Вещества органические и неорганические.

Предмет органической химии

Органические веществав своем составе наряду с другими элементами всегда содержат углерод. Изучение соединений углерода – их строения, химических превращений – и составляет предмет органической химии.

Вещества органические и неорганические.

Наряду с углеродом в состав органических веществ чаще всего входят водород, кислород и азот, сравнительно реже – сера, фосфор, галогены и другие элементы. Известно несколько миллионов органических соединений, неорганических же веществ значительно меньше. Из всех химических элементов только углерод образует такое большое число органических соединений.

С органическими веществами мы встречаемся на каждом шагу. Они содержатся во всех растительных и животных организмах, входят в состав нашей пищи, служат материалом для изготовления одежды, образуют различные виды топлива, используются нами в качестве лекарств, красителей, средств защиты урожая и т. д.

Резкой грани между органическими и неорганическими веществами не существует. Оксиды углерода, угольная кислота, ее соли и некоторые другие вещества по наличию в них углерода должны считаться органическими, но по свойствам они близки к неорганическим соединениям подобного типа и изучаются обычно в неорганической химии.

С органическими веществамичеловек знаком с давних времен. Наши далекие предки применяли природные красители для окраски тканей, использовали в качестве продуктов питания растительные масла, животные жиры, тростниковый сахар, получали уксус брожением спиртовых жидкостей.

В настоящее время синтезированы многие органические вещества, не только имеющиеся в природе, но и не встречающиеся в ней: многочисленные пластмассы, различные виды каучуков, всевозможные красители, взрывчатые вещества, лекарственные препараты.

Синтетически полученных веществ сейчас известно даже больше, чем найденных в природе, и число их быстро растет. Осуществляются синтезы самых сложных органических веществ – белков.

Название науки «органическая химия», утратив первоначальный смысл, приобрело в связи с этим более широкое толкование.

Можно сказать, что такое название получило и новое подтверждение, так как ведущей познавательной задачей современной органической химииявляется глубокое изучение процессов, происходящих в клетках организмов на молекулярном уровне, выяснение тех тонких механизмов, которые составляют материальную основу явлений жизни.

Изучение химии органических веществ, таким образом, расширяет наши знания о природе.

Предпосылки теории строения

Подобно тому как в неорганической химии при изучении элементов и их соединений необходимо постоянно руководствоваться периодическим законом и Периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева, в органической химиипри изучении веществ необходимо опираться на теорию химического строения.

Основные особенности предпосылок химического строения:

1) теория химического строенияв своей основе была создана в 60-е гг. XIX в.;

2) основная задача органической химии того времени состояла в изучении состава и свойств природных соединений;

3) также основная задача состояла в разработке способов рационального использования состава и свойств природных соединений для практических нужд;

4) в связи с развитием промышленности, торговли, ростом городов к органической химии стали предъявляться большие требования;

5) текстильная промышленность нуждалась в разнообразных красителях;

6) для развития пищевой промышленности требовались более совершенные методы переработки сельскохозяйственных продуктов;

7) необходимо было решить проблему освещения растущих городов на основе использования природных материалов;

8) нужно было также удовлетворить потребность населения в лекарственных веществах и т. д.

Дальнейшее развитие органической химии стало замедляться из-за отставания в ней теоретических представлений.

Новые теоретические воззрения:

1) открывшиеся в процессе исследования веществ новые явления требовали систематизации и объяснения их с единой точки зрения, но теория того времени оказывалась для этого недостаточной;

2) органическая химия должна была создавать новые вещества, но теоретические знания не могли указать пути их целенаправленного синтеза;

3) необходимость новых теоретических воззрений в органической химии становится более понятной, если знать некоторые известные факторы.

При изучении курса неорганической химии становится известно, что:

а) углерод образует с водородом большое число соединений, так называемых углеводородов;

б) в состав горючего природного газа, например, наряду с простейшим углеводородом метаном СН₄, входят этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутан С₄H₁₀ и др.;

в) при термическом разложении каменного угля образуется бензол С₆Н₆, толуол С₇Н₈ и т. д.;

г) много различных углеводородов содержится в нефти;

4) углерод, который содержится в природном газе, является четырехвалентным элементом, но только в метане он сохраняет эту валентность;

5) в этане С₂Н₆ углерод должен быть трехвалентным, а в пропане С₃Н₈ иметь даже дробную валентность.

