Предельные одноатомные и многоатомные спирты

Общая формула: С_nH_2n+2O_m где обычно m = 1…3.

Предельные одноатомные спирты (одна гидроксильная группа – ОН) имеют общую формулу С_nH_2n+2O или С_nH_2n+1OH.

Гликоли – двухатомные спирты (две гидроксильных группы – ОН) С_nH_2n+2O₂ или С_nH_2n(OH)₂. Производные глицерина имеют общую формулу С_nH_2n+2O₂.

Непредельные спирты встречаются редко и здесь не рассматриваются.

Ароматические спирты – фенолы - обладают особыми свойствами и будут обсуждаться в следующей главе.

Номенклатура:

1) рациональная; (название радикала с окончанием - овый с добавлением слова спирт)

2) систематическая: название углеводорода с окончанием – ол (диол, триол)

3) для одноатомных предельных спиртов нумерация атмов углерода начинается с того края, где ближе гидроксильная группа, с указанием ее местоположения:

CH₃ – CH₂ – CH - CH₂ - CH₂ – CH₃ гексанол - 3

ОН

СН₂ – СН - СН₂ глицерин

ОН ОН ОН

Изомерия:

1) углеводородной цепи;

2) по положению гидроксогруппы или взаимному расположению нескольких гидроксогрупп;

3) межклассовая изомерия с простыми эфирами.

Строение. Спирты – это органические соединения, включающие одну или нескольких гидроксильных групп (ОН^-), соединенных с углеводородным радикалом. В молекулах спиртов атомы углерода находятся в состоянии sp³ – гибридизации. Молекула спирта полярна, благодаря присутствию высокоотрицательного атома кислорода.

Физические свойства: до С = 15 - жидкости; С ≥ 16 – твердые вещества. С₁ и С₂ = спирты смешиваются с водой в любых соотношениях. Температуры кипения спиртов выше, чем у соответствующих углеводородов из – за присутствия водородных связей.

Гликоли и гомологи глицерина – вязкие жидкости, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. Гликоли кипят при более высокой температуре и имеют большую плотность, чем соответствующие (с тем же числом углеродных атомов) им одноатомные спирты.

Получение:

1) промышленный способ получения одноатомных предельных спиртов – каталитической гидратацией алкенов. Катализаторы – концентрированная H₂SO₄ и Al₂O₃ при высоких температурах:

2) щелочным гидролизом моно- и полигалогенопроизводных алканов:

а) одноатомные C_nH_2n + H₂O → C_nH_2n+1OH

б) многоатомные

CH₂Cl – CH₂Cl + 2H₂O → CH₂OH – CH₂OH + 2HCl

3) гидролизом сложных эфиров органических кислот

4) для одноатомных спиртов – восстановлением карбонильных соединений. При Na в водном или водноспиртовом растворе; каталитическое восстановление водородом (Pt, Pd, Ni)

5) специфическими способами:

а) метанол из синтез – газа

б) этанол – спиртовым брожением глюкозы

Химические свойства.

1. Общие для одноатомных и многоатомных спиртов:

а) горение

б) с металлами (спирты – очень слабые кислоты за счет атома ггидроксогруппы):

C_nH_2n+1OH + 2Na → H₂ + 2C_nH_2n+1ONa

в) реакция этерификации с органическими и минеральными кислотами (катализатор – концентрированная H₂SO₄)

CH₃OH + HOSO₂OH → CH₃OSO₂OH + H₂O

г) дегидратация для одноатомных спиртов с получением алкенов или простых эфиров (катализаторы – концентрированная H₂SO₄ или Al₂O₃),

д) окисление первичных одноатомных спиртов в альдегиды и втричных – в кетоны

2. Качественные реакции:

а) на одноатомные спирты – с оксидом меди (II) при нагревании (образуется оранжевый порошок меди):

б) на многоатомные спирты – со свежеприготовленным раствором гидроксида меди (II) - Cu(OH)₂. Образуется раствор синего цвета:

Задачи

26. Для стабилизации формалина при хранении, в него добавляют предельный одноатомный спирт, в котором из 800 г 300 г составляет углерод. Определите формулу и название спирта. Тип № 4.

