Предельные одноатомные спирты

Общая формула, номенклатура

Предельные одноатомные спирты – это производные алканов, в которых один из атомов водорода замещен на гидроксильную группу.

Общая формула предельных одноатомных спиртов С_nН_2n+1ОН.

Названия даются путем прибавления к соответствующему алкану окончания

–ол: СН₃ОН – метанол, С₂Н₅ОН – этанол. Цифрой в названии указывается номер атома углерода, соединенный с гидроксильной группой:

СН₃ – СН₂ – СН₂ – ОН пропанол-1

СН₃ – СН – СН₃ пропанол-2

½

ОН

Виды изомерии: 1) строения углеродного скелета, 2) положения функциональной группы, 3) межклассовая (с простыми эфирами).

 

 

Строение молекул

Только s-связи. Так как кислород обладает большей электроотрицательностью по сравнению с водородом и углеродом, связь О – Н сильно полярная, с избыточным отрицательным зарядом на атоме кислорода и с положительным зарядом на атоме водорода. Атом водорода гидроксогруппы обладает большей реакционной способностью, чем атомы водорода в углеводородном радикале. Для спиртов характерны также реакции с разрывом связи С – О.

Между молекулами спиртов существуют слабые водородные связи, оказывающие влияние на их физические и химические свойства.

 

 

Химические свойства

1) Реагируют со щелочными металлами

2 С₂Н₅ОН + 2 Nа ® 2 С₂Н₅ОNа + Н₂

2) Взаимодействуют с галогеноводородами (в присутствии концентрированной серной кислоты)

С₂Н₅ОН + НСl ® С₂Н₅Сl + Н₂О

3) Взаимодействуют с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров

С₂Н₅ОН + СН₃СООН ® СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О

4) Окисляются с образованием альдегидов или карбоновых кислот

О

С₂Н₅ОН + СuО ® СН₃ – С + Н₂О + Сu

Н

5) Горят

С₂Н₅ОН + 3 О₂ ® 2 СО₂ + 3 Н₂О

6) Подвергаются дегидратации

а) межмолекулярной, с получением простых эфиров

 

t⁰

2 С₂Н₅ОН ® С₂Н₅ – О - С₂Н₅ + Н₂О

б) внутримолекулярной, с получением алкенов

t⁰

С₂Н₅ОН ® С₂Н₄ + Н₂О

 

 

Получение

1) Щелочной гидролиз галогеналкана

С₂Н₅Сl + NаОН ® С₂Н₅ОН + NaCl

2) Гидратация алкена (по правилу Марковникова)

СН₃ – СН = СН₂ + Н₂О ® СН₃ – СН - СН₃

½

ОН

3) Восстановление альдегида

О

Н – С + Н₂ ® СН₃ОН

Н

Этанол (этиловый спирт) в промышленности получают при спиртовом брожении глюкозы

С₆Н₁₂О₆ ® 2 С₂Н₅ОН + 2 СО₂

Метанол (метиловый спирт) получают прямым синтезом

t⁰

СО + 2 Н₂ ® СН₃ОН

 

Получение

Получение растворителей, сырья в органическом синтезе, синтетического каучука, лекарственных препаратов, парфюмерной продукции, уксусной кислоты, добавок, улучшающих свойства бензина и моторного топлива, алкогольных напитков и др.

 

Многоатомные спирты. Глицерин (трехатомный спирт).

 

Н₂С – СН – СН₂

½ ½ ½ глицерин

ОН ОН ОН

 

 

Физические свойства

Бесцветная сиропообразная жидкость со сладким вкусом, хорошо растворяетс в воде и в спирте. Температура кипения 290⁰С. Неядовит.

Химические свойства

1) Реагирует со щелочными металлами

Н₂С – ОН Н₂С – ОNа

½ ½

НС – ОН + 3 Nа ® НС – ОNа + 3/2 Н₂­

½ ½

Н₂С – ОН Н₂С – ОNа

тринатрий глицерин

2) Реагирует с галогеноводородами

Н₂С – ОН Н₂С – Cl

½ ½

НС – ОН + 3 НСl ® НС – Cl + 3 Н₂О

½ ½

Н₂С – ОН Н₂С – Cl

1,2,3-трихлорпропан

3) Реагирует с кислотами, образуя сложные эфиры

Н₂С – ОН Н₂С – О – NО₂

½ Н₂SО₄ ½

НС – ОН + 3 НNО₃ «НС – О – NО₂ + 3 Н₂О

½ ½

Н₂С – ОН Н₂С – О – NО₂

4) Реагирует с гидроксидом меди (II) – качественная реакция (ярко-синее окрашивание раствора) Н

Н₂С – ОН Н₂С – О О – СН₂

½ ½ Сu ½

2 НС – ОН + Сu(ОН)₂ ® НС – О О – СН + 2 Н₂О

½ ½ Н ½

Н₂С – ОН Н₂С – ОН НО – СН₂

глицерат меди

Фенолы

Фенолы – органические соединения, в молекулах которых гидроксильные группы соединены непосредственно с бензольным кольцом.

