Обща характеристика на кислородсъдържащите органични съединения
Органичните вещества са клас съединения, съдържащи въглерод (с изключение на карбиди, карбонати, въглеродни оксиди и цианиди). Името "органични съединения" се появява на ранен етап от развитието на химията и учените говорят сами за себе си ... Wikipedia
Един от най-важните видовеорганични съединения. Те съдържат азот. Те съдържат връзки въглерод-водород и азот-въглерод в молекулата. Маслото съдържа азотсъдържащ пиридинов хетероцикъл. Азотът е част от протеините, нуклеиновите киселини и ... ... Wikipedia
Органогерманиеви съединения са органометални съединения, съдържащи германиева въглеродна връзка. Понякога те се наричат всички органични съединения, съдържащи германий. Първото органогерманно съединение тетраетилгерман беше ... ... Wikipedia
Органосилициевите съединения са съединения, в молекулите на които има директна връзка силиций-въглерод. Силиконовите съединения понякога се наричат силикони от латинското наименование на силиций, силиций. Силиконови съединения ... ... Wikipedia
Органичните съединения, органичните вещества са клас химични съединения, съдържащи въглерод (с изключение на карбиди, въглеродна киселина, карбонати, въглеродни оксиди и цианиди). Съдържание 1 История 2 Клас ... Wikipedia
Органометални съединения (МОС) Органични съединения, в чиито молекули има връзка между метален атом и въглероден атом/атоми. Съдържание 1 Видове органометални съединения 2 ... Wikipedia
Органохалогенните съединения са органични съединения, съдържащи поне една връзка C Hal въглероден халоген. Органохалогенните съединения, в зависимост от природата на халогена, се разделят на: Органофлуорни съединения; ... ... Wikipedia
Органометалните съединения (МОС) са органични съединения, в чиито молекули има връзка между метален атом и въглероден атом/атоми. Съдържание 1 Видове органометални съединения 2 Методи за получаване на ... Wikipedia
Органичните съединения, в които има връзка калай-въглерод, могат да съдържат както двувалентен, така и четиривалентен калай. Съдържание 1 Методи за синтез 2 Видове 3 ... Wikipedia
- (хетероцикли) органични съединения, съдържащи цикли, които наред с въглерода включват и атоми на други елементи. Те могат да се разглеждат като карбоциклични съединения с хетерозаместители (хетероатоми) в пръстена. Повечето ... ... Уикипедия
Образуването на халоалкани по време на взаимодействието на алкохоли с халогеноводороди е обратима реакция. Следователно е ясно, че алкохолите могат да бъдат получени чрез хидролиза на халоалкани- реакции на тези съединения с вода:
Многовалентните алкохоли могат да бъдат получени чрез хидролиза на халоалкани, съдържащи повече от един халогенен атом в молекулата. Например:
Хидратация на алкени
Хидратация на алкени- добавяне на вода при π - връзки на молекула на алкен, например:
Хидратирането на пропена води, в съответствие с правилото на Марковников, до образуването на вторичен алкохол - пропанол-2:
Хидрогениране на алдехиди и кетони
Окисляването на алкохолите в леки състоянияводи до образуването на алдехиди или кетони. Очевидно алкохолите могат да бъдат получени чрез хидрогениране (редукция на водород, добавяне на водород) на алдехиди и кетони:
Окисление на алкени
Гликолите, както вече беше отбелязано, могат да бъдат получени чрез окисляване на алкени с воден разтвор на калиев перманганат. Например, етилен гликол (етандиол-1,2) се образува по време на окисляването на етилен (етен):
Специфични методи за получаване на алкохоли
1. Някои алкохоли се получават по характерни само за тях начини. Така се получава метанол в промишлеността реакция на взаимодействие на водород с въглероден окис(II) (въглероден окис) при високо кръвно наляганеИ висока температуравърху повърхността на катализатора (цинков оксид):
Сместа, необходима за тази реакция въглероден окиса водородът, наричан още "синтезен газ", се получава чрез преминаване на водна пара върху горещи въглища:
2. Ферментация на глюкоза. Този метод за получаване на етилов (винен) алкохол е известен на човека от древни времена:
Основните начини за получаване на кислородни съединения(алкохоли) са: хидролиза на халоалкани, хидратация на алкени, хидрогениране на алдехиди и кетони, окисляване на алкени, както и производството на метанол от "синтезен газ" и ферментацията на захарни вещества.
Методи за получаване на алдехиди и кетони
1. Могат да се получат алдехиди и кетони окисляванеили дехидрогениране на алкохол. По време на окисляването или дехидрогенирането на първични алкохоли могат да се получат алдехиди и вторични алкохоли - кетони:
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.Реакцията на Кучеров.От ацетилен в резултат на реакцията се получава ацеталдехид, от хомолози на ацетилен - кетони:
3. При нагряване калцийили барий соли на карбоксилни киселиниобразуват се кетон и метален карбонат:
Методи за получаване на карбоксилни киселини
1. Могат да се получат карбоксилни киселини окисление на първични алкохолиили алдехиди:
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,
CH 3 -CHO + 2OH CH 3 -COONH 4 + 2Ag + 3NH 3 + H 2 O.
Но когато метаналът се окислява с амонячен разтвор на сребърен оксид, се образува амониев карбонат, а не мравчена киселина:
HCHO + 4OH \u003d (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag + 6NH 3 + 2H 2 O.
2. Ароматни карбоксилни киселини се образуват, когато окисление на хомолози бензен:
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. Хидролиза на различни карбоксилни производни киселинисъщо произвежда киселини. И така, по време на хидролизата на естер се образуват алкохол и карбоксилна киселина. Киселинно катализираните реакции на естерификация и хидролиза са обратими:
4. Естерна хидролизапод действието на воден разтвор на алкали протича необратимо, в този случай не се образува киселина от естера, а неговата сол:
МЕТОДИЧЕСКА РАЗРАБОТКА
За лекция
по дисциплина "Химия"
за кадети от 2-ри курс по специалността 280705.65 -
РАЗДЕЛ IV
ФИЗИКО-ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА ОРГАНИЧНИТЕ ВЕЩЕСТВА
ТЕМА 4.16
СЕСИЯ № 4.16.1-4.16.2
КИСЛОРОДЪДЪРЖАЩИ ОРГАНИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ
Обсъдено на заседанието на PMC
протокол № ____ от "___" _______ 2015г
Владивосток
I. Цели и задачи
Обучение:дайте определение на кислородсъдържащи органични съединения, насочете вниманието на кадетите към тяхното разнообразие и разпространение. Покажете зависимостта на физикохимичните и пожароопасните свойства на кислородсъдържащите органични съединения от тяхната химическа структура.
Образователни:да възпитава учениците в отговорност за подготовката за практически дейности.
II. Изчисляване на учебното време
III. Литература
1. Глинка Н.Л. Обща химия. - Урокза университети / Ред. ИИ Ермаков. - изд.30, попр. - М.: Интеграл-Прес, 2010. - 728 с.
2. Свидзинская G.B. Лабораторни работиот органична химия: Урок. - Санкт Петербург: SPbI GPS EMERCOM на Русия, 2003. - 48с.
IV. Образователна и материална подкрепа
1. Учебни средства: телевизор, шрайбпроектор, видеорекордер, DVD плейър, компютърна техника, интерактивна дъска.
2. Периодична система от елементи D.I. Менделеев, демонстрационни плакати, диаграми.
V. Текст на лекцията
ВЪВЕДЕНИЕ (5 мин.)
Учителят проверява присъствието на студенти (кадети), обявява темата, учебни целии въпроси към урока.
ОСНОВНА ЧАСТ (170 мин.)
Въпрос № 1. Класификация на кислородсъдържащи органични съединения (20 мин.).
Всички тези вещества (като повечето органична материя) в съответствие със Технически регламент относно изискванията за пожарна безопасност Федерален закон № 123-FZ се отнасят до вещества, които могат да образуват експлозивна смес (смес от въздух и окислител с горими газове или пари от запалими течности), която при определена концентрация е способна да експлодира (Член 2. P.4). Това определя опасността от пожар и експлозия на вещества и материали, т.е. тяхната способност да образуват горима среда, характеризираща се с техните физико-химични свойства и (или) поведение в условия на пожар (P.29) .
