Hidratación de alquenos
En presencia de ácidos minerales fuertes, los alquenos sufren reacciones de hidratación para formar alcoholes:
En el caso de los alquenos asimétricos, la adición se produce de acuerdo con la regla de Markovnikov: el átomo de hidrógeno de una molécula de agua se une a un átomo de carbono más hidrogenado y el grupo hidroxi a uno menos hidrogenado mediante un doble enlace:
Hidrogenación (reducción) de aldehídos y cetonas.
La hidrogenación de aldehídos sobre catalizadores metálicos (Pt, Pd o Ni) cuando se calienta conduce a la formación de alcoholes primarios:
En condiciones similares, a partir de cetonas se obtienen alcoholes secundarios:
Hidrólisis de ésteres
Cuando se exponen a ésteres de ácidos minerales fuertes, se hidrólisis para formar alcohol y ácido carboxílico:
La hidrólisis de ésteres en presencia de álcalis se llama saponificación. Este proceso es irreversible y conduce a la formación de un alcohol y una sal de ácido carboxílico:
Este proceso se produce mediante la acción de una solución acuosa alcalina sobre derivados monohalógenos de hidrocarburos:
Otros métodos para obtener representantes individuales de alcoholes monohídricos.
Fermentación alcohólica de la glucosa.
En presencia de algunas levaduras, o más precisamente bajo la acción de las enzimas que producen, es posible la formación de alcohol etílico a partir de glucosa. En este caso también se forma dióxido de carbono como subproducto:
Producción de metanol a partir de gas de síntesis.
El gas de síntesis es una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno. Actuando sobre esta mezcla de catalizadores, calentamiento y altas presiones, se produce metanol en la industria:
Preparación de alcoholes polihídricos.
Reacción de Wagner (oxidación leve de alquenos)
Cuando los alquenos se exponen a una solución neutra de permanganato de potasio en frío (0 o C), se forman alcoholes dihídricos vecinales (dioles):
El diagrama presentado arriba no es una ecuación de reacción completa. De esta forma es más fácil recordarlo para poder responder a las preguntas individuales del Examen Estatal Unificado. Sin embargo, si esta reacción ocurre en tareas de alta complejidad, entonces su ecuación debe escribirse en forma completa:
Cloración de alquenos seguida de hidrólisis.
Este método es de dos etapas y consiste en que en la primera etapa el alqueno entra en reacción de adición con un halógeno (cloro o bromo). Por ejemplo:
Y en el segundo, el dihaloalcano resultante se trata con una solución acuosa de álcali:
Obtención de glicerol
El principal método industrial para producir glicerina es la hidrólisis alcalina de grasas (saponificación de grasas):
Preparación de fenol
Método de tres pasos mediante clorobenceno
Este método consta de tres etapas. En la primera etapa, el benceno se broma o clora en presencia de catalizadores. Dependiendo del halógeno utilizado (Br 2 o Cl 2), se utiliza como catalizador el correspondiente haluro de aluminio o hierro (III).
En la segunda etapa, el derivado halógeno obtenido anteriormente se trata con una solución acuosa de álcali:
En la tercera etapa, el fenolato de sodio se trata con un ácido mineral fuerte. El fenol es desplazado porque es un ácido débil, es decir. Sustancia poco disociante:
Oxidación de cumeno
Preparación de aldehídos y cetonas.
Deshidrogenación de alcoholes.
Cuando los alcoholes primarios y secundarios se deshidrogenan sobre un catalizador de cobre tras calentarlos, se obtienen aldehídos y cetonas, respectivamente.
Oxidación de alcoholes.
La oxidación incompleta de los alcoholes primarios produce aldehídos y los alcoholes secundarios producen cetonas. En general, el esquema de dicha oxidación se puede escribir como:
Como puede ver, la oxidación incompleta de alcoholes primarios y secundarios conduce a los mismos productos que la deshidrogenación de estos mismos alcoholes.
El óxido de cobre se puede utilizar como agente oxidante cuando se calienta:
U otros agentes oxidantes más fuertes, por ejemplo una solución de permanganato de potasio en un ambiente ácido, neutro o alcalino.
Hidratación de alquinos
En presencia de sales de mercurio (a menudo junto con ácidos fuertes), los alquinos sufren una reacción de hidratación. En el caso del etileno (acetileno) se forma un aldehído; en el caso de cualquier otro alquino, se forma una cetona:
Pirólisis de sales de ácidos carboxílicos de metales divalentes.
Al calentar sales de ácidos carboxílicos de metales divalentes, por ejemplo, metales alcalinotérreos, se forman una cetona y un carbonato del metal correspondiente:
Hidrólisis de derivados dihalógenos geminales.
La hidrólisis alcalina de derivados dihalógenos geminales de diversos hidrocarburos conduce a aldehídos si los átomos de cloro están unidos al átomo de carbono extremo y a las cetonas, si no al extremo:
Oxidación catalítica de alquenos.
El acetaldehído se produce por oxidación catalítica del etileno:
Preparación de ácidos carboxílicos.
Oxidación catalítica de alcanos.
Oxidación de alquenos y alquinos.
Para ello, se utiliza con mayor frecuencia una solución acidificada de permanganato o dicromato de potasio. En este caso, el enlace múltiple carbono-carbono se rompe:
Oxidación de aldehídos y alcoholes primarios.
En este método de producción de ácidos carboxílicos, los agentes oxidantes más comunes utilizados son una solución acidificada de permanganato o dicromato de potasio:
Por hidrólisis de hidrocarburos trihalogenados
En la primera etapa, el trihaloalcano se trata con una solución alcalina acuosa. Esto produce una sal de ácido carboxílico:
La segunda etapa consiste en tratar la sal de ácido carboxílico con un ácido mineral fuerte. Porque Los ácidos carboxílicos son débiles; son fácilmente reemplazados por ácidos fuertes:
Hidrólisis de ésteres
De sales de ácidos carboxílicos.
