Hidracija alkenov
V prisotnosti močnih mineralnih kislin se alkeni podvržejo reakciji hidratacije, da nastanejo alkoholi:
V primeru nesimetričnih alkenov pride do dodajanja v skladu z Markovnikovim pravilom - vodikov atom molekule vode je vezan na bolj hidrogeniran atom ogljika, hidroksi skupina pa na manj hidrogeniran z dvojno vezjo:
Hidrogenacija (redukcija) aldehidov in ketonov
Hidrogeniranje aldehidov na kovinskih katalizatorjih (Pt, Pd ali Ni) pri segrevanju povzroči nastanek primarnih alkoholov:
Pod podobnimi pogoji dobimo sekundarne alkohole iz ketonov:
Hidroliza estrov
Ko močne mineralne kisline delujejo na estre, se ti hidrolizirajo s tvorbo alkohola in karboksilne kisline:
Hidrolizo estrov v prisotnosti alkalij imenujemo saponifikacija. Ta proces je nepovraten in vodi v nastanek alkohola in soli karboksilne kisline:
Ta proces poteka z delovanjem vodne raztopine alkalije na monohalogene derivate ogljikovodikov:
Druge metode za pridobivanje posameznih predstavnikov monohidričnih alkoholov
Alkoholna fermentacija glukoze
V prisotnosti nekaterih kvasovk, natančneje pod delovanjem encimov, ki jih proizvajajo, je možna tvorba etilnega alkohola iz glukoze. Ob tem nastaja kot stranski produkt tudi ogljikov dioksid:
Proizvodnja metanola iz sinteznega plina
Sintezni plin je zmes ogljikovega monoksida in vodika. Z delovanjem na to mešanico katalizatorjev, segrevanjem in povišanimi tlaki se v industriji pridobiva metanol:
Pridobivanje polihidričnih alkoholov
Wagnerjeva reakcija (blaga oksidacija alkenov)
Pod delovanjem nevtralne raztopine kalijevega permanganata na alkene v mrazu (0 o C) nastanejo vicinalni dihidrični alkoholi (dioli):
Zgoraj predstavljena shema ni popolna reakcijska enačba. V tej obliki si ga je lažje zapomniti, da bi lahko odgovorili na posamezna vprašanja testnih vprašanj USE. Če pa se ta reakcija pojavi pri nalogah visoke kompleksnosti, je treba njeno enačbo zapisati v celoti:
Kloriranje alkenov, ki mu sledi hidroliza
Ta metoda je dvostopenjska in je v tem, da na prvi stopnji alken vstopi v adicijsko reakcijo s halogenom (klor ali brom). Na primer:
In drugič, nastali dihaloalkan obdelamo z vodno raztopino alkalije:
Pridobivanje glicerina
Glavna industrijska metoda za pridobivanje glicerina je alkalna hidroliza maščob (umiljenje maščob):
Pridobivanje fenola
Tristopenjska metoda s klorobenzenom
Ta metoda je tristopenjska. Na prvi stopnji se izvede bromiranje ali kloriranje benzena v prisotnosti katalizatorjev. Odvisno od uporabljenega halogena (Br 2 ali Cl 2) se kot katalizator uporabi ustrezen aluminijev ali železov (III) halid
Na drugi stopnji zgoraj dobljeni halogenski derivat obdelamo z vodno raztopino alkalije:
V tretjem koraku se natrijev fenolat obdela z močno mineralno kislino. Fenol je izpodrinjen, ker je šibka kislina, tj. snov z nizko disociacijo
Oksidacija kumena
Pridobivanje aldehidov in ketonov
Dehidrogenacija alkoholov
Med dehidrogenacijo primarnih in sekundarnih alkoholov na bakrenem katalizatorju pri segrevanju nastanejo aldehidi oziroma ketoni.
Oksidacija alkohola
Pri nepopolni oksidaciji primarnih alkoholov dobimo aldehide, sekundarne pa ketone. Na splošno lahko shemo takšne oksidacije zapišemo kot:
Kot lahko vidite, vodi nepopolna oksidacija primarnih in sekundarnih alkoholov do istih produktov kot dehidrogenacija teh istih alkoholov.
Bakrov oksid se lahko uporablja kot oksidant pri segrevanju:
Ali druga močnejša oksidacijska sredstva, kot je raztopina kalijevega permanganata v kislem, nevtralnem ali alkalnem okolju.
Alkinska hidracija
V prisotnosti živosrebrovih soli (pogosto skupaj z močnimi kislinami) se alkini podvržejo reakciji hidratacije. Pri etinu (acetilenu) nastane aldehid, pri katerem koli drugem alkinu pa keton:
Piroliza soli karboksilnih kislin dvovalentnih kovin
Pri segrevanju soli karboksilnih kislin dvovalentnih kovin, na primer zemeljskoalkalijskih, nastaneta keton in karbonat ustrezne kovine:
Hidroliza derivatov geminalnih dihalogenov
Alkalna hidroliza geminalnih dihalogenih derivatov različnih ogljikovodikov vodi do aldehidov, če so klorovi atomi vezani na skrajni ogljikov atom, in do ketonov, če ne na skrajni:
Katalitska oksidacija alkenov
Acetaldehid se pridobiva s katalitsko oksidacijo etilena:
Pridobivanje karboksilnih kislin
Katalitska oksidacija alkanov
Oksidacija alkenov in alkinov
Za to se najpogosteje uporablja nakisana raztopina permanganata ali kalijevega dikromata. V tem primeru se večkratna vez ogljik-ogljik prekine:
Oksidacija aldehidov in primarnih alkoholov
Pri tej metodi pridobivanja karboksilnih kislin se najpogosteje uporabljajo nakisane raztopine kalijevega permanganata ali dikromata:
S hidrolizo trihalogeniranih ogljikovodikov
Na prvi stopnji trihaloalkan obdelamo z vodno raztopino alkalije. V tem primeru nastane sol karboksilne kisline:
Drugi korak je obdelava soli karboksilne kisline z močno mineralno kislino. Ker karboksilne kisline so šibke, zlahka jih izpodrinejo močne kisline:
Hidroliza estrov
Iz soli karboksilnih kislin
To reakcijo smo že upoštevali pri pripravi karboksilnih kislin s hidrolizo trihalogenskih derivatov (glej zgoraj). To je v tem, da se karboksilne kisline, ki so šibke, zlahka nadomestijo z močnimi anorganskimi kislinami:
Posebne metode za pridobivanje kislin
Pridobivanje mravljinčne kisline iz ogljikovega monoksida
Ta metoda je industrijska in je sestavljena iz dejstva, da na prvi stopnji ogljikov monoksid pod pritiskom pri visokih temperaturah reagira z brezvodno alkalijo:
drugič pa dobljeni format obdelamo z močno anorgansko kislino:
2HCOONa + H 2 SO 4 > 2HCOOH + Na 2 SO 4
In njihova prisotnost v naravi
45. Poimenujte snovi, označite vsak alkohol glede na razvrstitev alkoholov:
a) CH 3 ─CH 2 ─ CH─CH 2 ─CH 3 b) CH 3 ─ CH ─ CH─CH 3
c) CH 3 ─CH \u003d CH─CH 2 ─OH d) HO─CH 2 ─CH 2 ─CH 2 ─CH 2 ─OH
e) CH 3 ─ CH ─ C─CH 3 f) HO─CH 2 ─C≡C─CH 2 ─OH g) CH 3 ─ CH─CH 2 OH
Sestavite strukturne formule snovi, ki tvorijo zmagovalno pot, če je znano, da imajo vse razvejano strukturo. Poimenuj snovi.