Имоти от този типсъединения се дължат на наличието на функционални групи.
| Функционална група | Име на функционалната група | Клас на връзка | Примери за свързване |
| МЕЧТА | хидроксил | алкохоли | СН 3 - СН 2 - ОН |
| C=O | карбонил | Алдехиди | CH 3 - C \u003d O ç H |
| Кетони | CH 3 - C - CH 3 110 | ||
| - C \u003d O ç OH | карбоксил | карбоксилни киселини | CH 3 - C \u003d O ç OH |
| C - O - C | етери | CH 3 - O - CH 2 - CH 3 | |
| C - C \u003d O ç O - C | естери | C 2 H 5 - C \u003d O ç O - CH 3 | |
| C - O - O - C | пероксидни съединения | CH 3 - O - O - CH 3 |
Лесно е да се види, че всички класове кислородсъдържащи съединения могат да се разглеждат като продукти на окисление на въглеводороди. В алкохолите само една от четирите валентности на въглеродния атом се използва за свързване с кислороден атом и следователно алкохолите са най-малко окислените съединения. По-окислените съединения са алдехиди и кетони: техният въглероден атом има две връзки с кислорода. Най-окислените карбоксилни киселини, т.к. в техните молекули въглеродният атом използва трите си валенции на връзка с кислородния атом.
При карбоксилните киселини процесът на окисление е завършен, което води до образуването на органични вещества, устойчиви на действието на окислители:
алкохол D алдехид D карбоксилна киселина ® CO 2
Въпрос номер 2. Алкохоли (40 мин.)
алкохоли -органични съединения, чиито молекули съдържат една или повече хидроксилни групи (-ОН), свързани с въглеводородни радикали.
Класификация на алкохола
I. В зависимост от броя на хидроксилните групи:
II. Според наситеността на въглеводородния радикал:
III. По естеството на въглеводородния радикал, свързан с ОН групата:
Едновалентни алкохоли
Общата формула на наситени едновалентни алкохоли: CnH2n+1OH.
Номенклатура
Използват се две възможни наименования на класа алкохоли: "алкохоли" (от лат. "spiritus" - дух) и "алкохоли" (араб.).
Според международната номенклатура името на алкохолите се образува от името на съответния въглеводород с добавяне на наставката ол:
CH3OH метанол
C 2 H 5 OH етанол и др.
Основната верига от въглеродни атоми е номерирана от най-близкия край, до който е разположена хидроксилната група:
5 CH 3 - 4 CH - 3 CH 2 - 2 CH 2 - 1 СН2-ОН
4-метилпентанол-2
Изомерия на алкохолите
Структурата на алкохолите зависи от структурата на радикала и позицията на функционалната група, т.е. в хомоложната серия от алкохоли може да има два вида изомерия: изомерия на въглеродния скелет и изомерия на позицията на функционалната група.
В допълнение, третият тип алкохолна изомерия е междукласова изомерия с етери.
Така например за пентанолите (обща формула C 5 H 11 OH) са характерни всичките 3 посочени вида изомерия:
1. Изомерия на скелета
пентанол-1
СН 3 - СН - СН 2 - СН 2 -ОН
3-метилбутанол-1
CH3 - CH2 - CH - CH2 -OH
2-метилбутанол-1
CH 3 - CH - CH 2 - OH
2,2-диметилпропанол-1
Горните изомери на пентанола или амиловия алкохол се наричат тривиално "фюзелни масла".
2. Изомерия на позицията на хидроксилната група
CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - OH
пентанол-1
CH 3 - CH - CH 2 - CH 2 - CH 2
пентанол-2
CH 3 - CH 2 - CH - CH 2 -CH 2
пентанол-3
3. Междукласова изомерия
C 2 H 5 - O - C 3 H 7
етилов пропилов етер
Броят на изомерите в редицата алкохоли бързо нараства: алкохол с 5 въглеродни атома има 8 изомера, с 6 въглеродни атома - 17, със 7 въглеродни атома - 39 и с 10 въглеродни атома - 507.
Методи за получаване на алкохоли
1. Получаване на метанол от синтез газ
400 0 C, ZnO, Cr 2 O 3
CO + 2H 2 ¾¾¾¾¾® CH 3 OH
2. Хидролиза на халокарбони (във водни разтвори на основи):
CH 3 - CH - CH 3 + KOH вода ® CH 3 - CH - CH 3 + KCl
2-хлоропропан пропанол-2
3. Хидратация на алкени. Реакцията протича по правилото на V.V. Марковников. Катализаторът е разреден H2SO4.
CH 2 \u003d CH 2 + HOH ® CH 3 - CH 2 - OH
етилен етанол
CH 2 \u003d CH - CH 3 + HOH ® CH 2 - CH - CH 3
пропен пропанол-2
4. Възстановяване на карбонилни съединения (алдехиди и кетони).
Когато алдехидите се редуцират, се получават първични алкохоли:
CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H 2 ® CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH
пропанол-1 пропанал
Когато кетоните се редуцират, се получават вторични алкохоли:
CH 3 - C - CH 3 + H 2 ® CH 3 - CH - CH 3
пропанон (ацетон) пропанол-2
5. Получаване на етанол чрез ферментация на захарни вещества:
ензими ензими
C 12 H 22 O 11 + H 2 O ¾¾¾® 2C 6 H 12 O 6 ¾¾¾® 4C 2 H 5 OH + 4CO 2
захароза глюкоза етанол
ензими ензими
(C 6 H 10 O 5) n + H 2 O ¾¾¾® nC 6 H 12 O 6 ¾¾¾® C 2 H 5 OH + CO 2
целулоза глюкоза етанол
Алкохолът, получен чрез ферментация на целулоза, се нарича хидролизен алкохол и се използва само за технически цели, т.к. съдържа голямо количество вредни примеси: метанол, ацеталдехид и фузелни масла.
6. Хидролиза на естери
H + или OH -
CH 3 - C - O - CH 2 - CH 2 -CH 3 + H 2 O ¾¾® CH 3 - C - OH + OH - CH 2 - CH 2 -CH 3
оцетна киселина пропилов естер оцетен пропанол-1
(пропилетаноат) киселина
7. Възстановяване на естери
CH 3 - C - O - CH 2 - CH 2 -CH 3 ¾¾® CH 3 - CH 2 - OH + OH - CH 2 - CH 2 -CH 3
пропилов естер на оцетна киселина етанол пропанол-1
(пропил етаноат)
Физически свойстваалкохоли
Пределните алкохоли, съдържащи от 1 до 12 въглеродни атома, са течности; от 13 до 20 въглеродни атома - маслени (подобни на мехлем) вещества; повече от 21 въглеродни атома са твърди вещества.
Нисшите алкохоли (метанол, етанол и пропанол) имат специфична алкохолна миризма, бутанолът и пентанолът имат сладникава задушлива миризма. Алкохолите, съдържащи повече от 6 въглеродни атома, са без мирис.
Метиловият, етиловият и пропиловият алкохол се разтварят добре във вода. С увеличаване на молекулното тегло разтворимостта на алкохолите във вода намалява.
Значително по-висока точка на кипене на алкохоли в сравнение с въглеводороди, съдържащи същия брой въглеродни атоми (например t bale (CH 4) \u003d - 161 0 C, и t bale (CH 3 OH) \u003d 64,7 0 C) се свързва със способността на алкохолите да образуват водородни връзки, а оттам и способността на молекулите да се асоциират.
××× Н – О ×××Н – О ×××Н – О ×××R – алкохолен радикал
Когато алкохолът се разтваря във вода, възникват и водородни връзки между молекулите на алкохола и водата. В резултат на този процес се освобождава енергия и обемът намалява. Така че, при смесване на 52 ml етанол и 48 ml вода, общият обем на получения разтвор няма да бъде 100 ml, а само 96,3 ml.
опасност от пожарпредставляват както чисти алкохоли (особено по-ниски), чиито пари могат да образуват експлозивни смеси, така и водни разтвори на алкохоли. Водните разтвори на етанол във вода с концентрация на алкохол над 25% или повече са запалими течности.
Химични свойстваалкохоли
Химичните свойства на алкохолите се определят от реактивоспособността на хидроксилната група и структурата на радикала, свързан с хидроксилната група.
1. Реакции на хидроксил водород R - O - H
Поради електроотрицателността на кислородния атом в алкохолните молекули има частично разпределение на зарядите:
Водородът има определена подвижност и е способен да влиза в реакции на заместване.