Esta reacción ya se ha considerado en la producción de ácidos carboxílicos mediante la hidrólisis de derivados trihalógenos (ver arriba). La cuestión es que los ácidos carboxílicos, al ser débiles, son fácilmente reemplazados por ácidos inorgánicos fuertes:
Métodos específicos para producir ácidos.
Obtención de ácido fórmico a partir de monóxido de carbono.
Este método es industrial y consiste en que en la primera etapa el monóxido de carbono bajo presión a altas temperaturas reacciona con álcali anhidro:
y el segundo formiato resultante se trata con un ácido inorgánico fuerte:
2HCOONa + H 2 SO 4 > 2HCOOH + Na 2 SO 4
Y su presencia en la naturaleza.
45. Nombrar las sustancias, caracterizar cada alcohol según la clasificación de los alcoholes:
a) CH3 ─CH 2 ─ CH─CH 2 ─CH 3 b) CH 3 ─ CH ─ CH─CH 3
c) CH3─CH=CH─CH2─OH d) HO─CH2─CH2─CH2─CH2─OH
e) CH3 ─ CH ─ C─CH 3 f) HO─CH 2 ─C≡C─CH 2 ─OH g) CH 3 ─ CH─CH 2 OH
Inventa las fórmulas estructurales de las sustancias que forman el camino ganador, si se sabe que todas tienen una estructura ramificada. Nombra las sustancias.
49. ¿Con cuál de las siguientes sustancias puede reaccionar el alcohol metílico: potasio, óxido de sodio, agua, óxido de cobre (II), ácido acético, 1-propanol, etileno? Escriba ecuaciones para posibles reacciones, indique su tipo, condiciones de ocurrencia y nombre los productos.
50. Resuelve cadenas de transformaciones:
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2) CH2 =CH─CH3XYZ
51. Cuando se oxidó etileno con una solución acuosa de permanganato de potasio, se obtuvo una sustancia orgánica. A. Disuelve hidróxido de cobre (II) para formar un compuesto complejo. B color azul brillante. Procesamiento de sustancias A La mezcla nitrante da como resultado el producto. EN, que es un poderoso explosivo. Escribe las ecuaciones de todas las reacciones mencionadas, nombra las sustancias. A─EN.
52. Tres tubos de ensayo numerados contienen líquidos transparentes incoloros: agua, etanol, glicerina. ¿Cómo reconocer estas sustancias? Escriba las ecuaciones de reacción, indique su tipo, condiciones de ocurrencia y nombre los productos.
53. Escribe las fórmulas estructurales de las siguientes sustancias: a) 2,4-diclorofenol, b) 4-etilfenol, c) 3-nitrofenol, d) 1,2,3-trihidroxibenceno.
54. Ordene las siguientes sustancias en orden creciente de propiedades ácidas: PAG-nitrofenol, ácido pícrico, oh-cresol, fenol. Escriba las fórmulas estructurales de estas sustancias en la secuencia requerida y muestre la influencia mutua de los átomos en las moléculas.
55. Escribe las ecuaciones de reacción que se pueden usar para obtener fenol a partir de metano. Indique el tipo de reacciones, las condiciones para que ocurran y nombre los productos.
56. Determine la fórmula de un alcohol monohídrico saturado si, al deshidratar una muestra con un volumen de 37 ml y una densidad de 1,4 g/ml, se obtuvo un alqueno que pesa 39,2 g.
57. Escribe y nombra todos los posibles isómeros de la composición C 5 H 10 O.
58. El formaldehído, formado durante la oxidación de 2 moles de alcohol metílico, se disolvió en 100 g de agua. Calcule la fracción masiva de formaldehído en esta solución.
59. Resuelve cadenas de transformaciones:
1) CH 3 ─CHO → CH 3 ─CH 2 OH → CH 2 =CH 2 → HC≡CH → CH 3 ─CHO
Acetileno → etanal → ácido etanoico
etileno → etanol → dimetil éter
60. Tres tubos de ensayo contienen líquidos transparentes incoloros: acetaldehído, glicerina y acetona. ¿Cómo reconocer estas sustancias usando un reactivo? Describe tus acciones y observaciones. Escriba ecuaciones para posibles reacciones, indique su tipo, condiciones de ocurrencia y nombre los productos.
61. Cuando se oxidó una sustancia orgánica que contenía oxígeno que pesaba 1,8 g con una solución de óxido de plata en amoníaco, se obtuvo plata que pesaba 5,4 g. ¿Qué materia orgánica está sujeta a oxidación?
62. Escriba las fórmulas estructurales de las siguientes sustancias: a) ácido 2-metilpropanoico, b) ácido 3,4-dimetilheptanoico, c) ácido buteno-2-oico, d) ácido 2,3,4-triclorobutanoico, e) 3 ácido -metil-2-etilpetanoico, e) ácido 2-metilbenzoico.
63. Ordene los siguientes compuestos en orden creciente de propiedades ácidas:
1) fenol, ácido fórmico, ácido clorhídrico, propanol-1, agua
2) etanol, PAG-cresol, ácido bromhídrico, agua, ácido acético, ácido carbónico.
64. ¿Con cuál de las siguientes sustancias interactuará una solución de ácido acético: Cu(OH) 2, Na 2 SiO 3, Hg, Mg, SO 3, K 2 CO 3, NaCl, C 2 H 5 OH, NaOH, Cu? , CH3OH, CuO? Escriba ecuaciones para posibles reacciones, indique su tipo, condiciones de ocurrencia y nombre los productos.
65. Tres tubos de ensayo numerados contienen: alcohol etílico, ácido fórmico, ácido acético. ¿Cómo se pueden reconocer experimentalmente estas sustancias? Escribe las ecuaciones de reacción y describe las observaciones esperadas.
66. ¿Qué volumen de esencia de vinagre al 80% con una densidad de 1,070 g/ml se debe tomar para preparar vinagre de mesa al 6% con un volumen de 200 ml y una densidad de 1,007 g/ml?
67. Elaborar fórmulas para ésteres y escribir ecuaciones de reacción para su preparación: a) éster butílico del ácido propiónico, b) éster etílico del ácido butírico, c) éster amílico del ácido fórmico, d) éster etílico del ácido benzoico.