49. Katere od naslednjih snovi lahko reagirajo z metilnim alkoholom: kalij, natrijev oksid, voda, bakrov (II) oksid, ocetna kislina, propanol-1, etilen. Napišite enačbe možnih reakcij, navedite njihovo vrsto, pogoje poteka, poimenujte produkte.
50. Rešite verige transformacij:
|
|
|
2) CH 2 \u003d CH─CH 3 X Y Z
51. Ko smo etilen oksidirali z vodno raztopino kalijevega permanganata, smo dobili organsko snov A. Raztaplja bakrov (II) hidroksid, da tvori kompleksno spojino B svetlo modra. Obdelava snovi A nitrirna zmes vodi do produkta IN, ki je močan eksploziv. Napišite enačbe vseh omenjenih reakcij, poimenujte snovi A─IN.
52. V treh oštevilčenih epruvetah so brezbarvne prozorne tekočine - voda, etanol, glicerin. Kako prepoznati te snovi? Napišite reakcijske enačbe, navedite njihovo vrsto, pogoje toka, poimenujte produkte.
53. Napišite strukturne formule naslednjih snovi: a) 2,4-diklorofenol, b) 4-etilfenol, c) 3-nitrofenol, d) 1,2,3-trihidroksibenzen.
54. Naslednje snovi razvrsti v vrsto glede na krepitev kislih lastnosti: p-nitrofenol, pikrinska kislina, O- krezol, fenol. Zapišite strukturne formule teh snovi v zahtevanem zaporedju in pokažite medsebojni vpliv atomov v molekulah.
55. Napiši reakcijske enačbe, s katerimi lahko iz metana dobimo fenol. Navedite vrsto reakcij, pogoje za njihov nastanek, poimenujte produkte.
56. Določite formulo omejitve enohidričnega alkohola, če med dehidracijo vzorca s prostornino 37 ml in gostoto 1,4 g / ml dobimo alken z maso 39,2 g.
57. Napišite in poimenujte vse možne izomere sestave C 5 H 10 O.
58. Formaldehid, ki nastane pri oksidaciji 2 mol metilnega alkohola, smo raztopili v 100 g vode. Izračunajte masni delež formaldehida v tej raztopini.
59. Rešite verigo transformacij:
1) CH 3 ─CHO → CH 3 ─CH 2 OH → CH 2 \u003d CH 2 → HC≡CH → CH 3 ─CHO
Acetilen → etanal → etanojska kislina
etilen → etanol → dimetil eter
60. Tri epruvete vsebujejo brezbarvne prozorne tekočine - acetaldehid, glicerin, aceton. Kako prepoznati te snovi s pomočjo enega reagenta? Opišite svoja dejanja in opažanja. Napišite enačbe možnih reakcij, navedite njihovo vrsto, pogoje poteka, poimenujte produkte.
61. Med oksidacijo nekaterih organskih snovi, ki vsebujejo kisik, mase 1,8 g z amoniakovo raztopino srebrovega oksida smo dobili srebro, ki tehta 5,4 g. Katere organske snovi se oksidirajo?
62. Napišite strukturne formule naslednjih snovi: a) 2-metilpropanojska kislina, b) 3,4-dimetilheptanojska kislina, c) buteno-2-ojska kislina, d) 2,3,4-triklorobutanojska kislina, e) 3 -metil-2-etilpetanojska kislina, f) 2-metilbenzojska kislina.
63. Naslednje spojine razporedite po naraščajočih kislih lastnostih:
1) fenol, mravljinčna kislina, klorovodikova kislina, propanol-1, voda
2) etanol, p-krezol, bromovodikova kislina, voda, ocetna kislina, ogljikova kislina.
64. Katera od naslednjih snovi bo delovala z raztopino ocetne kisline: Cu (OH) 2, Na 2 SiO 3, Hg, Mg, SO 3, K 2 CO 3, NaCl, C 2 H 5 OH, NaOH, Cu , CH 3 OH, CuO? Napišite enačbe možnih reakcij, navedite njihovo vrsto, pogoje za potek in poimenujte produkte.
65. V treh oštevilčenih epruvetah so: etilni alkohol, mravljinčna kislina, ocetna kislina. Kako lahko te snovi empirično prepoznamo? Napišite reakcijske enačbe in opišite pričakovana opažanja.
66. Kakšno količino 80% kisove esence z gostoto 1,070 g / ml je treba vzeti za pripravo 6% namiznega kisa s prostornino 200 ml in gostoto 1,007 g / ml?
