Splošne značilnosti organskih spojin, ki vsebujejo kisik
Organske snovi so razred spojin, ki vsebujejo ogljik (z izjemo karbidov, karbonatov, ogljikovih oksidov in cianidov). Ime "organske spojine" se je pojavilo v zgodnji fazi razvoja kemije in znanstveniki govorijo sami zase ... Wikipedia
Eden od najpomembnejše vrste organske spojine. Vsebujejo dušik. V molekuli vsebujejo vezi ogljik-vodik in dušik-ogljik. Olje vsebuje piridinski heterocikel, ki vsebuje dušik. Dušik je del beljakovin, nukleinskih kislin in ... ... Wikipedije
Organogermanijeve spojine so organokovinske spojine, ki vsebujejo germanijevo ogljikovo vez. Včasih se imenujejo vse organske spojine, ki vsebujejo germanij. Prva organogermanska spojina tetraetilgerman je bila ... ... Wikipedia
Organosilicijeve spojine so spojine, v molekulah katerih obstaja neposredna vez silicij-ogljik. Silikonske spojine včasih imenujemo silikoni, iz latinskega imena za silicij, silicium. Silikonske spojine ... ... Wikipedia
Organske spojine, organske snovi so razred kemičnih spojin, ki vsebujejo ogljik (razen karbidov, ogljikove kisline, karbonatov, ogljikovih oksidov in cianidov). Vsebina 1 Zgodovina 2 Razred ... Wikipedia
Organokovinske spojine (MOC) Organske spojine, v katerih molekulah obstaja vez med atomom kovine in atomom/atomi ogljika. Vsebina 1 Vrste organokovinskih spojin 2 ... Wikipedia
Organohalogenske spojine so organske spojine, ki vsebujejo vsaj eno vez C Hal ogljikov halogen. Organohalogenske spojine glede na naravo halogena delimo na: Organofluorove spojine; ... ... Wikipedia
Organokovinske spojine (MOC) so organske spojine, v katerih molekulah obstaja vez med atomom kovine in atomom/atomi ogljika. Vsebina 1 Vrste organokovinskih spojin 2 Metode pridobivanja ... Wikipedia
Organske spojine, v katerih je prisotna vez kositer-ogljik, lahko vsebujejo tako dvovalentni kot štirivalentni kositer. Vsebina 1 Metode sinteze 2 Vrste 3 ... Wikipedia
- (heterocikli) organske spojine, ki vsebujejo cikle, ki poleg ogljika vključujejo tudi atome drugih elementov. Lahko jih obravnavamo kot karbociklične spojine s heterosubstituenti (heteroatomi) v obroču. Večina ... ... Wikipedia
Tvorba haloalkanov med interakcijo alkoholov z vodikovimi halogenidi je reverzibilna reakcija. Zato je jasno, da je alkohole mogoče pridobiti z hidroliza haloalkanov- reakcije teh spojin z vodo:
Polihidrične alkohole lahko dobimo s hidrolizo haloalkanov, ki vsebujejo več kot en atom halogena v molekuli. Na primer:
Hidracija alkenov
Hidracija alkenov- adicija vode pri π - vezeh molekule alkena, na primer:
Hidracija propena vodi v skladu z Markovnikovim pravilom do nastanka sekundarnega alkohola - propanola-2:
Hidrogeniranje aldehidov in ketonov
Oksidacija alkoholov v blagi pogoji vodi do tvorbe aldehidov ali ketonov. Očitno lahko alkohole pridobimo s hidrogenacijo (redukcija vodika, adicija vodika) aldehidov in ketonov:
Oksidacija alkenov
Glikole, kot smo že omenili, lahko dobimo z oksidacijo alkenov z vodno raztopino kalijevega permanganata. Na primer, etilen glikol (etandiol-1,2) nastane med oksidacijo etilena (etena):
Posebne metode pridobivanja alkoholov
1. Nekatere alkohole pridobivajo na samo zanje značilne načine. Tako dobimo metanol v industriji reakcija interakcije vodika z ogljikovim monoksidom(II) (ogljikov monoksid) pri visok krvni pritisk in visoka temperatura na površini katalizatorja (cinkov oksid):
Mešanica, potrebna za to reakcijo ogljikov monoksid in vodik, imenovan tudi "sintezni plin", se pridobiva s prehodom vodne pare preko vročega premoga:
2. Fermentacija glukoze. Ta metoda pridobivanja etilnega (vinskega) alkohola je človeku znana že od antičnih časov:
Glavni načini pridobivanja kisikove spojine(alkoholi) so: hidroliza haloalkanov, hidratacija alkenov, hidrogenacija aldehidov in ketonov, oksidacija alkenov, pa tudi proizvodnja metanola iz "sinteznega plina" in fermentacija sladkih snovi.
Metode pridobivanja aldehidov in ketonov
1. Lahko se pridobijo aldehidi in ketoni oksidacijo oz dehidrogenacija alkohola. Med oksidacijo ali dehidrogenacijo primarnih alkoholov lahko dobimo aldehide in sekundarne alkohole - ketone:
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.Reakcija Kucherova. Iz acetilena kot rezultat reakcije dobimo acetaldehid, iz homologov acetilena - ketonov:
3. Pri segrevanju kalcij oz barij soli karboksilnih kislin nastaneta keton in kovinski karbonat:
Metode pridobivanja karboksilnih kislin
1. Karboksilne kisline je mogoče dobiti oksidacija primarnih alkoholov oz aldehidi:
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.
Ko pa metanal oksidiramo z amoniakovo raztopino srebrovega oksida, nastane amonijev karbonat in ne mravljinčna kislina:
HCHO + 4OH \u003d (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag + 6NH 3 + 2H 2 O.
2. Aromatske karboksilne kisline nastanejo, ko oksidacija homologov benzen:
5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 \u003d 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O,
5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 \u003d 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 12MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 28H 2 O,
C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 \u003d C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O
3. Hidroliza različnih karboksilnih derivatov kisline proizvaja tudi kisline. Torej med hidrolizo estra nastaneta alkohol in karboksilna kislina. Reakcije esterifikacije in hidrolize, katalizirane s kislino, so reverzibilne:
4. Hidroliza estra pod delovanjem vodne raztopine alkalije poteka nepovratno, v tem primeru iz estra ne nastane kislina, temveč njena sol:
METODOLOŠKI RAZVOJ
Za predavanje
v disciplini "Kemija"
za kadete 2. tečaja v specialnosti 280705,65 -
RAZDELEK IV
FIZIKALNO-KEMIJSKE LASTNOSTI ORGANSKIH SNOVI
TEMA 4.16
SEJA št. 4.16.1-4.16.2
ORGANSKE SPOJINE, KI VSEBUJEJO KISIK
Razpravljali na seji PMC
protokol št. ____ z dne "___" _______ 2015
Vladivostok
I. Cilji in cilji
Usposabljanje: podati definicijo organskih spojin, ki vsebujejo kisik, opozoriti kadete na njihovo raznolikost in razširjenost. Pokažite odvisnost fizikalno-kemijskih in požarno nevarnih lastnosti organskih spojin, ki vsebujejo kisik, od njihove kemijske strukture.
Izobraževalni: vzgajati študente v odgovornosti za pripravo na praktične dejavnosti.
II. Izračun časa študija
III. Literatura
1. Glinka N.L. Splošna kemija. - Vadnica za univerze / Ed. A.I. Ermakov. - izd.30, popr. - M.: Integral-Press, 2010. - 728 str.
2. Svidzinskaya G.B. Laboratorijska dela Avtor: organska kemija: Vadnica. - Sankt Peterburg: SPbI GPS EMERCOM Rusije, 2003. - 48 str.
IV. Izobraževalna in materialna podpora
1. Učni pripomočki: TV, grafoskop, videorekorder, DVD predvajalnik, računalniška oprema, interaktivna tabla.
2. Periodni sistem elementov D.I. Mendelejev, demonstracijski plakati, diagrami.
V. Besedilo predavanja
UVOD (5 min.)
Učitelj preveri prisotnost študentov (kadetov), napove temo, učne cilje in vprašanja lekcije.
GLAVNI DEL (170 min)
Vprašanje št. 1. Razvrstitev organskih spojin, ki vsebujejo kisik (20 min).
Vse te snovi (kot večina organska snov) v skladu z Tehnični predpisi o zahtevah požarne varnosti Zvezni zakon št. 123-FZ se nanašajo na snovi, ki lahko tvorijo eksplozivno zmes (mešanica zraka in oksidanta z gorljivimi plini ali hlapi vnetljivih tekočin), ki lahko pri določeni koncentraciji eksplodira. (Člen 2. P.4). To je tisto, kar določa požarno in eksplozivno ogroženost snovi in materialov, tj. njihova sposobnost, da tvorijo gorljivo okolje, za katero so značilne njihove fizikalno-kemijske lastnosti in (ali) obnašanje v požarnih razmerah (str. 29) .