68. El éster metílico del ácido metacrílico (2-metilpropenoico) se utiliza para producir un polímero conocido como vidrio orgánico. Escriba las ecuaciones de reacción para la producción de este éter.
69. Cuando se calentaron metanol que pesaba 2,4 gy ácido acético que pesaba 3,6 g, se obtuvo acetato de metilo que pesaba 3,7 g. Determine la salida de éter.
70. Escriba las fórmulas estructurales de las siguientes sustancias: a) tripalmitato, b) trioleato, c) dioleoestearato, d) palmitato de sodio, e) estearato de magnesio.
71. Escriba las ecuaciones de reacción, indique su tipo, condiciones de ocurrencia, nombre los productos:
1) síntesis de grasas a base de ácido esteárico,
2) hidrólisis de grasas a base de ácido linolénico en presencia de hidróxido de potasio,
3) hidrogenación de trioleato,
4) hidrólisis de dioleopalmitato en presencia de hidróxido de sodio.
72. ¿Qué masa de glicerina se puede obtener a partir de grasa natural que pesa 17,8 kg y que contiene 97% de triestearato de glicerol?
73. En promedio, las personas golosas añaden 2 cucharaditas de azúcar a un vaso de té. Sabiendo que en una cuchara de este tipo caben 7 g de azúcar y que el volumen del vaso es de 200 ml, calcule la fracción de masa de sacarosa en la solución (suponga que la densidad del té es 1 g/ml).
74. Mezcló 100 g de soluciones de glucosa al 10% y 200 g de soluciones de glucosa al 5%. ¿Cuál es la fracción masiva de carbohidratos en la solución resultante?
75. Resuelva la cadena de transformaciones: dióxido de carbono → glucosa → → etanol → etanal → ácido etano → acetato de etilo.
76. Cómo reconocer soluciones de las siguientes sustancias usando un reactivo: agua, etilenglicol, ácido fórmico, acetaldehído, glucosa. Escriba las ecuaciones para las reacciones correspondientes, indique su tipo, condiciones de ocurrencia y describa las observaciones.
77. Se dan soluciones de glucosa y sacarosa. ¿Cómo reconocerlos empíricamente? Describe las observaciones hipotéticas y apóyalas con ecuaciones de reacción.
78. Resuelve la cadena de transformaciones: maltosa → glucosa → ácido láctico → dióxido de carbono.
79. La fracción masiva de almidón en las patatas es del 20%. ¿Qué masa de glucosa se puede obtener de 1620 kg de patatas si el rendimiento del producto es el 75% del teórico?
80. Resolver cadenas de transformaciones:
1) CH 4 → X → CH 3 OH → Y → HCOOH → formiato de etilo
2) CH 3 ─CH 2 ─CH 2 OH → CH 3 ─CH 2 ─CHO → CH 3 ─CH 2 ─COOH → →CH 3 ─CHBr─COOH → CH 3 ─CHBr─COOCH 3 → CH 2 =CH─COOCH 3
| NaOH, |
| HAB 2 |
|
81. Cómo, utilizando un número mínimo de reactivos, reconocer sustancias de cada par: a) etanol y metanal, b) acetaldehído y ácido acético, c) glicerina y formaldehído, d) ácido oleico y ácido esteárico. Escribe las ecuaciones de reacción, indica su tipo, nombra los productos, describe las observaciones.
82. Resolver cadenas de transformaciones:
1) metano → etino → etanal → ácido etanoico → éster metílico del ácido acético → dióxido de carbono
2) almidón → glucosa → etanol → etileno → polietileno
3) carburo de calcio → acetileno → benceno → clorobenceno → fenol → 2,4,6-tribromofenol
83. Nombra las sustancias e indica la clase de sustancias orgánicas que contienen oxígeno:
A) CH3 ─ C ─CH 2 ─CHO b) CH 3 ─CH 2 ─COOCH 3
Uno de los elementos químicos más comunes que se encuentran en la gran mayoría de productos químicos es el oxígeno. En el curso de la química orgánica e inorgánica se estudian óxidos, ácidos, bases, alcoholes, fenoles y otros compuestos que contienen oxígeno. En nuestro artículo estudiaremos las propiedades y también daremos ejemplos de su uso en la industria, la agricultura y la medicina.
Óxidos
Los más simples en estructura son los compuestos binarios de metales y no metales con oxígeno. La clasificación de los óxidos incluye los siguientes grupos: ácidos, básicos, anfóteros e indiferentes. El criterio principal para la división de todas estas sustancias es qué elemento se combina con el oxígeno. Si es de metal, entonces se consideran básicos. Por ejemplo: CuO, MgO, Na 2 O - óxidos de cobre, magnesio, sodio. Su principal propiedad química es su reacción con los ácidos. Entonces, el óxido de cobre reacciona con el ácido clorhídrico:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + 63,3 kJ.
La presencia de átomos de elementos no metálicos en las moléculas de compuestos binarios indica que pertenecen a compuestos ácidos: hidrógeno H 2 O, dióxido de carbono CO 2, pentóxido de fósforo P 2 O 5. La capacidad de estas sustancias para reaccionar con los álcalis es su principal característica química.
Como resultado de la reacción, se pueden formar especies: ácidas o medias. Esto dependerá de cuántos moles de álcali estén reaccionando:
- CO2 + KOH => KHCO3;
- CO2+ 2KOH => K2CO3 + H2O.
Otro grupo de compuestos que contienen oxígeno, que incluye elementos químicos como el zinc o el aluminio, se clasifican como óxidos anfóteros. Sus propiedades muestran una tendencia a la interacción química tanto con ácidos como con álcalis. Los productos de la interacción de los óxidos ácidos con el agua son ácidos. Por ejemplo, en la reacción de anhídrido sulfúrico y agua, se forman ácidos; esta es una de las clases más importantes de compuestos que contienen oxígeno.
Ácidos y sus propiedades.