Строение углеводородов.

В природном газе и особенно в нефти содержится много углеводородов, сходных с метаном по строению и свойствам.

Предельные углеводороды (неразветвленного строения):1) метан; 2) этан; 3) пропан; 4) бутан; 5) пентан; 6) гексан; 7) гептан; 8) октан; 9) нонан; 10) декан.

Для наименования всех предельных углеводородов принят суффикс – ан.

С увеличением молекулярной массы последовательно возрастают температуры плавления и кипения углеводородов.

Первые четыре вещества (С₁ – С₄) при обычных условиях – газы.

Все предельные углеводороды нерастворимы в воде, но могут растворяться в органических растворителях.

Общая формула углеводородов:С_nH_2n+2, где n – число атомов углерода в молекуле.

Этилен и его гомологи

Особенности строения этилена:1) это бесцветный газ; 2) немного легче воздуха; 3) почти не имеет запаха; 4) плотность этилена при нормальных условиях – 1,25 г/л; 5) молярная масса газа – 1,25 г/л х 22,4 л/моль = 28 г/моль; 6) относительная молекулярная масса этилена – 28 г/моль; 7) не может иметь более двух атомов водорода; 8) молекулярная формула этилена – С₂Н₄; 9) в его молекуле атомы углерода соединены с меньшим числом атомов водорода, чем в молекуле этана; 10) атомы соединяются в соответствии с валентностью; 11) молекула этилена симметрична, т. е. каждый атом углерода в ней связан с двумя атомами водорода. Четвертые единицы валентности атомов углерода не могут оставаться свободными, они соединяются друг с другом, образуя вторую связь между атомами углерода; 12) в молекуле этилена устанавливается двойная связь. Каждая валентность атома углерода обусловливается наличием неспаренного электрона в его наружном электронном слое; 13) в молекуле этилена сохраняется четырехвалентность углерода и правило электронного октета для его атомов.

Особенности sр²-гибридизации:

1) гибридные облака принимают одинаковую форму несимметричных, вытянутых в одну сторону объемных восьмерок;

2) при образовании химических связей они расходятся на наибольшее удаление друг от друга – это достигается тогда, когда угол между их осями будет составлять 120°;

3) у атомов углерода остается еще по одному р-электрону.

Облако этого электрона не затронуто гибридизацией, оно не изменило своей формы и также имеет вид объемной восьмерки с равномерным распределением электронной плотности по обе стороны ядра;

4) оси электронных облаков перпендикулярны плоскости атомных ядер и оказываются наиболее удаленными от электронных облаков, которые участвуют в образовании химических связей.

Сигма-связь– это первая, более прочная связь, которая образуется при перекрывании электронных облаков в направлении прямой, соединяющей центры атомов.

Сигма-связь – это обычные ковалентные связи атомов углерода с атомами водорода.

Молекулы предельных углеводородов содержат только сигма-связи.

Пи-связь– это менее прочная связь, которая образуется при перекрывании электронных облаков вне плоскости атомных ядер.

Электроны π-связи и δ-связи теряют свою принадлежность к определенному атому.

Особенности δ-связи и π-связи:

1) вращение атомов углерода в молекуле возможно в случае, если они соединены δ-связью;

2) появление π-связи лишает атомы углерода в молекуле свободного вращения.

Правило Марковникова.

При ионном присоединении галогеноводорода к двойной углерод-углеродной связи несимметричного алкена водород присоединяется к тому атому углерода при двойной связи, с которым соединено больше водородных атомов, а атом галогена – к тому атому углерода, где их меньше.

Влиянием метильного радикала на двойную связь и обусловливается тот факт, что присоединение идет не произвольно, а в определенном направлении.

