Спирты. Простые эфиры. Сложные эфиры
Спирты являются производными углеводородов, в молекуле которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильными группами — ОН.
По систематической номенклатуре название спиртов складывается из названия соответствующих углеводородов, и окончания –ол. Цифрой указано местоположение гидроксила.
При изучении спиртов следует обратить внимание на изомерию, которая зависит от разветвления углеродной цепи и от положения гидроксила. В зависимости от положения гидроксила различают первичные, вторичные и третичные спирты, а по количеству спиртовых групп они подразделяются на одноатомные (алкоголи), двухатомные (гликоли), трех-, четырех-, пяти-, шестиатомные и т. д.
Некоторые свойства спиртов зависят от положения гидроксильной группы (например, их отношения к окислению) и от числа гидроксильных групп в молекуле спирта (например, взаимодействие с гидроксидом меди).
Спирты не обладают ярко выраженными кислотными или основными свойствами, но алкильный радикал в молекуле спирта вызывает смещение электронной плотности к атому кислорода. Диссоциация связи С—ОН проходит в большей степени, чем диссоциация связи О—Н, поэтому легче идут реакции замещения гидроксила.
При изучении химических свойств необходимо обратить серьезное внимание на реакцию окисления первичных и вторичных спиртов, реакцию образования алкоголятов, гликолятов, глицератов, сахаратов, также на получение простых и сложных эфиров.
Наряду с этим надо иметь в виду, что химический характер соединения определяется не только реакциями той группы, которая характеризует данный класс органических веществ, но и реакциями связанного с ней радикала. Этим объясняется различие в химических свойствах предельных и непредельных спиртов жирного ряда.
Эфиры можно рассматривать как ангидриды спиртов. Нужно изучить способы получения, номенклатуру и химические свойства их. Уяснить, что простые эфиры - довольно устойчивые соединения и в отличие от сложных эфиров они в обычных условиях не омыляются. Из отдельных представителей наибольшее значение имеет диэтиловый эфир.
Сложные эфиры. Большое значение при изучении эфиров необходимо уделить также сложным эфирам и в первую очередь эфиру, образованному трехатомным спиртом глицерином и высшими жирными кислотами (нейтральный жир).
Вопросы для самостоятельной работы
1. Что такое спирт? Указать, какие бывают спирты в зависимости от количества гидроксильных групп.
2. Написать формулы первых пяти представителей гомологического ряда предельных одноатомных спиртов, назвать их и указать, с какого представителя начинается изомерия.
3. Привести примеры первичных, вторичных, третичных спиртов и объяснить, чем они отличаются друг от друга.
4. Написать формулы бутанол-1, бутанол-2.
5. Написать уравнения реакций окисления первичного и вторичного спиртов.
6. Написать уравнение реакции образования эфира из пропанол-2 и бутанол-1.
7. Написать уравнения реакций получения алкоголята, гликолята, глицерата.
8. Написать уравнение реакции взаимодействия уксусной кислоты с этиловым спиртом.
9. Какие соединения называются тиоспиртами (меркаптанами)?
10.Написать уравнение реакции взаимодействия метантиола с NaOH.
11.Какие спирты образуются в результате щелочного гидролиза 2-бромпропана; йодистого изопропила; хлористого изобутила; этиленхлоргидрина; 1,4-дибромбутана? Назвать полученные соединения.
12 Как получить 2-метилбутанол-2 из 2-метилбутена-2?
13. Гидратацией каких этиленовых углеводородов можно получить следующие спирты: изопропиловый, третбутиловый, 2-метилбутанол-3? Написать уравнения реакций гидратации в присутствии серной кислоты.
14.Написать структурные формулы простых эфиров общей формулы С4Н10О. Назвать их.
15.Написать уравнения реакций получения этилпропилового эфира всеми известными способами.
16.Написать уравнения реакций, лежащих в основе получения диэтилового (серного) эфира методом дегидратации этилового спирта при помощи серной кислоты.
17.Схема реакции этиленгликоля с гидроксидом меди (II).
Фенолы
Фенолами называются производные ароматических углеводородов, в молекуле которых один или несколько атомов водорода в ароматическом кольце замещены гидроксильными группами. В зависимости от количества гидроксильных групп различают фенолы: одноатомные, двухатомные и трехатомные.
Необходимо уяснить различие между ароматическими спиртами и фенолами. Для них характерна одна и та же функциональная группа - ОН, но в ароматических спиртах она находится в боковой цепи углеродных атомов, а в фенолах - в ядре. Кроме различия в строении следует уяснить различие спиртов и фенолов в характере химических реакций. Различие это, содной стороны, обусловлено электроотрицательным характером фенильного радикала, который придает фенолу кислые свойства. Поэтому фенолы взаимодействуют с щелочами, а ароматические спирты этой реакции не дают, так как являются нейтральными соединениями.
С другой стороны, характерным для фенолов является то, что под влиянием гидроксильной группы атомы водорода в бензольном ядре в орто- и параположениях приобретают большую подвижность и большую способность к реакциям замещения. Бензол при обычных условиях с бромом не реагирует, но в фенолах при тех же условиях под влиянием гидроксильной группы водородные атомы легко замещаются на галогены.
Наряду с одноатомным фенолом нужно также разобраться в строении двух- и трехатомных фенолов. Следует уяснить изомерию двухатомных (орто-, мета-, параизомер) и трехатомных фенолов (рядовой, несимметричный, симметричный), знать их cвойства.
Вопросы для самостоятельной работы
1.В чем различие в строении и химических свойствах фенолов и ароматических спиртов?
2.Написать все изомеры двухатомного фенола и уравнение реакции восстановления хинона в гидрохинон.
3.Написать все изомеры трехатомного фенола.