Решение. Общая формула предельных одноатомных спиртов C_nH_2nO.

Пусть число молей спирта будет х. Тогда выразим значение n через уравнения

масса спирта (г) m = x(12n + 2n + 2 + 16) = 800

масса углерода (г) m(C) = 12 nx = 300

Разделим первое уравнение на второе: (14n + 18)/12n = 2,667

14n + 18 = 32n; n = 1

Ответ: метанол CH₃OH.

27. Вычислите молярную и процентную концентрацию технического этанола, если он получен из 100 л этилена, растворенного в 10 л воды при температуре 25 ⁰С и нормальном давлении, выход реакции 78 % по массе. Тип № 2.

Решение.

Реакция получения этанола:

По уравнению Менделеева–Клайперона: pV₁ = nRT₁; pV₂ = nRT₂

V₁ = 22,4 л/моль; Т₁ = 273 К; Т₂ = 298 К.

Пусть количество вещества газа – 1 моль. Объем пропорционален температуре. Выразим объем газа при 298 К. Следовательно,

Найдем число молей этилена и его концентрацию: n(C₂H₄) = 100/24,45 = 4,1 моль; .

С учетом 78 % - ного выхода реакции: С(C₂H₄) = 0,41/0,78 = 5,24 моль/л; m(C₂H₄) = 5,24 ∙ 28 = 146,72 г.

Ответ: С(C₂H₄) = 5,24 моль/л; m(C₂H₄) = 146,72 г.

28. Одно из веществ, используемых при хирургических операциях в XIX в., было обозначено П. Бертло - С₄Н₄(О₂Н₂); Ю. Либихом – (С₄Н₁₅)О, Н₂О), Ж. Дюма – (С₄Н₈ + Н₂О₂). Кто из этих ученых был ближе к истине, если при дегидратации 4,6 г этого вещества образуется 3,13 л водяных паров при 100 ⁰С и углеводород – алкен с массовой долей углерода в нем 85,7 %? Тип № 3.

Решение. Общая формула алкена С_nH_2n.

Предположим, что в алкене четыре атома углерода, тогда это бутен - С₄Н₈.

Молярная масса бутена М(С₄Н₈) = 56 г/моль; масса углерода m(C) = 48 г. Массовая доля углерода в алкене составит:

Тогда можно предположить формулу спирта С₄Н₁₀О₂ , т.е.

Реакция первичной дегидратации спирта

Молярная масса спирта: M(С₄Н₁₀О₂) = 48 + 10 + 32 = 90 г/моль.

Найдем количество вещества спирта: n(С₄Н₁₀О₂) = 4,6/90 = 0,051 моль;

Количество вещества воды будет 0,1 моль, так как в конце реакций дегидратации образуются 2 молекулы воды.

Из уравнения Менделеева – Клайперона: pV = nRT; найдем объем водяных паров:

Ответ: Ближе всех был Ж.Дюма.

29. Известно, что сердечное средство нитрогилицерин первым получил А. Себеро в артиллерийской академии г.Турина, но скрыл изобретение и не рекомендовал его использовать в военных целях. В чем он видел опасность нитроглицерина? Какое количество этого вещества было получено впервые ученым из 100 г глицерина и раствора, содержащего 250 г азотной кислоты? Тип № 8.

Решение. Реакция получения тринитроглицерина

Тринитроглицерин – взрывчатое вещество.

Молярная масса глицерина М(С₃Н₉О₃) = 36 + 9 + 48 = 93 г/моль; найдем число молей глицерина: n(глиц.) = 100/93 = 1,08 моль.

Молярная масса азотной кислоты М(HNO₃) = 63 г/моль; найдем n(HNO₃) = 250/63 = 3,97 моль – HNO₃ в избытке.

Рассчитаем массу тринитроглицерина по количеству вещества глицерина (недостаток).