Атом углерода смещает в свою сторону электронную плотность связей с атомами водорода и приобретает частичный отрицательный заряд. Электронная плотность связи радикала с соседним атомом углерода смещается в сторону последнего, а это образует смещение весьма подвижного облака π-связи к крайнему атому углерода.

Особенности полимера.

1. Полимер – это соединение с высокой молекулярной массой, молекула которого состоит из большого числа повторяющихся группировок, которые имеют одинаковое строение.

2. Эти группировки называются элементарными звеньямии структурными единицами.

Степень полимеризации (обозначается n)– это число элементарных звеньев, которые повторяются в макромолекуле.

В зависимости от степени полимеризации из одних и тех же мономеров можно получать вещества с различными свойствами.

Особенности степени полимеризации:

а) полиэтилен с короткими цепями (n = 20)является жидкостью, обладающей смазочными свойствами;

б) полиэтилен с длиной цепи в 1500–2000 звеньев представляет собой твердый, но гибкий пластический материал, из которого можно получать пленки, изготовлять бутылки;

в) полиэтилен с длиной цепи 5–6 тыс. звеньев является твердым веществом, из которого можно готовить литые изделия, жесткие трубы, прочные нити.

Условия протекания реакций полимеризации весьма различны:

1) в некоторых случаях необходимы катализаторы и высокое давление;

2) главным фактором является строение молекулы мономера;

3) в реакцию полимеризации вступают непредельные (ненасыщенные) соединения за счет взрыва кратных связей.

В лабораторных условиях полиэтилен получают при нагревании этилового спирта с водоотнимающими веществами (концентрированной серной кислотой, оксидом фосфора (v) и другими): С₂Н₅ОН → СН₂=СН₂ + Н₂О.

Ацетилен и его гомологи

Ацетилен– это непредельный углеводород, который содержит тройную связь, состоящую из одной δ-связи и двух π-связей.

Особенности строения:

1) первый представитель ряда ацетилена – бесцветный газ.

Особенности бесцветного газа:

а) немного растворим в воде;

б) его молекулярная формула С₂Н₂;

2) в молекуле ацетилена еще на два атома водорода меньше, чем в молекуле этилена;

3) π-связь уступает по прочности основной δ-связи, поэтому и по месту π-связей могут проходить реакции окисления и присоединения.

Структурная формула ацетилена:НС≡СН.

1) тройная связь в молекуле ацетилена означает, что атомы углерода в ней соединены тремя парами электронов;

2) исследования строения молекулы ацетилена показывают, что атомы углерода и водорода в молекуле ацетилена расположены на одной прямой;

3) молекула ацетилена имеет линейное строение;

4) атомы углерода соединены между собой одной δ-связью и двумя π-связями.

Особенности строения молекулы ацетилена:

1) в такой молекуле каждый атом углерода соединен δ-связями только с двумя другими атомами (атом углерода и атом водорода) и в гибридизации здесь участвуют лишь два электронных облака – одного s-электрона и одного р-электрона.

Это случай sр-гибридизации.

Суть состоит в том, что два гибридных облака, которые образуются в виде несимметричных объемных восьмерок, стремятся максимально удалиться друг от друга и устанавливают связи с другими атомами во взаимно противоположных направлениях под углом 180°;

2) облака двух других р-электронов не участвуют в гибридизации.

Они сохраняют форму симметричных объемных восьмерок и при боковом перекрывании с подобными облаками другого углеродного атома образуют две π-связи.

Гомологи ацетилена:

1) подобно метану и этилену, ацетилен начинает собой гомологический ряд;

2) это ряд ацетиленовых углеводородов с одной тройной связью между атомами углерода в молекуле;

3) согласно систематической номенклатуре название таких углеводородов образуются путем замены суффикса – ан соответствующих предельных углеводородов на – ин;

4) как и этиленовые углеводороды, атомы углерода нумеруются начиная с того конца, к которому ближе кратная (тройная) связь:

а) этин СН≡СН;

б) бутин-1 СН≡С-СН₂-СН₃;

в) бутин-2 СН₃-С≡С-СН₃.