Lastnosti te vrste spojine so posledica prisotnosti funkcionalnih skupin.
| Funkcionalna skupina | Ime funkcionalne skupine | Razred povezave | Primeri povezav |
| SANJE | hidroksil | Alkoholi | CH 3 - CH 2 - OH |
| C=O | karbonil | Aldehidi | CH 3 - C \u003d O ç H |
| Ketoni | CH 3 - C - CH 3 II O | ||
| - C \u003d O ç OH | karboksil | karboksilne kisline | CH 3 - C \u003d O ç OH |
| C - O - C | etri | CH 3 - O - CH 2 - CH 3 | |
| C - C \u003d O ç O - C | estri | C 2 H 5 - C \u003d O ç O - CH 3 | |
| C - O - O - C | peroksidne spojine | CH 3 - O - O - CH 3 |
Preprosto je videti, da lahko vse razrede spojin, ki vsebujejo kisik, obravnavamo kot produkte oksidacije ogljikovodikov. Pri alkoholih je za povezavo z atomom kisika uporabljena le ena od štirih valenc ogljikovega atoma, zato so alkoholi najmanj oksidirane spojine. Bolj oksidirane spojine so aldehidi in ketoni: njihov ogljikov atom ima dve vezi s kisikom. Najbolj oksidirane karboksilne kisline, saj. v njihovih molekulah je atom ogljika porabil svoje tri valence na vez na atom kisika.
Na karboksilnih kislinah je proces oksidacije zaključen, kar vodi do tvorbe organskih snovi, odpornih na delovanje oksidantov:
alkohol D aldehid D karboksilna kislina ® CO 2
Vprašanje št. 2. Alkoholi (40 min)
Alkoholi - organske spojine, katerih molekule vsebujejo eno ali več hidroksilnih skupin (-OH), povezanih z radikali ogljikovodikov.
Klasifikacija alkohola
I. Glede na število hidroksilnih skupin:
II. Glede na nasičenost ogljikovodikovega radikala:
III. Po naravi ogljikovodikovega radikala, povezanega s skupino OH:
Monohidrični alkoholi
Splošna formula nasičenih monohidričnih alkoholov: C n H 2 n +1 OH.
Nomenklatura
Uporabljata se dve možni imeni za razred alkoholov: "alkoholi" (iz latinskega "spiritus" - žganje) in "alkoholi" (arabsko).
Po mednarodni nomenklaturi je ime alkoholov sestavljeno iz imena ustreznega ogljikovodika z dodatkom pripone ol:
CH3OH metanol
C 2 H 5 OH etanol itd.
Glavna veriga ogljikovih atomov je oštevilčena od konca, ki mu je najbližja hidroksilna skupina:
5 CH 3 - 4 CH - 3 CH 2 - 2 CH 2 - 1 CH2-OH
4-metilpentanol-2
Izomerija alkoholov
Struktura alkoholov je odvisna od zgradbe radikala in položaja funkcionalne skupine, tj. v homolognem nizu alkoholov lahko obstajata dve vrsti izomerije: izomerija ogljikovega skeleta in izomerija položaja funkcionalne skupine.
Poleg tega je tretja vrsta alkoholne izomerije medrazredna izomerija z etri.
Tako so na primer za pentanole (splošna formula C 5 H 11 OH) značilne vse 3 navedene vrste izomerije:
1. Izomerija skeleta
pentanol-1
CH 3 - CH - CH 2 - CH 2 -OH
3-metilbutanol-1
CH 3 - CH 2 - CH - CH 2 -OH
2-metilbutanol-1
CH 3 - CH - CH 2 - OH
2,2-dimetilpropanol-1
Zgornji izomeri pentanola ali amilnega alkohola se trivialno imenujejo "fuzelna olja".
2. Izomerija položaja hidroksilne skupine
CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - OH
pentanol-1
CH 3 - CH - CH 2 - CH 2 - CH 2
pentanol-2
CH 3 - CH 2 - CH - CH 2 - CH 2
pentanol-3
3. Medrazredna izomerija
C 2 H 5 - O - C 3 H 7
etil propil eter
Število izomerov v seriji alkoholov hitro narašča: alkohol s 5 atomi ogljika ima 8 izomerov, s 6 atomi ogljika - 17, s 7 atomi ogljika - 39 in z 10 atomi ogljika - 507.
Metode pridobivanja alkoholov
1. Pridobivanje metanola iz sinteznega plina
400 0 C, ZnO, Cr 2 O 3
CO + 2H 2 ¾¾¾¾¾® CH 3 OH
2. Hidroliza haloogljikovodikov (v vodnih raztopinah alkalij):
CH 3 - CH - CH 3 + KOH voda ® CH 3 - CH - CH 3 + KCl
2-kloropropan propanol-2
3. Hidracija alkenov. Reakcija poteka po pravilu V.V. Markovnikov. Katalizator je razredčena H 2 SO 4 .
CH 2 \u003d CH 2 + HOH ® CH 3 - CH 2 - OH
etilen etanol
CH 2 \u003d CH - CH 3 + HOH ® CH 2 - CH - CH 3
propen propanol-2
4. Pridobivanje karbonilnih spojin (aldehidov in ketonov).
Pri redukciji aldehidov dobimo primarne alkohole:
CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H 2 ® CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH
propanol-1 propanal
Pri redukciji ketonov nastanejo sekundarni alkoholi:
CH 3 - C - CH 3 + H 2 ® CH 3 - CH - CH 3
propanon (aceton) propanol-2
5. Pridobivanje etanola s fermentacijo sladkih snovi:
encimi encimi
C 12 H 22 O 11 + H 2 O ¾¾¾® 2C 6 H 12 O 6 ¾¾¾® 4C 2 H 5 OH + 4CO 2
saharoza glukoza etanol
encimi encimi
(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
celuloza glukoza etanol
Alkohol, pridobljen s fermentacijo celuloze, se imenuje hidrolizni alkohol in se uporablja samo v tehnične namene, ker vsebuje veliko količino škodljivih nečistoč: metanol, acetaldehid in fuzelna olja.
6. Hidroliza estrov
H + ali 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
propil ester ocetne kisline ocetni propanol-1
(propiletanoatna) kislina
7. Pridobivanje estrov
CH 3 - C - O - CH 2 - CH 2 -CH 3 ¾¾® CH 3 - CH 2 - OH + OH - CH 2 - CH 2 -CH 3
propil ester ocetne kisline etanol propanol-1
(propil etanoat)
Fizične lastnosti alkoholi
Mejni alkoholi, ki vsebujejo od 1 do 12 ogljikovih atomov, so tekočine; od 13 do 20 ogljikovih atomov - oljnate (mazilu podobne) snovi; več kot 21 ogljikovih atomov so trdne snovi.
Nižji alkoholi (metanol, etanol in propanol) imajo specifičen alkoholni vonj, butanol in pentanol pa sladkodušen vonj. Alkoholi, ki vsebujejo več kot 6 ogljikovih atomov, so brez vonja.
Metilni, etilni in propilni alkoholi so dobro topni v vodi. Z večanjem molekulske mase se topnost alkoholov v vodi zmanjšuje.
Povezano je bistveno višje vrelišče alkoholov v primerjavi z ogljikovodiki, ki vsebujejo enako število ogljikovih atomov (na primer t bale (CH 4) \u003d - 161 0 C in t bale (CH 3 OH) \u003d 64,7 0 C). s sposobnostjo alkoholov, da tvorijo vodikove vezi, in s tem sposobnostjo povezovanja molekul.
××× Н – О ×××Н – О ×××Н – О ×××R – alkoholni radikal
Pri raztapljanju alkohola v vodi pride tudi do vodikovih vezi med molekulami alkohola in vode. Zaradi tega procesa se sprosti energija in zmanjša volumen. Torej pri mešanju 52 ml etanola in 48 ml vode skupna prostornina nastale raztopine ne bo 100 ml, ampak le 96,3 ml.
požarna nevarnost predstavljajo čiste alkohole (zlasti nižje), katerih hlapi lahko tvorijo eksplozivne zmesi, in vodne raztopine alkoholov. Vodne raztopine etanola v vodi s koncentracijo alkohola nad 25 % ali več so vnetljive tekočine.
Kemijske lastnosti alkoholi
Kemijske lastnosti alkoholov določata reaktivnost hidroksilne skupine in struktura radikala, povezanega s hidroksilno skupino.
1. Reakcije hidroksilnega vodika R - O - H
Zaradi elektronegativnosti atoma kisika v molekulah alkohola pride do delne porazdelitve nabojev:
Vodik ima določeno mobilnost in je sposoben vstopiti v substitucijske reakcije.
1.1. Interakcija z alkalijskimi kovinami - tvorba alkoholatov:
2CH 3 - CH - CH 3 + 2Na ® 2CH 3 - CH - CH 3 + H 2
propanol-2 natrijev izopropoksid
(natrijeva sol propanola-2)
Soli alkoholov (alkoholati) so trdne snovi. Ko nastanejo, alkoholi delujejo kot zelo šibke kisline.