Молярная масса тринитроглицерина М(С₃Н₅О₉N₃) = 36 + 5 + 16 ∙ 9 + 14 ∙ 3 = 227 г/моль; из стехиометрических коэффициентов следует, что n(тринитроглиц.) = 1,08 моль. Тогда найдем массу тринитроглицерина .

Ответ: получено 245,16 г тринитроглицерина.

Фенолы

Общая формула Ar – OH, где Ar – ароматический радикал.

Номенклатура. Нумерация атомов углерода начинается от гидроксильной группы ОН (если она старшая). Продолжают нумерацию в такой последовательности, чтобы имеющиеся заместители получили наименьшие номера.

Например:

фенол 2-метилфенол (или о-крезол) 2-этил-4-хлорфенол

У многоатомных фенолов указывают положение каждой гидроксогруппы и добавляют слово «бензол». Например:

1,3 -дигидроксибензол 1,2-дигидроксибензол 1,4 -дигидроксибензол

(или резорцин) (или пирокатехин) (или гидроидрохинон)

1,2,3-тригидроксибензол 1,3,5-тригидроксибензол

(или пирогаллол) (или флороглюцин)

α-нафтол β -нафтол

Изомерия:

1) положение заместителей в бензольном кольце;

2) строение боковой углеродной цепи.

Строение.Фенолы – ароматические углеводороды, содержащие одну или несколько гидроксильных групп в бензольном кольце. В составе образующегося π-электронного облака электронная плотность, выравниваясь, перераспределяется от атома кислорода в сторону кольца +М (мезомерный) эффект.

-ОН группа является ориентантом первого рода, т.е. обогащает ароматическое ядро электронной плотностью и облегчает электрофильное замещение в положениях 2,4,6 (реакции идут лучше по сравнению с бензолом). При этом происходит ослабление связи О←Н. Таким образом, фенолы должны проявлять слабые кислотные свойства.

Физические свойства.Фенолы – кристаллические вещества при комнатной температуре, кроме м-крезола. Хорошо растворимы в горячей воде, обладают характерным запахом. Наличие водородных связей определяет высокие температуры плавления и кипения. Фенол имеет Т_пл = 41⁰С, Т_кип = 182⁰С. Со временем при окислении кристаллы фенола краснеют и темнеют. Фенол ядовит, вызывает ожоги при попадании на кожу.

Получение:

1) плавлением сульфокислот со щелочами (чаще всего используется NaOH)

2) в промышленности

3) гидролизом хлорбензола

4) из бурых углей и каменноугольной смолы.

Химические свойства.Характерны свойства ароматических углеводородов и спиртов. При этом возрастает кислотность ОН-группы и повышается реакционная способность бензольного кольца.

1) Кислотность фенола

С₆Н₅ОН + NaOH C₆H₅ONa + H₂O

К_дисс. = 1,7·10^-10, т.е. фенол , как кислота, слабее H₂S и Н₂СО₃, но сильнее R-OH.

C₆H₅ – ONa + H₂O + CO₂ C₆H₅OH + NaHCO₃

2) Образование простых эфиров

3) Образование сложных эфиров. Фенолы не образуют сложные эфиры непосредственно с органическими кислотами, нужно использовать хлорангидриды органических кислот (CH₃ – C(Cl) = O – хлорангидрид уксусной кислоты)

4) Реакции замещения ароматического кольца

Качественная реакция на фенол:

5) Каталитическое гидрирование протекает в газовой фазе при 180⁰С, катализатор Ni. В жидкой фазе реакция протекает при повышенном давлении.

Побочно образуется циклический кетон:

Окисление

Условия окисления: хромовая смесь K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄.

7) Качественная реакция на фенолы

3С₆Н₅ОН + FeCl₃ (C₆H₅O)₃Fe↓ + 3HCl

красно-фиолетовый

Крезолы – голубые, другие фенолы – зеленые.