67. Sestavite formule za estre in zapišite enačbe za reakcije njihove priprave: a) butil ester propionske kisline, b) etil ester maslene kisline, c) amil ester mravljinčne kisline, d) etil ester benzojske kisline.
68. Metilni ester metakrilne (2-metilpropenojske) kisline se uporablja za proizvodnjo polimera, znanega kot pleksi steklo. Sestavite reakcijske enačbe za pridobivanje tega etra.
69. Pri segrevanju metanola z maso 2,4 g in ocetne kisline z maso 3,6 g smo dobili metilacetat z maso 3,7 g. Določite izhod etra.
70. Napišite strukturne formule naslednjih snovi: a) tripalmitat, b) trioleat, c) dioleostearat, d) natrijev palmitat, e) magnezijev stearat.
71. Napišite reakcijske enačbe, navedite njihovo vrsto, pogoje toka, poimenujte produkte:
1) sinteza maščob na osnovi stearinske kisline,
2) hidroliza maščobe na osnovi linolenske kisline v prisotnosti kalijevega hidroksida,
3) hidrogeniranje trioleata,
4) hidroliza dioleopalmitata v prisotnosti natrijevega hidroksida.
72. Kakšno maso glicerina lahko dobimo iz naravne maščobe, ki tehta 17,8 kg in vsebuje 97% glicerol tristearata?
73. V povprečju sladkosnedi dajo 2 čajni žlički sladkorja v kozarec čaja. Če veste, da je v takšno žlico danih 7 g sladkorja, prostornina kozarca pa je 200 ml, izračunajte masni delež saharoze v raztopini (predpostavlja se, da je gostota čaja 1 g / ml).
74. Zmešajte 100 g 10% in 200 g 5% raztopine glukoze. Kolikšen je masni delež ogljikovih hidratov v nastali raztopini?
75. Rešite verigo transformacij: ogljikov dioksid → glukoza → →etanol → etanal → etanojska kislina → etil acetat.
76. Kako z enim reagentom prepoznamo raztopine naslednjih snovi: voda, etilen glikol, mravljinčna kislina, acetaldehid, glukoza. Napišite enačbe ustreznih reakcij, navedite njihovo vrsto, pogoje za potek, opišite opažanja.
77. Podani sta raztopini glukoze in saharoze. Kako jih empirično prepoznati? Opišite svoja hipotetična opažanja in jih podkrepite z reakcijskimi enačbami.
78. Rešite verigo pretvorb: maltoza → glukoza → → mlečna kislina → ogljikov dioksid.
79. Masni delež škroba v krompirju je 20%. Kakšno maso glukoze lahko dobimo iz 1620 kg krompirja, če je donos izdelka 75% teoretičnega?
80. Rešite verige transformacij:
1) CH 4 → X → CH 3 OH → Y → HCOOH → etil format
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 |
| Br2 |
|
81. Kako z najmanjšim številom reagentov prepoznati snovi v posameznem paru: a) etanol in metanal, b) acetaldehid in ocetna kislina, c) glicerin in formaldehid, d) oleinska kislina in stearinska kislina. Napiši reakcijske enačbe, označi njihovo vrsto, poimenuj produkte, opiši opažanja.
82. Rešite verige transformacij:
1) metan → etin → etanal → etanojska kislina → metil ester ocetne kisline → ogljikov dioksid
2) škrob→glukoza→etanol→etilen→polietilen
3) kalcijev karbid → acetilen → benzen → klorobenzen → fenol → 2,4,6-tribromofenol
83. Poimenujte snovi in označite razred organskih snovi, ki vsebujejo kisik:
A) CH 3 ─ C ─CH 2 ─CHO b) CH 3 ─CH 2 ─COOCH 3
Eden najpogostejših kemičnih elementov, vključenih v veliko večino kemikalij, je kisik. Oksidi, kisline, baze, alkoholi, fenoli in druge spojine, ki vsebujejo kisik, se preučujejo v okviru anorganske in organske kemije. V našem članku bomo preučili lastnosti in podali primere njihove uporabe v industriji, kmetijstvu in medicini.
oksidi
Najenostavnejše po strukturi so binarne spojine kovin in nekovin s kisikom. Razvrstitev oksidov vključuje naslednje skupine: kisle, bazične, amfoterne in indiferentne. Glavno merilo za delitev vseh teh snovi je, kateri element se povezuje s kisikom. Če je kovina, potem so osnovne. Na primer: CuO, MgO, Na 2 O - oksidi bakra, magnezija, natrija. Njihova glavna kemijska lastnost je reakcija s kislinami. Torej, bakrov oksid reagira s klorovodikovo kislino:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + 63,3 kJ.
Prisotnost atomov nekovinskih elementov v molekulah binarnih spojin kaže na njihovo pripadnost kislemu vodiku H 2 O, ogljikovemu dioksidu CO 2, fosforjevemu pentoksidu P 2 O 5 . Sposobnost takih snovi, da reagirajo z alkalijami, je njihova glavna kemijska značilnost.
Kot rezultat reakcije se lahko oblikujejo vrste: kisle ali srednje. To bo odvisno od tega, koliko molov alkalije reagira:
- CO2 + KOH => KHCO3;
- CO2+ 2KOH => K2CO3 + H2O.
Druga skupina spojin, ki vsebujejo kisik, ki vključuje takšne kemične elemente, kot sta cink ali aluminij, se imenuje amfoterni oksidi. V njihovih lastnostih je nagnjenost k kemični interakciji s kislinami in alkalijami. Produkti interakcije kislinskih oksidov z vodo so kisline. Na primer, pri reakciji žveplovega anhidrida in vode nastanejo kisline - to je eden najpomembnejših razredov spojin, ki vsebujejo kisik.