Alkoholati se zlahka hidrolizirajo:
C 2 H 5 ONa + HOH ® C 2 H 5 OH + NaOH
natrijev etoksid
1.2. Interakcija s karboksilnimi kislinami (reakcija esterifikacije) - tvorba estrov:
H 2 SO 4 konc.
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
izopropil acetat ocetne kisline
(izopropil eter
ocetna kislina)
1.3. Medsebojno delovanje z anorganskimi kislinami:
CH 3 - CH - OH + HO -SO 2 OH ® CH 3 - CH - O - SO 2 OH + H 2 O
žveplova kislina izopropilžveplove kisline
(izopropil eter
žveplova kislina)
1.4. Intermolekularna dehidracija - nastanek etrov:
H2SO4 konc., 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
diizopropil eter
2. Reakcije hidroksilne skupine R - OH
2.1. Interakcija z vodikovimi halogenidi:
H 2 SO 4 konc.
CH 3 - CH - CH 3 + HCl ¾¾® CH 3 - CH - CH 3 + H 2 O
2-kloropropan
2.2. Medsebojno delovanje s halogenimi derivati fosforja:
CH 3 - CH - CH 3 + PCl 5 ¾® CH 3 - CH - CH 3 + POCl 3 + HCl
2-kloropropan
2.3. Intramolekularna dehidracija - pridobivanje alkenov:
H 2 SO 4 konc., t> 140 0 C
CH 3 - CH - CH 2 ¾¾¾® CH 3 - CH \u003d CH 2 + H 2 O
½ ½ propena
Med dehidracijo asimetrične molekule eliminacija vodika poteka predvsem iz vsaj hidrogeniran ogljikov atom ( pravilo A.M. Zajcev).
3. Oksidacijske reakcije.
3.1. Popolna oksidacija - zgorevanje:
C 3 H 7 OH + 4,5 O 2 ® 3CO 2 + 4H 2 O
Delna (nepopolna) oksidacija.
Oksidanti so lahko kalijev permanganat KMnO 4, zmes kalijevega bikromata z žveplovo kislino K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4, bakrovi ali platinski katalizatorji.
Pri oksidaciji primarnih alkoholov nastanejo aldehidi:
CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH + [O] ® [CH 3 - C - OH] ® CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H 2 O
propanol-1 propanal
Reakcija oksidacije metanola, ko ta alkohol vstopi v telo, je primer tako imenovane "smrtonosne sinteze". Metilni alkohol je sam po sebi razmeroma neškodljiva snov, vendar se v telesu zaradi oksidacije spremeni v izjemno strupene snovi: metanal (formaldehid) in mravljično kislino. Posledično zaužitje 10 g metanola povzroči izgubo vida, 30 g pa smrt.
Reakcijo alkohola z bakrovim (II) oksidom lahko uporabimo kot kvalitativno reakcijo za alkohole, ker Zaradi reakcije se spremeni barva raztopine.
CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH + CuO ® CH 3 - CH 2 - C \u003d O + Cu¯ + H 2 O
propanol-1 propanal
Kot posledica delne oksidacije sekundarnih alkoholov nastanejo ketoni:
CH 3 - CH - CH 3 + [O] ® CH 3 - C - CH 3 + H 2 O
propanol-2 propanon
Terciarni alkoholi v takšnih pogojih ne oksidirajo, pri oksidaciji v hujših pogojih pa se molekula razcepi in nastane mešanica karboksilnih kislin.
Uporaba alkoholnih pijač
Alkoholi se uporabljajo kot odlična organska topila.
Metanol se pridobiva iz velika prostornina in se uporablja za pripravo barvil, mešanic brez zmrzovanja, kot vir za proizvodnjo različnih polimernih materialov (pridobivanje formaldehida). Ne smemo pozabiti, da je metanol zelo strupen.
Etilni alkohol je prva organska snov, ki je bila izolirana v čista oblika leta 900 v Egiptu.
Trenutno je etanol velikotonski proizvod kemične industrije. Uporablja se za proizvodnjo sintetičnega kavčuka, organskih barvil in izdelavo farmacevtskih izdelkov. Poleg tega se etilni alkohol uporablja kot okolju prijazno gorivo. Etanol se uporablja pri proizvodnji alkoholnih pijač.
Etanol je zdravilo, ki stimulira telo; njegova dolgotrajna in pretirana uporaba vodi v alkoholizem.
Butilni in amilni alkoholi (pentanoli) se uporabljajo v industriji kot topila, pa tudi za sintezo estrov. Vsi so zelo strupeni.
Polihidrični alkoholi
Polihidrični alkoholi vsebujejo dve ali več hidroksilnih skupin pri različnih ogljikovih atomih.
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
OH OH OH OH OH OH OH
etandiol-1,2 propantriol-1,2,3 pentanpentol-1,2,3,4,5
(etilen glikol) (glicerin) (ksilitol)
Fizikalne lastnosti polihidričnih alkoholov
Etilenglikol ("glikoli" je splošno ime za dihidrične alkohole) je brezbarvna viskozna tekočina, dobro topna v vodi in številnih organskih topilih.
Glicerin - najpomembnejši trihidrični alkohol - je brezbarvna, gosta tekočina, ki je dobro topna v vodi. Glicerin je znan od leta 1779 po odkritju švedskega kemika K. Scheeleja.
Polihidrični alkoholi, ki vsebujejo 4 ali več ogljikovih atomov, so trdne snovi.
Več kot je hidroksilnih skupin v molekuli, bolje se topi v vodi in višje je njeno vrelišče. Poleg tega se pojavi sladek okus in več kot je hidroksilnih skupin v snovi, slajša je.
Snovi, kot sta ksilitol in sorbitol, se uporabljajo kot nadomestki sladkorja:
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
OH OH OH OH OH OH OH OH
ksilitol sorbitol
Šesthidrični alkohol "inozitol" ima tudi sladek okus. Inozitol najdemo v stročnicah, ledvicah, jetrih, mišicah. Inozitol ima skupno formulo z glukozo:
NO -HC CH - OH
NO -NS CH - OH C 6 H 12 O 6.
cikloheksanheksol
Metode pridobivanja polihidričnih alkoholov
1. Nepopolna oksidacija alkenov
Delna oksidacija z raztopino kalijevega permanganata KMnO 4.
1.1. Oksidacija etilena
CH 2 \u003d CH 2 + [O] + HOH ® CH 2 - CH 2
etilen ½ ½
etandiol-1,2
(etilen glikol)
1.2. oksidacija propena
CH 2 \u003d CH - CH 3 + [O] + HOH ® CH 2 - CH - CH 2
propen ½ ½ ½
propantriol-1,2,3,
(glicerol)
2. Umiljenje rastlinskih in živalskih maščob
Glicerin se pridobiva kot stranski produkt v industriji mila pri predelavi maščob.
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
triglicerid glicerin natrijev stearat
stearinska kislina(milo)
Kemijske lastnosti polihidričnih alkoholov
Kemične lastnosti polihidričnih alkoholov so v marsičem podobne lastnostim monohidričnih alkoholov.
1. Interakcija z aktivnimi kovinami
CH 2 - OH CH 2 - ONa
ç + 2Na®ç + H 2
CH 2 - OH CH 2 - ONa
etilen glikol natrijeva sol etilen glikola
2. Tvorba estrov z mineralnimi kislinami
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
glicerin dušikov trinitroglicerin
Trinitroglicerin je eden najmočnejših eksplozivov, eksplodira od udarca, pretresa, vžiga, kot posledica samorazpada. Za praktično uporabo, da bi povečali varnost pri delu s trinitroglicerinom, ga prenesemo v dinamit(porozni materiali, impregnirani s trinitroglicerinom - diatomejska zemlja, lesna moka itd.).
3. Interakcija z bakrovim (II) hidroksidom - kvalitativna reakcija na glicerol
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
bakrov diglicerat
(svetlo modra barva)
4. Dehidracija glicerola s tvorbo akroleina
C 3 H 8 O 3 ® CH 2 \u003d CH - C \u003d O + 2H 2 O
glicerin ç
akrolein (zadušljiv vonj pri kalciniranih maščobah)
5. Oksidacijske reakcije
Etilen glikol in glicerin sta pri interakciji z močnimi oksidanti (kalijev permanganat KMnO 4, kromov oksid (VI) CrO 3) nagnjena k spontanemu vžigu.
5C 3 H 8 O 3 + 14KMnO 4 + 21H 2 SO 4 ® 15CO 2 + 14MnSO 4 + 7K 2 SO 4 + 41H 2 O
Uporaba polihidričnih alkoholov
Etilen glikol in glicerin se uporabljata za izdelavo tekočin proti zmrzovanju - antifriza. Tako 50% vodna raztopina glicerina zmrzne le pri -34 0 C, raztopina, sestavljena iz 6 delov etilenglikola in 1 dela vode, pa zmrzne pri -49 0 C.
Propilen glikol CH 3 - CH (OH) - CH 2 - CH 2 OH se uporablja za pridobivanje brezvodnih pen (takšne pene so bolj stabilne) in je tudi sestavni del sončne kreme.
