Предельные многоатомные спирты

Свойства многоатомных спиртов рассмотрим на примере простейшего трехатомного спирта — глицерина, или пропантриола-1,2,3

Физические свойства

Глицерин — вязкая, бесцветная, сладковатая на вкус нетоксичная жидкость с Г_кип = 290^DC. Смешивается с во­дой во всех отношениях.

Химические свойства

1. Замещение атомов водорода гидроксильных групп

Как и одноатомные спирты, многоатомные спирты взаимодействуют со щелочными металлами; при этом могут образовываться моно-, ди- и тризамещенные продукты.

2. Наличие нескольких ОН-групп в молекулах многоатомных спиртов обусловливает увеличение подвижности и способности к замещению гидроксильных атомов водорода по сравнению с одноатомными спиртами. Поэтому, в отличие от алканолов, многоатомные спирты взаимодействуют с гидроксидами тяжелых металлов. Продуктами этих реакций являются внутри комплексные («хелатные») соединения, в молекулах которых атом тяжелого металла образует как обычные ковалентные связи Me—О за счет замещения атомов водорода ОН-групп, так и донорно-акцепторные связи за счет неподеленных электронных пар атомов кислорода других ОН-групп.

3.Многоатомные спирты, как и одноатомные, взаимодействуют с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров.

2. Замещение гидроксильных групп

Наиболее известными реакциями этого типа является взаимодействие многоатомных спиртов с галогеноводородами.

9. Фенолы. Классификация. Одноатомные фенолы: физические свойства и общая характеристика химических свойств. Фенол и гидрохинон, применениеихв промышленности. Реакции поликонденсации. Фенолоформальдегидные полимеры.

ФЕНОЛЫ — это производные ароматических углеводородов, содержащие одну или несколько гидроксильных групп у атомов углерода бензольного кольца.

Фенолы:

—Одноатомные (аренолыАгОН, где Аг— арил, т. е. одновалентный радикал ароматического УВ)

—Двухатомные (арендиолы)

—Трехатомные (арентриолы)

Физические свойства

Большинство одноатомных фенолов при нормальных условиях представляют собой бесцветные кристаллические вещества с невысокой температурой плавления и характерным запахом. Фенолы малорастворимы в воде, хорошо растворяются в органических растворителях, токсичны, при хранении на воздухе постепенно темнеют в результате окисления.

Фенол С₆Н₅ОН (карболовая кислота) — бесцветное кристаллическое вещество, t_пл= 43°С, t_кип = 182°С, на воздухе окисляется и становится розовым, при обычной температуре ограниченно растворим в воде, выше 66° Ссмешивается с водой в любых соотношениях. Фенол — токсичное вещество, вызывает ожоги кожи, является антисептиком.

Химические свойства

Химические свойства фенолов обусловлены наличием в их молекулах функциональной группы — ОН и бензольного кольца.

1.Реакции с участием гидроксильной группы

Кислотные свойства

1.Диссоциация в водных растворах с образованием фенолят-ионов и ионов водорода.

2.Взаимодействие со щелочами с образованием фенолятов (отличиеот спиртов)

3.Взаимодействие с активными металлами с образованием фенолятов (сходство со спиртами)

Феноляты используются в качествеисходных веществ для получения простых и сложных эфиров фенола.

2.Реакции с участием бензольного кольца

Реакции замещения

Реакции замещения в бензольном кольце фенолов протекают легче, чем у бензола, и в более мягких условиях.

1) Галогенирование

2) Нитрование

3) Сульфирование

Применение фенола

-Синтетические смолы и пластмассы

-Красители

-Взрывчатые вещества

-Антисептик — 3—5%-й раствор используется для дезинфекции

-Синтез лекарственных препаратов

Применение гидрохинона:

Применяется в фотографии как проявляющее вещество, в синтезе органических красителей как антиоксидант и др.

В косметических препаратах ранее использовался как компонент для отбеливания кожи, но в последние годы практически всюду запрещён из-за высокой опасности для кожи.

