látky obsahujúce kyslík a dusík„a ovplyvňuje nastavenie známky za trimester. Na jeho dokončenie máte 40 minút. Pri vystupovaní je zakázané používať učebnicu, referenčné materiály a Inttrnet.
Prajem ti úspech!
1. Najvyššiu aktivitu má atóm vodíka v molekule
2. Interagujte navzájom
3. Neinteragujte medzi sebou
4. Kyselina octová môže reagovať s ktoroukoľvek z týchto dvoch látok
5. Sú nasledujúce úsudky o vlastnostiach kyseliny octovej správne?
1. Kyselina octová nereaguje s uhličitanom sodným.
2. Roztok kyseliny octovej vedie elektrický prúd.
6. Dehydratačná reakcia je možná pre
7. Hydroxid sodný bude reagovať s
9. Produkt oxidácie propanolu nemôže byť
10. Pri zahrievaní 57,5 g etanolu s koncentrovanou kyselinou sírovou vznikli dve organické zlúčeniny A a B. Látka A je plyn, ktorý dokáže odfarbiť 100 g 40 % roztoku brómu v tetrachlórmetáne. Látka B je kvapalina s nízkym bodom varu. Stanovte výsledné zlúčeniny A a B, vypočítajte aj objem A (pri N.O.) a hmotnosť B za predpokladu, že etanol úplne zreagoval.
| Overený obsah | Testované zručnosti |
|
| Vlastnosti látok | ||
| Vlastnosti fenolu | Možnosť vybrať jednu odpoveď zo štyroch možností |
|
| Vlastnosti alkoholov | Možnosť vybrať jednu odpoveď zo štyroch možností |
|
| Vlastnosti organickej kyseliny | Možnosť vybrať jednu odpoveď zo štyroch možností |
|
| Vlastnosti organickej kyseliny | Možnosť vybrať jednu odpoveď zo štyroch možností |
|
| Dehydratačné reakcie organických látok | ||
| Vlastnosti organických kyselín a fenolu | Schopnosť viacnásobného výberu |
|
| Uskutočnenie reťazca reakcií | Schopnosť viacnásobného výberu |
|
| Vlastnosti alkoholov | Schopnosť viacnásobného výberu |
|
| Vlastnosti alkoholov | Schopnosť písať a riešiť problémy |
Kľúče k testu
10. 5,6 1 eténu a 37 g dietyléteru
Jedným z najbežnejších chemických prvkov zahrnutých v prevažnej väčšine chemikálií je kyslík. Oxidy, kyseliny, zásady, alkoholy, fenoly a iné zlúčeniny obsahujúce kyslík sa študujú v rámci anorganickej a organickej chémie. V našom článku budeme študovať vlastnosti, ako aj uviesť príklady ich použitia v priemysle, poľnohospodárstve a medicíne.
oxidy
Najjednoduchšie v štruktúre sú binárne zlúčeniny kovov a nekovov s kyslíkom. Klasifikácia oxidov zahŕňa tieto skupiny: kyslé, zásadité, amfotérne a indiferentné. Hlavným kritériom pre rozdelenie všetkých týchto látok je, ktorý prvok sa spája s kyslíkom. Ak je to kov, potom sú základné. Napríklad: CuO, MgO, Na 2 O - oxidy medi, horčíka, sodíka. Ich hlavnou chemickou vlastnosťou je reakcia s kyselinami. Oxid meďnatý teda reaguje s kyselinou chlorovodíkovou:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + 63,3 kJ.
Prítomnosť atómov nekovových prvkov v molekulách binárnych zlúčenín naznačuje ich príslušnosť ku kyslému vodíku H 2 O, oxidu uhličitému CO 2, oxidu fosforečného P 2 O 5. Schopnosť takýchto látok reagovať s alkáliami je ich hlavnou chemickou charakteristikou.
V dôsledku reakcie sa môžu vytvoriť druhy: kyslé alebo stredné. To bude závisieť od toho, koľko mólov alkálie reaguje:
- CO2 + KOH => KHC03;
- CO2+ 2KOH => K2CO3 + H2O.
Ďalšia skupina zlúčenín obsahujúcich kyslík, ktoré zahŕňajú také chemické prvky ako zinok alebo hliník, sa označuje ako amfotérne oxidy. V ich vlastnostiach je tendencia k chemickej interakcii s kyselinami aj zásadami. Produkty interakcie oxidov kyselín s vodou sú kyseliny. Napríklad pri reakcii anhydridu kyseliny sírovej a vody vznikajú kyseliny - to je jedna z najdôležitejších tried zlúčenín obsahujúcich kyslík.