Etilen glikol se uporablja za proizvodnjo vlaken lavsan, glicerin pa za proizvodnjo gliptalnih smol.
V velikih količinah se glicerin uporablja v parfumeriji, medicini in živilski industriji.
Fenoli
Fenoli- derivati aromatskih ogljikovodikov, pri katerih je hidroksilna skupina OH- vezana neposredno na ogljikov atom benzenovega obroča.
Hidroksilna skupina je vezana na aromatski radikal (fenil). p-elektroni benzenskega obroča vključijo v svoj sistem osamljene elektrone kisikovega atoma skupine OH, zaradi česar postane vodik hidroksilne skupine bolj gibljiv kot v alifatskih alkoholih.
Fizične lastnosti
Najenostavnejši predstavnik - fenol - je brezbarvna kristalinična snov (tališče 42 0 C) z značilnim vonjem. Trivialno ime fenola je karbolna kislina.
Enoatomski fenoli so težko topni v vodi, s povečanjem števila hidroksilnih skupin se topnost v vodi povečuje. Fenol se pri temperaturi 60 0 C neomejeno topi v vodi.
Vsi fenoli so zelo strupeni. Fenol ob stiku s kožo povzroča opekline.
Metode pridobivanja fenola
1. Pridobivanje iz premogovega katrana
To je najbolj pomembno tehnični način pridobivanje fenola. Sestoji iz dejstva, da so frakcije premogovega katrana pridobljene s koksanjem črni premog, obdelamo z alkalijami in nato za nevtralizacijo s kislinami.
2. Pridobivanje iz halogenskih derivatov benzena
C 6 H 5 Cl + NaOH konc. aq. raztopina ® C 6 H 5 OH + NaCl
klorobenzenfenol
Kemijske lastnosti fenolov
1. Reakcije, ki vključujejo hidroksilni vodik C 6 H 5 - O - H
1.1. Interakcija z aktivnimi kovinami
2C 6 H 5 OH + 2Na® 2C 6 H 5 ONa + H 2
fenol fenolat
natrij (sol)
1.2. Interakcija z alkalijami
Fenol je močnejša kislina kot monohidrični alkoholi, zato za razliko od slednjih fenol reagira z alkalnimi raztopinami:
C 6 H 5 OH + NaOH ® C 6 H 5 ONa + H 2 O
fenol fenolat
Fenol je šibkejša kislina kot ogljikova kislina H 2 CO 3 (približno 300-krat) ali hidrosulfidna kislina H 2 S, zato fenolate razgradijo šibke kisline:
C 6 H 5 ONa + H 2 O + CO 2 ® C 6 H 5 OH + NaHCO 3
1.3. Tvorba etrov in estrov
H 2 SO 4 konc.
C 6 H 5 OH + HO - C 2 H 5 ¾¾¾®C 6 H 5 O - C 2 H 5 + H 2 O
2. Reakcije, ki vključujejo benzenski obroč
fenol brez ogrevanja in brez katalizatorjev močno vstopi v reakcije substitucije vodikovih atomov, medtem ko skoraj vedno nastanejo trisubstituirani derivati
2.1. Interakcija z bromovo vodo - kvalitativna reakcija na fenol
2.2. Medsebojno delovanje z dušikovo kislino
Pikrinska kislina je rumena kristalinična snov. Pri previdnem segrevanju se tali pri temperaturi 122 0 C, pri hitrem segrevanju pa eksplodira. Soli pikrinske kisline (pikrati) ob udarcu in trenju eksplodirajo.
3. Reakcija polikondenzacije s formaldehidom
Medsebojno delovanje fenola s formaldehidom s tvorbo smolnatih produktov je že leta 1872 proučeval Bayer. široka praktično uporabo ta reakcija je potekala veliko kasneje - v 20-30-ih letih 20. stoletja, ko so v mnogih državah tako imenovane bakelite začeli pripravljati iz fenola in formaldehida.
4. Reakcija obarvanja z železov klorid
Vsi fenoli pri interakciji z železovim kloridom FeCl 3 tvorijo barvne spojine; enoatomni fenoli dajo vijolično oz modre barve. Ta reakcija lahko služi kot kvalitativna reakcija za fenol.
Uporaba fenolov
Fenoli uničijo številne mikroorganizme, kar se uporablja v medicini, kjer se fenoli in njihovi derivati uporabljajo kot razkužila in antiseptiki. Fenol (karbolna kislina) je bil prvi antiseptik, ki ga je Lister leta 1867 uvedel v kirurgijo. Antiseptične lastnosti fenolov temeljijo na njihovi sposobnosti zvijanja beljakovin.
"Fenolni koeficient" - število, ki kaže, kolikokrat je antiseptični učinek določene snovi večji (ali manjši) od delovanja fenola, vzetega kot enota. Homologi benzena - krezoli - imajo močnejši baktericidni učinek kot sam fenol.
Fenol se uporablja za proizvodnjo fenol-formaldehidnih smol, barvil, pikrinske kisline, iz njega se pridobivajo zdravila, kot so salicilati, aspirin in drugi.
Eden najbolj znanih derivatov dihidričnih fenolov je adrenalin. Adrenalin je hormon, ki ga proizvajajo nadledvične žleze in ima sposobnost krčenja krvnih žil. Pogosto se uporablja kot hemostatično sredstvo.
Vprašanje #3
Etri imenujemo organske spojine, v katerih sta dva ogljikovodikova radikala povezana z atomom kisika. Etre lahko obravnavamo kot produkte substitucije vodikovega atoma v hidroksilu alkohola z radikalom:
R – O – H ® R – O – R /
Splošna formula etrov C n H 2 n +2 O.
Radikali v molekuli etra so lahko enaki, na primer v CH 3 - O - CH 3 etru, ali različni, na primer v CH 3 - O - C 3 H 7 etru. Eter, ki ima različne radikale, se imenuje mešan.
Nomenklatura etra
Estri so običajno poimenovani glede na radikale, ki so del njihove sestave (racionalna nomenklatura).
Po mednarodni nomenklaturi so etri označeni kot derivati ogljikovodikov, v katerih je vodikov atom substituiran alkoksi skupino(RO -), na primer metoksi skupina CH 3 O -, etoksi skupina C 2 H 5 O - itd.
Izomerija etra
1. Izomerija etrov je določena z izomerijo radikalov, povezanih s kisikom.
CH 3 - O - CH 2 - CH 2 - CH 3 metil propil eter
C 2 H 5 - O - C 2 H 5 dietil eter
CH 3 - O - CH - CH 3 metil izopropil eter
2. Medrazredni izomeri etrov so monohidrični alkoholi.
CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - OH
butanol-1
Fizikalne lastnosti etrov
Dimetil in metil etil eter sta v normalnih pogojih plinasti snovi.
Začenši z dietiletrom, so snovi tega razreda brezbarvne, lahko premične tekočine z značilnim vonjem.
Etri so lažji od vode in v njej skoraj netopni. Zaradi odsotnosti vodikovih vezi med molekulami etri vrejo pri nižji temperaturi kot ustrezni alkoholi.
V organskih topilih se etri zlahka topijo in sami topijo številne snovi.
Najpogostejša spojina tega razreda je dietil eter C 2 H 5 - O - C 2 H 5, ki ga je v 16. stoletju prvič pridobil Kordus. Zelo pogosto se imenuje "žveplov eter". To ime, prejeto v 18. stoletju, je povezano z metodo za pridobivanje etra: interakcijo etilni alkohol z žveplovo kislino.
Dietileter je brezbarvna, zelo gibljiva tekočina z močnim značilnim vonjem. Ta snov je izjemno eksplozivna in vnetljiva. Vrelišče dietiletra je 34,6 0 C, ledišče 117 0 C. Eter je slabo topen v vodi (1 volumski del etra se raztopi v 10 volumskih delih vode). Eter je lažji od vode (gostota 714 g/l). Dietileter je nagnjen k elektrifikaciji: v času transfuzije etra se lahko pojavijo razelektritve statične elektrike in povzročijo vžig. Hlapi dietiletra so 2,5-krat težji od zraka in z njim tvorijo eksplozivne mešanice. Koncentracijske meje širjenja plamena (CPR) 1,7 - 49 %.
Hlapi etra se lahko razširijo na precejšnje razdalje, pri tem pa ohranijo sposobnost gorenja. Osnovni varnostni ukrepi pri delu z etrom - to je oddaljenost od odprtega ognja in zelo vročih naprav in površin, vključno z električnimi štedilniki.
Plamenišče etra je 45 0 C, temperatura samovžiga je 164 0 C. Pri gorenju eter gori z modrikastim plamenom s sproščanjem velike količine toplote. Plamen etra hitro narašča, saj. zgornji sloj hitro se segreje do vrelišča. Pri gorenju se eter segreva v globino. Hitrost rasti segrete plasti je 45 cm/uro, hitrost njenega izgorevanja s proste površine pa 30 cm/uro.
