Задания для самостоятельного решения

КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

Спирты

Цель: изучить строение, номенклатуру, способы получения, физические и химические свойства, применение одноатомных и многоатомных спиртов.

План лекции

1. Строение спиртов

2. Физические свойства

3. Способы получения одноатомных спиртов

4. Химические свойства одноатомных спиртов

5. Способы получения многоатомных спиртов

6. Химические свойства многоатомных спиртов

Спиртами называются производные углеводородов, в молекулах которых содержится одна или несколько гидроксильных групп (-ОН), связанных с насыщенными атомами углерода. Группа -ОН (гидроксильная, оксигруппа) является в молекуле спирта функциональной группой. Систематические названия даются по названию углеводорода с добавлением суффикса -ол и цифры, указывающей положение гидроксигруппы. Нумерация ведется от ближайшего к ОН-группе конца цепи. По числу гидроксильных групп спирты подразделяются на одноатомные (одна группа -ОН), многоатомные (две и более групп -ОН). Одноатомные спирты: метанол СН₃ОН, этанол С₂Н₅ОН; двухатомный спирт: этиленгликоль (этандиол-1,2) HO–СH₂–CH₂–OH; трехатомный спирт: глицерин (пропантриол-1,2,3) HO–СH₂–СН(ОН)–CH₂–OH. В зависимости от того, с каким атомом углерода (первичным, вторичным или третичным) связана гидроксигруппа, различают спирты первичные R–CH₂–OH, вторичные R₂CH–OH, третичные R₃C–OH. По строению радикалов, связанных с атомом кислорода, спирты подразделяются на предельные, или алканолы (СH₃CH₂–OH), непредельные, или алкенолы (CH₂=CH–CH₂–OH), ароматические (C₆H₅CH₂–OH). Виды изомерии (структурная изомерия): 1) изомерия положения ОН-группы (начиная с С₃); 2) углеродного скелета (начиная с С₄); 3) межклассовая изомерия с простыми эфирами (например, этиловый спирт СН₃CH₂OH и диметиловый эфир CH₃–O–CH₃). Следствием полярности связи О–Н и наличия неподеленных пар электронов на атоме кислорода является способность спиртов к образованию водородных связей.

Физические свойства

Спирты, содержащие не более 11 атомов углерода, представляют собой жидкости, высшие гомологи (C₁₂ и более) - твёрдые вещества. Низшие спирты (С₁-С₃) имеют характерный алкогольный запах и жгучий вкус, обладают сильным физиологическим действием. С₄-С₆ имеют резкий, неприятный (сивушный) запах.

Первые гомологи хорошо растворяются в воде, по мере увеличения молекулярной массы растворимость падает. Жидкие спирты - хорошие растворители многих органических соединений. Температура кипения спиртов выше, чем температура кипения соответствующих углеводородов и галогенопроизводных. Это определяется главным образом наличием полярной гидроксильной группы и ее способностью обуславливать образование водородных связей (природа водородной связи имеет электростатический и донорно-акцепторный характер) молекулами спирта как между собой, так и с молекулами полярных растворителей.

Отдельные молекулы спиртов соединяются между собой с помощью водородных связей, возникающих между водородом и кислородом атомами гидроксильных групп различных молекул спирта (с участием неподелённой пары электронов кислорода). В многоатомных спиртах наличие нескольких гидроксильных групп приводит к увеличению числа межмолекулярных водородных связей. Такое межмолекулярное связывание ведёт к заметному увеличению вязкости и температуры кипения многоатомных спиртов по сравнению с одноатомными спиртами.

Способы получения

1. CH₂=CH₂ + H₂O/H⁺® CH₃-CH₂OH (гидратация алкенов)

2. CH₃-CHO + H₂ C₂H₅OH (восстановление альдегидов и кетонов)

3. C₂H₅Br + NaOH (водн.) ® C₂H₅OH + NaBr (гидролиз галогенопроизводных

ClCH₂–CH₂Cl + 2NaOH (водн.) ® HOCH₂–CH₂OH + 2NaCl
4. СO + 2H₂ СH₃OH (получение метанола)

5. C₆H₁₂O₆ 2C₂H₅OH + 2CO₂(брожение моноз)

Химические свойства

Химические свойства спиртов связаны с наличием в их молекуле группы –ОН. Для спиртов характерны два типа реакций: разрыв связи С-О и связи О-Н.