Особенности изомерии: а) обусловлена разветвлением углеродного скелета; б) характерное положение тройной связи; в) помогает в получении и использовании ацетилена в различных сферах.

Диеновые углеводороды

Строение и номенклатура.

Диеновые углеводороды– это углеводороды с двумя двойными связями.

Общая формула диеновых углеводородов:С_nН_2n-2.

Алкадиены, в молекулах которых две двойных связи разделены одной простой связью, называются соединениями с сопряженными двойными связями (дивинил и его гомологи).

СН₂=СН-СН =СН₂ бутадиен-1,3 (дивинил).

Алкадиены, в молекулах которых две двойных связи примыкают к одному углеродному атому, называются углеводородами с кумулированными двойными связями (аллен и его гомологи):

СН₂=С=СН₂ пропадиен-1,2 (аллен);

R-СН =С=СН₂ алкилаллены.

Углеводороды, в молекулах которых две двойных связи разделены двумя и более простыми связями, называются алкадиенами с изолированными двойными связями.

СН₂=СН—СН₂—СН=СН₂ пентадиен-1,4.

Бензол и его строение

Физические свойства:1) бензол – легкокипящая, бесцветная, не растворимая в воде жидкость; 2) он имеет своеобразный запах; 3) при охлаждении бензол легко застывает в белую кристаллическую массу; 4) температура его плавления 5,5 °C; 5) формула бензола С₆Н₆; 6) это сильно ненасыщенное соединение: в молекуле его недостает восемь атомов водорода до состава, отвечающего формуле предельных углеводородов; 7) при этом если взболтать бензол с бромной водой или раствором перманганата калия, то не обнаружится характерных реакций непредельных соединений.

Проблема строения бензола.

1. Бензол может быть получен при пропускании ацетилена через трубку с активированным углем, нагретым до 650 °C.

2. Сравнивая состав молекул ацетилена С₂Н₂ и бензола С₆Н₆, можно прийти к выводу, что из каждых трех молекул ацетилена образуется одна молекула бензола, т. е. идет реакция полимеризации (тримеризации).

3. Если смесь паров бензола с водородом пропускать через нагретую трубку с катализатором, то оказывается, что: а) к каждой молекуле бензола присоединяются три молекулы водорода; б) в результате реакции образуется циклогексан, строение которого хорошо известно.

4. Присоединение к молекуле бензола трех молекул водорода с образованием циклогексана можно понять только в том случае, если признать, что исходный продукт имеет циклическое строение.

То есть если бы бензол имел незамкнутую цепь углеродных атомов, то молекула его до полного насыщения присоединяла бы не три, а четыре молекулы водорода: C₆H₆ + 4H₂ – > C₆H, что противоречит опыту.

Образование циклической молекулы бензола из трех молекул ацетилена можно представить следующим образом:

Так можно прийти к выводу о циклической структурной формуле бензола.

Приведенная структурная формула бензола была предложена впервые немецким ученым А. Кекуле(1865 г.).

Более столетия химики пользовались этой формулой, хотя она их и не вполне удовлетворяла.

Химические свойства бензола

1. Подобно всем углеводородам, бензол горит.

2. При его горении образуется очень много копоти, что легко объяснить, так как массовая доля углеводорода в нем та же, что и в ацетилене.

Особенности опыта.

1. В колбу с длинной вертикальной трубкой в качестве холодильника необходимо поместить бензол с небольшим количеством брома и железными стружками (железо необходимо для образования катализатора FeBr3).

Будет заметно, что у отводной трубки прибора появляется «дымок».

2. Растворив выделяющийся газ в воде и прибавив к этому раствору раствор нитрата серебра, можно убедиться, что при реакции брома с бензолом образуется бромоводород НВr.

3. В колбе после реакции остается тяжелая жидкость – бромбензол С₆Н₅Вr.

Следовательно, бром в этих условиях не присоединяется к бензолу, а вступает в реакцию замещения.

4. По внутренней сущности эта реакция отличается от реакций замещения у предельных углеводородов.

5. Она идет не через образование свободных радикалов и не имеет цепного характера.