Kisline in njihove lastnosti
Spojine, sestavljene iz atomov vodika, povezanih s kompleksnimi ioni kislih ostankov, so kisline. Običajno jih lahko razdelimo na anorganske, na primer ogljikovo kislino, sulfat, nitrat in organske spojine. Slednje vključujejo ocetno kislino, mravljinčno, oleinsko kislino. Obe skupini snovi imata podobne lastnosti. Torej vstopijo v nevtralizacijsko reakcijo z bazami, reagirajo s solmi in bazičnimi oksidi. Skoraj vse kisline, ki vsebujejo kisik, v vodnih raztopinah disociirajo na ione, ki so prevodniki druge vrste. Z indikatorji je mogoče določiti kislost njihovega okolja zaradi prekomerne prisotnosti vodikovih ionov. Na primer, škrlatni lakmus postane rdeč, če ga dodamo raztopini kisline. Tipičen predstavnik organskih spojin je ocetna kislina, ki vsebuje karboksilno skupino. Vključuje atom vodika, ki povzroča kisle kisline.Je brezbarvna tekočina s specifičnim ostrim vonjem, ki kristalizira pri temperaturah pod 17 °C. CH 3 COOH, tako kot druge kisline, ki vsebujejo kisik, je popolnoma topen v vodi v katerem koli razmerju. Njegova 3 - 5% raztopina je v vsakdanjem življenju znana pod imenom kis, ki se uporablja v kulinariki kot začimba. Snov je našla svojo uporabo tudi v proizvodnji acetatne svile, barvil, plastike in nekaterih zdravil.
Organske spojine, ki vsebujejo kisik
V kemiji lahko ločimo veliko skupino snovi, ki vsebujejo poleg ogljika in vodika tudi delce kisika. To so karboksilne kisline, estri, aldehidi, alkoholi in fenoli. Vse njihove kemijske lastnosti so določene s prisotnostjo v molekulah posebnih kompleksov - funkcionalnih skupin. Na primer alkohol, ki vsebuje le mejne vezi med atomi - ROH, kjer je R ogljikovodikov radikal. Te spojine običajno obravnavamo kot derivate alkanov, v katerih je en vodikov atom nadomeščen s hidrokso skupino.
Fizikalne in kemijske lastnosti alkoholov
Agregatno stanje alkoholov je tekočina ali trdna spojina. Med alkoholi ni plinastih snovi, kar je mogoče pojasniti s tvorbo asociatov - skupin, sestavljenih iz več molekul, povezanih s šibkimi vodikovimi vezmi. To dejstvo določa tudi dobro topnost nižjih alkoholov v vodi. Vendar pa v vodnih raztopinah organske snovi, ki vsebujejo kisik - alkoholi, ne disociirajo na ione, ne spremenijo barve indikatorjev, to je, da imajo nevtralno reakcijo. Vodikov atom funkcionalne skupine je šibko vezan na druge delce, zato lahko v kemijskih interakcijah zapusti molekulo. Na istem mestu proste valence se nadomesti z drugimi atomi, na primer v reakcijah z aktivnimi kovinami ali z alkalijami - s kovinskimi atomi. V prisotnosti katalizatorjev, kot sta platinasta mreža ali baker, se alkoholi oksidirajo z močnimi oksidanti, kalijevim bikromatom ali kalijevim permanganatom, v aldehide.
reakcija esterifikacije
Ena najpomembnejših kemijskih lastnosti organskih snovi, ki vsebujejo kisik: alkoholov in kislin, je reakcija, ki vodi do nastanka estrov. Je velikega praktičnega pomena in se uporablja v industriji za ekstrakcijo estrov, ki se uporabljajo kot topila v prehrambeni industriji (v obliki sadnih esenc). V medicini se nekateri estri uporabljajo kot antispazmodiki, na primer etilnitrit širi periferne krvne žile, izoamilnitrit pa je zaščitnik krčev koronarnih arterij. Enačba reakcije esterifikacije ima naslednjo obliko:
CH3COOH + C2H5OH<--(H2SO4)-->CH3COOC2H5+H2O
V njej je CH 3 COOH ocetna kislina, C 2 H 5 OH pa kemijska formula etanolnega alkohola.
Aldehidi
Če spojina vsebuje funkcionalno skupino -COH, je razvrščena kot aldehid. Predstavljeni so kot produkti nadaljnje oksidacije alkoholov, na primer z oksidanti, kot je bakrov oksid.
Prisotnost karbonilnega kompleksa v molekulah mravljinčnega ali acetaldehida določa njihovo sposobnost polimerizacije in vezave atomov drugih kemičnih elementov. Kvalitativni reakciji, s katerimi lahko dokažemo prisotnost karbonilne skupine in pripadnost snovi k aldehidom, sta reakcija srebrovega zrcala in interakcija z bakrovim hidroksidom pri segrevanju:
Največjo uporabo je dobil acetaldehid, ki se uporablja v industriji za proizvodnjo ocetne kisline, velikotonskega produkta organske sinteze.
Lastnosti organskih spojin, ki vsebujejo kisik - karboksilne kisline
Prisotnost karboksilne skupine - ene ali več - je značilnost karboksilnih kislin. Zaradi zgradbe funkcionalne skupine lahko v kislinskih raztopinah nastanejo dimeri. Med seboj so povezani z vodikovimi vezmi. Spojine disociirajo na vodikove katione in anione kislinskih ostankov in so šibki elektroliti. Izjema je prvi predstavnik številnih mejnih monobazičnih kislin - mravljinčna ali metan, ki je prevodnik druge vrste srednje jakosti. Prisotnost samo preprostih sigma vezi v molekulah kaže na mejo, če pa imajo snovi v svoji sestavi dvojne pi vezi, so to nenasičene snovi. Prva skupina vključuje kisline, kot so metan, ocetna, maslena. Drugo predstavljajo spojine, ki so del tekočih maščob - olja, na primer oleinska kislina. Kemijske lastnosti spojin, ki vsebujejo kisik: organske in anorganske kisline so si v veliki meri podobne. Torej lahko komunicirajo z aktivnimi kovinami, njihovimi oksidi, alkalijami in tudi z alkoholi. Na primer, ocetna kislina reagira z natrijem, oksidom in tvori sol - natrijev acetat:
NaOH + CH3COOH → NaCH3COO + H2O
Posebno mesto zavzemajo spojine višjih karboksilnih kislin, ki vsebujejo kisik: stearinska in palmitinska, s trihidričnim nasičenim alkoholom - glicerinom. Spadajo med estre in se imenujejo maščobe. Iste kisline so del natrijevih in kalijevih soli kot kislinski ostanek in tvorijo mila.