 

 

Химические свойства

1) Реагирует со щелочными металлами

- ОН + 2 Nа ® 2 - ОNа + Н₂­

 

фенолят натрия

2) Реагирует со щелочами

- ОН + NаОН ® - ОNа + Н₂О

 

3) Реагирует с азотной кислотой (в присутствии серной кислоты)

ОН

- ОН + 3 НNО₃ ® О₂N ½ NО₂

 

+ 3 Н₂О

 

½

NО₂

пикриновая кислота

4) Реагирует с бромной водой (происходит обесцвечивание ее и выпадение осадка)

ОН

- ОН + Вr₂ ® Вr ½ Вr

+ 3 НВr

 

½

Вr

5) Реагирует с формальдегидом (реакция поликонденсации)

ОН ОН ОН ОН

½ ½ ½ ½

СН₂ОН Н СН₂

+ + Н₂О

 

 

Получение

1) Действие щелочей на галогенопроизводные бензола

t, Р

-Сl + NаОН ® -ОН + NaCl

 

2) Кумольный способ

СН₃

AlCl₃ CН

+ СН₃ – СН = СН₂ ® СН₃

 

 

изопропилбензол (кумол)

СН₃

СН Н₂SО₄

СН₃ + О₂ ® - ОН + СН₃ – С – СН₃

֐

О

ацетон

 

 

Альдегиды

Общая формула, номенклатура

Альдегидами называются органические соединения, которые содержат альдегидную группу. О

Общая формула предельных альдегидов С_nH_2n+1С

Н

Названия альдегидов строятся путем добавления к названию соответствующего алкана окончания «аль». Часто названия альдегидам даются по названиям соответствующих кислот – уксусный альдегид (ацетальдегид, этаналь), муравьиный альдегид (формальдегид, метаналь) и т.д.

Для альдегидов характерны следующие виды изомерии: 1) изомерия углеродного скелета, 2) межклассовая изомерия (с кетонами).

 

 

Строение молекул

Атом углерода в альдегидной группе находится в состоянии sр²-гибридизации и образует три s-связи и одну p-связь. Из-за большой электроотрицательности атома кислорода электронная плотность оказывается смещенной к нему, в результате чего альдегиды легко окисляются. Наличие двойной связи определяет для альдегидов реакции присоединения.

О^d-

R – С^d+

sр² Н О

Представители: Н – С метаналь (муравьиный альдегид, формальдегид)

Н

О

СН₃ – С этаналь (уксусный альдегид, ацетальдегид)

Н

 

 

Химические свойства

1) Реакции присоединения, например гидрирование (восстановление) с образованием спиртов

О

Н – С + Н₂ ® СН₃ОН

Н

2) Реакции окисления с получением соответствующих кислот

а) реакция серебряного зеркала (качественная реакция на альдегиды)

О t⁰, NН₃

Н – С + Аg₂О ® НСООН + 2 Аg¯

Н

б) окисление гидроксидом меди (II) (тоже качественная реакция на

альдегиды)

О

Н – С + 2 Сu(ОН)₂ ® НСООН + Сu₂О + 2 Н₂О

Н

 

 

Получение

1) Окислением первичных спиртов

О

С₂Н₅ОН + СuО ® СН₃ – С + Сu + Н₂О

Н

2) Гидролизом дигалогенпроизводных

О

СН₃ – СНСl₂ + Н₂О ® СН₃ – С + 2 НСl

Н

3) Гидратацией ацетилена по реакции Кучерова (этаналь)

О

СН º СН + Н₂О ® СН₃ – С

Н

При взаимодействии с водой гомологов ацетилена образуются кетоны.

4) Прямым окислением этилена (этаналь)

О

СН₂ = СН₂ + [О] ® СН₃ – С

Н

Прямым окислением метана (метаналь)

О

СН₄ + О₂ ® Н – С + Н₂О

Н

 

 

Применение

Получение пластмасс – фенопластов и аминопластов. Производство уксусной кислоты, красителей и лекарств.

Раствор метаналя (40%) называется формалином. Применяется для сохранения биологических препаратов, дезинфекции, протравливания семян, в кожевенной промышленности для дубления кож.

 

Карбоновые кислоты

Общая формула, номенклатура

Карбоновые кислоты – это производные алканов, в которых один из атомов водорода замещен на карбоксильную группу.

Общая формула С_nH_2n+1СООН.