6. Под влиянием бромида железа FeBr₃ молекула брома поляризуется: Вr^δ+ – Вr^δ-.

7. Положительно заряженный бром притягивается шестиэлектронным облаком молекулы бензола и устанавливает ковалентную связь с одним из атомов углерода, вытесняя водород в виде протона, который с отрицательно заряженным ионом брома Вr – образует молекулу бромоводорода.

8. Характерна для бензола реакция с азотной кислотой.

Если к смеси концентрированных азотной и серной кислот прибавить бензол и слегка ее подогреть, происходит реакция, в результате которой образуется тяжелая желтоватая жидкость с запахом горького миндаля – нитробензол С₆Н₅-NO₂.

Здесь группа атомов – NO₂, называемая нитрогруппой, встает на место атома водорода, подобно брому в предыдущей реакции.

9. По своему свойству вступать в реакцию замещениябензол несколько сходен с предельными углеводородами, несмотря на непредельность своего состава.

10. В определенных условиях бензол может вступать и в реакции присоединения.

11. К бензолу может присоединяться хлор, если смесь этих веществ подвергнуть освещению.

Так получается гексахлорциклогексан – кристаллическое вещество, известное под названием гексахлорана.

12. Реакции присоединения водорода и хлора показывают, что бензол имеет некоторое сходство и с непредельными углеводородами.

13. По химическим свойствам бензол занимает как бы промежуточное положение между предельными и непредельными углеводородами.

Применение бензола.

1. Бензол служит исходным веществом для синтеза очень многих органических соединений.

2. Реакцией нитрования получают нитробензол C₆H₅NO₂, хлорированием бензола – хлорбензол С₆Н₅Сi (растворитель) и другие хлорпроизводные.

3. Бензол используется как исходный продукт при синтезе лекарственных и душистых веществ, разнообразных красителей, мономеров для синтеза высокомолекулярных соединений и т. д.

4. Он применяется также в качестве растворителя и как добавка к моторному топливу в целях улучшения его свойств.

5. Хлорпроизводные бензола и других углеводородов используются в сельском хозяйстве в качестве химических средств защиты растений.

6. Так, продукт замещения в бензоле атомов водорода хлором – гексахлорбензол C₆Cl₆ применяется для сухого протравливания семян пшеницы и ржи против твердой головни.

7. Из галогенопроизводных других углеводородов можно назвать гексахлорбутадиен С₄Сl₆, аналогичный по строению бутадиену-1,3, необходимый для борьбы с филлоксерой на виноградниках.

8. В сельском хозяйстве используется много других ядохимикатов для борьбы с насекомыми.

9. Также бензол используется для уничтожения сорняков, защиты растений от болезней и т. д.

10. Применение ядохимикатов требует хорошего знания их свойств и строгого следования установленным правилам их использования, так как при неправильном обращении они небезопасны для человека и могут нанести большой ущерб окружающей природе.

Получение бензола.

1. Важный источник получения бензола – коксование каменного угля.

2. В процессе коксования – сильного нагревания угля без доступа воздуха – образуется много летучих продуктов, из которых наряду с другими веществами извлекается бензол.

3.Н.Д. Зелинский показал, что бензол легко образуется из циклогексана при каталитическом воздействии платины или палладия и температуре около 300 °C.

4. Было установлено также, что при соответствующих катализаторах и нагревании гексан может превращаться в бензол.

5. Реакции получения бензола из предельных углеводородов и циклопарафинов приобрели сейчас в связи с возрастающей потребностью в этом веществе большое практическое значение.

Гомологи бензола

Строение гомологов бензола:

1) бензол, как и другие углеводороды, начинает соответствующий гомологический ряд;

2) его гомологи рассматриваются как продукты замещения одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на различные углеводородные радикалы;

3) атомы углерода в формулах нумеруются и при помощи цифр, в название вещества указывается положение замещающих групп.