Ob stiku z močnimi oksidanti (KMnO 4 , CrO 3 , halogeni) se dietil eter spontano vname. Poleg tega lahko dietil eter ob stiku z atmosferskim kisikom tvori peroksidne spojine, ki so izjemno eksplozivne snovi.
Metode pridobivanja etrov
1. Medmolekulska dehidracija alkoholov
H 2 SO 4 konc.
C 2 H 5 - OH + BUT - C 2 H 5 ¾¾¾® C 2 H 5 - O - C 2 H 5 + H 2 O
etanol dietil eter
Kemijske lastnosti etrov
1. Etri so precej inertne snovi, niso nagnjeni k kemične reakcije. Vendar pa se pod delovanjem koncentriranih kislin razgradijo
C 2 H 5 - O - C 2 H 5 + HI konc. ® C 2 H 5 OH + C 2 H 5 I
dietil etanol jodoetan
2. Oksidacijske reakcije
2.1 Popolna oksidacija - zgorevanje:
C 4 H 10 O + 6 (O 2 + 3,76 N 2) ® 4CO 2 + 5H 2 O + 6 × 3,76 N 2
2.2. nepopolna oksidacija
V stanju, zlasti na svetlobi, se eter pod vplivom kisika oksidira in razgradi s tvorbo strupenih in eksplozivnih izdelkov– peroksidne spojine in produkti njihove nadaljnje razgradnje.
O - C - CH 3
C 2 H 5 - O - C 2 H 5 + 3 [O] ® ½
O - C - CH 3
hidroksietil hidroperoksid
Uporaba etrov
Dietileter je dobro organsko topilo. Uporablja se za pridobivanje različnih uporabne snovi iz rastlin, za čiščenje tkanin, pri izdelavi smodnika in umetnih vlaken.
V medicini se eter uporablja za splošno anestezijo. Prvič je v ta namen med kirurškim posegom eter uporabil ameriški zdravnik Jackson leta 1842. Za uvedbo te metode se je vneto boril ruski kirurg N.I. Pirogov.
Vprašanje št. 4. Karbonilne spojine (30 min)
Aldehidi in ketoni- derivati ogljikovodikov, katerih molekule vsebujejo eno ali več karbonilnih skupin С = O.
| Aldehidi | Ketoni |
| Aldehidi vsebujejo karbonilno skupino, povezano z enim radikalom in enim atomom vodika - C \u003d O ½ H | Ketoni vsebujejo karbonilno skupino, vezano na dva radikala - C - II O |
| Splošna formula karbonilnih spojin C n H 2 n O | |
| Nomenklatura karbonilnih spojin | |
| Ime "aldehidi" izhaja iz splošne metode za pridobivanje teh spojin: dehidrogenacija alkohola, tj. odstranitev vodika. Po nomenklaturi IUPAC je ime aldehidov izpeljano iz imen ustreznih ogljikovodikov, ki jim je dodana pripona "al". Oštevilčevanje verig se začne od aldehidne skupine. | Po nomenklaturi IUPAC je ime ketonov izpeljano iz imen ustreznih ogljikovodikov, ki jim je dodana pripona "he". Oštevilčenje se izvede od konca verige, ki je najbližje karbonilu. Prvi predstavnik serije ketonov vsebuje 3 atome ogljika. |
| H - C \u003d O metanal ½ (formaldehid, H formaldehid) CH 3 - C \u003d O etanal ½ (ocetni aldehid, H acetaldehid) 5 4 3 2 1 CH 3 - CH - CH 2 - CH 2 - C \u003d O ½ ½ CH 3 H 4-metilpentanal | CH 3 - C - CH 3 propanon ll (aceton) O 6 5 4 3 2 1 CH 3 - CH 2 - CH - CH 2 - C - CH 3 ½ ll CH 3 O 4-metilheksanon-2 |
| Izomerija nenasičenih spojin | |
| 1. Izomerija ogljikove verige | |
| CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - C \u003d O ½ heksanal H CH 3 - CH - CH - C \u003d O ½ ½ ½ CH 3 CH 3 H 2,3-dimetilbutanal | CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - C - CH 3 ll heptanon-2 O CH 3 - CH 2 - CH - C - CH 3 ½ ll C 2 H 5 O 3-etilpentanon-2 |
| 2. Izomerija položaja karbonilne skupine | |
| CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - C - CH 3 ll heptanon-2 O CH 3 - CH 2 - CH 2 - C - CH 2 - CH 2 - CH 3 ll heptanon-4 O | |
| 3. Aldehidi in ketoni so medrazredni izomeri | |
| Fizikalne lastnosti karbonilnih spojin | |
| Formaldehid (metanal) je v normalnih pogojih plin z ostrim neprijetnim "ostrim" vonjem, zelo topen v vodi. 40% raztopina formaldehida v vodi se imenuje formalin. Ocetni aldehid (etanal) je hlapljiva, vnetljiva tekočina. Njegovo vrelišče je 20,2 0 C, plamenišče -33 0 C. V visokih koncentracijah ima neprijeten zadušljiv vonj; v majhnih koncentracijah ima prijeten vonj po jabolku (v katerem je vsebovan v majhni količini). Ocetni aldehid je zelo topen v vodi, alkoholu in mnogih drugih organskih topilih. | Najenostavnejši keton, propanon (aceton), je vnetljiva tekočina. Naslednji predstavniki so tudi tekočine. Višji alifatski (> 10 atomov C) in tudi aromatski ketoni so trdne snovi. Aceton ima nizka temperatura vrelišče 56,1 0 C in plamenišče -20 0 C. Najenostavnejši ketoni so zmešani z vodo. Nevarne so tudi vodne raztopine acetona. Tako ima njegova 10-odstotna raztopina v vodi plamenišče 11 0 C. Vsi ketoni so zlahka topni v alkoholu in etru. Najenostavnejši ketoni imajo značilen vonj; povprečni homologi imajo precej prijeten vonj, ki spominja na vonj mete. |
| Metode za pripravo karbonilnih spojin | |
| 1. Reakcije delne (nepopolne) oksidacije alkoholov | |
| Primarni alkoholi pri oksidaciji dajejo aldehide: CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH + [O]® H 2 O + propanol-1 + CH 3 - CH 2 - C \u003d O propanal ½ H | Sekundarni alkoholi med oksidacijo tvorijo ketone: CH 3 - CH - CH 2 -CH 3 + [O] ® H 2 O + ½ OH + CH 3 - C - CH 2 - CH 3 butanol-2 ll O butanon-2 |
| 2. Hidracija alkinov (reakcija Kucherova) | |
| Aldehid nastane le pri hidrataciji acetilena, v vseh drugih primerih pa nastanejo ketoni. Hg 2+ CH º CH + HOH ® CH 3 - C \u003d O + H 2 O acetilen ½ H etanal | Hg 2+ CH º C - CH 2 - CH 3 + HOH ® H 2 O + butin-1 + CH 3 - C - CH 2 - CH 3 ll O butanon-2 |
| 3. Hidroliza dihalogen derivatov. (Atomi halogenov se nahajajo na istem ogljikovem atomu). Reakcija poteka v vodni raztopini alkalije. | |
| Cl ½ CH 3 - CH 2 - CH + 2KOH voda ® Cl 1,1-dikloropropan ® 2KCl + CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H 2 O ½ H propanal | Cl ½ CH 3 - CH 2 - C - CH 3 + 2KOH voda ® ½ Cl 2,2-diklorobutan ® 2KCl + CH 3 - CH 2 - C - CH 3 + H 2 O ll O butanon-2 |
| 4. Pridobivanje karboksilnih kislin | |
| CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H 2 ® ½ OH propanojska kislina ® H 2 O + CH 3 - CH 2 - C \u003d O ½ H propanal | |
| Kemijske lastnosti karbonilnih spojin | |
| Po kemijski aktivnosti so aldehidi boljši od ketonov in so bolj reaktivni. Radikali, povezani s karbonilno skupino, imajo tako imenovani pozitivni induktivni učinek: povečajo elektronsko gostoto vezi radikala z drugimi skupinami, tj. kot bi ugasnil pozitivni naboj ogljikov atom karbonila. Posledično lahko karbonilne spojine glede na zmanjšanje njihove kemijske aktivnosti razporedimo v naslednjo vrstico: H - C d + - H> H 3 C ® C d + - H> H 3 C ® C d + CH 3 II II II O d - O d - Približno d - (ravne puščice v formulah prikazujejo premik elektronov, gašenje pozitivno nabitega ogljikovega atoma karbonilne skupine). | |
| 1. Adicijske reakcije pri pretrganju dvojne vezi >C = O. Reakcije obnavljanja. | |
| CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H 2 ® ½ H propanal ® CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH (propanol-1) | CH 3 - CH 2 - C - CH 3 + H 2 ® II O butanon-2 ® CH 3 - CH 2 - CH - CH 3 ½ OH butanol-2 |
| 2. Oksidacijske reakcije | |
| 2.1. Popolna oksidacija - zgorevanje | |
| C 3 H 6 O + 4O 2 ® 3CO 2 + 3H 2 O | C 4 H 8 O + 5,5 O 2 ® 4CO 2 + 4H 2 O |
| 2.2. Delna (nepopolna) oksidacija | |
| Oksidacijske reakcije s srebrovim oksidom ("reakcija srebrovega zrcala"), bakrov (II) hidroksid - kvalitativne reakcije za aldehide. NH 3, t CH 3 - CH 2 - C \u003d O + Ag 2 O ¾¾® ½ H propanal ¾¾® 2Ag¯ + CH 3 - CH 2 - C \u003d O ½ OH propanojska kislina V tem primeru se srebro obori. 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 propanojska kislina Modra oborina bakrovega hidroksida se obarva v rdečo oborino bakrovega dušikovega oksida. | Oksidacija ketonov je zelo težka samo z močnimi oksidanti (kromova mešanica, KMnO 4), posledično nastane mešanica kislin: t CH 3 - CH 2 - C - CH 3 + [O] ® II O butanon -2 ® 2CH 3 - C \u003d O ½ OH ocetna (etanojska) kislina ali ® CH 3 - CH 2 - C \u003d O + H - C \u003d O ½ ½ OH OH propanojska mravljinčna kislina (metanojska) kislina |