Название кислоты образуется от названия соответствующего алкана путем добавления «-овая кислота». Часто кислотам дают бытовые названия, например:

НСООН метановая (муравьиная) кислота

СН₃СООН этановая (уксусная) кислота

С₂Н₅СООН пропановая (пропионовая) кислота и т.д.

Виды изомерии: изомерия углеродного скелета, межклассовая изомерия (со сложными эфирами).

 

 

Строение молекул

Атом углерода карбоксильной группы находится в состоянии sр²-гибридизации и образует три s-связи и одну p-связь. Из-за большой электроотрицательности атома кислорода электронная плотность оказывается смещенной к нему, в результате чего атом углерода приобретает частичный положительный заряд. Неподеленная электронная пара гидроксильного атома находится в сопряжении с p-связью. Вследствие этого увеличивается поляризация О – Н и усиливаются кислотные свойства.

О^d-

R – С^d+

О Н^d+

 

Химические свойства

1) Диссоциация

О О

R – С «R – С + Н⁺

ОН О^-

2) Реагируют с активными металлами

2 СН₃СООН + Мg ® (СН₃СОО)₂Мg + Н₂

3) Реагируют со щелочами

СН₃СООН + NаОН ® СН₃СООNа + Н₂О

4) Реагируют с солями более слабых кислот

2 СН₃СООН + Nа₂СО₃ ® 2 СН₃СООNа + Н₂О + СО₂

5) Реагируют с основными оксидами

2 СН₃СООН + МgО ® (СН₃СОО)₂Мg + Н₂О

4) Реагируют со спиртами (реакция этерификации)

Н₂SО₄

С₂Н₅ОН + СН₃СООН ® СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О

5) Реагируют с галогенами (кроме муравьиной кислоты)

СН₃СООН + Сl₂ ® СН₂Сl – СООН + НСl

Муравьиная кислота обладает специфическими свойствами:

НСООН + Аg₂О ® Н₂О + СО₂ + 2 Аg¯

t⁰, H₂SО₄

НСООН ® Н₂О + СО

 

 

Получение

1) Окисление альдегидов

О t⁰, NН₃

Н – С + Аg₂О ® НСООН + 2 Аg¯

Н

 

2) Окисление спиртов

t⁰

С₂Н₅ОН + 2 [О] ® СН₃СООН + Н₂О

3) Окисление алканов

t⁰

2 С₄Н₁₀ + 5 О₂ ® 4 СН₃СООН + 2 Н₂О

Специфические методы:

Пиролиз древесины (уксусная кислота)

СН₃ОН + СО ® СН₃СООН

t⁰

СО + NаОН ® НСООNа

НСООNа + Н₂SО₄ ® НСООН + NаНSО₄

t⁰

НООС – СООН ® НСООН + СО₂

щавелевая кислота

 

Сложные эфиры

Сложные эфиры – органические вещества, которые образуются при взаимодействии кислот со спиртами.

Общая формула: О

R – С

О – R₁

 

 

Нахождение в природе и физические свойства

Содержатся в фруктах, ягодах, цветах.

Чаще всего жидкости легче воды, с характерными приятными запахами.

Химические свойства

1) Гидролиз

RСООR₁ + Н₂О ® RСООН + R₁ОН

2) Щелочной гидролиз

RСООR₁ + NаОН ® RСООNа + R₁ОН

 

Получение

Взаимодействие кислот со спиртами (реакция этерификации)

RСООН + R₁ОН ® RСООR₁ + Н₂О

Например:

О H₂SО₄ О

СН₃ – С + СН₃ОН «СН₃ – С + Н₂О

Н метанол О – СН₃

уксусная метиловый эфир

кислота уксусной кислоты

(метилацетат)

 

Контрольное задание №17

 

 

1. Каковы различия в составах предельных и непредельных углеводородов? Составьте схему образования каучука из дивинила и стирола. Что такое вулканизация?

2. Какая формула выражает состав этиленовых углеводородов (олефинов или алкенов)? Какие химические реакции наиболее характерны для них? Что такое полимеризация, поликонденсация? Чем отличаются друг от друга реакции?

3. Какие углеводороды называют диеновыми (алкадиенами)? Приведите пример? Составьте схему полимеризации бутадиена.

4. Напишите уравнения реакции получения ацетилена и превращения его в ароматический углеводород. При взаимодействии какого вещества с ацетиленом образуется акрилонитрил? Составьте схему полимеризации акрилонитрила?

5. Какие углеводороды называют алкенами? Приведите пример. Какая общая формула выражает состав этих углеводородов? Составьте схему получения полиэтилена.

6. Напишите структурную формулу акриловой (простейшей непредельной одноосновной карбоновой) кислоты и уравнения реакции взаимодействия этой кислоты с метиловым спиртом. Составьте схему полимеризации образовавшегося продукта.