Los compuestos que consisten en átomos de hidrógeno unidos a iones complejos de residuos ácidos son ácidos. Convencionalmente, se pueden dividir en compuestos inorgánicos, por ejemplo, ácido carbonato, sulfato, nitrato y orgánico. Estos últimos incluyen ácido acético, ácido fórmico y ácido oleico. Ambos grupos de sustancias tienen propiedades similares. Así, entran en una reacción de neutralización con bases, reaccionan con sales y óxidos básicos. Casi todos los ácidos que contienen oxígeno en soluciones acuosas se disocian en iones, siendo conductores del segundo tipo. La naturaleza ácida de su entorno, provocada por la presencia excesiva de iones de hidrógeno, se puede determinar mediante indicadores. Por ejemplo, el tornasol violeta se vuelve rojo cuando se agrega a una solución ácida. Un representante típico de los compuestos orgánicos es el ácido acético que contiene un grupo carboxilo. Contiene un átomo de hidrógeno, que provoca la acidez. Es un líquido incoloro con un olor acre específico, que cristaliza a temperaturas inferiores a 17 ° C. CH 3 COOH, como otros ácidos que contienen oxígeno, es perfectamente soluble en agua en cualquier proporción. Su solución al 3-5% se conoce en la vida cotidiana como vinagre y se utiliza como condimento en la cocina. La sustancia también se ha utilizado en la producción de acetato de seda, tintes, plásticos y algunos medicamentos.
Compuestos orgánicos que contienen oxígeno.
En química se puede distinguir un gran grupo de sustancias que contienen, además de carbono e hidrógeno, también partículas de oxígeno. Se trata de ácidos carboxílicos, ésteres, aldehídos, alcoholes y fenoles. Todas sus propiedades químicas están determinadas por la presencia de complejos especiales en las moléculas: grupos funcionales. Por ejemplo, un alcohol que contiene solo enlaces limitantes entre átomos: ROH, donde R es un radical hidrocarbonado. Generalmente se considera que estos compuestos son derivados de alcanos en los que un átomo de hidrógeno se reemplaza por un grupo hidroxo.
Propiedades físicas y químicas de los alcoholes.
El estado físico de los alcoholes es líquido o compuesto sólido. Entre los alcoholes no hay sustancias gaseosas, lo que puede explicarse por la formación de asociados, grupos que constan de varias moléculas unidas por enlaces de hidrógeno débiles. Este hecho también determina la buena solubilidad de los alcoholes inferiores en agua. Sin embargo, en soluciones acuosas, las sustancias orgánicas que contienen oxígeno (alcoholes) no se disocian en iones, no cambian el color de los indicadores, es decir, tienen una reacción neutra. El átomo de hidrógeno del grupo funcional está débilmente unido a otras partículas, por lo que en interacciones químicas es capaz de salir de los confines de la molécula. En el lugar de valencia libre, es reemplazado por otros átomos, por ejemplo, en reacciones con metales activos o con álcalis, por átomos de metal. En presencia de catalizadores, como malla de platino o cobre, los alcoholes se oxidan mediante agentes oxidantes enérgicos (dicromato de potasio o permanganato) a aldehídos.
Reacción de esterificación
Una de las propiedades químicas más importantes de las sustancias orgánicas que contienen oxígeno: los alcoholes y los ácidos es la reacción que conduce a la producción de ésteres. Es de gran importancia práctica y se utiliza industrialmente para la extracción de ésteres utilizados como disolventes en la industria alimentaria (en forma de esencias de frutas). En medicina, algunos de los ésteres se utilizan como antiespasmódicos, por ejemplo, el nitrito de etilo dilata los vasos sanguíneos periféricos y el nitrito de isoamilo protege los espasmos de las arterias coronarias. La ecuación para la reacción de esterificación es la siguiente:
CH3COOH+C2H5OH<--(H2SO4)-->CH3COOC2H5+H2O
En él, CH 3 COOH es ácido acético y C 2 H 5 OH es la fórmula química del alcohol etanol.
Aldehídos
Si un compuesto contiene el grupo funcional -COH, entonces es un aldehído. Se representan como productos de una oxidación adicional de alcoholes, por ejemplo con agentes oxidantes como el óxido de cobre.
La presencia de un complejo carbonilo en las moléculas de fórmico o acetaldehído determina su capacidad para polimerizar y unir átomos de otros elementos químicos. Las reacciones cualitativas que se pueden utilizar para demostrar la presencia de un grupo carbonilo y que una sustancia es un aldehído son la reacción de un espejo de plata y la interacción con hidróxido de cobre cuando se calienta:
El acetaldehído más utilizado se utiliza en la industria para producir ácido acético, un producto de síntesis orgánica a gran escala.
Propiedades de los compuestos orgánicos que contienen oxígeno: ácidos carboxílicos.
La presencia de un grupo carboxilo (uno o más) es una característica distintiva de los ácidos carboxílicos. Debido a la estructura del grupo funcional, se pueden formar dímeros en soluciones ácidas. Están conectados entre sí mediante enlaces de hidrógeno. Los compuestos se disocian en cationes de hidrógeno y aniones ácidos y son electrolitos débiles. Una excepción es el primer representante de una serie de ácidos monobásicos saturados: el fórmico o metano, que es un conductor del segundo tipo de fuerza media. La presencia en las moléculas de enlaces sigma simples indica que están saturadas, pero si las sustancias contienen enlaces dobles pi, se trata de sustancias insaturadas. El primer grupo incluye ácidos como el metano, acético y butírico. El segundo está representado por compuestos que forman parte de las grasas líquidas: aceites, por ejemplo, ácido oleico. Las propiedades químicas de los compuestos que contienen oxígeno: los ácidos orgánicos e inorgánicos son muy similares. Por tanto, pueden interactuar con metales activos, sus óxidos, álcalis y también con alcoholes. Por ejemplo, el ácido acético reacciona con el óxido de sodio para formar una sal: acetato de sodio:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Un lugar especial lo ocupan los compuestos de ácidos carboxílicos superiores que contienen oxígeno: esteárico y palmítico, con alcohol saturado trihídrico: glicerol. Pertenecen a los ésteres y se llaman grasas. Estos mismos ácidos se incluyen en las sales de sodio y potasio como residuo ácido, formando jabones.