Поликонденсация — процесс синтеза полимеров из полифункциональных (чаще всего бифункциональных) соединений, обычно сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды, спиртов и т. п.) при взаимодействии функциональных групп.

Фенолформальдегидные полимеры — первые синтетические полимеры, нашедшие практическое применение (1906—1910 гг); получают поликонденсацией фенола и формальдегида в виде олигомерного продукта (вязкой жидкости или легкоплавкой смолы), способного необратимо отверждаться при нагревании. Применяют фенолформальдегидные полимеры для получения слоистых пластиков (бумопласт, текстолит), минераловатных и электрических изделий, водостойких лаков и клеев для деревянных конструкций.

Оксосоединения (карбонильные соединения). Гомологические ряды предельных альдегидов и кетонов. Изомерия и номенклатура ИЮПАК. Строение карбонильной группы. Физические и химические свойства. Формальдегид, ацетальдегид, ацетон, бензальдегид. Понятие об ароматических и непредельных альдегидах и кетонах.

Карбонильные соединения (ОКСОСОЕДИНЕНИЯ) — это производные УВ, содержащие в молекуле карбонильную группу >С=О

Оксосоединения:

-Альдегиды

r— предельные, непредельные или ароматические УВ радикалы (как исключение: атом водорода -н).

-Кетоны

r,r' — предельные, непредельные или ароматические УВрадикалы)

Альдегиды — это органические соединения, молекулы которых содержат альдегидную группу, связанную с углево­дородным радикалом.

Кетоны — это органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами. Среди других карбонильных соединений, наличие в кетонах именно двух атомов углерода, непосредственно связанных с карбонильной группой, отличает их от карбоновых кислот и их производных, а также альдегидов.

Гомологический ряд

Номенклатура н изомерия

Название альдегида по международной номенклатуре образуется от названия соответствующего алкана с таким же числом атомов углерода с добавлением окончания -аль. Нумерацию углеродной цепи начинают от атома углерода альдегидной группы.

В пределах класса альдегидов возможен только один вид изомерии — изомерия углеродной цепи.

Альдегиды изомерны кетонам

Название кетона по ИЮПАК образуется от названия соответствующего алкана с таким же числом атомов углерода с добавлением окончания -он. Кетон – изомерия углеродной цепочки, функциональной группы, межклассовая изомерия с альдегидом.

Свойстваальдегидовикетоновопределяютсястроениемкарбонильнойгруппы>C=O.Атомыуглеродаикислородавкарбонильнойгруппенаходятсявсостоянииsp²-гибридизации.Углерод3σ-связи(однаизнихсвязьС–О).Однаизтрехsp²-орбиталейкислородаучаствуетвσ-связиС–О,дведругиесодержатнеподеленнныеэлектронныепары.СвязьС=Осильнополярна.Еедипольныймоментзначительновыше,чемусвязиС–Овспиртах.ЭлектроныкратнойсвязиС=Осмещеныкэлектроотрицательномуатомукислорода,чтоприводиткпоявлениюнанемчастичногоотрицательногозаряда.Карбонильныйуглеродприобретаетчастичныйположительныйзаряд.

Физические свойства

Низшие альдегиды имеют резкий запах, высшие альдегиды, содержащие 8—12 атомов «С», — душистые вещества. Альдегиды с 1—3 атомами «С» хорошо растворяются в воде; с увеличением числа атомов «С» растворимость уменьшается. Все альдегиды растворяются в органических растворителях. Альдегиды раздражают слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, вредно влияют на нервную систему.

Кетоны — летучие жидкости или легкоплавкие твёрдые вещества, низшие представители хорошо растворимы в воде и смешиваются с органическими растворителями, некоторые (ацетон) смешиваются с водой в любых отношениях. Невозможность образования межмолекулярных водородных связей обуславливает несколько большую их летучесть, чем у спиртов и карбоновых кислот с той же молекулярной массой.