| Ob stiku z močnimi oksidanti (KMnO 4 , CrO 3 , HNO 3 konc., H 2 SO 4 konc.) se aldehidi in ketoni spontano vnamejo. | |
| 3. Reakcije zaradi transformacij v radikalih. Zamenjava vodika v radikalih s halogeni | |
| CH 3 - C \u003d O + Cl 2 ® HCl + CH 2 Cl - C \u003d O ½ ½ H H etanal kloroocetni aldehid Pri kloriranju metanala nastane strupen plin fosgen: H - C \u003d O + 2Cl 2 ®Cl - C \u003d O + 2HCl ½½ HCl fosgen | CH 3 - C - CH 3 + Br 2 ® HBr + CH 3 - C - CH 2 Br II II O O aceton bromoaceton Bromoaceton in kloroaceton sta solzni kemični bojni sredstvi ( solzenje). |
| Uporaba karbonilnih spojin | |
| Formaldehid se uporablja v industriji za proizvodnjo fenol-formaldehidnih in karbamidnih polimerov, organskih barvil, lepil, lakov in v usnjarski industriji. V medicinski praksi se uporablja formaldehid v obliki vodne raztopine (formalin). Acetaldehid je izhodni material za proizvodnjo ocetne kisline, polimernih materialov, zdravila, etri. | Aceton zelo dobro raztopi številne organske snovi (na primer lake, nitrocelulozo itd.) in zato v velike količine uporablja se kot topilo (proizvodnja brezdimnega smodnika, rajona, barv, filma). Aceton se uporablja kot surovina za proizvodnjo sintetičnega kavčuka. Za ekstrakcijo se uporablja čisti aceton prehrambeni izdelki, vitamini in zdravila, kot tudi topilo za shranjevanje in transport acetilena. |
Vprašanje # 5. Karboksilne kisline (30 min)
karboksilne kisline imenovani derivati ogljikovodikov, ki vsebujejo eno ali več karboksilnih skupin - C \u003d O.
Karboksilna skupina je kombinacija karbonilnih in hidroksilnih skupin: - C \u003d O + - C - ® - C \u003d O.
karbo nil + hidro xyl® karboksil.
Karboksilne kisline so oksidacijski produkti aldehidov, ti pa oksidacijski produkti alkoholov. Pri kislinah se proces oksidacije zaključi (z ohranitvijo ogljikovega skeleta) v naslednjih serijah:
ogljikovodik ® alkohol ® aldehid ® karboksilna kislina.
Podobne informacije.
Eden najpogostejših kemični elementi vključeni v veliko večino kemične snovi je kisik. Oksidi, kisline, baze, alkoholi, fenoli in druge spojine, ki vsebujejo kisik, se preučujejo v okviru anorganske in organske kemije. V našem članku bomo preučevali lastnosti in podali primere njihove uporabe v industriji, kmetijstvo in zdravila.
oksidi
Najenostavnejše po strukturi so binarne spojine kovin in nekovin s kisikom. Razvrstitev oksidov vključuje naslednje skupine: kisle, bazične, amfoterne in indiferentne. Glavno merilo za delitev vseh teh snovi je, kateri element se povezuje s kisikom. Če je kovina, potem so osnovne. Na primer: CuO, MgO, Na 2 O - oksidi bakra, magnezija, natrija. Njihova glavna kemijska lastnost je reakcija s kislinami. Torej, bakrov oksid reagira s klorovodikovo kislino:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + 63,3 kJ.
Prisotnost atomov nekovinskih elementov v molekulah binarnih spojin kaže na njihovo pripadnost kislemu vodiku H 2 O, ogljikovemu dioksidu CO 2, fosforjevemu pentoksidu P 2 O 5 . Sposobnost takih snovi, da reagirajo z alkalijami, je njihova glavna kemijska značilnost.
Kot rezultat reakcije se lahko oblikujejo vrste: kisle ali srednje. To bo odvisno od tega, koliko molov alkalije reagira:
- CO2 + KOH => KHCO3;
- CO2+ 2KOH => K2CO3 + H2O.
Druga skupina spojin, ki vsebujejo kisik, ki vključuje takšne kemične elemente, kot sta cink ali aluminij, se imenuje amfoterni oksidi. V njihovih lastnostih je nagnjenost k kemični interakciji s kislinami in alkalijami. Produkti interakcije kislinskih oksidov z vodo so kisline. Na primer, pri reakciji žveplovega anhidrida in vode nastanejo kisline - to je eden najpomembnejših razredov spojin, ki vsebujejo kisik.
Kisline in njihove lastnosti
Spojine, sestavljene iz atomov vodika, povezanih s kompleksnimi ioni kislih ostankov, so kisline. Običajno jih lahko razdelimo na anorganske, na primer ogljikovo kislino, sulfat, nitrat in organske spojine. Slednje vključujejo ocetno kislino, mravljinčno, oleinsko kislino. Obe skupini snovi imata podobne lastnosti. Torej vstopijo v nevtralizacijsko reakcijo z bazami, reagirajo s solmi in bazičnimi oksidi. Skoraj vse kisline, ki vsebujejo kisik, v vodnih raztopinah disociirajo na ione, ki so prevodniki druge vrste. Z indikatorji je mogoče določiti kislost njihovega okolja zaradi prekomerne prisotnosti vodikovih ionov. Na primer, škrlatni lakmus postane rdeč, če ga dodamo raztopini kisline. Tipičen predstavnik organskih spojin je ocetna kislina, ki vsebuje karboksilno skupino. Vključuje atom vodika, ki povzroča kisle kisline.Je brezbarvna tekočina s specifičnim ostrim vonjem, ki kristalizira pri temperaturah pod 17 °C. CH 3 COOH, tako kot druge kisline, ki vsebujejo kisik, je popolnoma topen v vodi v katerem koli razmerju. Njegova 3 - 5% raztopina je v vsakdanjem življenju znana pod imenom kis, ki se uporablja v kulinariki kot začimba. Snov je našla svojo uporabo tudi v proizvodnji acetatne svile, barvil, plastike in nekaterih zdravil.
Organske spojine, ki vsebujejo kisik
V kemiji lahko ločimo veliko skupino snovi, ki vsebujejo poleg ogljika in vodika tudi delce kisika. To so karboksilne kisline, estri, aldehidi, alkoholi in fenoli. Vse njihove kemijske lastnosti so določene s prisotnostjo v molekulah posebnih kompleksov - funkcionalnih skupin. Na primer alkohol, ki vsebuje le mejne vezi med atomi - ROH, kjer je R ogljikovodikov radikal. Te spojine običajno obravnavamo kot derivate alkanov, v katerih je en vodikov atom nadomeščen s hidrokso skupino.
Fizikalne in kemijske lastnosti alkoholov
Agregatno stanje alkoholov je tekočina ali trdna spojina. Med alkoholi ni plinastih snovi, kar je mogoče pojasniti s tvorbo asociatov - skupin, sestavljenih iz več molekul, povezanih s šibkimi vodikovimi vezmi. To dejstvo določa tudi dobro topnost nižjih alkoholov v vodi. Vendar pa v vodnih raztopinah organske snovi, ki vsebujejo kisik - alkoholi, ne disociirajo na ione, ne spremenijo barve indikatorjev, to je, da imajo nevtralno reakcijo. Vodikov atom funkcionalne skupine je šibko vezan na druge delce, zato lahko v kemijskih interakcijah zapusti molekulo. Na istem mestu proste valence se nadomesti z drugimi atomi, na primer v reakcijah z aktivnimi kovinami ali z alkalijami - s kovinskimi atomi. V prisotnosti katalizatorjev, kot sta platinasta mreža ali baker, se alkoholi oksidirajo z močnimi oksidanti, kalijevim bikromatom ali kalijevim permanganatom, v aldehide.
reakcija esterifikacije
Ena najpomembnejših kemijskih lastnosti organskih snovi, ki vsebujejo kisik: alkoholov in kislin, je reakcija, ki vodi do nastanka estrov. Ima odlično praktična vrednost in se uporablja v industriji za ekstrakcijo estrov, ki se uporabljajo kot topila v prehrambeni industriji (v obliki sadnih esenc). V medicini se nekateri estri uporabljajo kot antispazmodiki, na primer etil nitrit širi periferne krvne žile, izoamil nitrit pa je zaščitnik krčev. koronarne arterije. Enačba reakcije esterifikacije ima naslednjo obliko:
CH3COOH + C2H5OH<--(H2SO4)-->CH3COOC2H5+H2O
V njej je CH 3 COOH ocetna kislina in C 2 H 5 OH kemijska formula alkohol etanol.