Kyseliny a ich vlastnosti
Zlúčeniny pozostávajúce z atómov vodíka spojených s komplexnými iónmi kyslých zvyškov sú kyseliny. Bežne sa dajú rozdeliť na anorganické, napríklad kyselinu uhličitú, síran, dusičnan a organické zlúčeniny. Posledne uvedené zahŕňajú kyselinu octovú, mravčiu a olejovú kyselinu. Obe skupiny látok majú podobné vlastnosti. Takže vstupujú do neutralizačnej reakcie so zásadami, reagujú so soľami a zásaditými oxidmi. Takmer všetky kyseliny obsahujúce kyslík vo vodných roztokoch disociujú na ióny, ktoré sú vodičmi druhého druhu. Pomocou indikátorov je možné určiť kyslú povahu ich prostredia v dôsledku nadmernej prítomnosti vodíkových iónov. Napríklad fialový lakmus sa po pridaní do roztoku kyseliny zmení na červený. Typickým predstaviteľom organických zlúčenín je kyselina octová obsahujúca karboxylovú skupinu. Obsahuje atóm vodíka, ktorý spôsobuje kyslé kyseliny.Je to bezfarebná kvapalina so špecifickým štipľavým zápachom, kryštalizujúca pri teplotách pod 17°C. CH 3 COOH, podobne ako ostatné kyseliny obsahujúce kyslík, je dokonale rozpustný vo vode v akomkoľvek pomere. Jeho 3 - 5% roztok je v bežnom živote známy pod názvom ocot, ktorý sa používa pri varení ako dochucovadlo. Látka našla svoje uplatnenie aj pri výrobe acetátového hodvábu, farbív, plastov a niektorých liečiv.
Organické zlúčeniny obsahujúce kyslík
V chémii možno rozlíšiť veľkú skupinu látok obsahujúcich okrem uhlíka a vodíka aj častice kyslíka. Sú to karboxylové kyseliny, estery, aldehydy, alkoholy a fenoly. Všetky ich chemické vlastnosti sú určené prítomnosťou špeciálnych komplexov - funkčných skupín v molekulách. Napríklad alkohol obsahujúci iba limitné väzby medzi atómami - ROH, kde R je uhľovodíkový radikál. Tieto zlúčeniny sa zvyčajne považujú za deriváty alkánov, v ktorých je jeden atóm vodíka nahradený hydroxoskupinou.
Fyzikálne a chemické vlastnosti alkoholov
Stav agregácie alkoholov je kvapalný alebo pevný. Medzi alkoholmi nie sú žiadne plynné látky, čo možno vysvetliť tvorbou asociátov - skupín pozostávajúcich z niekoľkých molekúl spojených slabými vodíkovými väzbami. Táto skutočnosť určuje aj dobrú rozpustnosť nižších alkoholov vo vode. Vo vodných roztokoch sa však organické látky obsahujúce kyslík - alkoholy, nedisociujú na ióny, nemenia farbu indikátorov, to znamená, že majú neutrálnu reakciu. Atóm vodíka funkčnej skupiny je slabo viazaný na iné častice, preto je pri chemických interakciách schopný opustiť molekulu. Na rovnakom mieste voľnej valencie sa nahrádza inými atómami, napríklad pri reakciách s aktívnymi kovmi alebo s alkáliami - atómami kovov. V prítomnosti katalyzátorov, ako je platinové pletivo alebo meď, sa alkoholy oxidujú pomocou silných oxidačných činidiel, dvojchrómanu draselného alebo manganistanu draselného, na aldehydy.
esterifikačná reakcia
Jednou z najdôležitejších chemických vlastností organických látok obsahujúcich kyslík: alkoholov a kyselín je reakcia vedúca k tvorbe esterov. Má veľký praktický význam a v priemysle sa používa na extrakciu esterov používaných ako rozpúšťadlá v potravinárskom priemysle (vo forme ovocných esencií). V medicíne sa niektoré z esterov používajú ako spazmolytiká, napríklad etylnitrit rozširuje periférne cievy a izoamylnitrit je ochrancom kŕčov koronárnych artérií. Rovnica esterifikačnej reakcie má nasledujúci tvar:
CH3COOH + C2H5OH<--(H2SO4)-->CH3COOC2H5+H20
V ňom je CH3COOH kyselina octová a C2H5OH je chemický vzorec etanolalkoholu.