Задачи

30. Для грунтовки досок в иконописных мастерских использовали казеиновый клей. При анализе этого клея было выяснено, что одно из составляющих его органических веществ. в котором массовые доли углерода, кислорода и водорода, соответственно равны 76,59%, 17,02% и 6,38%, было известно на Руси за 250 лет до того, как было официально получено и зарегистрировано английским ученым. Укажите формулу этого вещества. Тип № 4.

Решение: Пусть масса вещества составляла 100 г. Тогда массы элементов углерода, кислорода и водорода составят: m_C = 76,59 г, m_O = 17,02 г, m_H = 6,38 г.

Разделим массы элементов на их атомные массы и получим при этом число моль каждого элемента в 100 г данного вещества:

m(г)	C	O	H
76,59	17,02	6,38
n	6,38	1,06	6,38

Разделим эти цифры на наименьшее число (1,06): 6,0; 1; 6.0

Таким образом, неизвестное вещество – С₆Н₆О, т.е. фенол.

Ответ: формула вещества С₆Н₅ОН, фенол.

31. Выведите формулу вещества, относящегося к спиртам, и предложите его изомеры, содержащим ароматический радикал, придающего краске для волос светоустойчивость, если при полном гидрировании 0,2 моль этого вещества поглощается 1,2 г водорода, 55 г этого вещества, с молярной массой 110 г/моль взаимодействует с 23 г натрия. Тип № 4.

Решение. Рассчитаем число моль водорода: n(H₂) = 1,2 : 2 = 0,6 моль.

Число моль неизвестного вещества при взаимодействии с натрием составит n(X) = 55 : 110 = 0,5 моль.

Число моль натрия: n(Na) = 23 : 23 = 1 моль. Из соотношения n(X) : n(Na) очевидно, что на 1 моль неизвестного вещества приходится 2 моль натрия. Поэтому можно предположить, что неизвестное вещество представляет собой одноядерный (с учетом соотношения молей реагентов при гидрировании) двухатомный фенол, т.е. дигидроксибензол – С₆Н₆О₂.

Молярная масса дигидроксибензола М(С₆Н₆О₂) = 110 г/моль. Изомеры: 1,2; 1,3; 1,4 – дигидроксибензолы.

Ответ: один из трех дигидроксибензолов или их смесь.

32. Вычислите выход реакции гидролиза салола (С₆Н₅ОСОС₆Н₄ОН), если в 100 г зубной пасты «Жемчуг» содержится его от 5,3 до 6,8%, а число молекул фенола, образующегося при чистке зубов в процессе гидролиза от 1,2 · 10²² до 1,395 ∙ 10²³ молекул. Другим продуктом гидролиза является ароматическая спиртокислота. Тип № 8.

Решение. Уравнение гидролиза салола имеет вид:

Примем, что в 100 г зубной пасты содержится 5,3% салола, а число молекул фенола, образующегося при чистке зубов в процессе гидролиза 1,2 ∙ 10²² молекул. Тогда масса салола составит 5,3 г.

Молярная масса салола М(С₁₃Н₁₀О₃) = 214 г/моль. Число моль салола n(салола) = 5,3 : 214 = 0,025 моль.

Число моль фенола n(C₆H₅OH) = 1,2 · 10²² : 6,02 ∙ 10²³ = 0,02 моль (6,02 ∙ 10²³ – число Авогадро).

Выход гидролиза салола .

Ответ: выход гидролиза салола 80%.

33. Для опровержения заявления представителей предприятия «Оргсинтез» о невозможности нахождения в сбросах их сточных вод фенола, ученики 14 школы г.Дзержинска Нижегородской области провели эксперимент: собрав сточную воду в банку, емкостью 3 л, они добавили 1М раствор хлорида трехвалентного железа и выделился фиолетовый осадок, массой 2,0 2,5 г. Какова была масса фенола в сточной воде и превзошла ли она ПДК = 0,001 моль/л. Тип № 8.