Aldehidi
Če spojina vsebuje funkcionalno skupino -COH, je razvrščena kot aldehid. Predstavljeni so kot produkti nadaljnje oksidacije alkoholov, na primer z oksidanti, kot je bakrov oksid.
Prisotnost karbonilnega kompleksa v molekulah mravljinčnega ali acetaldehida določa njihovo sposobnost polimerizacije in vezave atomov drugih kemičnih elementov. Kvalitativni reakciji, s katerimi lahko dokažemo prisotnost karbonilne skupine in pripadnost snovi k aldehidom, sta reakcija srebrovega zrcala in interakcija z bakrovim hidroksidom pri segrevanju:
Največjo uporabo je dobil acetaldehid, ki se uporablja v industriji za proizvodnjo ocetne kisline, velikotonskega produkta organske sinteze.
Lastnosti organskih spojin, ki vsebujejo kisik - karboksilne kisline
Prisotnost karboksilne skupine - ene ali več - je značilnost karboksilne kisline. Zaradi zgradbe funkcionalne skupine lahko v kislinskih raztopinah nastanejo dimeri. Med seboj so povezani z vodikovimi vezmi. Spojine disociirajo na vodikove katione in anione kislinskih ostankov in so šibki elektroliti. Izjema je prvi predstavnik številnih mejnih monobazičnih kislin - mravljinčna ali metan, ki je prevodnik druge vrste srednje jakosti. Prisotnost samo preprostih sigma vezi v molekulah kaže na mejo, če pa imajo snovi v svoji sestavi dvojne pi vezi, so to nenasičene snovi. Prva skupina vključuje kisline, kot so metan, ocetna, maslena. Drugo predstavljajo spojine, ki so del tekočih maščob - olja, na primer oleinska kislina. Kemijske lastnosti spojin, ki vsebujejo kisik: organske in anorganske kisline so si v veliki meri podobne. Torej lahko komunicirajo z aktivnimi kovinami, njihovimi oksidi, alkalijami in tudi z alkoholi. Na primer, ocetna kislina reagira z natrijem, oksidom in tvori sol - natrijev acetat:
NaOH + CH3COOH → NaCH3COO + H2O
Posebno mesto zavzemajo spojine višjih karboksilnih kislin, ki vsebujejo kisik: stearinska in palmitinska, s trihidričnim nasičenim alkoholom - glicerolom. Spadajo med estre in se imenujejo maščobe. Iste kisline so del natrijevih in kalijevih soli kot kislinski ostanek in tvorijo mila.
Pomembne organske spojine, ki so široko razširjene v divjih živalih in igrajo vodilno vlogo kot energijsko najbolj intenzivna snov, so maščobe. Niso posamezna spojina, temveč mešanica heterogenih gliceridov. To so spojine mejnega polihidričnega alkohola - glicerina, ki tako kot metanol in fenol vsebuje hidroksilne funkcionalne skupine. Maščobe se lahko podvržejo hidrolizi - segrevanju z vodo v prisotnosti katalizatorjev: alkalij, kislin, cinkovih oksidov, magnezija. Produkti reakcije bodo glicerol in različne karboksilne kisline, ki se bodo v nadaljevanju uporabljale za proizvodnjo mila. Da v tem procesu ne bi uporabljali dragih naravnih esencialnih karboksilnih kislin, jih pridobivajo z oksidacijo parafina.
Fenoli
Ko zaključimo z obravnavo razredov spojin, ki vsebujejo kisik, se osredotočimo na fenole. Predstavlja jih fenilni radikal -C 6 H 5, povezan z eno ali več funkcionalnimi hidroksilnimi skupinami. Najenostavnejši predstavnik tega razreda je karbolna kislina ali fenol. Kot zelo šibka kislina lahko deluje z alkalijami in aktivnimi kovinami - natrijem, kalijem. Snov z izrazitimi baktericidnimi lastnostmi - fenol se uporablja v medicini, pa tudi pri proizvodnji barvil in fenol-formaldehidnih smol.
V našem članku smo preučevali glavne razrede spojin, ki vsebujejo kisik, in upoštevali tudi njihove kemijske lastnosti.
Kisik daje organskim snovem cel kompleks značilnih lastnosti.
Kisik je dvovalenten, ima dva para valentnih elektronov in zanj je značilna visoka elektronegativnost (x = 3,5). Med atomi ogljika in kisika se tvorijo močne kemične vezi, kar lahko vidimo že na primeru molekul CO 2 . Enojna vez C-0 (£ sv \u003d 344 kJ / mol) je skoraj tako močna kot C-C povezava (E ca = 348 kJ/mol) in dvojna vez C=0 ( E St = 708 kJ/mol) je veliko močnejša od vezi C=C (E St == 620 kJ/mol). Zato so transformacije, ki vodijo do tvorbe dvojnih vezi C=0, pogoste v organskih molekulah. Iz istega razloga je ogljikova kislina nestabilna:
Hidroksi skupina, ki se nahaja na dvojni vezi, se pretvori v hidroksi skupino (glej zgoraj).
Kisik bo dal polarnost molekulam organskih snovi. Privlačnost med molekulami se poveča, tališče in vrelišče se znatno poveča. V normalnih razmerah med kisikove snovi zelo močni plini - samo eter CH 3 OCH 3, formaldehid CH 2 0 in etilen oksid CH 2 CH 2 0.
Kisik pospešuje tvorbo vodikovih vezi kot donor in akceptor vodika. Vodikove vezi povečajo privlačnost molekul, v primeru dovolj kompleksnih molekul pa jim dajo določeno prostorsko strukturo. Vpliv polarnosti in vodikovih vezi na lastnosti snovi vidimo na primeru ogljikovodika, ketona in alkohola
Za dobro topnost organskih snovi, ki vsebujejo kisik, v vodi sta odgovorna polarnost in tvorba vodikovih vezi.
Kisik daje organskim snovem do neke mere kisle lastnosti. Poleg razreda kislin, katerih lastnosti so očitne iz imena, fenoli in alkoholi kažejo kisle lastnosti.
Še ena skupna lastnina snovi, ki vsebujejo kisik, je v lahki oksidabilnosti ogljikovega atoma, ki je hkrati povezan s kisikom in vodikom. To je razvidno iz naslednjih verig reakcij, ki se prekinejo, ko ogljikovi hidrati izgubijo zadnji vodni atom:
vsebuje hidroksi skupino in velja za heterofunkcionalno kislino.
Alkoholi in etri
Ime celotnega razreda organskih snovi alkoholi(iz latinščine "spiritus" - žganje) izhaja iz "aktivnega principa" mešanice, pridobljene s fermentacijo sadnih sokov in drugih sistemov, ki vsebujejo sladkor. Ta učinkovina - vinski alkohol, etanol C2H5OH, se med destilacijo mešanice loči od vode in nehlapnih topljencev. Drugo ime za alkohol je alkohol - arabsko poreklo.
Alkoholi se imenujejo organske spojine, v katerih je hidrokso skupina povezana z ogljikovim atomom $ p 3 ogljikovodikovega radikala.
Alkohole lahko obravnavamo tudi kot produkte zamenjave enega vodikovega atoma v vodi za ogljikovodikov radikal. Alkoholi tvorijo homologne serije (tabela 22.5), ki se razlikujejo po naravi radikalov in številu hidrokso skupin.
Tabela 22.5
Nekatere homologne serije alkoholov
Tlikoli in gliceroli so polifunkcionalni alkoholi z OH skupinami pri sosednjih ogljikovih atomih.
Hidroksi skupina pri nenasičenih ogljikovih atomih je nestabilna, saj se spremeni v karbonilno skupino. Vinil alkohol je v neznatni količini v ravnovesju z aldehidom:
Obstajajo snovi, v katerih je hidrokso skupina vezana na n / z atom ogljika aromatskega obroča, vendar se obravnavajo kot poseben razred spojin - fenoli.
V alkoholih je možna izomerija ogljikovega skeleta in položaja funkcionalne skupine. V nenasičenih alkoholih se pojavljata tudi izomerija položaja večkratne vezi in prostorska izomerija. Spojine iz razreda etrov so izomerne alkoholom. Med alkoholi obstajajo sorte, imenovane primarni, sekundarni in terciarno alkoholi. To je posledica narave ogljikovega atoma, na katerem se nahaja funkcionalna skupina.