Aldehydy
Ak zlúčenina obsahuje funkčnú skupinu -COH, potom je klasifikovaná ako aldehyd. Sú prezentované ako produkty ďalšej oxidácie alkoholov, napríklad oxidačnými činidlami, ako je oxid meďnatý.
Prítomnosť karbonylového komplexu v molekulách mravčej alebo acetaldehydovej určuje ich schopnosť polymerizovať a pripájať atómy iných chemických prvkov. Kvalitatívne reakcie, ktoré možno použiť na preukázanie prítomnosti karbonylovej skupiny a príslušnosti látky k aldehydom, sú reakcia strieborného zrkadla a interakcia s hydroxidom medi pri zahrievaní:
Najväčšie využitie získal acetaldehyd, ktorý sa v priemysle používa na výrobu kyseliny octovej, čo je veľkotonážny produkt organickej syntézy.
Vlastnosti organických zlúčenín obsahujúcich kyslík - karboxylové kyseliny
Prítomnosť karboxylovej skupiny - jednej alebo viacerých - je charakteristickým znakom karboxylových kyselín. Vďaka štruktúre funkčnej skupiny sa v kyslých roztokoch môžu vytvárať diméry. Sú navzájom spojené vodíkovými väzbami. Zlúčeniny disociujú na vodíkové katióny a anióny zvyškov kyselín a sú slabými elektrolytmi. Výnimkou je prvý zástupca radu limitujúcich jednosýtnych kyselín - mravčia, čiže metán, ktorý je vodičom druhého druhu strednej pevnosti. Prítomnosť iba jednoduchých sigma väzieb v molekulách indikuje limit, ale ak látky majú vo svojom zložení dvojité pí väzby, ide o nenasýtené látky. Do prvej skupiny patria kyseliny ako metán, octová, maslová. Druhým sú zlúčeniny, ktoré sú súčasťou tekutých tukov - olejov, napríklad kyseliny olejovej. Chemické vlastnosti zlúčenín obsahujúcich kyslík: organické a anorganické kyseliny sú do značnej miery podobné. Môžu teda interagovať s aktívnymi kovmi, ich oxidmi, s alkáliami a tiež s alkoholmi. Napríklad kyselina octová reaguje so sodíkom, oxidom a vytvára soľ - octan sodný:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Osobitné miesto zaujímajú zlúčeniny vyšších karboxylových kyselín obsahujúcich kyslík: stearová a palmitová, s trojmocným nasýteným alkoholom - glycerolom. Patria medzi estery a nazývajú sa tuky. Rovnaké kyseliny sú súčasťou sodných a draselných solí ako kyslý zvyšok a tvoria mydlá.
Dôležitými organickými zlúčeninami, ktoré sú vo voľnej prírode rozšírené a zohrávajú vedúcu úlohu ako energeticky najnáročnejšia látka, sú tuky. Nie sú samostatnou zlúčeninou, ale zmesou heterogénnych glyceridov. Ide o zlúčeniny limitujúceho viacsýtneho alkoholu – glycerínu, ktorý podobne ako metanol a fenol obsahuje hydroxylové funkčné skupiny. Tuky môžu byť podrobené hydrolýze - zahrievaniu vodou v prítomnosti katalyzátorov: alkálie, kyseliny, oxidy zinku, horčík. Produkty reakcie budú glycerol a rôzne karboxylové kyseliny, ďalej používané na výrobu mydla. Aby sa pri tomto procese nepoužívali drahé prírodné esenciálne karboxylové kyseliny, získavajú sa oxidáciou parafínu.
Fenoly
Po zvážení tried zlúčenín obsahujúcich kyslík sa zastavme pri fenoloch. Sú reprezentované fenylovým zvyškom -C6H5 spojeným s jednou alebo viacerými funkčnými hydroxylovými skupinami. Najjednoduchším predstaviteľom tejto triedy je kyselina karbolová alebo fenol. Ako veľmi slabá kyselina môže interagovať s alkáliami a aktívnymi kovmi – sodíkom, draslíkom. Látka s výraznými baktericídnymi vlastnosťami - fenol sa používa v medicíne, ako aj pri výrobe farbív a fenolformaldehydových živíc.