Решение. Хлорид трехвалентного железа был наверняка в большом избытке. Протекала следующая реакция:

3С₆Н₅ОН + FeCl₃ (C₆H₅O)₃Fe↓ + 3HCl

Пусть масса осадка составила 2,5 г. Молярная масса фенолята железа (III) М = (72 + 15 + 16)∙3 + 56 = 335 г/моль. Число моль вещества осадка составит n(осадка) = 2,5 : 335 = 0,0075 моль, следовательно по уравнению реакции число моль фенола будет в три раза больше, т.е. n(C₆H₆O) = 0,0075 · 3 = 0,0225 моль.

Найдем массу фенола m(C₆H₆O) = 0,0225 ∙ 94 = 0,21 г.

Эта масса содержится в 3 л воды. В одном литре m(C₆H₆O) = 0,21 : 3 = 0,07 г/л = 70 мг/л, что в 70000 раз превышает ПДК.

Ответ: m(C₆H₆O) = 70 мг/л, превышает ПДК.

34. Какой продукт образуется в результате последовательного превращения ацетилена по реакциям тримеризации, замещения с хлором, обмена с водой, замещения с бромом? Тип № 4.

Решение. Реакция тримеризации ацетилена

Реакция замещения бензола с хлором

Реакция взаимодействия хлорбензола с раствором щелочи

Реакция взаимодействия фенолята натрия с соляной кислотой

Реакция бромирования фенола

Ответ: 2,4,6 – трибромфенол.

Альдегиды и кетоны

Общая формула предельных альдегидов и кетонов: C_nH_2nO

Номенклатура.

1) Альдегиды:

а) от исторически сложившихся названий соответсвующих карбоновых кислот:

б) заместительная: углеводород с добавлением окончания – аль, выбирается самая длинная углеродная цепь, нумерация начинается от карбонильной группы.

СН₃ – СН – СН₂ – С = О 3-метил - бутаналь

СН₃ Н

в) тривиальные названия: СН₂ = О – формальдегид (муравьиный альдегид).

2) Кетоны:

а) систематическая. Названия радикалов от младшего к старшему с добавлением слова «кетон»:

б) заместительная. Названия углеводорода с добавлением окончания – он. Нумерация начинается с атома углерода, ближайшего к карбонильной группе:

Изомерия.

1) Для альдегидов связана только со строением углеродного скелета. Например,

2) Изомерия кетонов связана со строением углеродного скелета и с положением карбонильной группы:

3) межклассовая изомерия у альдегидов и кетонов с одинаковым числом атомов углерода.

Строение. Это соединения с одной или несколькими карбонильными группами >C=O. В альдегидах одна связь карбонильного атома углерода занята атомом водорода.

Могут быть алифатическими и ароматическими.

Карбонильная группа имеет плоское строение. Атом углерода в sp² -гибридном состоянии: 3 δ связи и 1 π связь. Высокая электроотрицательность атома кислорода способствует сильной поляризации двойной связи в карбонильной группе и смещению подвижных π-электронов в сторону атома кислорода (рис. 2).

Рис.2. Строение карбонильной группы.

Химические свойства определяются полярной электроноакцкпторной группой, которая способна присоединять различные нуклеофилы. Поэтому для карбонильных соединений наиболее типичны реакции, идущие по механизму нуклеофильного присоединения (A_N). В соединениях имеется подвижный α-Н атом.

Физические свойства.Не имеют водородных связей, поэтому температуры кипения альдегидов и кетонов существенно ниже, чем у соответствующих спиртов. Так СН₂О – газ. Обладают резким запахом, хорошо растворимы в воде. Уксусный альдегид СН₃СОН имеет Т_кип.= + 20 ⁰С.

Получение.

1) Окислением углеводородов.

а) В промышленности: медленным окислением предельных ациклических алканов в газовой фазе. Катализатор - соли Мn²⁺, образуется большая смесь продуктов.

б) Окислением циклоалканов воздухом в жидкой фазе при 100⁰С, давление 5-6 атм, катализатор – соли Со²⁺.