Los compuestos orgánicos importantes que están muy extendidos en la naturaleza viva y desempeñan un papel destacado como sustancia que consume más energía son las grasas. No son un compuesto individual, sino una mezcla de glicéridos diferentes. Estos son compuestos de alcohol polihídrico saturado, glicerol, que, como el metanol y el fenol, contiene grupos funcionales hidroxilo. Las grasas se pueden someter a hidrólisis: calentamiento con agua en presencia de catalizadores: álcalis, ácidos, óxidos de zinc, magnesio. Los productos de la reacción serán glicerina y diversos ácidos carboxílicos, que posteriormente se utilizarán para la producción de jabón. Para no utilizar costosos ácidos carboxílicos esenciales naturales en este proceso, se obtienen oxidando parafina.
Fenoles
Para finalizar nuestra consideración de las clases de compuestos que contienen oxígeno, centrémonos en los fenoles. Están representados por un radical fenilo -C 6 H 5 conectado a uno o más grupos hidroxilo funcionales. El representante más simple de esta clase es el ácido carbólico o fenol. Como ácido muy débil, puede interactuar con álcalis y metales activos: sodio, potasio. Una sustancia con propiedades bactericidas pronunciadas, el fenol, se utiliza en medicina, así como en la producción de tintes y resinas de fenol-formaldehído.
En nuestro artículo estudiamos las principales clases de compuestos que contienen oxígeno y también examinamos sus propiedades químicas.
1.
2. Alcoholes.
A) Clasificación. Definición.
B) Isomería y nomenclatura
B) Preparación de alcoholes
D) Propiedades físicas y químicas. Reacciones cualitativas de alcoholes.
D) Solicitud. Impacto en el medio ambiente y la salud humana.
Clasificación de compuestos orgánicos que contienen oxígeno.
1. Los alcoholes son compuestos orgánicos que contienen oxígeno y que contienen un grupo hidroxilo.
2. Los aldehídos se caracterizan por la presencia de un grupo aldehído:
4. Los ácidos carboxílicos se distinguen de otros compuestos orgánicos que contienen oxígeno por el grupo carboxilo.
5. Ésteres: a) simples R-O-R` b) complejos
Las propiedades químicas de estos compuestos están determinadas por la presencia de varios grupos funcionales en sus moléculas.
Clase de conexión | Grupo funcional | Nombre del grupo funcional |
hidroxilo |
||
Aldehídos | aldehídico |
|
carbonilo |
||
Ácidos carboxílicos | carboxilo |
alcoholes son derivados de hidrocarburos que contienen oxígeno en los que un grupo hidroxi está unido a un radical hidrocarburo.
Los alcoholes se clasifican:
Ø por la naturaleza del átomo de carbono asociado con el grupo hidroxi
A) alcoholes primarios– El grupo OH en tales compuestos está unido al átomo de carbono primario.
b) alcoholes secundarios– el grupo hidroxi está unido a un átomo de carbono secundario
V) alcoholes terciarios– El grupo hidroxi en los alcoholes terciarios está unido a un átomo de carbono terciario.
Ø por el número de grupos hidroxi en una molécula de alcohol
A) alcoholes monohídricos contienen un grupo OH en la molécula, todos los compuestos presentados anteriormente son monoatómicos.
b) diatónico– tales alcoholes contienen dos grupos hidroxi, por ejemplo etilenglicol (parte de las soluciones anticongelantes - anticongelante)
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Ø por la estructura del radical asociado al grupo funcional
A) rico CH3-CH2-OH (etanol)
b) insaturado CH2=CH-CH2-OH (2-propen-1-ol)
V) aromático Hidrógeno" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">hidrógeno en metanol, según su precedencia con la adición de la palabra base carbinol.
nomenclatura IUPAC
Según la nomenclatura IUPAC:
Se elige la cadena principal que contiene el mayor número de grupos hidroxi y radicales.
La numeración de la cadena comienza desde el extremo más cercano al que se encuentra el sustituyente mayor, en nuestro caso, el grupo OH.
El nombre del alcohol se deriva del nombre del alcano correspondiente al que está asociado el grupo hidroxi. Para demostrar que un compuesto pertenece a la clase de los alcoholes, se añade la terminación - viejo.
Dado que los alcoholes se caracterizan por la isomería de la posición del grupo hidroxi, se designa con un número.
Si en una molécula hay varios grupos hidroxi, su número se indica mediante prefijos griegos (di-, tri-), que se colocan antes de la terminación -ol y el número indica su ubicación.
Por ejemplo, los alcoholes con la composición C4H9OH tienen la siguiente estructura y nombres según la nomenclatura IUPAC.
1) conexiones con circuito normal
2) compuestos de cadena ramificada
Las conexiones más complejas también se denominan así:
Estudiamos esta reacción y su mecanismo en detalle en el Módulo I.
El siguiente método industrial para producir alcoholes es hidrogenación de CO.
Se calienta una mezcla de monóxido de carbono (II) e hidrógeno. Cuando se utilizan diferentes catalizadores, los productos difieren en composición, como se ilustra en el siguiente diagrama.
Hidrólisis de alcanos halogenados.
La hidrólisis se lleva a cabo por la acción del agua o una solución acuosa de álcalis cuando se calienta. La reacción es más fácil para los derivados halógenos primarios.
Reducción de compuestos carbonílicos.
Los aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y sus derivados (ésteres) se reducen fácilmente a alcoholes.
El agente reductor de aldehídos y cetonas es el hidrógeno molecular y el catalizador es níquel, platino o paladio. Para reducir los éteres se utiliza hidrógeno atómico, que se obtiene por interacción directa del sodio con el alcohol.
De las ecuaciones se desprende claramente que los alcoholes primarios se obtienen a partir de aldehídos y ácidos carboxílicos, y las cetonas son los materiales de partida de los alcoholes secundarios. Así se producen los alcoholes en el laboratorio. Sin embargo, de esta manera no se pueden obtener alcoholes terciarios. Se obtienen utilizando el método que se presenta a continuación.
