Тема 12: Кислородсодержащие органические соединения

Производные углеводороды, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксогруппу, называются спиртами.

В зависимости от числа гидроксогрупп спирты делятся на: а) одноатомные, содержащие одну гидроксогруппу; б) многоатомные, содержащие две, три и более гидроксогрупп.

По правилам современной заместительной номенклатуры названия спиртов производят от названий углеводородов с добавлением окончания -ол и цифры, обозначающей номер углеродного атома, при котором стоит гидроксогруппа, определяющая начало нумерации.

Ниже приведена схема, отражающая химические свойства предельных одноатомных спиртов:

Горение

O₂ nCO₂ + (n + 1)H₂O

Окисление O

+ [O] R — C

H

+ Na

C_nH_2n+1ONa + H₂↑

C_nH_2n+1OH + HГ

(H₂SO₄) C_nH_2n+1Г + H₂O

+ RCOOH O

t⁰, (H₂SO₄) R — C + H₂O

OC_nH_2n+1

Дегидратация (H₂SO₄ (конц.))

- H₂O C_nH_2n + H₂O

Отнятие от двух молекул

спирта одной молекулы воды

- H₂O (C_nH_2n+1)₂O

Альдегидами и кетонами называют производные углеводородов, содержащие функциональную карбонильную группу C = O (карбонил). В альдегидах карбонильная группа связана с атомом водорода и одним радикалом, а в ке тонах — с двумя радикалами. Общие формулы:

O R — C —R^'

R — C ||

H O

альдегид кетон

Изомерия у альдегидов и кетонов обусловлена строением углеводородных радикалов, а у кетонов еще и положением кетонной группы, которая может занимать различные места внутри углеродной цепи.

Альдегиды и кетоны изомерны. Общая формула насыщенных альдегидов и кетонов C_nH_2nO.

По международной номенклатуре названия альдегидов производят от названий соответствующих углеводородных радикалов, включающих карбонильную группу с прибавлением окончания -аль, а у кетонов — окончания -он.

Альдегиды и кетоны, за счет имеющейся в их составе сильно поляризованной карбонильной группы, очень активны в химических реакциях. При этом альдегиды гораздо больше реакционноспособны, чем кетоны. Для них характерны реакции окисления, присоединения.

окисление [ O ] O

H — C

OH

H₂ R — CH₂ — OH

O HCN R — CH — CN

R — C присоединение |

H OH OH

R₁— OH |

R — CH — O —R₁

OH

NaHSO₃ |

выделение альдегидов в виде осадка R — CH — SO₃Na

Cl

PCl₅ R — CH

Cl

замещение NH₃ R — CH = NH

NH₂ — OH R — CH = N — OH

Карбоновыми кислотами называются органические вещества, содержащие одну или O O

несколько карбоксильных групп — C . Общая формула R — C , сокращенно RCOOH.

OH OH

В зависимости от числа карбоксильных групп в молекуле различают кислоты одноосновные, двухосновные и т.д.

По международной номенклатуре названия присваивается кислоте по названию углеводорода с тем же числом атомов углерода, что и в кислоте, углерод в карбоксильной группе обозначается номером 1. Например, по международной номенклатуре предельная одноосновная кислота

6 5 4 3 2 1

CH₃ — CH — CH — CH₂ — CH₂ — COOH

| | |

CH₃ CH₃ C₂H₅

будет называться 4,5-диметил-3-этилгексановая кислота.

Для карбоновых кислот характерна высокая реакционная способность.

Na, Na₂O O

NaOH R — CH₂ — C

ONa

соли кислот

дегидратация (R — CH₂ — CO)₂O

ангидриды кислот

O PCl₅, SOCl₂ O

R — CH₂ — C R — CH₂ — C

OH Cl

хлорангидриды кислот

O

R, - OH ||

этерификация R — CH₂ — C — O — R

сложные эфиры

NH₃ O

R — CH₂ — C

NH₂

амиды кислот

Для карбоновых кислот, альдегидов и кетонов характерны следующие реакции за счет углеводородного радикала:

1. Замещение водорода на галоген (наиболее легко при углероде, находящемся в α — положении к карбоксильной или карбонильной группе):

O O

R — CH₂ — C + Cl₂ ® R — CHCl — C + HCl

OH α OH

2. Присоединение соединений типа HХ к непредельным соединениям происходит с нарушением правила Морковникова:

O O

CH₂ = CH — C + HCl ® CH₂ — CH₂ — C

OH | OH

Cl

Сложными эфирами называют производные карбоновых кислот, у которых гидроксил в карбоксиле замещен спиртовым остатком:

O O

R — C ® R — C

OH OR'

кислота сложный эфир

Сложные эфиры в большинстве случаев называют по тем кислотам и спиртам, которые участвуют в их образовании, причем на первом месте в названии стоит кислота, на втором — спирт.

