Спирты, альдегиды, кетоны

Цель работы: изучить понятия «спирты», «альдегиды», «кетоны» и свойства этих соединений.

Задание: выполнить химический эксперимент по установлению свойств важнейших представителей спиртов, альдегидов и кетонов. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Спирты– это производные углеводородов, у которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы −ОН.

Химические свойства спиртов определяются гидроксильной группой −ОН, входящей в состав молекулы. Химические реакции спиртов могут проте-

кать с участием всей группы (с разрывом связи С−О) или идти по водороду гидроксильной группы (с разрывом связи О−Н), например реакция этерификации:

уксусноэтиловый эфир (этилацетат)

Фенолы – это органические соединения, в которых гидроксильная группа соединена непосредственно с атомом углерода бензольного кольца. Простейшим представителем фенолов является гидроксибензол или фенол, имеющий одну гидроксильную группу в бензольном кольце:

или С₆Н₅−ОН

Фенол – твердое кристаллическое вещество с характерным запахом, плохо растворяющееся в воде. Химические свойства фенолов определяются гидроксильной группой и связанным с ней бензольным кольцом.

Кислотные свойства. Фенолы проявляют кислотные свойства и взаимодействуют со щелочными металлами и щелочами:

2C₆H₅OH + 2Na → 2C₆H₅ONa + H₂;

C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O.

Реакции замещения в бензольном кольце. Гидроксильная группа оказывает очень большое влияние на бензольное кольцо, увеличивая его реакционную способность. Поэтому фенол легко вступает в реакции электрофильного замещения (с ориентацией заместителей в о- и п-положения). Например, он легко бромируется бромной водой с образованием 2,4,6-трибромфенола.

Качественная реакция на фенол. Фенол образует с FeCl₃ комплексную соль, окрашенную в фиолетовый цвет.

Под действием окислителей (K₂Cr₂O₇, KMnO₄) в присутствии H₂SO₄ спирты окисляются с образованием альдегидов и кетонов, например:

3С₂H₅OH + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ → Cr₂(SO)₃ + K₂SO₄ + 3 + 7Н₂О

уксусный альдегид

Альдегиды и кетоны содержат в молекуле карбонильную группу

В молекулах альдегидов карбонильная группа соединена с углеводородным радикалом и атомом водорода. Первым членом гомологического ряда аль-

дегидов является метаналь

формальдегид

40 %-ный водный раствор формальдегида называется формалином.

В молекулах кетонов карбонильная группа соединена с двумя разными R−CO−R^′ или одинаковыми радикалами. Например,

ацетон

По своим химическим свойствам альдегиды являются восстановителями, которые легко окисляются в кислоты. Например, при окислении альдегидов аммиачным раствором оксида серебра образуется карбоновая кислота и происходит выделение металлического серебра. Оно тонким блестящим слоем покрывает стенки сосуда, в котором проводилась реакция, поэтому данная реакция называется «реакцией серебряного зеркала» и является качественной на альдегиды:

+ 2[Ag(NH₃)₂]OH → + 2Ag↓ + 4NH₃ + H₂O.

пропаналь пропановая кислота

Кетоны окисляются значительно труднее альдегидов и только сильными окислителями. При этом происходит разрыв углеродной цепи и образование смеси продуктов. Кетоны не вступают в реакцию серебряного зеркала.

Выполнение работы

Опыт 1. Окисление спирта в альдегид

Налить в пробирку 2–3 мл раствора К₂Cr₂O₇, 1–2 мл разбавленной серной кислоты и прилить по каплям примерно 0,5–1 мл этилового спирта. Обратить внимание на характерный запах выделяющегося в газообразном состоянии уксусного альдегида и изменение оранжевой окраски раствора на зеленую.

Требование к результату опыта

Закончить уравнение реакции К₂Cr₂O₇+ Н₂SO₄ + C₂H₅OH → ….

Опыт 2. Получение уксусноэтилового эфира

Налить в пробирку 1–2 мл этилового спирта и затем осторожно такой же объем концентрированной серной кислоты. Туда же прибавить немного сухого уксуснокислого натрия, слегка нагреть пробирку и понюхать запах образовавшегося вещества.

Требование к результату опыта

Составить уравнение реакции образования уксусноэтилового эфира.

Опыт 3. Фенол и его свойства

· (Проводить в вытяжном шкафу!). Поместить в пробирку несколько кристалликов фенола и постепенно приливать туда же раствор NaOH, пока при встряхивании пробирки фенол не растворится. К образовавшемусю раствору фенолята натрия прилить раствор серной кислоты. Наблюдать появление мути и выпадение в осадок слабо растворимого в воде фенола.