Interacción de reactivos de Grignard con compuestos carbonílicos.
Las síntesis basadas en reactivos de Grignard son un método de laboratorio fiable para la preparación de alcoholes.
Cuando se utiliza aldehído fórmico como compuesto carbonílico, el producto de la reacción será un alcohol primario.
Otros aldehídos conducen a la formación de alcoholes secundarios.
En dichas síntesis se obtienen alcoholes terciarios a partir de cetonas.
Para comprender cómo se llevan a cabo tales transformaciones, es necesario considerar los efectos electrónicos en las moléculas que reaccionan: debido a la alta electronegatividad del átomo de oxígeno, la densidad electrónica se desplaza hacia el oxígeno desde el átomo de carbono del grupo carbonilo (efecto -M). . En la molécula del reactivo de Grignard, aparece una carga parcialmente negativa en el átomo de carbono y una carga positiva en el magnesio debido al efecto inductivo positivo (efecto +I).
Método enzimático
Esta es la fermentación de sustancias azucaradas. El etanol se produce por fermentación en presencia de levadura. La esencia de la fermentación es que la glucosa obtenida del almidón, bajo la acción de enzimas, se descompone en alcohol y CO2. El resultado de este proceso se expresa mediante el diagrama:
Propiedades físicas
Los alcoholes de bajo peso molecular (C1-C3) son líquidos con olor y sabor característicos y son miscibles con agua en cualquier proporción.
Los puntos de ebullición de los alcoholes no superan los 100°C, pero son superiores a los puntos de ebullición de los éteres o hidrocarburos del mismo peso molecular.
La razón de esto son los enlaces de hidrógeno intermoleculares que surgen entre los átomos de hidrógeno y oxígeno de los grupos hidroxilo de varias moléculas de alcohol (ocurre con la participación de pares libres de electrones de oxígeno).
La buena solubilidad de los alcoholes en agua se explica por la formación de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de alcohol y agua.
Los alcoholes con C11 y superiores son sólidos.
Propiedades químicas de los alcoholes.
Las propiedades químicas de los alcoholes se deben a la presencia de un grupo hidroxi. Por tanto, las siguientes reacciones son típicas de los alcoholes:
1) con rotura del enlace –CO-H
2) con la ruptura del enlace C-OH
3) reacciones de oxidación
1. Propiedades ácido-base de los alcoholes.
Los alcoholes son compuestos anfóteros. Pueden actuar tanto como ácidos como como bases.
Exhiben propiedades ácidas cuando interactúan con metales alcalinos y álcalis. El hidrógeno hidroxilo se reemplaza por metal para formar alcoholatos (que se descomponen fácilmente con el agua).
2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2
etóxido de sodio
Los alcoholes son ácidos más débiles que el agua. Sus propiedades ácidas disminuyen en el siguiente orden: CH3OH< СН3СН2ОН < (СН3)2СНОН < (СН3)3СОН. Т. е. разветвление углеродного скелета снижает кислотные свойства.
El alcohol exhibe las propiedades de las bases en relación con los ácidos. Los ácidos minerales protonan más fuertemente el átomo de oxígeno del grupo OH:
Los alcoholes son reactivos nucleofílicos.
Reacciones con compuestos carbonílicos.
Los alcoholes reaccionan fácilmente con los ácidos carboxílicos para formar un éster, reacción llamada reacción de esterificación. Esta reacción es reversible. Una molécula de agua se forma mediante la eliminación de un grupo OH de un ácido carboxílico y un protón de una molécula de alcohol. El catalizador es un ácido mineral fuerte.
éster metílico del ácido acético
Reacciones con ácidos inorgánicos.
La interacción de alcoholes con ácidos inorgánicos conduce también a la formación de ésteres (pero de ácidos inorgánicos).
éter de azufre etílico
Sustitución nucleofílica del grupo hidroxi. .
Deshidratación de alcoholes.
La deshidratación de los alcoholes se produce bajo la influencia de ácidos minerales fuertes (sulfúrico, ortofosfórico) cuando se calientan.
La escisión puede tener lugar intramolecular. Consideremos el mecanismo usando el ejemplo del butanol-2: primero, la molécula de alcohol es protonada por el hidrógeno del ácido, luego se extrae agua del ion oxonio para formar un catión alquilo y se elimina rápidamente un protón para formar alqueno.
En el caso de la eliminación del H2O se aplica la regla de Markovnikov. Esto permite pasar de un alcohol a otro. Por ejemplo, es posible una transición del alcohol isobutílico al alcohol terc-butílico (escríbalo usted mismo)
Deshidratación intermolecular.
En el caso de la deshidratación intermolecular, los productos de la reacción son éteres. La reacción ocurre en las mismas condiciones, pero difiere en temperatura.
Oxidación
Todos los alcoholes se oxidan, pero los primarios son los más fáciles.
Los alcoholes primarios se oxidan a aldehídos y luego a ácidos carboxílicos (el metabolismo en el cuerpo se basa en esta reacción).
Los alcoholes secundarios en tales reacciones dan cetonas, los alcoholes terciarios se oxidan con la ruptura del enlace C-C y la formación de una mezcla de cetonas y ácidos.
Reacciones cualitativas a los alcoholes.
Como se dijo anteriormente, los alcoholes pueden reaccionar para romper los enlaces.
–C –OH y CO – H. En el análisis cualitativo se utilizan ambas reacciones.
1. prueba de xantógeno– esta es la reacción más sensible al grupo de los alcoholes. Se mezcla alcohol con disulfuro de carbono, se añade un trozo de KOH, se calienta ligeramente y se añade una solución azul de CuSO4. Si la reacción es positiva, aparece un color marrón del xantato de cobre.
2 prueba de lewis .
La reacción utiliza una mezcla de ácido clorhídrico concentrado y cloruro de zinc. Esta reacción se utiliza como método analítico para determinar el tipo de alcohol: si es primario, secundario o terciario.