2С₆Н₁₂ С₆Н₁₁ОН + С₆Н₁₀О

в) окислением ароматических углеводородов с боковой цепью:

С₆Н₅ – СН₂ – СН₃ С₆Н₅ – С(О)СН₃

г) окислением алкенов:

- окислители: KMnO₄ или K₂Cr₂O₇ в кислой среде, нагревание):

CH₃ – C(CH₃) = CH – CH₃ CH₃ – C(O)CH₃ + CH₃COOH

CH₂ = CH₂ + 0,5O₂ CH₃COH

- окислитель – озон О₃:

CH₃ – C(CH₃) = CH – CH₃ CH₃ – C(O) – CH₃ + CH₃ – C(O)H

2) Гидролизом геминальных дигалогеналканов (2 атома галогена у одного атома углерода):

СН₃ – ССl₂ – CH₃ + 2KOH 2KCl + CH₃ – C(O) – CH₃ + H₂O

CH₃ – CHCl₂ + 2KOH CH₃ – C(O)H + 2KCl + H₂O

3) Окислением и дегидрированием спиртов.

а) Окислением:

Окислители: KMnO₄ или K₂Cr₂O₇ в кислой среде, CrO₃; СuO при нагревании.

Первичные спирты дают при окислении альдегиды:

СН₃ – СН₂ – ОН + CuO CH₃COH + Cu + H₂O

Вторичные спирты при окислении превращаются в кетоны:

CH₃ – CH(OH) – CH₃ + CuO CH₃ – C(O) – CH₃ + Cu + H₂O

б) Каталитическим дегидрированием (промышленный способ).

Катализаторы: Cu, Ag, Cr, Ni, ZnO, Pt, при нагревании.

СН₃ – СН₂ – ОН СH₃ – CH(O)H + H₂

CH₃ – CH(OH) – CH₃ CH₃ – C(O) – CH₃ + H₂

4) Реакцией М.Г. Кучерова. Катализаторы: серная кислота и соли ртути.

5) Карбонилированием (гидроформированием алкенов – оксосинтезом). Катализатор – НСо(СО)₄, тетракарбонилгидрид кобальта, Р, t⁰.

Химические свойства.

1) Реакция у α-углеродного атома

2) Реакции карбонильной группы с нуклеофильными реагентами А_N. Это реакции присоединения нуклеофильных реагентов по карбонильной группе.

а) Взаимодействие с реактивом Гриньяра

СН₃ – СОН + СН₃ – MgBr CH₃ – CH(CH₃) – O – MgBr

CH₃ – CH(OH) – CH₃

При взаимодействии реактива Гриньяра с альдегидами образуются вторичные спирты

СН₂О + СН₃ – MgBr CH₂ (CH₃) – O – MgBr CH₃ – CH₂ – ОН

При взаимодействии реактива Гриньяра с формальдегидом образуются первичные спирты

CH₃ – C(O) + CH₃ – MgBr C(CH₃)₃ – O – MgBr C(CH₃)₃ – OH

Кетоны дают третичные спирты.

б) Альдольная конденсация (взаимодействие альдегидов) протекает в присутствии катализаторов NaOH или HCl

2CH₃ – COH CH₃ – CH(OH) – CH₂ – COH (альдоль)

в) Присоединение Н₂О. Эта реакция характерна для низших альдегидов

СН₂О + Н-ОН НО – СН₂ – ОН (гидратная форма альдегида)

В случае формальдегида равновесие реакции в растворе практически полностью сдвинуто в сторону образования гидратной формы. В случае кетонов эта реакция не осуществима.

г) Присоединение галогенводородов (HCl или HBr)

CH₃ – COH + HCl_r CH₃ – CH(OH)Cl CH₃ – CH(Cl₂) + H₂O

д) Взаимодействие со спиртами в присутствии кислотных катализаторов (чаще всего HCl)

СН₃ – СН₂ – С(О) – СН₃ + СН₃ – ОН

СН₃ – СН₂ – С(СН₃)ОН – О – СН₃ (полуацеталь)

СН₃ – СН₂ – С(О-СН₃)₂ – СН₃ (ацеталь)

е) Взаимодействие с гидросульфитами NaHSO₃ и KHSO₃. Эта реакция используется для выделения карбонильных соединений из смеси органических веществ и для их очистки.