· Налить в пробирку 1–2 мл водного раствора фенола и добавить туда же несколько капель бромной воды. При встряхивании пробирки быстро образуется белый осадок трибромфенола.

· Налить в пробирку 3–4 мл водного раствора фенола и добавить туда же 1–2 капли раствора хлорного железа. Наблюдать появление фиолетового окрашивания.

Требование к результатам опыта

Составить уравнения реакций: образования фенолята натрия; взаимодействия фенолята натрия с серной кислотой; образования трибромфенола.

Опыт 4. Восстановительные свойства альдегидов

В химический стакан налить (до половины его объема) воды и нагреть ее до кипения. В пробирку, предворительно тщательно промытую раствором щелочи и дистиллированной водой, налить 2–3 мл 2 %-го раствора нитрата серебра AgNО₃ и к нему добавить по каплям 1 %-й раствор аммиака до тех пор, пока выпадающий сначала осадок Ag₂О полностью не растворится. При этом образуются комплексные ионы [Ag(NH₃)₂]⁺.

В раствор комплексной соли серебра прилить при помощи пипетки (осторожно по стенке) 2–3 капли формалина и поместить пробирку в стакан с кипящей водой. Через некоторое время стенки пробирки покроются блестящим налетом металлического серебра.

Требование к результату опыта

Закончить уравнение реакции HCOH + [Ag(NH₃)₂]OH → ….

Опыт 5. Окисление ацетона

Налить в пробирку 6–8 капель ацетона, добавить равный объем дистиллированной воды, несколько капель 2 М раствора серной кислоты и осторожно нагреть на водяной бане до 50–60 °С. Добавить раствор KMnO₄, слегка встряхивая пробирку, до тех пор, пока прекратится обесцвечивание перманганата.

Требование к результату опыта

Написать уравнение реакции окисления ацетона перманганатом калия, учитывая, что при этом происходит распад молекулы и образуется смесь муравьиной и уксусной кислот.

Примеры решения задач

Пример 29.1.Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

С₂Н₄ → Х → Y → С₂Н₅−О−С₂Н₅.

Указать условия протекания реакций. Назвать вещества Х и Y.

Решение. Конечный продукт – диэтиловый эфир – получается из этилового спирта, следовательно, вещество Y – этанол. Перейти от этилена к этанолу можно через промежуточное соединение – галогенопроизводное этана (вещество Х).

При взаимодействии этилена с бромоводородом образуется бромэтан:

C₂H₄ + HBr → C₂H₅Br.

Бромэтан гидролизуется до спирта действием водного раствора NaOH:

C₂H₅Br + NaOH → C₂H₅OH + NaBr.

При нагревании этанола до 140 °С в присутствии серной кислоты в качестве катализатора образуется диэтиловый эфир:

C₂H₅OH С₂Н₅−О−С₂Н₅ + H₂O.

Пример 29.2. Какая масса пропилата натрия может быть получена при взаимодействии 15 г пропанола-1 с 9,2 г натрия?

Решение. Записываем уравнение реакции между пропанолом-1 и металлическим натрием:

2CH₃−СH₂−СН₂−OH + 2Na → 2CH₃−СH₂−СН₂−ONa + H₂.

Определяем количества вещества пропанола-1 и натрия:

υ (С₃Н₇ОН) = моль;

υ (Na) = моль.

Из уравнения реакции следует, что число моль спирта и натрия должны быть равны, следовательно, натрий взят в избытке.

На основании уравнения реакции записываем:

υ (C₃H₇ONa) = υ(C₃H₇OH); υ (C₃H₇ONa) = 0,25 моль.

Определяем массу пропилата натрия, которую можно получить:

m (C₃H₇ONa) = υ(C₃H₇ONa) ∙ M(C₃H₇ONa);

m (C₃H₇ONa) = 0,25 ∙ 82 = 20,5 г.

Пример 29.3. Формалин представляет собой 40 %-ный водный раствор формальдегида. Рассчитать массу метанола, которую необходимо окислить для получения 600 г формалина.

Решение. Вычисляем массу формальдегида, который потребуется для приготовления формалина:

m (CH₂O) = 240 г.

Количество вещества требуемого формальдегида равно

υ (CH₂O) = 8 моль.

Составляем уравнение реакции окисления метанола:

CH₃OH + [O] → CH₂O + H₂O.

Из уравнения реакции следует, что υ (CH₃OH) = υ(CH₂O); υ(CH₂O) = 8 моль.

Масса требуемого метанола равна

m (CH₃OH) = υ(CH₃OH) ∙ M (CH₃OH);

m (CH₃OH) = 8 ∙ 32 = 256 г.