4.Какие химические реакции свойственны одноатомным фенолам? Какие производные фенола применяются в сельском хозяйстве?
5.В чем выражается взаимное влияние гидроксила и бензольного ядра в молекуле фенола?
6.Написать структурные формулы всех изомерных ароматических соединений общей формулы С7Н8О и назвать их.
7.Написать уравнения реакций, на которых основаны технические методы получения фенола.
8.Написать структурные формулы следующих соединений: м- крезола; 2,4,6- трибромфенола; о-нитрофенола; фенол-2,4-дисульфокислоты; пикриновой кислоты.
9.Написать уравнения реакций взаимодействия фенола со следующими веществами: едким натром (в водном растворе), уксусным ангидридом, бромной водой, азотной кислотой, серной кислотой, азотистой кислотой.
10.Какие соединения образуются при действии на фенолят натрия йодистым метилом; диметилсульфатом? Написать уравнения этих реакций.
Альдегиды. Кетоны
Альдегидами называются производные углеводородов, в молекуле которых атом водорода О О
// //
замещен альдегидной группой - С . Общая формула альдегидов R – C
\ \
Н Н
Кетоны – это соединения, в молекуле которых карбонильная группа –С– связана с двумя углеводородными радикалами.
||
О.
Общая формула R – C – R
||
О
Таким образом, как альдегиды, так и кетоны характеризуются наличием карбонильной группы, но отличаются различным ее местоположением. Надо знать, что электронное строение двойной связи карбонильной группы характеризуется наличием одной σ-связи и одной π-связи, эта двойная связь соединяет атом углерода с электроотрицательным атомом кислорода, сильно притягивающим электроны, поэтому эта связь сильно поляризована. Наличие в карбонильной группе альдегидов и кетонов сильно поляризованной двойной связи является причиной реакционной способности этих соединений.
Наиболее характерны для альдегидов и кетонов реакции присоединения, которые нужно уметь написать. Следует сопоставить химические свойства альдегидов и кетонов, указать реакции, отличающие эти два вида соединений, знать, какие реакции свойственны альдегидам, какие кетонам: как протекает у них реакция полимеризации и конденсации, как и какие продукты получаются при окислении. Обратить внимание на подвижность водорода при углеродном атоме, т. е. углероде, непосредственно связанном с карбонильной группой.
Вопросы для самостоятельной работы
1.Написать структурные формулы следующих соединений:
а) изоамиловый альдегид; б) метилизопропилкетон;
в)2-метилпенталь; г) 2,2,6-триметилгептанон-4.
2.В чем основное отличие электронной структуры двойной связи в карбонильной группе от двойной углерод-углеродной связи в этилене?
3.Написать реакции гидролиза следующих дигалогенпроизводных:
а) 1,1-дибром-3-метилпентан;
б)3,3-дихлор-2-метилпентан. Назвать полученные соединения. 4.Какие соединения получатся при сухой перегонке кальциевых солей смесей
следующих кислот:
а) муравьиной и масляной б) уксусной и пропионовой
О О
// //
Н – С СН3 – С
\ \
О О
\ \
Са Са
/ /
О О
/ /
СН3 – СН2 – СН2 – С СН3 – СН2 – С
\\ \\
О О
5.Какое соединение получится при каталитическом дегидрировании вторичного бутилового спирта?
6.Написать реакцию гидратации следующих ацетиленовых углеводородов: ацетилена, пропина, бутина-2.
7.Какие карбонильные соединения получатся при окислении следующих спиртов: бутанола-1, бутанола-2, 2-метилбутанола-1?
8.Написать реакции ацетона со следующими веществами: а)хлором; б)гидроксиламином; в) метиловым спиртом.
9.Чем отличаются альдегиды от кетонов?
10.Написать реакции «серебряного» и «медного» зеркала для масляного альдегида.
11.Реакция альдольной конденсации пропионового альдегида.
12.Написать уравнения реакций бутаналя с: а) НСN; б)NaHSO3; в)PCl5; г) Н2.
13.Написать уравнения реакций окисления диэтилкетона и уксусного альдегида.
14.Уравнение реакции альдольной конденсации шести молекул муравьиного альдегида (реакция Бутлерова А.М.)
15.Используя в качестве исходного вещества толуол, получить бензойный альдегид и написать для него реакции с синильной кислотой, хлором.
16.Уравнение реакции кротоновой конденсации уксусного альдегида.
17.Формула акролеина. Указать качественные реакции, с помощью которых можно указать наличие в нем двойной связи между углеродными атомами.
18.Реакция окисления акролеина перманганатом калия.
19.Реакция окисления бутанона-2.
20.Написать схему следующих превращений:
а)1,1 дибромпропан +2NaOH ? +СН 5 OH ?
б) 2-хлорбутан +НОН ? КMnO4 ? КMnO4 ?
в) 3-метилпентин-1 + НОН ? Cl 2 ? PCl 5 ?
г) бутанол-2 ? КMnO4 ? НСN ?
О
//
д) СН2 = СН – С +НВr ? +[Аg(NH3)2] ОН ?
\
Карбоновые кислоты
К классу карбоновых кислот относятся соединения, содержащие карбоксильную группу О
//
- С
\
ОН
Соединения, содержащие одну карбоксильную группу, называются одноосновными карбоновыми кислотами, две –двухосновными и т.д. Гомологический ряд одноосновных предельных кислот начинается с
О
//
муравьиной кислоты Н – С
\
ОН
Общая формула СnН2n + 1 СООН. Химические свойства карбоновых кислот: диссоциация, образование солей, сложных эфиров, ангидридов, амидов, хлорангидридов, нитрилов. Важнейшие представители: муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, валериановая, капроновая, пальмитиновая, стеариновая.