Химические свойства

1.Реакции присоединения

—Гидрирование (восстановление)с образованием первичных спиртов RCH₂OH

—Присоединение спиртовс образованием полуацеталей

—Присоединение гидросульфита натрия NaHS0₃с образованием гидросульфитных производных альдегидов

2.Реакции окисления

В молекулах альдегидов атом углерода карбонильной группы, имеющий избыточный положительный заряд, притягивает к себе электроны связи С—Н. Вследствие этого атом водорода приобретает большую реакционную активность, что проявляется в способности альдегидов к окислению. Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот с тем же числом углеродных атомов различными окислителями (сильные окислители: 0₂ воздуха, подкисленный раствор К₂Сг₂0₇ или КМn0₄; слабые окислители: аммиачный раствор оксида серебра (I), щелочной раствор сульфата меди (II) и др.). Реакции с аммиачным раствором оксида серебра (I) и щелочным раствором сульфата меди (II) являются качественными реакциями на альдегиды.

3.Реакции полимеризации (характерны для низших альдегидов)

—Линейная полимеризация

—Циклическая полимеризация (тримеризация, тетрамеризация)

4.Реакции поликонденсацин — это процессы образования высокомолекулярных веществ, в ходе которых соединение исходных мономерных молекул сопровождается выделением таких низкомолекулярных продуктов, как Н₂0, HCI, NH₃ и т. д.

Формальдегид — муравьиный альдегид, CH2O, первый член гомологического ряда алифатических альдегидов; бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде и спирте, t_кип = 19 °С. В промышленности Ф. получают окислением метилового спирта или метана кислородом воздуха. Ф. легко полимеризуется (особенно при температурах до 100 °С), поэтому его хранят, транспортируют и используют главным образом в виде формалина и твёрдых низкомолекулярных полимеров – триоксана и параформа.

Ацетальдегид (уксусный альдегид, этаналь, метилформальдегид) — органическое соединение класса альдегидов с химической формулой CH3-CHO. Это один из наиболее важных альдегидов, широко встречающийся в природе и производящийся в больших количествах индустриально. Ацетальдегид встречается в кофе, в спелых фруктах, хлебе, и синтезируется растениями, как результат их метаболизма. Также производится окислением этанола.

Ацетон (диметилкетон, систематическое наименование: пропан-2-он) — простейший представитель кетонов. Формула: CH3-C(O)-CH3. Бесцветная легкоподвижная летучая жидкость с характерным запахом. Полностью смешивается с водой и большинством органических растворителей. Ацетон хорошо растворяет многие органические вещества (ацетилцеллюлозу и нитроцеллюлозу, воск, резину и др.), а также ряд солей (хлорид кальция, иодид калия). Является одним из метаболитов, производимых человеческим организмом.

Бензойный альдегид (бензальдегид) C6H5CHO — простейший альдегид ароматического ряда, бесцветная жидкость с характерным запахом горького миндаля, желтеющая при хранении и окисляющаяся кислородом воздуха до перекиси бензоила (взрывоопасна), в дальнейшем превращающейся в бензойную кислоту.

Ароматические альдегиды — это ароматические УВ, содержащие альдегидную группу, связанную с углеводородным радикалом.

Непредельные альдегиды, содержащие в радикалах двойные и тройные связи.

Классификация карбоновых кислот. Предельные одноосновные кислоты. Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. Ацильные радикалы. Физические и химические свойства. Высшие жирные кислоты. Мыла.

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ — это производные УВ,содержащие функциональную карбоксильную группу —СООН.

где т — число карбоксильных групп, определяющее основность кислоты.

По основностикислоты делятся на:

—одноосновные (монокарбоновые), m=1;

—двухосновные (дикарбоновые),m=2;

—трехосновные (трикарбоновые),m=3 и т. д.

В зависимости от строения углеводородного радикалаR карбоновые кислоты делятся на:

—предельные (насыщенные), R = алкил;

—непредельные (ненасыщенные) — производные непредельных УВ;

—ароматические — производные ароматических УВ.

Гомологический ряд

Номенклатура и изомерия

По международной заместительной номенклатуре название кислоты производят от названия соответствующего (с тем же числом атомов углерода) углеводорода с добавлением окончания -овая и слова кислота. Нумерацию цепи всегда начинают с атома углерода карбоксильной группы, поэтому в названиях положение группы —СООН не указывают.