Химические свойства гомологов бензола:

1) при нитровании в жестких условиях в молекулу бензола и толуола С₆Н₅-СН₃ можно ввести три нитрогруппы;

2) толуол нитрируется несколько легче, чем бензол;

3) при этом образуется 2,4,6-тринитротолуол – взрывчатое вещество, которое называется толом или тротилом;

4) большая реакционная способность бензольного ядра в положениях 2,4,6 объясняется влиянием на него радикала – СН₃.

Толуол можно рассматривать не только как бензол, в молекуле которого атом водорода замещен на метильную группу, но и как метан, в молекуле которого атом водорода заменен ароматическим радикалом фенилом С₆Н₅.

Метан очень устойчив к действию окислителей.

Если же раствор перманганата калия мы добавим к толуолу и смесь нагреем, то заметим, что фиолетовый раствор постепенно обесцвечивается. Это происходит потому, что группа – СН₃ в толуоле подвергается окислению;

5) при действии раствора перманганата калия на толуол метильная группа окисляется в карбоксильную, образуется бензойная кислота.

На опытах можно убедиться, что: а) в толуоле метильная группа влияет на бензольное ядро, облегчая течение реакций замещения (в положениях 2, 4, 6); б) бензольное ядро влияет на метильную группу, обусловливая меньшую устойчивость ее к действию окислителей.

В основе этого явления лежит влияние друг на друга электронных структур атомов;

6) повышение реакционной способности бензольного ядра в самом общем виде можно объяснить так.

Метильная группа, находясь в соединении, смещает от себя электроны связи. Смещая в толуоле электронную пару к бензольному ядру, она нарушает равномерное расположение в нем р-электронного облака;

7) в положениях 2,4,6 возрастает электронная плотность, эти места и подвергаются «атаке» реагентами;

8) они могут реагировать, например, с галогенами (по месту атомов водорода в бензольном ядре и в боковой цепи), присоединять водород и т. п.

Нефть и ее переработка

Нефть и нефтепродукты

Крекинг нефтепродуктов

Опыт этого явления.

1. В нагреваемую на сильном пламени железную трубку впускаются из воронки по каплям керосин или смазочное масло.

2. Вскоре в U-образной трубке будет собираться жидкость.

3. В цилиндре над водой собирается газ.

4. Это признак того, что в трубке идет химическая реакция.

5. Такой вывод может быть подтвержден и испытанием полученных продуктов.

6. И жидкость, и газ обесцвечивают бромную воду, тогда как исходный продукт, если он был достаточно очищен, не обесцвечивает ее.

Результаты опыта объясняются тем, что:

1) при нагревании произошел распад углеводородов, например: С₁₆Н₃₄ (гексадекан) → С₈Н₁₈ (октан) + С₈Н₁₆ (октен);

2) образовалась смесь предельных и непредельных углеводородов меньшей молекулярной массы, соответствующая бензину;

3) получившиеся вещества частично могут разлагаться далее, например:

С₈Н₁₈ → С₄H₁₀ + С₄Н₈;

С₄H₁₀ → С₂Н₆ + С₂Н₄;

С₄H₁₀ → С₃Н₆ + СН₄;

4) подобные реакции приводят к образованию газообразных веществ, которые также обнаруживаются в опыте;

5) разложение углеводородов под действием высокой температуры идет через образование свободных радикалов. Рассмотрим этот процесс на примере пентана;

6) под влиянием сильного нагревания химические связи в молекуле становятся менее прочными, какие-то из них разрываются с образованием свободных радикалов:

СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃ → СН₃-СН₂-СН₂· + ·СН₂-СН₃.

Частицы с неспаренными электронами должны стабилизироваться.

Это может происходить по-разному,например:

а) в одних из них установится двойная связь в результате отщепления атома водорода от соседнего атома углерода:

СН₃… СН₂ → СН₂=СН₂ + Н;

б) в других, наоборот, происходит присоединение атомов водорода к свободным радикалам:

СН₃-СН₂-СН₂· + Н· → СН₃-СН₂-СН₃.

Процесс разложения углеводородов нефти на более летучие вещества называется крекингом(англ. cracking – расщепление).

Предельные спирты

Производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильными группами (ОН), называют предельными спиртами или алкоголями. Общая формула R-OH.