Pomembne organske spojine, ki so široko razširjene v divjih živalih in igrajo vodilno vlogo kot energijsko najbolj intenzivne snovi, so maščobe. Niso posamezna spojina, temveč mešanica heterogenih gliceridov. To so spojine mejnega polihidričnega alkohola - glicerina, ki tako kot metanol in fenol vsebuje hidroksilne funkcionalne skupine. Maščobe se lahko podvržejo hidrolizi - segrevanju z vodo v prisotnosti katalizatorjev: alkalij, kislin, cinkovih oksidov, magnezija. Produkti reakcije bodo glicerol in različne karboksilne kisline, ki se bodo v nadaljevanju uporabljale za proizvodnjo mila. Da pri tem procesu ne bi uporabljali dragih naravnih esencialnih karboksilnih kislin, jih pridobivajo z oksidacijo parafina.
Fenoli
Ko zaključimo z obravnavo razredov spojin, ki vsebujejo kisik, se osredotočimo na fenole. Predstavlja jih fenilni radikal -C 6 H 5, povezan z eno ali več funkcionalnimi hidroksilnimi skupinami. Najenostavnejši predstavnik tega razreda je karbolna kislina ali fenol. Kot zelo šibka kislina lahko deluje z alkalijami in aktivnimi kovinami - natrijem, kalijem. Snov z izrazitimi baktericidnimi lastnostmi - fenol se uporablja v medicini, pa tudi pri proizvodnji barvil in fenol-formaldehidnih smol.
V našem članku smo preučevali glavne razrede spojin, ki vsebujejo kisik, in upoštevali tudi njihove kemijske lastnosti.
1.
2. Alkoholi.
A) razvrstitev. Opredelitev.
B) Izomerija in nomenklatura
C) Pridobivanje alkoholov
D) Fizikalne in kemijske lastnosti. Kvalitativne reakcije alkoholov.
D) Aplikacija. Vpliv na okolje in zdravje ljudi.
Klasifikacija organskih spojin, ki vsebujejo kisik
1. Alkoholi so organske spojine, ki vsebujejo kisik in v svoji sestavi vsebujejo hidroksilno skupino.
2. Za aldehide je značilna prisotnost aldehidne skupine:
4. Karboksilne kisline se od drugih organskih spojin, ki vsebujejo kisik, ločijo po karboksilni skupini.
5. Estri: a) enostavni R-O-R` b) kompleksni
Kemijske lastnosti teh spojin so določene s prisotnostjo različnih funkcionalnih skupin v njihovih molekulah.
Razred povezave | Funkcionalna skupina | Ime funkcionalne skupine |
hidroksil |
||
Aldehidi | aldehid |
|
karbonil |
||
karboksilne kisline | karboksil |
Alkoholi- To so kisik vsebujoči derivati ogljikovodikov, pri katerih je hidroksi skupina vezana na ogljikovodikov radikal.
Alkoholi so razvrščeni:
Ø po naravi ogljikovega atoma, povezanega s hidroksilno skupino
A) primarni alkoholi– OH skupina je v takih spojinah vezana na primarni ogljikov atom
b) sekundarni alkoholi- hidroksilna skupina je vezana na sekundarni ogljikov atom
V) terciarni alkoholi- hidroksi skupina v terciarnih alkoholih je vezana na terciarni ogljikov atom.
Ø s številom hidroksilnih skupin v molekuli alkohola
A) monohidrični alkoholi vsebujejo eno OH skupino v molekuli, so vse zgornje spojine enoatomne.
b) diatomski- sestava takih alkoholov vključuje dve hidroksilni skupini, na primer etilen glikol (vključen v raztopine proti zmrzovanju - antifrizi)
https://pandia.ru/text/78/359/images/image009_3.gif" width="118" height="48 src=">
Ø glede na strukturo radikala, povezanega s funkcionalno skupino
A) bogata CH3-CH2-OH (etanol)
b) nenasičen CH2=CH-CH2-OH (2-propen-1-ol)
V) aromatično Vodik" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">vodik v metanolu, glede na starost z dodatkom osnovne besede karbinol.
Nomenklatura IUPAC
Po nomenklaturi IUPAC:
Kot glavno verigo izberite tisto, ki vsebuje največje število hidroksilnih skupin in radikalov.
Oštevilčenje verige se začne od konca, ki mu je najbližje višji substituent - v našem primeru skupina OH.
Ime alkohola je zgrajeno iz imena ustreznega alkana, na katerega je vezana hidroksilna skupina. Za prikaz, da spojina spada v razred alkoholov, je dodan konec - ol.
Ker je za alkohole značilna izomerija položaja hidroksi skupine, je ta označen s številko.
Če je v molekuli več hidroksi skupin, je njihovo število označeno z grškimi predponami (di-, tri-).Ta predpona je postavljena pred končnico -ol, številka kaže njihovo lokacijo.
Na primer, alkoholi s sestavo C4H9OH imajo naslednjo strukturo in imena po nomenklaturi IUPAC.
1) normalne povezave vezja
2) razvejane verižne povezave
Kompleksnejše spojine imenujemo tudi na ta način:
To reakcijo in njen mehanizem smo podrobno preučili v modulu I.
Naslednja industrijska metoda za proizvodnjo alkoholov je CO hidrogeniranje.
Zmes ogljikovega monoksida (II) z vodikom se segreje. Pri uporabi različnih katalizatorjev se izdelki razlikujejo po sestavi, kar ponazarja spodnji diagram.
Hidroliza halogeniranih alkanov.
Hidroliza se izvaja z delovanjem vode ali vodne raztopine alkalij pri segrevanju. Reakcija najlažje poteka pri primarnih halogenih derivatih.
Pridobivanje karbonilnih spojin
Aldehidi, ketoni, karboksilne kisline in njihovi derivati (estri) se zlahka reducirajo v alkohole.