1.1. Взаимодействие с алкални метали - образуване на алкохолати:
2CH 3 - CH - CH 3 + 2Na ® 2CH 3 - CH - CH 3 + H 2
пропанол-2 натриев изопропоксид
(натриева сол на пропанол-2)
Солите на алкохолите (алкохолати) са твърди вещества. Когато се образуват, алкохолите действат като много слаби киселини.
Алкохолатите лесно се хидролизират:
C 2 H 5 ONa + HOH ® C 2 H 5 OH + NaOH
натриев етоксид
1.2. Взаимодействие с карбоксилни киселини (реакция на естерификация) - образуване на естери:
H2SO4 конц.
CH 3 - CH - OH + HO - C - CH 3 ¾¾® CH 3 - CH - O - C - CH 3 + H 2 O
CH 3 O CH 3 O
изопропил ацетат на оцетна киселина
(изопропилов етер
оцетна киселина)
1.3. Взаимодействие с неорганични киселини:
CH 3 - CH - OH + HO -SO 2 OH ® CH 3 - CH - O - SO 2 OH + H 2 O
сярна киселинаизопропил сярна киселина
(изопропилов етер
сярна киселина)
1.4. Междумолекулна дехидратация - образуването на етери:
H2SO4 конц., t<140 0 C
CH 3 - CH - OH + BUT - CH - CH 3 ¾¾¾® CH 3 - CH - O - CH - CH 3 + H 2 O
CH 3 CH 3 CH 3 CH 3
диизопропилов етер
2. Реакции на хидроксилната група R - OH
2.1. Взаимодействие с водородни халиди:
H2SO4 конц.
CH 3 - CH - CH 3 + HCl ¾¾® CH 3 - CH - CH 3 + H 2 O
2-хлоропропан
2.2. Взаимодействие с халогенни производни на фосфора:
CH 3 - CH - CH 3 + PCl 5 ¾® CH 3 - CH - CH 3 + POCl 3 + HCl
2-хлоропропан
2.3. Интрамолекулна дехидратация - получаване на алкени:
H 2 SO 4 конц., t> 140 0 C
CH 3 - CH - CH 2 ¾¾¾® CH 3 - CH \u003d CH 2 + H 2 O
½ ½ пропен
По време на дехидратацията на асиметрична молекула елиминирането на водорода протича предимно от най-малко хидрогениран въглероден атом ( правило A.M. Зайцев).
3. Окислителни реакции.
3.1. Пълно окисляване - изгаряне:
C3H7OH + 4.5O2® 3CO2 + 4H2O
Частично (непълно) окисление.
Окислителите могат да бъдат калиев перманганат KMnO 4, смес от калиев бихромат със сярна киселина K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4, медни или платинени катализатори.
Когато първичните алкохоли се окисляват, се образуват алдехиди:
CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH + [O] ® [CH 3 - C - OH] ® CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H 2 O
пропанол-1 пропанал
Окислителната реакция на метанола, когато този алкохол навлезе в тялото, е пример за така наречения „смъртоносен синтез“. Самият метилов алкохол е сравнително безвредно вещество, но в организма в резултат на окисление се превръща в изключително токсични вещества: метанал (формалдехид) и мравчена киселина. В резултат на това поглъщането на 10 g метанол води до загуба на зрение, а 30 g води до смърт.
Реакцията на алкохол с меден (II) оксид може да се използва като качествена реакция за алкохоли, т.к. В резултат на реакцията цветът на разтвора се променя.
CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH + CuO ® CH 3 - CH 2 - C \u003d O + Cu¯ + H 2 O
пропанол-1 пропанал
В резултат на частично окисление на вторични алкохоли се образуват кетони:
CH 3 - CH - CH 3 + [O] ® CH 3 - C - CH 3 + H 2 O
пропанол-2 пропанон
Третичните алкохоли не се окисляват при такива условия и когато се окисляват при по-тежки условия, молекулата се разделя и се образува смес от карбоксилни киселини.
Употребата на алкохоли
Алкохолите се използват като отлични органични разтворители.
Метанолът се получава от голям обеми се използва за приготвяне на багрила, незамръзващи смеси, като източник за производство на различни полимерни материали (получаване на формалдехид). Трябва да се помни, че метанолът е силно токсичен.
Етиловият алкохол е първото органично вещество, което е изолирано в чиста формапрез 900 г. в Египет.
В момента етанолът е голям тонажен продукт на химическата промишленост. Използва се за производството на синтетичен каучук, органични багрила и производството на фармацевтични продукти. Освен това етиловият алкохол се използва като екологично чисто гориво. Етанолът се използва при производството на алкохолни напитки.
Етанолът е лекарство, което стимулира тялото; продължителното му и прекомерно използване води до алкохолизъм.
Бутилови и амилови алкохоли (пентаноли) се използват в промишлеността като разтворители, както и за синтеза на естери. Всички те са силно токсични.
Многовалентни алкохоли
Многовалентните алкохоли съдържат две или повече хидроксилни групи при различни въглеродни атоми.
CH 2 - CH 2 CH 2 - CH - CH 2 CH 2 - CH - CH - CH - CH 2
ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç
ОХ ОХ ОХ ОХ ОХ ОХ ОХ
етандиол-1,2 пропантриол-1,2,3 пентанпентол-1,2,3,4,5
(етилен гликол) (глицерин) (ксилитол)
Физични свойства на многовалентните алкохоли
Етилен гликолът ("гликоли" е общоприетото наименование за двувалентни алкохоли) е безцветна вискозна течност, силно разтворима във вода и в много органични разтворители.
Глицеринът - най-важният тривалентен алкохол - е безцветна, гъста течност, която е силно разтворима във вода. Глицеринът е известен от 1779 г. след откриването му от шведския химик К. Шееле.
Многовалентните алкохоли, съдържащи 4 или повече въглеродни атома, са твърди вещества.
Колкото повече хидроксилни групи има в една молекула, толкова по-добре се разтваря във вода и толкова по-висока е нейната точка на кипене. Освен това се появява сладък вкус и колкото повече хидроксилни групи има в дадено вещество, толкова по-сладко е то.
Вещества като ксилитол и сорбитол се използват като заместители на захарта:
CH 2 - CH - CH - CH - CH 2 CH 2 - CH - CH - CH - CH - CH 2
ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç
ОХ ОХ ОХ ОХ ОХ ОХ ОХ ОХ
ксилитол сорбитол
Шестводният алкохол "инозитол" също има сладък вкус. Инозитолът се съдържа в бобовите растения, бъбреците, черния дроб, мускулите. Инозитолът има обща формула с глюкозата:
NO -HC CH - OH
NO -NS CH - OH C 6 H 12 O 6.
циклохексанхексол
Методи за получаване на многовалентни алкохоли
1. Непълно окисление на алкени
Частично окисление с KMnO 4 разтвор на калиев перманганат.
1.1. Окисление на етилен
CH 2 \u003d CH 2 + [O] + HOH ® CH 2 - CH 2
етилен ½ ½
етандиол-1,2
(етиленов гликол)
1.2. пропеново окисление
CH 2 \u003d CH - CH 3 + [O] + HOH ® CH 2 - CH - CH 2
пропен ½ ½ ½
пропантриол-1,2,3,
(глицерол)
2. Осапунване на растителни и животински мазнини
Глицеринът се получава като страничен продукт в производството на сапун при преработката на мазнини.
CH - O - OS - C 17 H 35 + 3NaOH® CH - OH + 3 C 17 H 35 COOHa
CH 2 - O - OS - C 17 H 35 CH 2 - OH
триглицерид глицерин натриев стеарат
стеаринова киселина(сапун)
Химични свойства на многовалентните алкохоли
Химичните свойства на поливалентните алкохоли са в много отношения подобни на тези на едновалентните алкохоли.
1. Взаимодействие с активни метали
CH 2 - OH CH 2 - ONa
ç + 2Na®ç + H 2
CH 2 - OH CH 2 - ONa
етилен гликол натриева сол на етилен гликол
2. Образуване на естери с минерални киселини
CH 2 - OH + HO - NO 2 CH 2 - O - NO 2
CH - OH + HO - NO 2 ® CH - O - NO 2 + 3H 2 O
CH 2 - OH + HO - NO 2 CH 2 - O - NO 2
глицерин азотен тринитроглицерин
Тринитроглицеринът е един от най-силните експлозиви, избухва от удар, сътресение, запалване, в резултат на саморазпадане. За практическа употреба, за да се повиши безопасността при работа с тринитроглицерин, той се прехвърля в динамит(порести материали, импрегнирани с тринитроглицерин - диатомит, дървесно брашно и др.).