Спирты классифицируются: 1) по строению углеводородного радикала различают: а) спирты алифатического (жирного ряда), Аlk-ОН; б) ароматические, которые разделяются на фенолы Аr-OH и жирноароматические спирты Ar(CH₂)_n-OH; 2) по числу гидроксилов спирты бывают одно-, двух– и многоатомные. Например: а) одноатомные спирты СН₃-ОН (метанол); б) двухатомный спирт HO-CH₂-CH₂OH (этандиол); в) трехатомный спирт НОСН₂-СНОН-СН₂ОН (глицерин).

В зависимости от характера углеродного атома, при котором находится гидроксил, различают первичные, вторичные и третичные спирты.

1) R-CH₂-OH, или Аr-СН₂-ОН, – первичный спирт;

2)

– вторичный спирт;

3)

– третичный спирт.

Изомерия и номенклатура.

Изомерия спиртов зависит от строения углеводородной цепи и положения гидроксила в цепи. Спирты часто называют по радикально-спиртовой и систематической (ИЮПАК) номенклатуре.

При названии спирта по радикально-спиртовой номенклатуре в основе лежит название соответствующего углеводородного радикала, связанного с гидроксилом, с прибавлением окончания – овый спирт. Например: 1) СН₃-ОН – метиловый спирт (древесный); 2) С₂Н₅-ОН – этиловый спирт; 3) н-С₄Н₉ОН – бутиловый спирт;

4)

– трет-бутиловый спирт.

В основе названия спирта по ИЮПАК лежит наименование углеводорода самой длинной углеводородной цепи, наличие же гидроксильной группы указывается окончанием – ол, с цифрой за ним, указывающей номер атома углерода, при котором стоит гидроксил. При этом углеродная цепь нумеруются таким образом, чтобы гидроксил имел наименьший номер:

1)

– пентанол-2;

2)

– 3,4,4-триметилгексанол-2.

Одним из общих способов полученияпредельных спиртов является гидролиз галогенпроизводных углеводородов в присутствии водных растворов щелочей.

Щелочи ускоряют процесс и, нейтрализуя образующуюся кислоту, делают его необратимым. Реакция проходит при нагревании в течение длительного времени, т. к. исходные галогенуглеводороды плохо растворимы в воде.

Строение этилового спирта

Этиловый спирт (этанол)С₂Н₅ОН – бесцветная, легко испаряющаяся жидкость, которая имеет своеобразный запах и кипит при температуре 78,3 °C. Этиловый спирт легче воды – его плотность 0,8 г/см³. Этанол неограниченно смешивается с водой.

Гомологический ряд спиртов

Характерные особенности гомологического ряда спиртов:

1) этиловый спирт – один из членов гомологического ряда;

2) другие спирты ряда имеют аналогичное химическое и электронное строение;

3) первый представитель ряда – метиловый спирт;

4) в молекулах спиртов может содержаться не одна, а две и больше гидроксильных групп;

5) наличие гидроксильных групп в молекулах обусловливает характерные химические свойства спиртов, т. е. их химическую функцию.

Такие группы атомов называются функциональными группами;

6) спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом;

7) они могут рассматриваться как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода заменены на гидроксильные группы. Спирты приведенного выше ряда можно считать производными предельных углеводородов, в молекулах которых один атом водорода заменен на гидроксильную группу;

8) это гомологический ряд предельных одноатомных спиртов;

9) общая формула веществ этого ряда R-ОН.

10) по систематической номенклатуре названия спиртов производятся от названий соответствующих углеводородов с добавлением суффикса – ол; цифрой указывают атом углерода, при котором находится гидроксильная группа;

11) нумерация углеродных атомов начинается с того конца, к которому ближе функциональная группа;

12) изомерия спиртов обусловливается как изомерией углеродного скелета, так и положением гидроксильной группы. Рассмотрим ее на примере бутиловых спиртов;

13) в зависимости от строения углеродного скелета изомерами будут два спирта – производные бутана и изобутана (н-бутанол, изобутанол);

14) в зависимости от положения гидроксильной группы при том и другом углеродном скелете возможны еще изомеры (вторбутиловый и изобутиловый спирты);

15) водородная связь между молекулами.