Aldehidi in ketoni se reducirajo z molekularnim vodikom, nikelj, platina ali paladij pa je katalizator. Za obnavljanje estrov se uporablja atomski vodik, ki se pridobiva z neposredno interakcijo natrija z alkoholom.
Iz enačb je razvidno, da so primarni alkoholi pridobljeni iz aldehidov in karboksilnih kislin, ketoni so izhodne snovi za sekundarne alkohole. Tako se v laboratoriju pridobivajo alkoholi. Vendar pa na ta način ni mogoče pridobiti terciarnih alkoholov. Pridobijo se na spodaj prikazan način.
Interakcija Grignardovih reagentov s karbonilnimi spojinami.
Sinteze na osnovi Grignardovih reagentov so zanesljiva laboratorijska metoda za pripravo alkoholov.
Pri uporabi mravljinčnega aldehida kot karbonilne spojine bo reakcijski produkt primarni alkohol.
Drugi aldehidi vodijo v nastanek sekundarnih alkoholov.
Pri takih sintezah iz ketonov pridobivajo terciarne alkohole.
Da bi razumeli, kako potekajo takšne transformacije, je treba upoštevati elektronske učinke v reagirajočih molekulah: zaradi visoke elektronegativnosti kisikovega atoma se elektronska gostota premakne proti kisiku od ogljikovega atoma karbonilne skupine (učinek -M ). V molekuli Grignardovega reagenta se pojavi delno negativen naboj na ogljikovem atomu, pozitiven na magneziju zaradi pozitivnega induktivnega učinka (+I-učinek).
encimska metoda
To je fermentacija sladkih snovi. Etanol se proizvaja s fermentacijo v prisotnosti kvasovk. Bistvo fermentacije je, da glukoza, pridobljena iz škroba, pod delovanjem encimov razpade na alkohol in CO2. Rezultat tega procesa je izražen s shemo:
Fizične lastnosti
Nizkomolekularni alkoholi (C1-C3) so tekočine z značilnim vonjem in okusom in se mešajo z vodo v poljubnem razmerju.
Vrelišče alkoholov ne presega 100 °C, vendar je višje od vrelišč etrov ali ogljikovodikov enake molekulske mase.
Razlog za to so medmolekularne vodikove vezi, ki nastanejo med vodikovimi in kisikovimi atomi hidroksilnih skupin različnih molekul alkohola (pojavi se s sodelovanjem osamljenih parov kisikovih elektronov).
Dobra topnost alkoholov v vodi je posledica tvorbe vodikovih vezi med molekulami alkohola in vode.
Alkoholi s C11 in več so trdne snovi.
Kemične lastnosti alkoholov.
Kemične lastnosti alkoholov so posledica prisotnosti hidroksilne skupine. Zato so za alkohole značilne reakcije:
1) s prekinitvijo vezi -CO-H
2) s pretrganjem C-OH vezi
3) oksidacijske reakcije
1. Kislinsko-bazične lastnosti alkoholov.
Alkoholi so amfoterne spojine. Lahko delujejo kot kisline in baze.
Pri interakciji z alkalijskimi kovinami in alkalijami kažejo kisle lastnosti. Vodik hidroksila se zamenja s kovino, da nastanejo alkoholati (ki jih voda zlahka razgradi).
2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2
natrijev etoksid
Alkoholi so šibkejše kisline kot voda. Njihove kisle lastnosti se zmanjšujejo v naslednjem vrstnem redu: CH3OH< СН3СН2ОН < (СН3)2СНОН < (СН3)3СОН. Т. е. разветвление углеродного скелета снижает кислотные свойства.
Alkoholi kažejo lastnosti baz glede na kisline. Močnejše mineralne kisline protonirajo kisikov atom skupine OH:
Alkoholi so nukleofilni reagenti.
Reakcije s karbonilnimi spojinami.
Alkoholi zlahka reagirajo s karboksilnimi kislinami in tvorijo ester, to reakcijo imenujemo reakcija esterifikacije. Ta reakcija je reverzibilna. Molekula vode nastane z eliminacijo OH skupine iz karboksilne kisline in protona iz molekule alkohola. Katalizator je močna mineralna kislina.
metil ester ocetne kisline
Reakcije z anorganskimi kislinami.
Interakcija alkoholov z anorganskimi kislinami vodi tudi do nastanka estrov (vendar že anorganskih kislin).
etil sulfid
Nukleofilna substitucija hidroksilne skupine .
Dehidracija alkoholov.
Dehidracija alkoholov poteka pod vplivom močnih mineralnih kislin (žveplove, ortofosforne) pri segrevanju.
Lahko pride do cepitve intramolekularno. Razmislimo o mehanizmu na primeru butanola-2: najprej pride do protonacije molekule alkohola z vodikom kisline, nato do eliminacije vode iz oksonijevega iona s tvorbo alkilnega kationa in hitre eliminacije protona s tvorbo alken.
V primeru izločanja H2O velja Markovnikovo pravilo. To omogoča prehod z enega alkohola na drugega. Na primer, možen je prehod iz izobutilnega alkohola v terc-butilni alkohol (napišite sami)
Medmolekularna dehidracija.
V primeru medmolekularne dehidracije so produkti reakcije etri. Reakcija poteka pod enakimi pogoji, vendar se razlikuje po temperaturi.
Oksidacija
Vsi alkoholi so podvrženi oksidaciji, vendar so primarni alkoholi najlažji.
Primarni alkoholi se oksidirajo v aldehide in naprej v karboksilne kisline (na tej reakciji temelji metabolizem v telesu).
Sekundarni alkoholi v takih reakcijah dajejo ketone, terciarni se oksidirajo z razcepom C-C vezi in nastane mešanica ketonov in kislin.
Kvalitativne reakcije na alkohole.
Kot smo že omenili, lahko alkoholi reagirajo tako, da prekinejo vezi
–C –OH in CO – H. Obe reakciji se uporabljata v kvalitativni analizi.