3. Взаимодействие с меден (II) хидроксид - качествена реакция към глицерол
CH 2 - OH CH 2 - O m H / O - CH 2
2 CH - OH + Cu (OH) 2 ® CH - O / HO - CH
CH 2 - OH CH 2 - OH HO - CH 2
меден диглицерат
(ярко син цвят)
4. Дехидратация на глицерол с образуване на акролеин
C 3 H 8 O 3 ® CH 2 \u003d CH - C \u003d O + 2H 2 O
глицерин ç
акролеин (задушлива миризма при калцинирани мазнини)
5. Окислителни реакции
Етиленгликолът и глицеринът, когато взаимодействат със силни окислители (калиев перманганат KMnO 4, хромен оксид (VI) CrO 3), са склонни към спонтанно запалване.
5C 3 H 8 O 3 + 14KMnO 4 + 21H 2 SO 4 ® 15CO 2 + 14MnSO 4 + 7K 2 SO 4 + 41H 2 O
Използването на поливалентни алкохоли
Етиленгликолът и глицеринът се използват за производство на антифризни течности - антифриз. И така, воден 50% разтвор на глицерин замръзва само при -34 0 C, а разтвор, съставен от 6 части етиленгликол и 1 част вода, замръзва при температура от -49 0 C.
Пропилен гликол CH 3 - CH (OH) - CH 2 - CH 2 OH се използва за получаване на безводна пяна (такива пяна е по-стабилна) и също така интегрална частслънцезащитни кремове.
Етиленгликолът се използва за производството на лавсанови влакна, а глицеринът се използва за производството на глиптални смоли.
В големи количества глицеринът се използва в парфюмерията, медицината и хранително-вкусовата промишленост.
Феноли
Феноли- производни на ароматни въглеводороди, в които хидроксилната група OH- е свързана директно към въглеродния атом на бензеновия пръстен.
Хидроксилната група е свързана с ароматен радикал (фенил). р-електроните на бензеновия пръстен включват самотните електрони на кислородния атом на ОН групата в тяхната система, в резултат на което водородът на хидроксилната група става по-подвижен, отколкото в алифатните алкохоли.
Физически свойства
Най-простият представител - фенолът - е безцветно кристално вещество (точка на топене 42 0 С) с характерна миризма. Тривиалното наименование на фенола е карболова киселина.
Едноатомните феноли са умерено разтворими във вода; с увеличаване на броя на хидроксилните групи, разтворимостта във вода се увеличава. Фенолът при температура 60 0 С се разтваря във вода неограничено.
Всички феноли са силно токсични. Фенолът причинява изгаряния при контакт с кожата.
Методи за получаване на фенол
1. Получаване от каменовъглен катран
Това е най-важното технически начинполучаване на фенол. Състои се във факта, че фракциите на каменовъглен катран, получени чрез коксуване черни въглища, се третират с алкали, а след това за неутрализация с киселини.
2. Получаване от халогенни производни на бензен
C 6 H 5 Cl + NaOH конц. aq. разтвор ® C 6 H 5 OH + NaCl
хлоробензенфенол
Химични свойства на фенолите
1. Реакции с участието на хидроксил водород C 6 H 5 - O - H
1.1. Взаимодействие с активни метали
2C 6 H 5 OH + 2Na® 2C 6 H 5 ONa + H 2
фенол фенолат
натрий (сол)
1.2. Взаимодействие с алкали
Фенолът е по-силна киселина от едновалентните алкохоли и следователно, за разлика от последния, фенолът реагира с алкални разтвори:
C 6 H 5 OH + NaOH ® C 6 H 5 ONa + H 2 O
фенол фенолат
Фенолът е по-слаба киселина от въглеродната киселина H 2 CO 3 (около 300 пъти) или хидросулфидната киселина H 2 S, така че фенолатите се разлагат от слаби киселини:
C 6 H 5 ONa + H 2 O + CO 2 ® C 6 H 5 OH + NaHCO 3
1.3. Образуване на етери и естери
H2SO4 конц.
C 6 H 5 OH + HO - C 2 H 5 ¾¾¾®C 6 H 5 O - C 2 H 5 + H 2 O
2. Реакции с участието на бензеновия пръстен
Фенол без отоплениеИ без катализаториенергично влиза в реакции на заместване на водородни атоми, докато почти винаги се образуват тризаместени производни
2.1. Взаимодействие с бромна вода - качествена реакция към фенол
2.2. Взаимодействие с азотна киселина
Пикриновата киселина е жълто кристално вещество. При внимателно нагряване се топи при температура 122 0 С, а при бързо нагряване експлодира. Солите на пикриновата киселина (пикрати) експлодират при удар и триене.
3. Реакция на поликондензация с формалдехид
Взаимодействието на фенол с формалдехид с образуването на смолисти продукти е изследвано още през 1872 г. от Байер. широк практическа употребатази реакция се проведе много по-късно - през 20-30-те години на 20-ти век, когато в много страни така наречените бакелити започнаха да се приготвят от фенол и формалдехид.
4. Реакция на оцветяване с железен хлорид
Всички феноли, когато взаимодействат с железен хлорид FeCl 3, образуват оцветени съединения; едноатомните феноли дават виолетови или от син цвят. Тази реакция може да служи като качествена реакция за фенол.
Използването на феноли
Фенолите убиват много микроорганизми, което се използва в медицината, използвайки феноли и техните производни като дезинфектанти и антисептици. Фенолът (карболова киселина) е първият антисептик, въведен в хирургията от Листър през 1867 г. Антисептичните свойства на фенолите се основават на способността им да нагъват протеините.
"Фенолен коефициент" - число, показващо колко пъти антисептичният ефект на дадено вещество е по-голям (или по-малък) от действието на фенола, взето за единица. Хомолозите на бензола - крезолите - имат по-силен бактерициден ефект от самия фенол.
От фенол се произвеждат фенолформалдехидни смоли, багрила, пикринова киселина, от него се получават лекарства като салицилати, аспирин и др.
Едно от най-известните производни на двувалентните феноли е адреналинът. Адреналинът е хормон, произвеждан от надбъбречните жлези и има способността да свива кръвоносните съдове. Често се използва като кръвоспиращо средство.
Въпрос #3
Етеринаречени органични съединения, в които два въглеводородни радикала са свързани с кислороден атом. Етерите могат да се разглеждат като продукти на заместване на водороден атом в хидроксил на алкохол с радикал:
R – O – H ® R – O – R /
Обща формула на етери C n H 2 n +2 O.
Радикалите в една етерна молекула могат да бъдат еднакви, например в CH3-O-CH3 етер, или различни, например в CH3-O-C3H7 етер. Етерът с различни радикали се нарича смесен.
Етерна номенклатура
Естерите обикновено се наименуват според радикалите, които са част от техния състав (рационална номенклатура).
Според международната номенклатура етерите се означават като производни на въглеводороди, в които водородният атом е заместен алкокси група(RO -), например, метокси група CH3O -, етокси група C2H5O - и т.н.
Етерна изомерия
1. Изомерията на етерите се определя от изомерията на радикалите, свързани с кислорода.
CH3-O-CH2-CH2-CH3 метил пропилов етер
C2H5-O-C2H5 диетилов етер
СН3-О-СН-СН3 метил изопропилов етер
2. Междукласови изомери на етери са едновалентни алкохоли.
CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - OH
бутанол-1
Физични свойства на етери
Диметиловият и метилетил етерите са газообразни вещества при нормални условия.
Започвайки с диетилов етер, веществата от този клас са безцветни, лесно подвижни течности с характерна миризма.
Етерите са по-леки от водата и почти неразтворими в нея. Поради липсата на водородни връзки между молекулите, етерите кипят при по-ниска температура от съответните алкохоли.
В органичните разтворители етерите се разтварят лесно и сами разтварят много вещества.
Най-често срещаното съединение от този клас е диетилов етер C 2 H 5 - O - C 2 H 5, получен за първи път през 16 век от Кордус. Много често се нарича "серен етер". Това име, получено през 18 век, се свързва с метод за получаване на етер: взаимодействието етилов алкохолсъс сярна киселина.