Los alcoholes terciarios reaccionan casi instantáneamente, liberando calor y formando una capa aceitosa de haloalcano.
Los secundarios reaccionan durante 5 minutos (también se forma una capa oleosa).
Los alcoholes primarios no reaccionan a temperatura ambiente, pero sí cuando se calientan.
Uso de alcoholes.
Metanol se utiliza para la producción de formaldehído, ácido acético, disolvente en la producción de barnices y pinturas, y sirve como intermediario para la síntesis de tintes, productos farmacéuticos y fragancias. Veneno fuerte.
Etanol– un antiséptico fuerte (en cirugía para lavar las manos y los instrumentos del cirujano) y un buen disolvente. Se utiliza para la producción de divinilo (componente del caucho), cloroformo, éter etílico (utilizado en medicina). En la industria alimentaria (producción de impregnaciones, licores) se utiliza una cierta cantidad de alcohol.
n-propanol utilizado para la producción de pesticidas, medicamentos, solventes para ceras, resinas de diversas naturalezas.
Impacto en la salud humana. Mecanismo de acción de los alcoholes.
Los alcoholes monohídricos son drogas. Su toxicidad aumenta con el número de átomos de carbono.
El alcohol metílico es un fuerte veneno nervioso y vascular que reduce la saturación de oxígeno en la sangre. El metanol por vía oral provoca intoxicación y envenenamiento grave acompañado de pérdida de visión.
El metanol en el tracto digestivo se oxida en un producto más tóxico: formaldehído y ácido fórmico, que en pequeñas cantidades causan una intoxicación grave del cuerpo y la muerte:
El alcohol etílico es una droga que provoca parálisis del sistema nervioso.
Una vez en el cuerpo humano, el alcohol actúa primero como estimulante y luego como depresor del sistema nervioso central, embota la sensibilidad, debilita la función cerebral y perjudica significativamente la reacción.
La principal causa de daño al organismo por el etanol es la formación de acetaldehído, que tiene un efecto tóxico e interactúa con muchos metabolitos. El acetaldehído se forma como resultado de la acción de la enzima alcohol deshidrogenasa (que se encuentra en el hígado).
El alcohol propílico tiene un efecto similar en el cuerpo que el alcohol etílico, pero es más fuerte que este último.
Objetivos. Introducir un gran grupo de sustancias orgánicas genéticamente relacionadas entre sí (estructura, isomería, nomenclatura, propiedades físicas, clasificación); formarse una idea general de alcoholes, aldehídos, ácidos carboxílicos; continuar desarrollando habilidades académicas generales; cultivar la necesidad de conocimiento sobre aquellas sustancias con las que entramos en contacto en la vida cotidiana: se encuentran en productos alimenticios y medicamentos.
Material de demostración. Colección de ácidos carboxílicos, alcoholes, fenol, formaldehído.
Experimento de demostración. Estudio de la solubilidad de los alcoholes (etanol,norte-propanol y norte -butanol), ácidos (fórmico, acético, propiónico, butírico, esteárico y palmítico), aldehídos (solución al 40% de aldehído fórmico - formalina).
Soporte visual. Tablas “Formación de enlaces de hidrógeno”, “Alcoholes y aldehídos”; modelos moleculares; dibujos con fórmulas de los ácidos más comunes.
Repartir. Tarjeta informativa de la lección.
Conexiones intersujetos e intrasujetos. Química inorgánica: ácidos minerales, enlaces de hidrógeno entre moléculas; química orgánica: hidrocarburos (fórmulas generales, estructura, nomenclatura, isomería); matemáticas: función; física: propiedades físicas de las sustancias, constantes.
DURANTE LAS CLASES
EJEMPLOS: ácido fórmico, ácido oxálico, ácido cítrico, málico, láctico, “alcohol de vino” (etanol), formalina (solución al 40% de aldehído fórmico en agua), glicerina, acetona, éter para anestesia (éter dietílico), fenol.
Ejercicio 1. Distribuya las siguientes sustancias en tres grupos: alcoholes, aldehídos, ácidos carboxílicos:
Tarea 2. ¿Con qué criterios se clasifican los compuestos que contienen oxígeno? Nombra los grupos funcionales de alcoholes, aldehídos y ácidos carboxílicos.
Grupos funcionales de sustancias de diferentes clases.
alcoholesAldehídos
Ácidos carboxílicos
ÉL
hidroxilo
Tarea 3. ¿Cómo se llama el fragmento de hidrocarburo en las fórmulas de compuestos orgánicos que contienen oxígeno? Por ejemplo, en la tarea 1 (ver arriba) estos son fragmentos: CH3, C4H9, C5H11, C2H5, C7H15, C3H7.
Designando el radical hidrocarbonado con la letra R, obtenemos las fórmulas generales:
alcoholes – ………………………. ;
aldehídos – ………………..;
Ácidos orgánicos - …………………. .
Se puede realizar la clasificación de alcoholes, aldehídos y ácidos.por número de grupos funcionales en moléculas. Hay alcoholes mono, bi y trihídricos:
Los aldehídos con dos grupos aldehídos CHO en la molécula se denominan de la siguiente manera:
Los ácidos carboxílicos, según la cantidad de grupos carboxilo en la molécula, son uno, dos y tres básicos:
Los compuestos que contienen oxígeno varíansegún la estructura del radical hidrocarbonado. Son saturados (saturados), insaturados (insaturados), cíclicos, aromáticos.
Ejemplos de alcoholes:
Ejemplos de aldehídos:
Ejemplos de ácidos carboxílicos:
Estudiaremos únicamente ácidos carboxílicos monobásicos saturados, alcoholes monohídricos y aldehídos.
Tarea 4. Definir alcoholes saturados, aldehídos, ácidos carboxílicos.