1. 2C₂H₅OH + 2Na ®H₂ + 2C₂H₅ONa (образование алкоголятов металлов Na, K, Mg, Al)

2. а) C₂H₅OH + HBr ® C₂H₅Br + H₂O;

б) C₂H₅OH + PCl₅ ® C₂H₅Cl + POCl₃ + HCl;

в) C₂H₅OH + SOCl₂ ®C₂H₅Cl + SO₂ + HCl (замещение гидроксильной группы на галоген)

3. C₂H₅OH + HOC₂H₅ C₂H₅-O-C₂H₅ + H₂O (межмолекулярная дегидратация)

4. C₂H₅OH CH₂=СН₂ + H₂O (внутримолекулярная дегидратация)

5. СН₃-СН₂ОН + CuO → CH₃-CHO + Cu + 2H₂O (окисление до альдегидов)

Многоатомные спирты

Способы получения

1. 3СH₂=CH₂ + 2KMnO₄+ 4H₂O ®3CH₂OH-CH₂OH+ 2КОН+ 2MnO₂ (окисление в мягких условиях, реакция Вагнера), образуется этиленгликоль

Химические свойства

1. Многоатомные спирты более сильные кислоты, чем одноатомные спирты (большее количество гидроксильных групп, кроме того, они оказывают взаимное влияние друг на друга).

Гликоли и глицерины образуют алкоголяты, аналогично одноатомным спиртам. Отличительным свойством является образование соединений типа хелатов с ионами тяжелых металлов. С Cu(ОН)₂ образуется раствор ярко-синего цвета (качественная реакция).

Реакция протекает с избытком реагентов

3. Реакция с HCl, HBr

Применение спиртов

Метиловый спирт (метанол) CH₃OH: а) производство формальдегида, муравьиной кислоты; б) растворитель. Этиловый спирт (этанол) С₂Н₅ОН: а) производство ацетальдегида, уксусной кислоты, бутадиена-1,3, простых и сложных эфиров; б) растворитель для красителей, лекарственных и парфюмерных средств; в) производство ликеро-водочных изделий; г) дезинфицирующее средство в медицине; д) горючее для двигателей, добавка к моторным топливам. Этиленгликоль HOCH₂–CH₂OH: а) производство пластмасс; б) компонент антифризов; в) сырье в органическом синтезе. Глицерин HOCH₂–CH(OH)–CH₂OH: а) фармацевтическая и парфюмерная промышленность; б) смягчитель кожи и тканей; в) производство взрывчатых веществ.

Фенолы

Цель: изучить строение, способы получения, химические свойства, применение фенола.

План лекции

1. Строение фенолов

2. Способы получения

3. Химические свойства

4. Применение фенолов

Фенолами называются производные аренов, в которых один или несколько атомов водорода ароматического кольца замещены на гидроксильные группы. По числу гидроксильных групп в ароматическом кольце различают одно- и многоатомные (двух- и трехатомные) фенолы. Для большинства фенолов используются тривиальные названия. Структурная изомерия фенолов связана с различным положением гидроксильных групп.

Способы получения

1. C₆H₅Cl + NaOH (p, 340°С) → C₆H₅OH + NaCl (щелочной гидролиз хлорбензола)

Химические свойства

Фенолы в большинстве реакций по связи О–Н активнее спиртов, поскольку эта связь более полярна за счёт смещения электронной плотности от атома кислорода в сторону бензольного кольца (участие неподелённой электронной пары атома кислорода в системе p-сопряжения). Кислотность фенолов значительно выше, чем спиртов. Для фенолов реакции разрыва связи С-О не характерны, поскольку атом кислорода прочно связан с атомом углерода бензольного кольца за счёт участия своей неподелённой электронной пары в системе сопряжения. Взаимное влияние атомов в молекуле фенола проявляется не только в особенностях поведения гидроксигруппы, но и в большей реакционной способности бензольного ядра. Гидроксильная группа повышает электронную плотность в бензольном кольце, особенно, в орто- и пара-положениях (+М-эффект ОН-группы). Для обнаружения фенолов используется качественная реакция с хлоридом железа (III). Одноатомные фенолы дают устойчивое сине-фиолетовое окрашивание, что связано с образованием комплексных соединений железа.