Диетиловият етер е безцветна, много подвижна течност със силна характерна миризма. Това вещество е изключително експлозивно и запалимо. Точката на кипене на диетиловия етер е 34,6 0 С, точката на замръзване е 117 0 С. Етерът е слабо разтворим във вода (1 обем етер се разтваря в 10 обема вода). Етерът е по-лек от водата (плътност 714 g/l). Диетиловият етер е склонен към наелектризиране: изхвърлянето на статично електричество може да възникне по време на преливане на етер и да доведе до запалването му. Парите на диетиловия етер са 2,5 пъти по-тежки от въздуха и образуват експлозивни смеси с него. Концентрационни граници на разпространение на пламъка (CPR) 1,7 - 49%.
Етерните пари могат да се разпространяват на значителни разстояния, като същевременно запазват способността си да горят. Основни предпазни мерки при работа с етер - това е разстоянието от открит огън и силно нагорещени уреди и повърхности, включително електрически печки.
Точката на възпламеняване на етера е 45 0 С, температурата на самозапалване е 164 0 С. При изгаряне етерът гори със синкав пламък с отделяне на голямо количество топлина. Пламъкът на етера се разраства бързо, т.к. горен слойбързо се нагрява до точка на кипене. При горене етерът се нагрява в дълбочина. Скоростта на растеж на нагрятия слой е 45 см/час, а скоростта на изгарянето му от свободната повърхност е 30 см/час.
При контакт със силни окислители (KMnO 4 , CrO 3 , халогени) диетиловият етер се запалва спонтанно. Освен това при контакт с атмосферния кислород диетиловият етер може да образува пероксидни съединения, които са изключително експлозивни вещества.
Методи за получаване на етери
1. Междумолекулна дехидратация на алкохоли
H2SO4 конц.
C 2 H 5 - OH + НО - C 2 H 5 ¾¾¾® C 2 H 5 - O - C 2 H 5 + H 2 O
етанол диетилов етер
Химични свойства на етерите
1. Етерите са по-скоро инертни вещества, не са склонни към химична реакция. Но под действието на концентрирани киселини те се разлагат
C 2 H 5 - O - C 2 H 5 + HI конц. ® C 2 H 5 OH + C 2 H 5 I
диетил етанол йодоетан
2. Окислителни реакции
2.1 Пълно окисляване - изгаряне:
C 4 H 10 O + 6 (O 2 + 3,76N 2) ® 4CO 2 + 5H 2 O + 6 × 3,76N 2
2.2. непълно окисление
Когато стои, особено на светлина, етерът под въздействието на кислорода се окислява и разлага с образуването на отровни и експлозивни продукти– пероксидни съединения и продукти от по-нататъшното им разлагане.
O - C - CH 3
C 2 H 5 - O - C 2 H 5 + 3 [O] ® ½
O - C - CH 3
хидроксиетил хидропероксид
Използването на етери
Диетиловият етер е добър органичен разтворител. Използва се за извличане на различни полезни веществаот растения, за почистване на тъкани, при производството на барут и изкуствени влакна.
В медицината етерът се използва за обща анестезия. За първи път за тази цел, по време на хирургическа операция, етерът е използван от американския лекар Джаксън през 1842 г. Руският хирург Н. И. пламенно се бори за въвеждането на този метод. Пирогов.
Въпрос номер 4. Карбонилни съединения (30 минути)
Алдехиди и кетони- производни на въглеводороди, чиито молекули съдържат една или повече карбонилни групи С = О.
| Алдехиди | Кетони |
| Алдехидите съдържат карбонилна група, свързана с един радикал и един водороден атом - C \u003d O ½ H | Кетоните съдържат карбонилна група, свързана с два радикала - C - II O |
| Общата формула на карбонилните съединения C n H 2 n O | |
| Номенклатура на карбонилните съединения | |
| Името "алдехиди" идва от общия метод за получаване на тези съединения: дехидрогениране на алкохол, т.е. отстраняване на водород. Според номенклатурата на IUPAC името на алдехидите се получава от имената на съответните въглеводороди, като към тях се добавя наставката „al“. Номерирането на веригата започва от алдехидната група. | Според номенклатурата на IUPAC името на кетоните се получава от имената на съответните въглеводороди, като към тях се добавя наставката „хе“. Номерирането се извършва от края на веригата, най-близо до карбонила. Първият представител на серията кетони съдържа 3 въглеродни атома. |
| H - C \u003d O метанал ½ (формалдехид, H формалдехид) CH 3 - C = O етанал ½ (оцетен алдехид, H ацеталдехид) 5 4 3 2 1 CH 3 - CH - CH 2 - CH 2 - C \u003d O ½ ½ CH 3 H 4-метилпентанал | CH 3 - C - CH 3 пропанон ll (ацетон) O 6 5 4 3 2 1 CH 3 - CH 2 - CH - CH 2 - C - CH 3 ½ ll CH 3 O 4-метилхексанон-2 |
| Изомерия на ненаситени съединения | |
| 1. Изомерия на въглеродната верига | |
| CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - C \u003d O ½ хексанал H CH 3 - CH - CH - C \u003d O ½ ½ ½ CH 3 CH 3 H 2,3-диметилбутанал | CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - C - CH 3 ll хептанон-2 O CH 3 - CH 2 - CH - C - CH 3 ½ ll C 2 H 5 O 3-етилпентанон-2 |
| 2. Изомерия на позицията на карбонилната група | |
| CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - C - CH 3 ll хептанон-2 O CH 3 - CH 2 - CH 2 - C - CH 2 - CH 2 - CH 3 ll хептанон-4 O | |
| 3. Алдехидите и кетоните са междукласови изомери | |
| Физични свойства на карбонилните съединения | |
| Формалдехидът (метанал) при нормални условия е газ с остра неприятна „остра” миризма, силно разтворим във вода. 40% разтвор на формалдехид във вода се нарича формалин. Оцетният алдехид (етанал) е летлива, запалима течност. Точката на кипене е 20,2 0 С, точката на възпламеняване е -33 0 С. При високи концентрации има неприятна задушлива миризма; в малки концентрации има приятна миризма на ябълки (в които се съдържа в малко количество). Оцетният алдехид е силно разтворим във вода, алкохол и много други органични разтворители. | Най-простият кетон, пропанон (ацетон), е запалима течност. Следващите представители също са течни. Висшите алифатни (> 10 С атоми), както и ароматните кетони са твърди вещества. Ацетонът има ниска температураточка на кипене 56,1 0 С и точка на възпламеняване -20 0 С. Най-простите кетони се смесват с вода. Водните разтвори на ацетон също са опасни. И така, 10% разтвор от него във вода има точка на възпламеняване 11 0 C. Всички кетони са лесно разтворими в алкохол и етер. Най-простите кетони имат характерна миризма; средните хомолози имат доста приятна миризма, напомняща миризмата на мента. |
| Методи за получаване на карбонилни съединения | |
| 1. Реакции на частично (непълно) окисление на алкохоли | |
| Първичните алкохоли, когато се окисляват, дават алдехиди: CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH + [O]® H 2 O + пропанол-1 + CH 3 - CH 2 - C \u003d O пропанал ½ H | Вторичните алкохоли образуват кетони по време на окисление: CH 3 - CH - CH 2 -CH 3 + [O] ® H 2 O + ½ OH + CH 3 - C - CH 2 - CH 3 бутанол-2 ll O бутанон-2 |
| 2. Хидратация на алкини (реакция на Кучеров) | |
| Алдехидът се получава само при хидратиране на ацетилена, във всички останали случаи се образуват кетони. Hg 2+ CH º CH + HOH ® CH 3 - C \u003d O + H 2 O ацетилен ½ H етанал | Hg 2+ CH º C - CH 2 - CH 3 + HOH ® H 2 O + бутин-1 + CH 3 - C - CH 2 - CH 3 ll O бутанон-2 |
| 3. Хидролиза на дихалогенопроизводни. (Халогенните атоми са разположени на същия въглероден атом). Реакцията протича във воден разтвор на основа. | |
| Cl ½ CH 3 - CH 2 - CH + 2KOH вода ® Cl 1,1-дихлоропропан ® 2KCl + CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H 2 O ½ H пропанал | Cl ½ CH 3 - CH 2 - C - CH 3 + 2KOH вода ® ½ Cl 2,2-дихлоробутан ® 2KCl + CH 3 - CH 2 - C - CH 3 + H 2 O ll O бутанон-2 |
| 4. Възстановяване на карбоксилни киселини | |
| CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H 2 ® ½ OH пропанова киселина ® H 2 O + CH 3 - CH 2 - C \u003d O ½ H пропанал | |
| Химични свойства на карбонилните съединения | |