7. Как из карбида кальция и воды, применив реакцию Кучерова, получить уксусный альдегид, а затем винилуксусную кислоту (винилацетат). Составьте схему полимеризации винилацетата.

8. Какие соединения называют аминами? Составьте схему поликонденсации адипиловой кислоты гексаметилендиамина. Назовите образовавшийся полимер?

9. Как можно получить винилхлорид, имея карбид кальция. Хлорид натрия, серную кислоту и воду? Напишите уравнения соответствующих реакций. Составьте схему полимеризации винилхлорида.

10. Полимером какого непредельного углеводорода является натуральный каучук? Напишите структурную формулу этого углеводорода. Как называется процесс превращения каучука в резину? Чем по строению и свойствам отличается каучук и резина?

11. Какие соединения называют аминокислотами? Напишите формулу простейшей аминокислоты. Составьте схему поликонденсации аминокапроновой кислоты. Как называют образующийся полимер?

12. Какие соединения называют альдегидами? Что такое формалин? Какое свойство альдегидов лежит в основе реакции «серебряного зеркала»? Составьте схему получения фенолформальдегидной смолы.

13. Как называют углеводороды, представителем которых является изопрен? Составьте схему сополимеризации изопрена и изобутилена.

14. Какие соединения называют элементоорганическими, кремнйорганическими? Укажите важнейшие свойства кремнийорганических полимеров? Как влияют на свойства кремнийорганических полимеров увеличение числа органических радикалов, связанных с атомами кремния?

15. Какая общая формула выражает состав алкинов? Как из метана получить ацетилен, затем винилхлорид,а из последнего хлоропрен?

16. Напишите уравнения реакции дегидратации пропилового спирта. Составьте схему полимеризации полученного углеводорода.

17. Какие полимеры называют стереорегуляторными? Чем объясняется высокая температура плавления и большая механическая прочность стереорегуляторных полимеров по сравнению с нерегуляторными?

18. Как получают в промышленности стирол? Приведите схему его полимеризации. Изобразите с помощью схем линейную и трехмерную структуру полимеров.

19. Какие полимеры называют термопластичными, термореактивными? Укажите три состояния полимеров. Чем характеризуется переход из одного состояния в другое?

20. Какая формула выражает состав этиленовых углеводородов (олефинов или алкенов)? Какие химические реакции наиболее характерны для них? Что такое полимеризация, поликонденсация? Чем отличаются друг от друга реакции?

21.Получите этиловый эфир акриловой кислоты и метиловый эфир метакриловой кислоты. Напишите схемы их полимеризации.

22..Какие полимеры называют стереорегуляторными? Чем объясняется высокая температура плавления и большая механическая прочность стереорегуляторных полимеров по сравнению с нерегуляторными?

23. Как называют углеводороды, представителем которых является изопрен? Составьте схему сополимеризации изопрена и изобутилена.

24. Какие соединения называют элементоорганическими, кремнйорганическими? Укажите важнейшие свойства кремнийорганических полимеров? Как влияют на свойства кремнийорганических полимеров увеличение числа органических радикалов, связанных с атомами кремния?

25. Какая общая формула выражает состав алкинов? Как из метана получить ацетилен, затем винилхлорид,а из последнего хлоропрен?

Приложение

Таблица 1. Соотношения между единицами

Единицы времени

1 мин (минута) = 60 с

1 ч (час) = 60 мин = 3600 с

1 сут (сутки, день) = 24 ч = 8,64 × 10⁴ с

1 год = 365, 242 сут = 3, 1557 × 10⁷ с

 

Единицы давления

1 атм = 101 325 Па (паскаль)

1 мм. рт. ст. (ртутного столба) = 133,322 Па

 

Единицы длины

1 мм (миллиметр) = 0,1 см = 0,001 м

1 см (сантиметр) = 0,1 дм = 0,01 м

1 дм (дециметр) = 0,1 м

 

Единицы массы

1 мг (миллиграмм) = 0,001 г

1 кг (килограмм) = 1000 г

1 т (тонна) = 1000 кг = 1 × 10⁶ г

 

Единицы объема

1 см³ = 1 мл = 0,001 дм³

1 дм³ = 1 л = 1000 мл = 0,001 м³

 

Единицы энергии

1 Дж (джоуль) = 0,001 кДж

 

 

Таблица 2.Приставки кратных и дольных единиц

Приставка	Множитель	Приставка	Множитель	Приставка	Множитель
тера, Т	1012	гекто, г	102	милли, м	10-3
гига, Г	109	дека, да	101	микро, мк	10-6
мега, М	106	деци, д	10-1	нано, н	10-9
кило, к	103	санти, с	10-2	пико, п	10-12

 

 

Таблица 3. Физико-химические величины и их единицы.