Метанол и этанол

Метиловый спирт, или метанол, его особенности:

1) структурная формула – СН₃ОН;

2) это бесцветная жидкость с температурой кипения 64,5 °C;

3) ядовит (может вызывать слепоту, смерть);

4) в больших количествах метиловый спирт получается синтезом из оксида углерода (II) и водорода при высоком давлении (20–30 МПа) и высокой температуре (400 °C) в присутствии катализатора (около 90 % ZnО и 10 % Сr₂O₃): СО + 2Н₂ → СН₃ОН;

5) метиловый спирт образуется и при сухой перегонке дерева, поэтому его называют также древесным спиртом. Применяется он в качестве растворителя, а также для получения других органических веществ.

Этиловый (винный) спирт, или этанол, его особенности:

1) структурная формула – СН₃СН₂ОН;

2) температура кипения 78,4 °C;

3) этанол– это одно из важнейших исходных веществ в современной промышленности органического синтеза.

Способы получения этанола:

1) для получения используются различные сахаристые вещества (виноградный сахар, глюкоза, которая путем «брожения» превращается в этиловый спирт). Реакция протекает по схеме:

C₆H₁₂O₆(глюкоза) → 2C₂H₅OH + 2CO₂.

2) глюкоза в свободном виде содержится, например, в виноградном соке, при брожении которого получается виноградное вино с содержанием спирта от 8 до 16 %;

3) исходным продуктом для получения спирта может служить полисахарид крахмал, который содержится, например, в клубнях картофеля, зернах ржи, пшеницы, кукурузы;

4) для превращения в сахаристые вещества (глюкозу) крахмал предварительно подвергают гидролизу.

Для этого мука или измельченный картофель заваривается горячей водой и по охлаждении в него добавляется солод.

Солод– это проросшие, а затем подсушенные и растертые с водой зерна ячменя.

В солоде содержится диастаз, который действует на процесс осахаривания крахмала каталитически.

Диастаз– это сложная смесь ферментов;

5) по окончании осахаривания к полученной жидкости прибавляются дрожжи, под действием ферментов которых (зимазы) образуется спирт;

6) его отгоняют и затем очищают повторной перегонкой.

В настоящее время осахариванию подвергается также полисахарид – целлюлоза (клетчатка), которая образует главную массу древесины.

Для этого целлюлоза подвергается гидролизу в присутствии кислот (например, древесные опилки при 150–170 °C обрабатываются 0,1–5 %-ной серной кислотой под давлением 0,7–1,5 МПа).

Понятие о ядохимикатах

Ядохимикаты (пестициды)– это химические средства борьбы с микроорганизмами, вредоносными или нежелательными с точки зрения экономики или здравоохранения.

Фунгициды.

Характерные особенности фунгицидов:

а) это вещества для борьбы с грибковыми болезнями растений;

б) в качестве фунгицидов используются различные антибиотики, сульфаниламидные препараты;

в) одним из наиболее простых по химической структуре фунгицидов является пентахлорфенол;

г) большинство пестицидов обладает отравляющими свойствами не только в отношении вредителей и возбудителей болезней;

д) при неумелом обращении они могут вызвать отравление людей, домашних и диких животных или гибель культурных посевов и насаждений;

е) пользоваться пестицидами необходимо очень осторожно, строго соблюдая инструкции по их применению;

ж) с целью минимизации вредного воздействия пестицидов на окружающую среду следует:

– применять вещества с более высокой биологической активностью и соответственно вносить их в меньшем количестве на единицу площади;

– применять вещества, которые не сохраняются в почве, а разлагаются на безвредные соединения.

Многоатомные спирты

Особенности строения многоатомных спиртов:

1) содержат в молекуле несколько гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом;

2) если в молекуле углеводорода заменены гидроксильными группами два атома водорода, то это двухатомный спирт;

3) простейшим представителем таких спиртов является этиленгликоль (этандиол-1,2):

СН₂(ОН) – СН

Наши рекомендации