V našom článku sme študovali hlavné triedy zlúčenín obsahujúcich kyslík a tiež sme zvážili ich chemické vlastnosti.
učiteľ:
Vzdelávacia inštitúcia: odborné lýceum petrohradského metra
Akademická disciplína: chémia
Predmet: "Organické zlúčeniny obsahujúce kyslík a dusík"
Cieľová skupina: Kurz 1
Typ lekcie: zovšeobecnenie materiálu, 1 akad. hodina.
Ciele lekcie:
Vedomosti: poznať vzorce a vlastnosti organických látok obsahujúcich kyslík a dusík
Porozumenie: pochopiť závislosť vlastností látok od štruktúry molekuly, od funkčnej skupiny
Aplikácia: použiť informácie o vlastnostiach látok na zostavenie rovníc chemických reakcií.
Analýza: analyzovať vzájomný vplyv skupín atómov v molekulách organických látok.
Syntéza: sumarizovať informácie o vlastnostiach organických látok vo forme reťazca premien
stupeň: vykonať sebahodnotenie navrhovaných okruhov.
Vybavenie: interaktívna tabuľa, multimediálna prezentácia.
Plán lekcie:
1. Org. moment
2. Opakovanie predtým naučeného.
3. Vystúpenia žiakov.
4. Sebaurčenie žiakov podľa úrovne sebaúcty.
5. Samostatná práca žiakov.
6. Zhrnutie systému orientovaného na kritériá.
7. Domáce úlohy.
Počas vyučovania
1. Organizácia času.
Zostavenie skupiny, správa vedúceho skupiny o počte prítomných žiakov.
2. Opakovanie predtým naučeného
Informácie o funkčných skupinách, triedach látok s obsahom kyslíka a dusíka, o najjednoduchších predstaviteľoch týchto tried pomocou interaktívnej tabule a multimediálnej prezentácie.
Aká skupina atómov, nevyhnutne prítomná v molekulách látok tejto triedy, určuje chemickú funkciu látky, t.j. jej chemické vlastnosti?
Odpoveď: funkčná skupina atómov
Uveďte názov funkčnej skupiny - OH
Odpoveď: hydroxylová skupina atómov.
Aká trieda látok určuje hydroxylovú skupinu atómov?
Odpoveď: Alkoholy, ak je skupina 1 OH, jednosýtne alkoholy, ak je viac skupín OH, viacsýtne alkoholy.
Uveďte názov funkčnej skupiny - SPÁNOK. Akú triedu látok definuje?
Odpoveď: aldehydová skupina, definuje triedu aldehydov.
Skupine uveďte názov funkcií - SPÁNOK. Akú triedu definuje?
Odpoveď: karboxylová skupina, definuje triedu karboxylových kyselín.
Dajte skupine názov funkcie - NH2. Akú triedu definuje?
Odpoveď: Aminoskupina definuje triedu amínov alebo triedu aminokyselín.
Počúvame posolstvá študentov s prezentáciou multimediálnych prezentácií o najjednoduchších predstaviteľoch rôznych tried látok obsahujúcich kyslík a dusík.
3. Vystúpenia žiakov.
Správa 1.
Etanol C2H5OH, trieda jednosýtnych alkoholov, funkčná skupina - hydroxylová skupina atómov - OH. Kvalitatívna reakcia - interakcia s oxidom medi (II) s tvorbou aldehydu. Chemické vlastnosti (vyberáme 2 reakcie) - spaľovanie a interakcia s kovmi (Na).
Správa 2.
Propantriol (glycerol) C3H7 (OH) 3. Trieda - viacsýtne alkoholy, funkčné skupiny - niekoľko hydroxylových skupín - OH. Kvalitatívna reakcia - interakcia s hydroxidom meďnatým (II). Chemické vlastnosti - interakcia so sodíkom as halogenovodíkmi.
Laboratórne skúsenosti:
Nalejte asi 1 ml roztoku sumorátu meďnatého do skúmavky a pridajte trochu roztoku hydroxidu sodného, kým sa nevytvorí modrá zrazenina hydroxidu meďnatého. K výslednej zrazenine pridajte po kvapkách roztok glycerínu. Zmes pretrepte. Zaznamenávame premenu modrej zrazeniny na modrý roztok.
(glycerol + Cu(OH)2 ----- modrý roztok)
Správa 3.
Fenol C6H5OH je najjednoduchším členom triedy fenolov.
Funkčnou skupinou je hydroxylová skupina –OH. Kvalitatívna reakcia je tvorba fialového roztoku pri interakcii s chloridom železitým alebo tvorba bielej zrazeniny pri interakcii s brómom. Chemické vlastnosti: fenol je slabá kyselina, interaguje s kovmi (Na) s alkáliami (NaOH) a s brómom.