| По химическа активност алдехидите превъзхождат кетоните и са по-реактивни. Радикалите, свързани с карбонилната група, имат така наречения положителен индуктивен ефект: те увеличават електронната плътност на връзката на радикала с други групи, т.е. като угаснал положителен зарядвъглероден атом на карбонил. В резултат на това карбонилните съединения, според намаляването на тяхната химична активност, могат да бъдат подредени в следния ред: H - C d + - H> H 3 C ® C d + - H> H 3 C ® C d + CH 3 II II II O d - O d - Около d - (правите стрелки във формулите показват изместването на електроните, охлаждането на положително зареден въглероден атом на карбонилната група). | |
| 1. Реакции на присъединяване при разкъсване на двойната връзка >C = O. Реакции на възстановяване. | |
| CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H 2 ® ½ H propanal ® CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH (пропанол-1) | CH 3 - CH 2 - C - CH 3 + H 2 ® II O бутанон-2 ® CH 3 - CH 2 - CH - CH 3 ½ OH бутанол-2 |
| 2. Окислителни реакции | |
| 2.1. Пълно окисляване - изгаряне | |
| C3H6O + 4O2® 3CO2 + 3H2O | C 4 H 8 O + 5,5 O 2 ® 4CO 2 + 4H 2 O |
| 2.2. Частично (непълно) окисление | |
| Окислителни реакции със сребърен оксид ("реакция на сребърно огледало"), меден (II) хидроксид - качествени реакции за алдехиди. NH 3, t CH 3 - CH 2 - C \u003d O + Ag 2 O ¾¾® ½ H пропанал ¾¾® 2Ag¯ + CH 3 - CH 2 - C \u003d O ½ OH пропанова киселина В този случай среброто се утаява. CH 3 - CH 2 - C \u003d O + 2Cu (OH) 2 ® ½ H propanal ® Cu 2 O + CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H 2 O ½ OH пропанова киселина Синята утайка от меден хидроксид се превръща в червена утайка от меден азотен оксид. | Окисляването на кетоните е много трудно само със силни окислители (хромна смес, KMnO 4), в резултат на което се образува смес от киселини: t CH 3 - CH 2 - C - CH 3 + [O] ® II O бутанон -2 ® 2CH 3 - C \u003d O ½ OH оцетна (етанова) киселина или ® CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H - C \u003d O ½ ½ OH OH пропанова мравчена киселина (метанова) киселина |
| При контакт със силни окислители (KMnO 4 , CrO 3 , HNO 3 конц., H 2 SO 4 конц.) алдехидите и кетоните се запалват спонтанно. | |
| 3. Реакции, дължащи се на трансформации в радикали. Заместване на водорода в радикалите с халогени | |
| CH 3 - C \u003d O + Cl 2 ® HCl + CH 2 Cl - C \u003d O ½ ½ H H етанал хлороцетен алдехид Когато метаналът се хлорира, се образува отровен газ фосген: H - C \u003d O + 2Cl 2 ®Cl - C \u003d O + 2HCl ½½ HCl фосген | CH 3 - C - CH 3 + Br 2 ® HBr + CH 3 - C - CH 2 Br II II O O ацетон бромоацетон Бромоацетонът и хлороацетонът са сълзотворни химически бойни агенти ( сълзотечни). |
| Приложение на карбонилни съединения | |
| Формалдехидът се използва в промишлеността за производството на фенолформалдехидни и карбамидни полимери, органични багрила, лепила, лакове и в кожарската промишленост. В медицинската практика се използва формалдехид под формата на воден разтвор (формалин). Ацеталдехидът е изходен материал за производството на оцетна киселина, полимерни материали, лекарства, етери. | Ацетонът много добре разтваря редица органични вещества (например лакове, нитроцелулоза и др.) и следователно в големи количестваизползва се като разтворител (производство на бездимен барут, изкуствена коприна, бои, филми). Ацетонът се използва като суровина за производството на синтетичен каучук. За екстракция се използва чист ацетон хранителни продукти, витамини и лекарства, както и разтворител за съхранение и транспортиране на ацетилен. |
Въпрос # 5. Карбоксилни киселини (30 минути)
карбоксилни киселининаречени производни на въглеводороди, които съдържат една или повече карбоксилни групи - C \u003d O.
Карбоксилната група е комбинация от карбонилни и хидроксилни групи: - C \u003d O + - C - ® - C \u003d O.
карбонил + хидро ксил® карбоксил.
Карбоксилните киселини са продукти на окисление на алдехиди, които от своя страна са продукти на окисление на алкохоли. При киселините процесът на окисление завършва (със запазване на въглеродния скелет) в следните серии:
въглеводород ® алкохол ® алдехид ® карбоксилна киселина.
Подобна информация.
Един от най-често срещаните химически елементивключени в огромното мнозинство химически веществае кислород. Оксиди, киселини, основи, алкохоли, феноли и други кислородсъдържащи съединения се изучават в курса на неорганичната и органичната химия. В нашата статия ще проучим свойствата, както и ще дадем примери за тяхното приложение в индустрията, селско стопанствои медицина.
оксиди
Най-прости по структура са бинарните съединения на метали и неметали с кислород. Класификацията на оксидите включва следните групи: киселинни, основни, амфотерни и индиферентни. Основният критерий за разделянето на всички тези вещества е кой елемент се свързва с кислорода. Ако е метален, значи са основни. Например: CuO, MgO, Na 2 O - оксиди на мед, магнезий, натрий. Основното им химично свойство е реакцията с киселини. И така, медният оксид реагира със солна киселина:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + 63,3 kJ.
Наличието на атоми на неметални елементи в молекулите на бинарни съединения показва тяхната принадлежност към киселия водород H 2 O, въглероден диоксид CO 2, фосфорен пентоксид P 2 O 5 . Способността на такива вещества да реагират с алкали е тяхната основна химическа характеристика.
В резултат на реакцията могат да се образуват видове: кисели или средни. Това ще зависи от това колко мола алкали реагират:
- CO2 + KOH => KHCO3;
- CO2+ 2KOH => K2CO3 + H2O.
Друга група кислородсъдържащи съединения, които включват такива химични елементи като цинк или алуминий, се наричат амфотерни оксиди. В техните свойства има тенденция към химично взаимодействие както с киселини, така и с основи. Продуктите от взаимодействието на киселинни оксиди с вода са киселини. Например при реакцията на серен анхидрид и вода се образуват киселини - това е един от най-важните класове кислородсъдържащи съединения.
Киселини и техните свойства
Съединенията, състоящи се от водородни атоми, свързани със сложни йони на киселинни остатъци, са киселини. Условно те могат да бъдат разделени на неорганични, например въглеродна киселина, сулфат, нитрат и органични съединения. Последните включват оцетна киселина, мравчена, олеинова киселина. И двете групи вещества имат подобни свойства. И така, те влизат в реакция на неутрализация с основи, реагират със соли и основни оксиди. Почти всички кислородсъдържащи киселини във водни разтвори се дисоциират на йони, като проводници от втори вид. Възможно е да се определи киселинният характер на тяхната среда, поради прекомерното присъствие на водородни йони, с помощта на индикатори. Например лилавият лакмус става червен, когато се добави към киселинен разтвор. Типичен представител на органичните съединения е оцетната киселина, съдържаща карбоксилна група. Включва водороден атом, който предизвиква киселинни киселини.Това е безцветна течност със специфична остра миризма, кристализираща при температури под 17°C. CH 3 COOH, подобно на други киселини, съдържащи кислород, е идеално разтворим във вода във всякакви пропорции. Неговият 3 - 5% разтвор е известен в бита под името оцет, който се използва в кулинарията като подправка. Веществото намира приложение и в производството на ацетатна коприна, багрила, пластмаси и някои лекарства.
Органични съединения, съдържащи кислород
В химията може да се разграничи голяма група вещества, съдържащи освен въглерод и водород, също и кислородни частици. Това са карбоксилни киселини, естери, алдехиди, алкохоли и феноли. Всички техни химични свойства се определят от наличието в молекулите на специални комплекси - функционални групи. Например алкохол, съдържащ само гранични връзки между атомите - ROH, където R е въглеводороден радикал. Тези съединения обикновено се разглеждат като производни на алкани, в които един водороден атом е заменен с хидроксо група.