СН₃ – СН₂ – С(О) – СН₃ + NaHSO₃ СН₃ – СН₂ – С(СН₃)ОН – SO₃Na↓

Эти соединения хорошо кристаллизуются, а при их гидролизе идет обратная реакция.

3) Восстановление карбонильных соединений до спиртов или углеводородов. Восстановители: гидриды Mg, Al или LiAlH₄, а также каталитическое гидрирование (Pt, Ni - катализаторы)

СН₃ – СОН + Н₂ СН₃ – СН₂ – ОН

(СН₃)₂ = О + Н₂ (СН₃)₂ – СН (ОН)

При восстановлении карбонильных соединений Zn или Mg в кислых растворах образуются предельные углеводороды

СН₃ – СН₂ – С(О) – СН₃ СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₃

4) Окисление карбонильных соединений

а) Окисление альдегидов. Окислители: KMnO₄ или K₂Cr₂O₇ в кислой среде, CrO₃; аммиачный раствор оксида серебра или свежеприготовленный раствор гидроксида меди (II)

Реакция серебряного зеркала – качественная реакция на альдегиды.

б) Окисление кетонов. Кетоны устойчивы, окисляются только при высоких температурах в жестких условиях с разрывом углерод-углеродных связей по обе стороны карбонильной группы.

5) Особенности реакций альдегидов.

а) Окисление

б) Могут тримеризоваться и полимеризоваться:

nCH₂O (- CH₂ – O -)_n параформ

в) легче идут все реакции нуклеофильного присоединения.

Следует отметить, что алифатические альдегиды более реакционноспособные, чем ароматические. В ряду HCN, CH₃COH, C₆H₅ – COH реакционная способность убывает.

6) Получение фенол-формальдегидных смол и пластмасс. Данная реакция протекает в водном слабощелочном растворе

а) С₆Н₅ – ОН + СН₂О С₆Н₄(ОН)СН₂ОН + С₆Н₄(ОН)СН₂ОН (оксибензиловые спирты)

б) При проведении дальнейшей реакции в присутствии HCl (катализатор) на холоду получаем следующее соединение

С₆Н₄(ОН)СН₂ОН + С₆Н₅ – ОН С₆Н₄(ОН) - СН₂ - С₆Н₄ – ОН + Н₂О

в) При нагревании протекает реакция поликонденсации

n С₆Н₅ – ОН + nCH₂O [- C₆H₃(OH) – CH₂ -]_n + nH₂O

Получают фенолформальдегидные смолы и пластмассы.

Задачи

35. Каков состав равновесной газовой смеси оксида углерода (II) и водорода в закрытом сосуде, общем количеством 5 Кмоль, если давление в системе за время реакции уменьшилось в 1,4 раза. Какую массу 40% раствора (формалина) можно получить из продукта данной реакции? Достаточно ли его будет для хранения всех препаратов раздела «Рыба» в студенческой биологической лаборатории, если потребность формалина в год составляет 8,5 кг. (Тип № 5).

Решение. Реакция протекает по следующей схеме:

СО + Н₂ СН₂О

Пусть прореагировало х моль СО, тогда число моль Н₂ составит (5 - х) моль. В газофазных реакциях давление пропорционально числу молей реагентов:

p₁V = n₁RT p₂V = n₂RT

Считаем, что реакция проходит в постоянном объеме.

х = 1,1 Кмоль.

Молярная масса формальдегида М(CH₂O) = 30 г/моль.

Масса получившегося формалина m(CH₂O) = 1,1 ∙ 30 = 33 кг.

Число моль Н₂: n(Н₂) = 5 – 1,1 = 3,9 Кмоль.

Масса оксида углерода: m(CO) = 3,9 ∙ 28 = 109,2 кг.

Рассчитаем массу раствора: m(раствора) = 33/0,4 = 82,5 кг.