Например:

O O O

|| || ||

H — C — O — CH₃ H₃C — C — O — CH₃ H₃C — C — O — C₂H₅

муравьино-метиловый уксусно-метиловый уксусно-этиловый

эфир (метилформиат) эфир (метилацетат) эфир (этилацетат)

Употребляют также названия, образуемые от углеводородного радикала спирта и корня латинского названия кислоты с добавлением окончания -ат (в примерах, приведенных выше, эти названия даны в скобках).

Контрольные задания:

221. Напишите уравнение реакций внутримолекулярной и межмолекулярной дегидратации

2-метил-1-пропанола. Введите указанный спирт в реакции с: а) Na_мет.; б) HСl; в) PСl₅.

222. С какими из перечисленных веществ будет реагировать 1-пропанол:

а) Na б) CH₃OH в) PCl₅ г) NaOH д) CH₃ — C = O

|

OH

Напишите уравнения соответствующих реакций, дайте систематические названия полученным соединениям. Что образуется при окислении 1-пропанола?

223. Составьте уравнения реакций получения соответствующих спиртов по нижеприведенной схеме:

O

||

H — C — H ? H₂O ?

CH₃ — CO — CH₂ — CH₃ ? H₂O ?

CH₃ — CH₂MgBr O

||

CH₃ — CH₂ — C — H ? H₂O ?

Для получения вторичного спирта приведите уравнения внутримолекулярной дегидратации, каталитического окисления и реакции этерификации с уксусной кислотой.

224.Приведите реакции, позволяющие отличить спирт от фенола.

225. Как из 1-пропанола получить 2-пропанол, применяя лишь неорганические реактивы?

226. Установите строение вещества C₂H₆O, если оно не реагирует с металлическим натрием на холоде, а при нагревании с ним дает CH₃ONa и CH₃Na. При нагревании с HI образуется CH₃I и CH₃OH.

227. Напишите схемы получения альдегида, метилэтилкетона тремя способами. Введите эти соединения в реакции с: а) PCl₅; б) NaHSO₃; в) HCN.

228. Напишите схемы получения ацетона из следующих исходных веществ: а) этиловый спирт; б) пропилен; в) ацетилен. Как ацетон будет взаимодействовать с: а) HCN; б) NaHSO₃ ; в) PСl₅.

229.С помощью каких реакций можно отличить ацетон от пропионового альдегида. Напишите реакции взаимодействия указанных веществ с: а) C₂H₅OH; б) HCN; в) NaHSO₄; г) PСl₅.

230. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно отличить альдегиды от кетонов. Какие соединения образуются при взаимодействии уксусного альдегида с хлористым фосфором, синильной кислотой?

231. Составьте схемы взаимодействия пропионового альдегида с веществами: а) синильной кислотой; б) этил магний бромидом; в) хлором; г) гидросульфатом натрия.

232.Какие ацетиленовые углеводороды следует взять, чтобы по реакции Кучерова получить:

а) метилэтилкетон; б) уксусный альдегид. Последний введите в реакции с: а) аммиаком;

б) гидросульфитом натрия; в) синильной кислотой.

233.Осуществите схему превращений:

HCl KCN 2H₂O(H⁺)

CH₃ — CH = CH₂ ® A ® B ® C

Полученное соединение введите в реакции с NH₃; PCl₅; Na; Ca(OH)₂; CH₃OH.

234. Составьте уравнение реакций получения метилпропановой кислоты, исходя из пропилового спирта и используя все необходимые для этого неорганические вещества.

235. Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: O O

|| ||

C₂H₆ ® С₂H₅Cl ® С₂H₅OH ® CH₃ — C — OH ® CH₃ — C — O — C₂H₅ ® C₂H₅OH ® CO₂

236Используя в качестве исходного соединения карбид кальция, получите уксусную кислоту, а из последней: а) хлористый ацетил; б) ангидрид уксусной кислоты; в) ацетат натрия. Как их этих веществ получить метилэтанат?

237.Напишите уравнения реакций получения масляной кислоты из: а) бромбутана; б) бромпропана. Полученную кислоту введите в реакции: а) с аммиаком при нагревании; б) с хлоридом фосфора (V); в) с этиловым спиртом.

238. Напишите уравнения получения этилацетата из ацетилена, используя его в качестве единственного органического вещества. Этилацетат введите в реакцию гидролиза.

239. Из каких кислот и спиртов могут быть получены следующие сложные эфиры:

а) HCOOC₂H₅; б) CH₃(CH₂)₃COOCH₃; в) C₆H₅COOCH(CH₃)₂.

Напишите уравнения реакций. В чем различие между сложными и простыми эфирами?

240. Из соответствующего альдегида получите 3-метилбутановую кислоту и напишите реакции взаимодействия этой кислоты со следующими соединениями:

а) PСl₃; б) CH₃ — CH — CH₃; в) NaOH; г) CuO; д) Cl₂.

|

ОН