Физични и химични свойства на алкохолите
Агрегатното състояние на алкохолите е течности или твърди съединения. Сред алкохолите няма газообразни вещества, което може да се обясни с образуването на асоциати - групи, състоящи се от няколко молекули, свързани чрез слаби водородни връзки. Този факт определя и добрата разтворимост на нисшите алкохоли във вода. Въпреки това, във водни разтвори кислородсъдържащите органични вещества - алкохоли, не се дисоциират на йони, не променят цвета на индикаторите, т.е. имат неутрална реакция. Водородният атом на функционалната група е слабо свързан с други частици, следователно при химични взаимодействия той може да напусне молекулата. На същото място на свободна валентност той се заменя с други атоми, например при реакции с активни метали или с основи - с метални атоми. В присъствието на катализатори като платинена мрежа или мед, алкохолите се окисляват до алдехиди от силни окислители, калиев бихромат или калиев перманганат.
реакция на естерификация
Едно от най-важните химични свойства на кислородсъдържащите органични вещества: алкохоли и киселини е реакция, водеща до производството на естери. Тя има страхотно практическа стойности се използва в промишлеността за извличане на естери, използвани като разтворители в хранително-вкусовата промишленост (под формата на плодови есенции). В медицината някои от естерите се използват като спазмолитици, например етил нитритът разширява периферните кръвоносни съдове, а изоамил нитритът е протектор от спазми. коронарни артерии. Уравнението на реакцията на естерификация има следната форма:
CH3COOH + C2H5OH<--(H2SO4)-->CH3COOC2H5+H2O
В него CH 3 COOH е оцетна киселина, а C 2 H 5 OH е химична формулаалкохол етанол.
Алдехиди
Ако дадено съединение съдържа функционалната група -COH, то се класифицира като алдехид. Те се представят като продукти от по-нататъшно окисление на алкохоли, например с окислители като меден оксид.
Наличието на карбонилни комплекси в молекулите на мравчен или ацеталдехид определя способността им да полимеризират и да прикрепят атоми на други химични елементи. Качествените реакции, които могат да се използват за доказване на наличието на карбонилна група и принадлежността на веществото към алдехидите, са реакцията на сребърно огледало и взаимодействие с меден хидроксид при нагряване:
Ацеталдехидът, използван в промишлеността за производството на оцетна киселина, голям тонажен продукт на органичния синтез, е получил най-голямо приложение.
Свойства на кислородсъдържащи органични съединения - карбоксилни киселини
Наличието на карбоксилна група - една или повече - е отличителна чертакарбоксилни киселини. Поради структурата на функционалната група димерите могат да се образуват в киселинни разтвори. Те са свързани помежду си чрез водородни връзки. Съединенията се дисоциират на водородни катиони и аниони на киселинни остатъци и са слаби електролити. Изключение прави първият представител на редица гранични едноосновни киселини - мравчена или метанова, която е проводник от втория вид със средна якост. Наличието само на прости сигма връзки в молекулите показва границата, но ако веществата имат двойни пи връзки в състава си, това са ненаситени вещества. Първата група включва такива киселини като метанова, оцетна, маслена. Вторият е представен от съединения, които са част от течните мазнини - масла, например олеинова киселина. Химичните свойства на кислородсъдържащите съединения: органичните и неорганичните киселини са до голяма степен сходни. Така че те могат да взаимодействат с активни метали, техните оксиди, с основи, а също и с алкохоли. Например, оцетната киселина реагира с натрий, оксид и образува сол - натриев ацетат:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Специално място заемат съединенията на висшите карбоксилни киселини, съдържащи кислород: стеаринова и палмитинова, с тривалентен наситен алкохол - глицерин. Те спадат към естерите и се наричат мазнини. Същите киселини са част от натриевите и калиеви соли като киселинен остатък, образувайки сапуни.
Важни органични съединения, които са широко разпространени в дивата природа и играят водеща роля като най-енергоемко вещество, са мазнините. Те не са отделно съединение, а смес от разнородни глицериди. Това са съединения на лимитиращия многовалентен алкохол - глицерин, който, подобно на метанола и фенола, съдържа хидроксилни функционални групи. Мазнините могат да бъдат подложени на хидролиза - нагряване с вода в присъствието на катализатори: основи, киселини, оксиди на цинк, магнезий. Продуктите от реакцията ще бъдат глицерол и различни карбоксилни киселини, използвани по-нататък за производството на сапун. За да не се използват скъпи естествени есенциални карбоксилни киселини в този процес, те се получават чрез окисляване на парафин.
Феноли
Завършвайки да разгледаме класовете кислородсъдържащи съединения, нека се спрем на фенолите. Те са представени от фенилов радикал -C6H5, свързан с една или повече функционални хидроксилни групи. Най-простият представител на този клас е карболовата киселина или фенолът. Като много слаба киселина, тя може да взаимодейства с основи и активни метали - натрий, калий. Вещество с изразени бактерицидни свойства - фенол се използва в медицината, както и при производството на багрила и фенолформалдехидни смоли.
В нашата статия проучихме основните класове кислородсъдържащи съединения и също така разгледахме техните химични свойства.
Кислородът придава на органичните вещества цял комплекс от характерни свойства.
Кислородът е двувалентен, има две валентни електронни двойки и се характеризира с висока електроотрицателност (x = 3,5). Между въглеродните и кислородните атоми се образуват силни химични връзки, които вече могат да се видят в примера на молекулите на CO 2 . Единична C-0 връзка (£ sv \u003d 344 kJ / mol) е почти толкова силна, колкото C-C връзка (E ca = 348 kJ/mol), и двойната връзка C=0 ( E St = 708 kJ/mol) е много по-силна от C=C връзката (E St == 620 kJ/mol). Следователно трансформациите, водещи до образуването на C=0 двойни връзки, са често срещани в органичните молекули. По същата причина въглеродната киселина е нестабилна:
Хидроксо групата, разположена при двойната връзка, се превръща в хидрокси група (виж по-горе).
Кислородът ще даде полярност на молекулите на органичните вещества. Привличането между молекулите се увеличава, точките на топене и кипене се повишават значително. При нормални условия сред кислородни веществамного мачо газове - само етер CH 3 OCH 3, формалдехид CH 2 0 и етилен оксид CH 2 CH 2 0.
Кислородът насърчава образуването на водородни връзки както като донор, така и като акцептор на водород. Водородните връзки засилват привличането на молекулите и в случай на достатъчно сложни молекули им придават определена пространствена структура. Влиянието на полярността и водородните връзки върху свойствата на веществото се вижда в примера на въглеводород, кетон и алкохол
Полярността и образуването на водородни връзки са отговорни за добрата разтворимост на кислородсъдържащите органични вещества във вода.
Кислородът придава до известна степен киселинни свойства на органичните вещества. В допълнение към класа киселини, чиито свойства са очевидни от името, фенолите и алкохолите проявяват киселинни свойства.
Друг обща собственосткислородсъдържащите вещества се крие в лесната окисляемост на въглеродния атом, свързан едновременно с кислорода и водорода. Това е очевидно от следните вериги от реакции, които се прекратяват, когато въглехидратът загуби последния воден проводник:
съдържа хидрокси група и се счита за хетерофункционална киселина.
Алкохоли и етери
Име на цял клас органични вещества алкохоли(от латински "spiritus" - дух) произлиза от "активния принцип" на сместа, получена при ферментация на плодови сокове и други системи, съдържащи захар. Това активно вещество - винен алкохол, етанол C2H5OH, се отделя от водата и нелетливите разтворени вещества по време на дестилацията на сместа. Другото име на алкохола е алкохол -арабски произход.
Алкохолите се наричат органични съединения, в които има хидроксо група, свързана с въглеродния атом $ p 3 на въглеводородния радикал.
Алкохолите също могат да се разглеждат като продукти на заместване на един водороден атом във вода с въглеводороден радикал. Алкохолите образуват хомоложни серии (Таблица 22.5), различаващи се по естеството на радикалите и броя на хидроксогрупите.
Таблица 22.5
Някои хомоложни серии от алкохоли
Тликолите и глицеролите са полифункционални алкохоли с ОН групи при съседни въглеродни атоми.
Хидроксогрупата при ненаситени въглеродни атоми е нестабилна, тъй като се превръща в карбонилна група. Виниловият алкохол е в незначително количество в равновесие с алдехида:
Има вещества, в които хидроксо групата е свързана към n/z въглеродния атом на ароматния пръстен, но те се считат за специален клас съединения - феноли.