Ответ: n(CO) = 1,1 Кмоль, n(H₂) = 3,9 Кмоль, достаточно.

36. Определите состав очищенных отходов Дзержинского завода Оргсинтез, если средняя плотность смеси этилбензола и альдегида составляет 3,125 г/л, а при взаимодействии этого альдегида с гидроксидом меди (II) при нагревании, образуется углекислый газ. (Тип № 5).

Решение: Реакция идет по схеме:

Пусть моль газа имеет массу: m(газа) = 3,125 ∙ 22,4 = 70 г.

Пусть в одном моль смеси содержится х моль формальдегида, тогда число моль этилбензола (1 - х). Можно составить уравнение:

30 ∙ х + 106 ∙ (1 - х) = 70

30х + 106 – 106х = 70

х = 0,5 моль

Ответ: состав отходов – 50% каждого из веществ.

37. Определите состав медицинского раствора формальдегида, если в нем 16% углерода по массе.

Решение. Пусть было 100 г неизвестного вещества. Тогда масса углерода составит 16 г и число моль атомов С: n(C) = 1,33 моль. Столько же моль формальдегида было в растворе. Поскольку молярные массы воды и формальдегида не сильно различаются, принимаем плотность раствора равной 1 г/мл. Молярная концентрация: С(СН₂О) = 1,33 моль/л.

Ответ: С(СН₂О) = 1,33 моль/л.

38. В 1858 г. немецкий химик Либих впервые наладил производство зеркал кабинетного формата ( ), для чего он использовал реакцию серебряного зеркал. На покрытие одного зеркала уходило до 6 г формальдегида. Определите, каким слоем серебра было покрыто зеркало. если образовалось 11,34 г формиата аммония, а плотность покрытия составила 2,2 г/см³ ? Тип № 8.

Решение. Реакция серебряного зеркала

Молярная масса формиата аммония М(НСООNH₄) = 63 г/моль; найдем его количество вещества n(соли) = 11,34/63 = 0,18 моль.

По уравнению реакции видно, что образовалось n(Ag) = 2 ∙ 0,18 = 0,36 моль. Масса серебра составит: m(Ag) = 0,36 ∙ 108 = 39 г.

Объем серебряного покрытия:

Площадь поверхности зеркала составит: .

Толщина покрытия:

Ответ: Толщина покрытия: .

39. Какой способ получения альдегидов объясняет латинское происхождение названия класса (alcohol + dehid…)?

Возможные варианты ответов:

1) 2СН₃ОН + О₂ СН₂О + 2Н₂О

2) С₂Н₅ОН + [O] СН₃CОH + Н₂О

3) С₂Н₅ОН СН₃CОH + Н₂

4) C₂H₄Cl₂ + H₂O СН₃CОH

Литература:

1. Артеменко А.И. Органическая химия: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 2000.

2. Иванов В. Г. , Горленко В.А. , Гева О.Н. Органическая химия: Учеб. пособие для студентов высших педагогических учеб. заведений. – М.: Мастерство, 2003.

3. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., В.А. Попков. Начала химии. – 7-ое изд., перераб. и доп. – М.: Экзамен, 2002.

4. Нейланд О.Я. Органическая химия: Учебник для вузов. – М.:Высш. шк., 1990.

5. Пузаков С.А., Попков В.А. Пособие по химии. Вопросы, упражнения, задачи. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2004.

6. Шабаров Ю.С. Органическая химия: Учебник для вузов в 2-х т., - 3-е изд., стер. – М.: Химия, 2000.

Оглавление:

Предисловие………………………………………………………………
1. Предельные углеводороды. Алканы…………………………….………..
2. Алкены. Алефины………………………………………………………....
3. Диеновые углеводороды (диены)………………………………………..
4. Алкины. Ацетиленовые углеводороды………………………….……….
5. Ароматические углеводороды. Арены………………….………………..
6. Предельные одноатомные и многоатомные спирты………….…………
7. Фенолы …………………………………………………………….………
8. Альдегиды и кетоны………………………………………………………..
9. Литература………………………………………………...........................