Primer 22.12. Napišite formule za primarne, sekundarne in terciarne alkohole s štirimi ogljikovimi atomi.
rešitev.
Oglejmo si podrobneje homologne serije nasičenih alkoholov. Prvih 12 članov te serije je tekočin. Metanol, etanol in propanol se zaradi svoje strukturne podobnosti z vodo mešajo z vodo v poljubnem razmerju. Nadalje po homolognem nizu se topnost alkoholov zmanjšuje, saj se veliki (glede na število atomov) radikali ogljikovodikov vedno bolj izpodrivajo iz vodno okolje kot ogljikovodiki. Ta lastnost se imenuje hidrofobnost. V nasprotju z radikalom hidrokso skupino privlači voda, pri čemer z vodo tvori vodikovo vez, tj. kaže hidrofilnost. Lastnost izkazujejo višji alkoholi (pet ali več ogljikovih atomov). površinsko aktivnost- sposobnost koncentracije na površini vode zaradi izločanja hidrofobnega radikala (slika 22.3).
riž. 22.3.
Površinsko aktivne snovi prekrijejo kapljice tekočine in spodbujajo nastanek stabilnih emulzij. To je osnova za delovanje detergentov. Površinsko aktivnost lahko kažejo ne samo alkoholi, ampak tudi snovi drugih razredov.
Večina vodotopnih alkoholov je strupenih. Najmanj strupena sta etanol in glicerin. Toda, kot veste, je etanol nevaren, ker človek postane zasvojen z njegovo uporabo. Najenostavnejši med alkoholi, metanol, je po vonju podoben etanolu, vendar je izjemno strupen. Znanih je veliko primerov zastrupitev ljudi zaradi napačnega zaužitja.
metanol namesto etanola. K temu prispeva ogromen obseg industrijske uporabe metanola. Najenostavnejši dihidrični alkohol etilenglikol C 2 H 4 (OH) 2 se v velikih količinah uporablja za proizvodnjo polimernih vlaken. Njegova raztopina se uporablja kot antifriz za hlajenje avtomobilskih motorjev.
Pridobivanje alkoholov. Oglejmo si nekaj običajnih načinov.
1. Hidroliza halogenskih derivatov ogljikovodikov. Reakcije potekajo v alkalnem mediju:
Primer 22.13. Napišite reakcije za pridobivanje etilenglikola s hidrolizo halogenskih derivatov, pri čemer je izhodiščna snov etilen.
2. Adicija vode na alkene. Najvišja vrednost ima adicijsko reakcijo vode na etilen, da nastane etanol. Reakcija pri visoki temperaturi poteka precej hitro, vendar se ravnovesje močno premakne v levo in izkoristek alkohola se zmanjša. Zato je treba ustvariti visok tlak in uporabiti katalizator, ki omogoča doseganje enake hitrosti procesa pri nižji temperaturi (podobno kot pri pogojih za sintezo amoniaka). Etanol dobimo s hidratacijo etilena pri -300 °C in tlaku 60-70 atm:
Katalizator je fosforna kislina, nanesena na aluminijev oksid.
3. Obstajajo posebni načini za proizvodnjo etanola in metanola. Prvo pridobimo z znano biokemijsko metodo fermentacije ogljikovih hidratov, ki jih najprej razgradimo do glukoze:
Metanol se proizvaja sintetično iz anorganskih snovi:
Reakcijo izvajamo pri 200-300°C in tlaku 40-150 atm z uporabo kompleksnega katalizatorja Cu0/2n0/A1 2 0 3 /Cr 2 0 3 . Pomen tega industrijskega procesa je jasen iz dejstva, da se letno proizvede več kot 14 milijonov ton metanola. Uporablja se predvsem v organski sintezi za metilacijo organskih snovi. Približno enaka količina se proizvaja in etanol.
Kemične lastnosti alkoholov. Alkoholi so lahko peščici in oksidirajo. Mešanica etilnega alkohola in ogljikovodikov se včasih uporablja kot gorivo za avtomobilske motorje. Oksidacija alkoholov brez motenj ogljikove strukture se zmanjša na izgubo vodika in dodajanje atomov kisika. V industrijskih procesih alkoholne hlape oksidira kisik. V raztopinah se alkoholi oksidirajo s kalijevim permanganatom, kalijevim dikromatom in drugimi oksidanti. Aldehid se pridobi iz primarnega alkohola z oksidacijo:
S presežkom oksidanta se aldehid takoj oksidira v organsko kislino:
Sekundarni alkoholi se oksidirajo v ketone:
Terciarni alkoholi se lahko oksidirajo le v težkih pogojih z delnim uničenjem ogljikovega skeleta.
kislinske lastnosti. Alkoholi reagirajo z aktivnimi kovinami, da sprostijo vodik in z njim tvorijo derivate pogosto ime alkoksidi (metoksidi, etoksidi itd.):
Reakcija poteka bolj mirno kot podobna reakcija z vodo. Sproščeni vodik se ne vname. Ta metoda uniči ostanke natrija po kemičnih poskusih. Ta vrsta reakcije pomeni, da imajo alkoholi kisle lastnosti. To je posledica polarnosti O-H vezi. Vendar alkohol praktično ne reagira z alkalijami. To dejstvo nam omogoča, da pojasnimo moč kislih lastnosti alkoholov: so šibkejše kisline kot voda. Natrijev etoksid je skoraj popolnoma hidroliziran, da nastane raztopina alkohola in alkalije. Kisle lastnosti glikolov in glicerolov so zaradi medsebojnega induktivnega učinka OH skupin nekoliko močnejše.
Polihidrični alkoholi tvorijo kompleksne spojine z ioni nekaterih ^/-elementov. V alkalnem okolju bakrov ion nadomesti dva vodikova iona hkrati v molekuli glicerola in tvori modri kompleks:
S povečanjem koncentracije H + ionov (za to se doda kislina) se ravnotežje premakne v levo in barva izgine.
Reakcije nukleofilne substitucije hidrokso skupine. Alkoholi reagirajo s klorovodikom in drugimi vodikovimi halogenidi:
Reakcijo katalizira vodikov ion. Najprej se H + pridruži kisiku in sprejme njegov elektronski par. To prikazuje glavne lastnosti alkohola:
Nastali ion je nestabilen. Ni ga mogoče izolirati iz raztopine kot trdno sol, kot je amonijev ion. Dodatek H + povzroči dodaten premik elektronskega para z ogljika na kisik, kar olajša napad nukleofilnega delca na ogljik:
Vez med ogljikom in kloridnim ionom se poveča, ko se prekine vez med ogljikom in kisikom. Reakcija se konča s sprostitvijo molekule vode. Vendar je reakcija reverzibilna in ob nevtralizaciji vodikovega klorida se ravnotežje premakne v levo. Poteka hidroliza.
Hidroksi skupina v alkoholih se zamenja tudi v reakcijah s kislinami, ki vsebujejo kisik, da nastanejo estri. Glicerol z dušikovo kislino tvori nitroglicerin uporablja se kot sredstvo za lajšanje krčev srčnih žil:
Iz formule je razvidno, da je tradicionalno ime snovi netočno, saj je v resnici glicerol nitrat - ester dušikove kisline in glicerola.
Ko se etanol segreje z žveplovo kislino, ena molekula alkohola deluje kot nukleofilni reagent v odnosu do druge. Kot rezultat reakcije nastane etoksietanski eter:
Nekateri atomi so na diagramu poudarjeni, da je lažje slediti njihovemu prehodu v produkte reakcije. Ena molekula alkohola najprej pritrdi katalizator - ion H +, atom kisika druge molekule pa prenese elektronski par na ogljik. Po izločitvi vode in disociaciji H 4 dobimo molekulo etra. To reakcijo imenujemo tudi medmolekularna dehidracija alkohola. Obstaja tudi metoda za pridobivanje etrov z različnimi radikali:
Etri so bolj hlapni kot alkoholi, ker se med njihovimi molekulami ne tvorijo vodikove vezi. Etanol vre pri 78°C, njegov izomerni ester CH3OCH3 pa pri -23,6°C. Etri pri kuhanju z alkalnimi raztopinami ne hidrolizirajo v alkohole.
Dehidracija alkoholov. Alkoholi lahko razpadejo z izločanjem vode na enak način, kot se halogenski derivati ogljikovodikov razgradijo z izločanjem halogenovodika. Pri proizvodnji alkoholov iz alkena in vode (glej zgoraj) je prisotna tudi obratna reakcija izločanja vode. Razlika v pogojih za dodajanje in izločanje vode je v tem, da se dodajanje zgodi pod tlakom s presežkom vodne pare glede na alken, izločanje pa iz enega samega alkohola. Takšno dehidracijo imenujemo intramolekularna. Gre tudi v mešanico alkohola z žveplovo kislino pri ~150 °C.