1. ksantogeni test je najbolj občutljiva reakcija na alkoholno skupino. Alkohol zmešamo z ogljikovim disulfidom, dodamo košček KOH, rahlo segrejemo in dodamo modro raztopino CuSO4. Pri pozitivni reakciji se pojavi rjava barva bakrovega ksantata.
2 Lewisov test .
Reakcija uporablja mešanico koncentrirane klorovodikove kisline in cinkovega klorida. Ta reakcija se uporablja kot analitična metoda za določanje vrste alkohola: ali je primarni, sekundarni ali terciarni.
Terciarni alkoholi reagirajo skoraj v trenutku s sproščanjem toplote in nastankom oljnate haloalkanske plasti.
Sekundarni reagirajo v 5 minutah (nastane tudi oljnata plast).
Primarni alkoholi ne reagirajo pri sobni temperaturi, reagirajo pa pri segrevanju.
Uporaba alkoholnih pijač.
metanol uporablja se za proizvodnjo formaldehida, ocetne kisline, topila pri proizvodnji lakov in barv, služi kot intermediat za sintezo barvil, farmacevtskih izdelkov, dišav. Močan strup.
etanol- močan antiseptik (v kirurgiji za umivanje rok in instrumentov kirurga) in dobro topilo. Uporablja se za proizvodnjo divinila (gumijasta komponenta), kloroforma, etilnega etra (uporablja se v medicini). Določena količina alkohola se uporablja v prehrambeni industriji (proizvodnja impregnacij, likerjev).
n-propanol uporablja se za proizvodnjo pesticidov, zdravil, topila za voske, smol različnih vrst.
Vpliv na zdravje ljudi. Mehanizem delovanja alkoholov.
Monohidrični alkoholi so zdravila. Njihova toksičnost narašča z večanjem števila ogljikovih atomov.
Metilni alkohol je močan živčni in žilni strup, ki zmanjšuje nasičenost krvi s kisikom. Metanol, zaužit peroralno, povzroči zastrupitev in hudo zastrupitev, ki jo spremlja izguba vida.
Metanol v prebavnem traktu oksidira v bolj strupen produkt - formaldehid in mravljinčno kislino, ki v majhnih količinah povzročita hudo zastrupitev telesa in smrt:
Etilni alkohol je zdravilo, ki povzroča paralizo živčnega sistema.
Ko alkohol vstopi v človeško telo, deluje najprej stimulativno, nato pa depresivno na centralni živčni sistem, otopli občutljivost, oslabi delovanje možganov in bistveno poslabša reakcijo.
Glavni vzrok za poškodbe telesa z etanolom je tvorba acetaldehida, ki ima toksičen učinek in deluje s številnimi metaboliti. Acetaldehid nastane kot posledica delovanja encima alkohol dehidrogenaze (nahaja se v jetrih).
Propilni alkohol deluje na telo podobno kot etilni alkohol, vendar močnejši od slednjega.
Cilji. Predstavite veliko skupino organskih snovi, ki so med seboj genetsko povezane (struktura, izomerija, nomenklatura, fizikalne lastnosti, klasifikacija); oblikovati splošno predstavo o alkoholih, aldehidih, karboksilnih kislinah; nadaljevati z razvojem splošnih izobraževalnih veščin; vzgajati potrebo po znanju o tistih snoveh, s katerimi prihajamo v stik v vsakdanjem življenju - najdemo jih v živilih, zdravilih.
Demo gradivo. Zbirka karboksilnih kislin, alkoholov, fenola, formalina.
Demonstracijski poskus. Študija topnosti alkoholov v vodi (etanol,n- propanol in n -butanol), kisline (mravljinčna, ocetna, propionska, maslena, stearinska in palmitinska), aldehidi (40% raztopina mravljinčnega aldehida - formalin).
Vizualna podpora. Tabele "Tvorba vodikove vezi", "Alkoholi in aldehidi"; molekularni modeli; risbe s formulami najpogostejših kislin.
Izroček. Informacijska kartica za lekcijo.
Medpredmetne in znotrajpredmetne povezave. Anorganska kemija: mineralne kisline, vodikove vezi med molekulami; organska kemija: ogljikovodiki (splošne formule, struktura, nomenklatura, izomerija); matematika: funkcija; fizika: fizikalne lastnosti snovi, konstante.
MED POUKOM
Primeri: mravljinčna kislina, oksalna kislina, citronska, jabolčna, mlečna kislina, "vinski alkohol" (etanol), formalin (40% raztopina mravljinčnega aldehida v vodi), glicerin, aceton, eter za anestezijo (dietileter), fenol.
1. vaja. Naslednje snovi razdelite v tri skupine - alkoholi, aldehidi, karboksilne kisline:
Naloga 2. Kako so razvrščene spojine, ki vsebujejo kisik? Poimenujte funkcionalne skupine alkoholov, aldehidov in karboksilnih kislin.
Funkcionalne skupine snovi različnih razredov
AlkoholiAldehidi
karboksilne kisline
ON
hidroksil
Naloga 3. Kako se imenuje ogljikovodikov fragment v formulah organskih spojin, ki vsebujejo kisik? Na primer, v nalogi 1 (glej zgoraj) so to fragmenti: CH 3, C 4 H 9, C 5 H 11, C 2 H 5, C 7 H 15, C 3 H 7.
Če ogljikovodikov radikal označimo s črko R, dobimo splošne formule:
alkoholi - …………………………. ;
aldehidi - ………………..;
organske kisline – …………………. .
Izvede se lahko razvrstitev alkoholov, aldehidov in kislinglede na število funkcionalnih skupin v molekulah. Obstajajo eno-, dvo- in trihidrični alkoholi:
Aldehidi z dvema CHO aldehidnima skupinama v molekuli se imenujejo:
Karboksilne kisline so glede na število karboksilnih skupin v molekuli eno-, dvo- in tribazične:
Kisikove spojine so različneglede na zgradbo ogljikovodikovega radikala. So mejni (nasičeni), nenasičeni (nenasičeni), ciklični, aromatski.