При составлении названий кислот, имеющих сложное строение, иногда также используют тривиальные названия кислот, соответствующие наиболее длинной прямой цепи. В этом случае атомы углерода в прямой цепи обозначают греческими буквами, начиная с атома углерода, соседнего с карбоксильной группой: α (альфа), β(бета), γ (гамма) и т. д.

Например,

Внутри класса предельных монокарбоновых кислот возможна только изомерия углеродной цепи. Первые три члена гомологического ряда (НСООН, СН₃СООН, С₂Н₅СООН) изомеров не имеют. Монокарбоновые кислоты изомерны сложным эфирам карбоновых кислот.

Ацильные радикалы, генерируемые из альдегидов, легко фрагментируют при температуре выше 100°С на алкильные радикалы и СО.

Физические свойства

Химические свойства

Для насыщенных монокарбоновых кислот характерна высокая реакционная способность. Это определяется главным образом реакциями карбоксильной группы (разрыв связей О—Н и С—О), а также реакциями замещения атомов «Н» у α-утлеродного атома.

1.Реакции с разрывом связи О—Н (кислотные свойства, обусловленные подвижностью атома водорода карбоксильной группы). Предельные монокарбоновые кислоты обладают всеми свойствами обычных кислот.

—Диссоциация. В водных растворах монокарбоновые кислоты ведут себя как одноосновные кислоты: происходит их ионизация с образованием иона водорода и карбоксилат-иона.

Карбоновые кислоты являются слабыми кислотами. Наиболее сильной в гомологическом ряду насыщенных кислот является муравьиная кислота, в которой группа —СООН связана с атомом водорода.

2.Образование солей:

а) взаимодействие с активными металлами:

б) взаимодействие с основными оксидами:

в) взаимодействие со щелочами (реакция нейтрализации):

г) взаимодействие с аммиаком или гидроксидом аммония:

д)взаимодействие с солями более слабых кислот (карбонатами и гидрокарбонатами):

2. Реакции с разрывом связи С—О (замещение ОН-группы)

—Взаимодействие со спиртамис образованием сложных эфиров (реакция этерификации):

—Взаимодействие с аммиакомс образованием амидов кислот

—Взаимодействие с галогенидами фосфора(PCl_s, PCIJ или тионилхлоридомSOCl₂с образованием галогенангидридов карбоновых кислот

—Межмолекулярная дегидратациякарбоновых кислот с образованием ангидридов

Ангидриды представляют собой производные кислот, состоящие из двух соединенных через кислород кислотных радикалов (ацилов).

3.Реакции с разрывом связей С—Н у α-углеродного атома (реакции с участием радикала)

Атомы водорода у α-углеродного атома более подвижны, чем другие атомы водорода в радикале кислоты, и могут замещаться на атомы галогена с образованием α-галоген-карбоновых кислот.

Жирные кислоты — алифатические одноосновные карбоновые кислоты с открытой цепью, содержащиеся в этерифицированной форме в жирах, маслах и восках растительного и животного происхождения. Жирные кислоты, как правило, содержат неразветвленную цепь из четного числа атомов углерода и могут быть как насыщенными, так и ненасыщенными. ВЖК содержат более двенадцати атомов углерода.

Мыла — это соли высших жирных кислот (С₁₀—С₁₈). Мыла делятся на растворимые в воде (натриевые, калиевые, аммониевые) и нерастворимые (металлические мыла — соли Са, Mg, Ва, Pb, Ni, Мn, А1 и др.). Растворимость мыл в воде зависит от характера катиона: nh4⁺> К⁺>Na⁺>Li⁺.

Жидкие калиевые мыла и твердые натриевые мыла получают растворением высших алифатических кислот в водных растворах едких щелочей:

С₁₇Н₃₅СООН + NaOH → C₁₇H₃₅CООNa + Н₂0
Стеариновая кислота Стеарат натрия (твердое мыло)

С₁₇Н₃₅СООН + КОН → С₁₇Н₃₅СООК + Н₂0

Стеарат калия (жидкое мыло)