Los alcoholes son primarios, secundarios y terciarios. En los alcoholes primarios, el átomo de C unido al grupo hidroxilo OH tiene un carbono vecino; en los alcoholes secundarios en el átomo de C, junto con el grupo OH, hay dos sustituyentes de carbono (vecinos), y en los alcoholes terciarios hay tres sustituyentes de carbono. Por ejemplo:
Nomenclatura
compuestos que contienen oxígeno
Según la nomenclatura internacional IUPAC, los nombres de los alcoholes se derivan de los nombres de los alcanos correspondientes con la adición del sufijo "ol".
Tarea 5. Escribe las fórmulas moleculares y los nombres de cuatro alcoholes primarios con 4 o más átomos de carbono por molécula.La peculiaridad de los nombres de los aldehídos es el sufijo "al".
Tarea 6. Escriba las fórmulas y los nombres IUPAC de los siguientes cuatro aldehídos en la tabla.
Tarea 7. Complete la tabla con las fórmulas y los nombres IUPAC de los cuatro ácidos siguientes.
Tarea 8. ¿Por qué el metanal y el ácido metanoico no pueden considerarse homólogos? ¿En qué se diferencian de los homólogos?
Propiedades físicas.
Enlace de hidrógeno
1) Estado agregado de conexiones lineales de diferentes clases.
Tarea 9. ¿Por qué hay tantos gases entre los alcanos? ¿Por qué existe el gas aldehído en condiciones normales (0 °C, 1 atm)? ¿Con qué se puede conectar?2) Temperaturas de ebullición (°C) de los primeros cinco homólogos de sustancias de cuatro clases.
Tarea 10. Compare los puntos de ebullición de los alcanos, alcoholes, aldehídos y ácidos carboxílicos correspondientes (según el número de átomos de C). ¿Cuáles son las características de esta característica para sustancias de diferentes series homólogas?3) Un enlace de hidrógeno en la serie de compuestos considerados es un enlace intermolecular entre el oxígeno de una molécula y el hidroxilo de otra molécula.
Información básica: electronegatividad de los átomos: C – 2,5; norte – 2,1; O – 3.5.
La distribución de la densidad electrónica en las moléculas de alcoholes y ácidos carboxílicos es desigual:
Los enlaces de hidrógeno en alcoholes y ácidos se representan de la siguiente manera:
Conclusión: En la serie homóloga de alcoholes y ácidos carboxílicos no hay sustancias gaseosas y los puntos de ebullición de las sustancias son elevados. Esto se debe a la presencia de enlaces de hidrógeno entre las moléculas. Debido a los enlaces de hidrógeno, las moléculas se asocian (como entrecruzadas), por lo tanto, para que las moléculas se liberen y adquieran volatilidad, es necesario gastar energía adicional para romper estos enlaces.
4) La solubilidad en agua se demuestra experimentalmente utilizando el ejemplo de la solubilidad en agua de alcoholes (etilo, propilo, butilo y ácidos) fórmico, acético, propiónico, butírico y esteárico. También se demuestra una solución de aldehído fórmico en agua.
Tarea 11. ¿Qué se puede decir sobre la solubilidad de alcoholes, aldehídos y ácidos carboxílicos en agua? ¿Qué explica la solubilidad de estas sustancias?
Al responder, utilice el diagrama para la formación de enlaces de hidrógeno entre moléculas de ácido y agua:
Cabe señalar que a medida que aumenta el peso molecular, disminuye la solubilidad de alcoholes y ácidos en agua. Cuanto más grande es el radical hidrocarbonado en una molécula de alcohol o ácido, más difícil le resulta al grupo OH mantener la molécula en solución debido a la formación de enlaces de hidrógeno débiles.
La estructura de alcoholes, aldehídos,
ácidos carboxílicos
Tarea 12.
Haz una tabla similar en casa para los segundos miembros de la serie homóloga de alcoholes, aldehídos y ácidos carboxílicos.
Isomería de alcoholes, aldehídos.
y ácidos carboxílicos
1) Isomería de alcoholes usando el ejemplo del pentanol C 5 norte 11 OH (se dan cadenas de carbono de isómeros):
Tarea 13. Según las cadenas de carbono, nombre los isómeros ramificados de los alcoholes de la composición. C5H11OH:
Tarea 14. ¿Son estas sustancias isómeros?
Tarea 15. ¿Qué tipos de isomería son característicos de los alcoholes?
2) Isomería de al dehydov usando un ejemplonorte -pentanal o valeraldehídonorte-C4H9CHO:
Tarea 16. ¿Qué tipos de isomería son característicos de los aldehídos?
3) Isomeridad de los ácidos carbónicos usando un ejemplo.norte -ácido pentanoico o valériconorte-C4H9COOH:
Tarea 17. ¿Qué tipos de isomería son característicos de los ácidos carboxílicos?
Tarea 18. Escribe las fórmulas estructurales de las siguientes sustancias:
a) 2,4-dimetil-3-etilhexanal;
b) 2,2,4-trimetil-3-isopropilpentanal;
c) 2,3,4-trimetil-3-etilpentanodiol-1,2;
d) 2,3,4-trimetil-3-isopropilhexanotriol-1,2,4;
e) ácido 3,4,5,5-tetrametil-3,4-dietilheptanoico;
f) ácido 2,4-dimetilhexeno-3-oico.
Tarea
Aprenda los nombres triviales de los primeros cinco aldehídos y ácidos carboxílicos.
Complete la tabla "Estructura de alcoholes, aldehídos, ácidos carboxílicos" para los segundos miembros de estas series homológicas (ver tarea 12).
Escriba todos los posibles isómeros del butanol C. 4 H 10 O, butanal C 4 H 8 O y ácido butanoico C 4H8O2 , nómbrelos según la IUPAC.
Resolver un problema. Uno de los alcoholes polihídricos se utiliza para preparar anticongelantes, líquidos que se congelan a bajas temperaturas. El anticongelante se utiliza en condiciones invernales para enfriar los motores de los automóviles. Encuentre la fórmula molecular de este alcohol si la fracción masiva de carbono que contiene es 38,7%, hidrógeno - 9,7%, oxígeno - 51,6%. La densidad relativa de su vapor con respecto al hidrógeno es 31. Escribe la fórmula estructural del alcohol y nómbralo.