Primeri alkoholov:
Primeri aldehidov:
Primeri karboksilnih kislin:
Študirali bomo le omejeno enobazične karboksilne kisline, enohidroksilne alkohole in aldehide.
Naloga 4. Opredelite nasičene alkohole, aldehide, karboksilne kisline.
Alkoholi so primarni, sekundarni in terciarni. V primarnih alkoholih je en ogljikov sosed pri atomu C, ki je vezan na hidroksilno skupino OH; v sekundarnih alkoholih sta pri atomu C poleg OH skupine dva ogljikova substituenta (soseda), v terciarnih alkoholih pa trije ogljikovi substituenti. Na primer:
Nomenklatura
kisikove spojine
Po mednarodni nomenklaturi IUPAC so imena alkoholov izpeljana iz imen ustreznih alkanov z dodatkom pripone »ol«.
Naloga 5. Napišite molekulske formule in imena štirih primarnih alkoholov s 4 ali več ogljikovimi atomi v molekuli.Posebnost imen aldehidov je pripona "al".
Naloga 6. V tabelo vpiši formule in IUPAC imena naslednjih štirih aldehidov.
Naloga 7. V tabelo vpiši formule in IUPAC imena naslednjih štirih kislin.
Naloga 8. Zakaj metanala in metanojske kisline ne moremo šteti za homologa? Kako se razlikujejo od homologov?
fizične lastnosti.
vodikova vez
1) Stanje agregacije linearnih povezav različnih razredov.
Naloga 9. Zakaj je med alkani toliko plinov? Zakaj plinasti aldehid obstaja pri normalnih pogojih (0 °C, 1 atm)? S čim je to mogoče povezati?2) Temperature vrelišča (°C) prvih petih homologov snovi štirih razredov.
Naloga 10. Primerjaj vrelišča ustreznih (glede na število C atomov) alkanov, alkoholov, aldehidov in karboksilnih kislin. Kakšne so značilnosti te lastnosti za snovi različnih homolognih serij?3) Vodikova vez v nizu obravnavanih spojin je medmolekulska vez med kisikom ene molekule in hidroksil vodikom druge molekule.
Referenčne informacije - elektronegativnost atomov: C - 2,5; H - 2,1; O - 3,5.
Porazdelitev elektronske gostote v molekulah alkoholov in karboksilnih kislin je neenakomerna:
Vodikova vez v alkoholih in kislinah je prikazana takole:
Zaključek V homolognem nizu alkoholov in karboksilnih kislin ni plinastih snovi, vrelišča snovi pa so visoka. To je posledica prisotnosti vodikovih vezi med molekulami. Zaradi vodikovih vezi so molekule povezane (kot da so zamrežene), zato je, da se molekule sprostijo in pridobijo hlapnost, potrebna dodatna energija za prekinitev teh vezi.
4) Topnost v vodi eksperimentalno dokažemo na primeru topnosti v vodi alkoholov – etilnega, propilnega, butilnega in kislin – mravljinčne, ocetne, propionske, maslene in stearinske. Prikazana je tudi raztopina mravljinčnega aldehida v vodi.
Naloga 11. Kaj lahko rečemo o topnosti alkoholov, aldehidov in karboksilnih kislin v vodi? Kaj pojasnjuje topnost teh snovi?
Pri odgovoru uporabite shemo za tvorbo vodikovih vezi med molekulami kisline in vode:
Upoštevati je treba, da se z naraščajočo molekulsko maso topnost alkoholov in kislin v vodi zmanjšuje. Večji kot je ogljikovodikov radikal v molekuli alkohola ali kisline, težje OH skupina zadrži molekulo v raztopini zaradi tvorbe šibkih vodikovih vezi.
Struktura alkoholov, aldehidov,
karboksilne kisline
Naloga 12.
Doma naredite podobno tabelo za druge člane homolognega niza alkoholov, aldehidov in karboksilnih kislin.
Izomerija alkoholov, aldehidov
in karboksilne kisline
1) Izomerija alkohola na primeru C pentanola 5 H 11 OH (podane so ogljikove verige izomerov):
Naloga 13. Poimenujte razvejane izomere alkoholov na osnovi ogljikovih verig. C 5 H 11 OH:
Naloga 14. Ali so te snovi izomeri?
Naloga 15. Katere vrste izomerije so značilne za alkohole?
2) Isomerium aldehydov primern -pentanal ali valerijev aldehidn-C 4 H 9 CHO:
Naloga 16. Katere vrste izomerije so značilne za aldehide?
3) Izomerij karboksilnih kislin na primerun -pentanojska ali valerijanska kislinan-C 4 H 9 COOH:
Naloga 17. Katere vrste izomerije so značilne za karboksilne kisline?
Naloga 18. Napišite strukturne formule naslednjih snovi:
a) 2,4-dimetil-3-etilheksanal;
b) 2,2,4-trimetil-3-izopropilpentanal;
c) 2,3,4-trimetil-3-etilpentandiol-1,2;
d) 2,3,4-trimetil-3-izopropilheksantriol-1,2,4;
e) 3,4,5,5-tetrametil-3,4-dietilheptanojska kislina;
f) 2,4-dimetilheksen-3-ojska kislina.
Domača naloga
Naučite se trivialnih imen prvih petih aldehidov in karboksilnih kislin.
Izpolnite tabelo "Zgradba alkoholov, aldehidov, karboksilnih kislin" za druge člane teh homolognih nizov (glej nalogo 12).
Napišite vse možne izomere za butanol C 4 H 10 O, butanal C 4 H 8 O in butanojska kislina C 4 H 8 O 2 , jih poimenujte po IUPAC.
Rešite problem. Eden od polihidričnih alkoholov se uporablja za pripravo antifrizov - tekočin, ki zmrznejo pri nizkih temperaturah. Antifrizi se v zimskih razmerah uporabljajo za hlajenje avtomobilskih motorjev. Poiščite molekulsko formulo tega alkohola, če je masni delež ogljika v njem 38,7%, vodik - 9,7%, kisik - 51,6%. Relativna gostota njegovih vodikovih hlapov je 31. Napišite strukturno formulo alkohola in jo poimenujte.