Správa 4.
Etanol alebo acetaldehyd CH3-COH Funkčná skupina - COH aldehydová skupina. Trieda - aldehydy. Kvalitatívna reakcia je reakcia „strieborného zrkadla“. Chemické vlastnosti: redukčná reakcia a oxidačná reakcia.
Laboratórny pokus: demonštračný pokus.
Do skúmavky obsahujúcej 1 ml aldehydu (vodný roztok) pridajte niekoľko kvapiek roztoku amoniaku oxidu strieborného. Skúmavku zohrejeme. Na stenách skúmavky pozorujeme uvoľňovanie striebra, sklenená plocha sa stáva zrkadlom.
Správa 5.
Kyselina etánová CH3-COOH (kyselina octová). Trieda - karboxylové kyseliny. Funkčnou skupinou je karboxylová skupina COOH. Kvalitatívna reakcia - lakmusový indikátor sa zmení na červenú.
Chemické vlastnosti: ako každá kyselina interaguje s kovmi (Na), zásaditými oxidmi (Na2O), zásadami (NaOH).
Laboratórne skúsenosti:
Do suchej čistej skúmavky s univerzálnym indikátorom nalejte trochu kyseliny octovej. Indikátor sa zmení na červenú.
Správa 6.
Glukóza C6H12O6. Trieda - sacharidy. Funkčné skupiny: 5-OH a 1-COH, teda aldehydalkohol. Kvalitatívne reakcie: interakcia s hydroxidom meďnatým za vzniku modrého roztoku. Reakcia "strieborného zrkadla" s uvoľňovaním striebra na steny skúmavky. Chemické vlastnosti: redukcia na šesťsýtny alkohol, oxidácia na kyselinu glukónovú, fermentačná reakcia.
Správa 7.
Anilín C6H5-NH2.
Funkčná skupina - aminoskupina NH2. Trieda - amíny. Kvalitatívna reakcia: interakcia s brómovou vodou s tvorbou bielej zrazeniny. Chemické vlastnosti: interakcia s kyselinou chlorovodíkovou a brómom.
Správa 8.
Aminoetánová kyselina NH2-CH2-COOH alebo kyselina aminooctová.
Trieda - aminokyseliny. Funkčné skupiny: - NH2 aminoskupina a –COOH karboxylová skupina. Chemické vlastnosti: AK - amfotérne zlúčeniny; - NH2 dáva zásadité vlastnosti, - COOH - kyslé vlastnosti. Aminokyseliny sa preto dokážu navzájom spájať, vytvárať proteínové molekuly a proteín je základom života na našej planéte.
4. Sebaurčenie žiakov podľa úrovne sebaúcty.
Interaktívna tabuľa: žiaci sa na hodine oboznamujú s rozvojovou sebahodnotiacou mapou a poznačia si svoju úroveň.
1. Viem určiť funkčnú skupinu a najjednoduchšieho zástupcu triedy organických látok s pomocou učiteľa a súhrnom (6-7 bodov).
2. Viem určiť funkčnú skupinu, najjednoduchší zástupca triedy organických látok bez pomoci učiteľa a bez pomoci súhrnu (8-10 bodov).
3. S pomocou učiteľa a poznámok viem určiť kvalitatívnu reakciu a chemické vlastnosti látky (11-14 bodov).
4. Dokážem určiť kvalitatívnu reakciu a chemické vlastnosti látky bez pomoci učiteľa a bez súhrnu (15-18 bodov).
Trieda | Funkčné skupiny | Najjednoduchší zástupca | Kvalitatívne reakcie | Chemické vlastnosti |
monatomický alkoholy | ||||
Viacsýtne alkoholy | ||||
Fenoly | ||||
Aldehydy | ||||
karboxylové kyseliny | ||||
Sacharidy | ||||
Amines | ||||
Aminokyseliny |
Študenti sa zoznámia so systémom hodnotenia na základe kritérií.
Kritériá:
18 - 15 bodov - "výborne"
body - "dobre"
10 - 6 bodov - "uspokojivé"
5 alebo menej - "neuspokojivé"
5. Samostatná práca žiakov.
6. Zhrnutie výsledkov na kriteriálnom systéme (oznámenie počtu bodov študentom).
7. Domáce úlohy: vyplnenie tabuľky.