В алкохолите е възможна изомерия на въглеродния скелет и позицията на функционалната група. При ненаситените алкохоли също има изомерия на позицията на кратната връзка и пространствена изомерия. Съединенията от класа на етерите са изомерни на алкохолите. Сред алкохолите има разновидности, т.нар първичен, вториченИ третиченалкохоли. Това се дължи на естеството на въглеродния атом, при който е разположена функционалната група.
Пример 22.12. Напишете формулите за първични, вторични и третични алкохоли с четири въглеродни атома.
Решение.
Нека разгледаме по-подробно хомоложната серия от наситени алкохоли. Първите 12 члена на тази серия са течности. Метанолът, етанолът и пропанолът могат да се смесват с вода във всяко съотношение поради структурното им сходство с водата. По-нататък по протежение на хомоложната серия разтворимостта на алкохолите намалява, тъй като големите (по отношение на броя на атомите) въглеводородни радикали все повече и повече се изместват от водна средакато въглеводороди. Това свойство се нарича хидрофобност.За разлика от радикала, хидроксо групата се привлича от водата, образувайки водородна връзка с водата, т.е. показва хидрофилност.Висшите алкохоли (пет или повече въглеродни атома) показват това свойство повърхностна активност- способността да се концентрира на повърхността на водата поради изхвърлянето на хидрофобен радикал (фиг. 22.3).
Ориз. 22.3.
Повърхностноактивните вещества покриват течните капчици и насърчават образуването на стабилни емулсии. Това е в основата на действието на перилните препарати. Повърхностна активност може да бъде проявена не само от алкохоли, но и от вещества от други класове.
Повечето водоразтворими алкохоли са отровни. Най-малко отровни са етанолът и глицеринът. Но, както знаете, етанолът е опасен, защото кара човек да се пристрасти към употребата му. Най-простият от алкохолите, метанолът е подобен по миризма на етанола, но изключително отровен. Има много известни случаи на отравяне на хора в резултат на погрешно поглъщане.
метанол вместо етанол. Това се улеснява от огромния обем промишлена употреба на метанол. Най-простият двувалентен алкохол етиленгликол C 2 H 4 (OH) 2 се използва в големи количества за производството на полимерни влакна. Разтворът му се използва като антифриз за охлаждане на автомобилни двигатели.
Получаване на алкохоли.Нека да разгледаме няколко често срещани начина.
1. Хидролиза на халогенни производни на въглеводороди. Реакциите се провеждат в алкална среда:
Пример 22.13. Напишете реакциите за получаване на етиленгликол чрез хидролиза на халогенни производни, като изходен материал е етилен.
2. Присъединяване на вода към алкени. Най-висока стойностима реакция на присъединяване на вода към етилен за образуване на етанол. Реакцията протича доста бързо при висока температура, но равновесието е силно изместено наляво и добивът на алкохол намалява. Следователно е необходимо да се създаде високо налягане и да се използва катализатор, който позволява да се постигне същата скорост на процеса при по-ниска температура (подобно на условията за синтез на амоняк). Етанолът се получава чрез хидратиране на етилен при -300°C и налягане 60-70 atm:
Катализаторът е фосфорна киселина, нанесена върху алуминиев оксид.
3. Има специални начини за производство на етанол и метанол. Първият се получава чрез добре познатия биохимичен метод на ферментация на въглехидрати, които първо се разграждат до глюкоза:
Метанолът се произвежда синтетично от неорганични вещества:
Реакцията се провежда при 200-300°C и налягане 40-150 atm, като се използва комплексен катализатор Cu0/2n0/A1 2 0 3 /Cr 2 0 3 . Важността на този промишлен процес е ясна от факта, че повече от 14 милиона тона метанол се произвеждат годишно. Използва се главно в органичния синтез за метилиране на органични вещества. Приблизително същото количество се произвежда и етанол.
Химични свойства на алкохолите.Алкохолите могат да бъдат шепа и да се окисляват. Смес от етилов алкохол и въглеводороди понякога се използва като гориво за автомобилни двигатели. Окисляването на алкохолите без нарушаване на въглеродната структура се свежда до загуба на водород и добавяне на кислородни атоми. При промишлени процеси алкохолните пари се окисляват от кислород. В разтвори алкохолите се окисляват от калиев перманганат, калиев бихромат и други окислители. Алдехидът се получава от първичен алкохол при окисление:
При излишък на окислител алдехидът веднага се окислява до органична киселина:
Вторичните алкохоли се окисляват до кетони:
Третичните алкохоли могат да се окисляват само при тежки условия с частично разрушаване на въглеродния скелет.
киселинни свойства.Алкохолите реагират с активни метали, за да отделят водород и да образуват производни с него често срещано имеалкоксиди (метоксиди, етоксиди и др.):
Реакцията протича по-спокойно от подобна реакция с вода. Освободеният водород не се запалва. Този метод унищожава остатъците от натрий след химични експерименти. Този вид реакция означава, че алкохолите проявяват киселинни свойства. Това е следствие от полярността на O-H връзката. Въпреки това, алкохолът практически не реагира с алкали. Този факт ни позволява да изясним силата на киселинните свойства на алкохолите: те са по-слаби киселини от водата. Натриевият етоксид е почти напълно хидролизиран до образуване на разтвор на алкохол и основа. Киселинните свойства на гликолите и глицеролите са малко по-силни поради взаимния индуктивен ефект на ОН групите.
Многовалентните алкохоли образуват комплексни съединения с йони на някои ^/-елементи. В алкална среда меден йон замества два водородни йона наведнъж в молекула на глицерол, за да образува син комплекс:
С увеличаване на концентрацията на H + йони (за това се добавя киселина), равновесието се измества наляво и цветът изчезва.
Реакции на нуклеофилно заместване на хидроксогрупата.Алкохолите реагират с хлороводород и други халогеноводороди:
Реакцията се катализира от водороден йон. Първо, H + се присъединява към кислорода, приемайки неговата електронна двойка. Това показва основните свойства на алкохола:
Полученият йон е нестабилен. Не може да се изолира от разтвора като твърда сол като амониевия йон. Добавянето на H + причинява допълнително изместване на електронната двойка от въглерод към кислород, което улеснява атаката на нуклеофилната частица върху въглерода:
Връзката между въглеродния и хлоридния йон се увеличава, когато връзката между въглерода и кислорода се разкъса. Реакцията завършва с освобождаване на водна молекула. Реакцията обаче е обратима и при неутрализиране на хлороводорода равновесието се измества наляво. Извършва се хидролиза.
Хидроксогрупата в алкохолите също се замества при реакции с кислородсъдържащи киселини, за да се образуват естери. Глицеролът се образува с азотна киселина нитроглицеринизползва се като средство за облекчаване на спазми на съдовете на сърцето:
От формулата става ясно, че традиционното наименование на веществото е неточно, тъй като всъщност това е глицерол нитрат - естер на азотна киселина и глицерол.
Когато етанолът се нагрява със сярна киселина, една молекула алкохол действа като нуклеофилен реагент по отношение на друга. В резултат на реакцията се образува етоксиетанов етер:
Някои атоми са подчертани в диаграмата, за да може по-лесно да се проследи преминаването им към продуктите на реакцията. Една алкохолна молекула първо свързва катализатор - Н + йон, а кислородният атом на друга молекула прехвърля електронна двойка към въглерода. След елиминирането на водата и дисоциацията на Н 4 се получава етерна молекула. Тази реакция се нарича още междумолекулна дехидратация на алкохол. Съществува и метод за получаване на етери с различни радикали:
Етерите са по-летливи от алкохолите, тъй като между техните молекули не се образуват водородни връзки. Етанолът кипи при 78°C, а неговият изомерен естер CH3OCH3 кипи при -23,6°C. Етерите не се хидролизират до алкохоли при кипене с алкални разтвори.
Дехидратация на алкохоли.Алкохолите могат да се разлагат с елиминиране на вода по същия начин, както халогенните производни на въглеводородите се разлагат с елиминиране на халогеноводород. При производството на алкохоли от алкен и вода (виж по-горе) също е налице обратната реакция на елиминиране на водата. Разликата в условията за добавяне и елиминиране на вода е, че добавянето става под налягане с излишък на водна пара спрямо алкена, а елиминирането става от един алкохол. Такава дехидратация се нарича вътрешномолекулна. Той също така влиза в смес от алкохол със сярна киселина при ~150°C.