1. 2C₆H₅OH + 2Na ® 2C₆H₅ONa + H₂ (также как и этанол)

2. C₆H₅OH + NaOH ® С₆H₅ONa + H₂O (в отличии от этанола)

3. C₆H₅OH + 3Br₂ → C₆H₂OHBr₃ + 3HBr

4. C₆H₅OH + 3HONO₂ → C₆H₂OH(NO₂)₃ + 3H₂O

Применение фенолов

Фенол - твёрдое вещество, с характерным запахом, вызывает ожоги при попадании на кожу. Ядовит. Растворяется в воде, его раствор называют карболовой кислотой (антисептик). Она была первым антисептиком, введённым в хирургию. Широко используется для производства пластмасс, лекарственных средств (салициловая кислота и её производные), красителей, взрывчатых веществ.

Спирты. Фенолы

Задания для самостоятельного решения

1. Приведите примеры важнейших представителей одноатомных и многоатомных спиртов. Укажите промышленные способы их получения и область применения в промышленности.

2. Приведите структурные формулы всех спиртов, изомерных диэтиловому эфиру. Назовите их.

3. Какие спирты можно получить при гидратации в кислой среде:

а) изобутилена; б) 2-метилпентена-1; в) пропилена; г) 2-метилбутена-2?

4. Напишите уравнения реакций получения этиленгликоля из этилена несколькими способами.

5. Охарактеризуйте особенности получения и характерные химические свойства фенолов.

6. Напишите уравнения межмолекулярной и внутримолекулярной дегидратации пропилового спирта в присутствии серной кислоты. Укажите условия реакции.

7. Напишите уравнения реакций взаимодействия глицерина: а) с гидроксидом меди (II), б) с двумя молекулами стеариновой кислоты, в) с тремя молекулами азотной кислоты. Назовите полученные соединения. Какие свойства глицерина проявляются в этих реакциях?

8. В разных пробирках находятся глицерин и этиловый спирт. Как экспериментально определить, в какой пробирке находится каждое вещество? Какие свойства должны быть использованы для определения этих соединений?

9. Какие из следующих веществ: а) оксид кальция, б) натрий, в) гидроксид меди (II), г) гидроксид натрия – будут реагировать с этанолом и с глицерином? Приведите соответствующие уравнения реакций. Дайте объяснения.

10. Напишите структурные формулы изомерных одноатомных спиртов состава С₆Н₁₃ОН и назовите их по систематической номенклатуре.

11. Напишите структурную формулу двухатомного спирта состава С₅Н₁₀(ОН)₂, содержащего три метильные группы, назовите его по систематической номенклатуре.

12. Из представленных формул выберите те, которые могут отвечать фенолам: С₆Н₆О; С₆Н₆О₃; С₆Н₁₂О; С₇Н₈О; С₇Н₁₄О; С₆Н₁₄О. Напишите структурные формулы выбранных фенолов. Сколько изомеров существует для каждого из них, приведите формулы этих изомеров и назовите их.

13. Составьте структурные формулы всех изомерных спиртов, отвечающих формуле С₅Н₁₁ОН. Назовите эти изомеры по систематической номенклатуре.

14. Напишите структурные формулы: а) 3-метилгексанола-3; б) 2,3-диметилбутанола-2; в) 2-метилпентанола-1; г) 3,3,4-триметилгексанола-1. Какие из них являются первичными?

15. Напишите структурные формулы веществ: а) бутандиол-1,3; б) бутандиол-2,3; в) 2-метилпропандиол-1,2; г) 2,3-диметилбутандиол-2,3; д) 3,3-диметилбутандиол-1,2; е) пропандиол-1,2; ж) бутантриол-1,2,3.

16. С каким из приведённых спиртов взаимодействует Cu(OH)₂: а) СН₃ОН; б) СН₃-СНОН-СН₃; в) СН₃-СН₂-СН₂ОН; г) НОСН₂-СН₂ОН? Привести уравнение реакции.

17. Напишите структурные формулы следующих одноатомных спиртов: а) 2-метилпропанол-2; б) 2,3-диметилпентанол-3; в) 2,4,4-триметилпентанол-2; г) 2,3-диметилбутанол-2.

Альдегиды и кетоны

Цель: изучить строение, способы получения, физические и химические свойства альдегидов и кетонов, их применение.

План лекции

1. Строение альдегидов и кетонов

2. Физические свойства

3. Способы получения

4. Химические свойства

5. Применение

Альдегидами называются соединения, в которых карбонильная группа соединена с углеводородным радикалом и атомом водорода, а кетонами – карбонильные соединения с двумя углеводородными радикалами.

Систематические названия альдегидов строят по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса -аль. Нумерацию цепи начинают с карбонильного атома углерода. Тривиальные названия производят от тривиальных названий тех кислот, в которые альдегиды превращаются при окислении:H₂C=O –метаналь (муравьиный альдегид, формальдегид); CH₃CH=O – этаналь (уксусный альдегид). Систематические названия кетонов несложного строения производят от названий радикалов с добавлением слова кетон. В более общем случае название кетона строится по названию соответствующего углеводорода и суффикса -он; нумерацию цепи начинают от конца цепи, ближайшего к карбонильной группе. Примеры: CH₃–CO–CH₃ - диметилкетон (пропанон, ацетон); CH₃CH₂CH₂–CO–CH₃ - метилпропилкетон (пентанон-2). Для альдегидов и кетонов характерна структурная изомерия. Изомерия альдегидов: а) изомерия углеродного скелета, начиная с С₄; б)межклассовая изомерия. Изомерия кетонов: а) углеродного скелета (c C₅); б)положения карбонильной группы (c C₅); в) межклассовая изомерия.

Атомы углерода и кислорода в карбонильной группе находятся в состоянии sp ²-гибридизации. Связь С=О сильно полярна. Электроны кратной связи С=О смещены к электроотрицательному атому кислорода, что приводит к появлению на нём частичного отрицательного заряда, а карбонильный атом углерода приобретает частичный положительный заряд.

Физические свойства

Все низшие алифатические альдегиды и кетоны представляют собой бесцветные легкоподвижные жидкости (исключение формальдегид - газ). Температуры кипения ихзначительно ниже, чем соответствующих спиртов (так как молекулы не ассоциированы, нет подвижных водородов). Альдегиды и кетоны хорошо растворяются во всех органических растворителях. Формальдегид, уксусный альдегид, ацетон смешиваются с водой. Все они легче воды, горючи и ядовиты. Низшие альдегиды и кетоны имеют сильный и резкий запах. Ароматические альдегиды и кетоны, наоборот являются высококипящими жидкостями или твердыми веществами. Эти альдегиды мало токсичны, являются душистыми веществами. Они встречаются в природе и используются в парфюмерии, имея запах горького миндаля (бензальдегид), корицы (коричный альдегид), ванили (ванилин). Ароматическое ядро сильно уменьшает их растворимость в воде.

Способы получения

1. С₂H₅ОН + CuO → CH₃CHO + Cu + H₂O (окисление первичных спиртов)

2. а) СH₃CH₂CHCl₂ + 2NaOHCH₃CH₂CHO + 2NaCl + H₂O (гидролиз)

б) СH₃ССl₂CH₃ + 2NaOHСH₃COCH₃ + 2NaCl + H₂O из дигалогенопроизводных)

4. CH₂=CH₂ + [O] ®CH₃-CH=O (PdCl₂, Cu₂Cl₂ 100^оС, 1МПа) (окисление этилена до этаналя)

CH₄ + O₂ ® H₂C=O + H₂O (400-600^оС, NO) (окисление метана до формальдегида)

Химические свойства

Для альдегидов и кетонов характерны реакции различных типов: восстановление и окисление.

2. R-CH=O + Ag₂O R-COOH + 2Ag¯ (окисление, реакция "серебряного зеркала")

R-CH=O + 2Cu(OH)₂ ® R-COOH + Cu₂O¯ + 2H₂O (красный осадок, окисление)

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 83; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!