Фенолы. Изомерия и номенклатура. Химические свойства. Химическая идентификация фенола. Практическое использование в синтезе высокомолекулярных органических соединений

Фенолы — органические соединения ароматического ряда, в молекулах которых гидроксильные группы связаны с атомами углерода ароматического кольца.

Возможны 2 типа изомерии:

• изомерия положения заместителей в бензольном кольце;
• изомерия боковой цепи (строения алкильного радикала и числа радикалов).

Номенклатура фенолов проста и не требует комментариев.

При наличии нескольких заместителей начало нумерации определяет гидроксильная группа и эти соединения рассматриваются как производные фенола.

Химические свойства

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 (отличие от спиртов);
3. Взаимодействие с активными металлами с образованием фенолятов (образующиеся в результате реакций 2) и 3) феноляты легко разлагаются при действии кислот.

Реакции с участием бензольного кольца

Реакции замещения

1. Галогенирование (взаимодействие с галогенами)
2. Нитрование (взаимодействие с азотной кислотой)
3. Сульфирование (взаимодействие с серной кислотой)

Реакции присоединения

1. Гидрирование (восстановление водородом до циклогексанола)

Качественные реакции на фенолы

В водных растворах одноатомные фенолы взаимодействуют с хлоридом железа (III) с образованием комплексных фенолятов, которые имеют фиолетовую окраску; окраска исчезает после прибавления синильной кислоты.

Для обнаружения фенола используют цветные реакции, например, с раствором FeCl₃ (фиолетовое окрашивание, исчезающее при подкислении), бромной водой (появление белого осадка); для идентификации фенола - кристаллические производные фенола.

Фенолы применяются в производстве синтетических смол, пластмасс, полиамидов и других полимеров, лекарственных препаратов, красителей, поверхностно-активных веществ, антиоксидантов, антисептиков, взрывчатых веществ.

№15.

Карбоновые кислоты и их классификация. Предельные одноосновные кислоты. Изомерия, номенклатура, получение. Строение карбоксильной группы. Химические свойства. Кислотность. Солеобразование. Получение функциональных производных.

Карбоновые кислоты — класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных карбоксильных групп -COOH.

По числу карбоксильных групп карбоновые кислоты делят на

· монокарбоновые, или одноосновные (одна группа -СООН),

· дикарбоновые, или двухосновные (две группы -СООН) и т.д.

В зависимости от строения углеводородного ради­кала, с которым связана карбоксильная группа

· алифатическими (например, уксусная или акриловая),

· алициклическими (например, циклогексанкарбоновая)

· ароматическими (бензойная, фталевая)

Одноосновные предельные карбоновые кислоты — карбоновые кислоты, в которых насыщенный углеводородный радикал соединен с одной карбоксильной группой -COOH. Все они имеют общую формулу С_nH_2n+1COOH.

Изомерия карбоновых кислот

· Структурная изомерия

- изомерия скелета в углеводородном радикале (начиная с C₄).

-межклассовая изомерия, начиная с C₂.

· Пространственная изомерия

- Возможна цис-трансизомерия в случае непредельных карбоновых кислот.

По международной номенклатуре ИЮПАК, карбоновые кислот называют, выбирая за основу наиболее длинную углеродную цепочку, содержащую группу -СООН, и добавляя к названию соответствующего углеводорода окончание "овая" и слово "кислота". При этом атому углерода, входящему в состав карбоксильной группы, присваивается первый номер. По рациональной номенклатуре к названию углеводорода добавляют окончание "карбоновая" и слово "кислота", не включая при этом в нумерацию цепи атом углерода карбоксильной группы.

Способы получения.

1. Окисление альдегидов и первичных спиртов — общий способ получения карбоновых кислот. В ка­честве окислителей применяются KМnО₄ и K₂Сr₂О₇.

2. Другой общий способ — гидролиз галогензамещенных угле­водородов, содержащих, три атома галогена у одного атома уг­лерода. При этом образуются спирты, содержащие группы ОН у одного атома углерода — такие спирты неустойчивы и отщепля­ют воду с образованием карбоновой кислоты:

3. Получение карбоновых кислот из цианидов (нитрилов) — это важный способ, позволяющий наращивать углеродную цепь при получении исходного цианида.

СН₃-Вr + NaCN → CH₃ - CN + NaBr.

4. Использование реактива Гриньяра.

5. Гидролиз сложных эфиров:

R-COOR¹ + КОН → R-COOK + R'OH ,

R-COOK + HCl → R-COOH + KCl .

6. Гидролиз ангидридов кислот:

(RCO)₂O + Н₂О → 2RCOOH.

7. Для отдельных кислот существуют специфические спосо­бы получения.

Карбоксильная группа СООН состоит из карбо­нильной группы С=О и гидроксильной группы ОН. Свойства карбоксильной группы отличаются от свойств составляющих ее групп, которые оказывают взаимное влияние друг на друга. В группе СО атом углерода несет частичный положительный заряд и притягивает к себе не поделенную электронную пару атома кислорода в группе ОН. При этом электронная плотность на атоме кислорода уменьшается, и связь О-Н ослабляется:

В свою очередь, группа ОН "гасит" положительный заряд на группе СО, которая из-за этого теряет способность к реакциям присоединения, характерным для карбонильных соединений.

Химические свойства. Карбоновые кислоты — более силь­ные кислоты, чем спирты, поскольку атом водорода в карбок­сильной группе обладает повышенной подвижностью благодаря влиянию группы СО. В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют:

RCOOH RCOO^- + Н⁺

Тем не менее из-за ковалентного характера молекул карбоно­вых кислот указанное выше равновесие диссоциации достаточно сильно сдвинуто влево. Таким образом, карбоновые кислоты — это, как правило, слабые кислоты.

Кислотный характер карбоновых кислот ярко выражен. Это объясняется взаимным влиянием атомов в карбоксильной группе: электронная плотность смещена в сторону наиболее электроноакцепторного атома-кислорода.

Это ослабляет связь между кислородом и водородом и облегчает отделение иона водорода, т. е. диссоциацию кислоты: R–COOH ↔ R–COO – + H+

В карбоксилатном ионе R – COO – оба атома кислорода равноценны: три р-электрона делокализованы между тремя ядрами. Углерод находится в sp2 – состоянии:

Производные карбоновых кислот:

1. Галогенангидриды. При действии галогенидов фосфора или хлористого тионила происходит образование галогенагидридов.
2.Ангидриды. Ангидриды образуются при взаимодействии солей кислот с их галогенангидридами.

3.Амиды. Амиды получают через галогенангидриды или из аммонийных солей кислот, при сухой перегонке которых отщепляется вода и образуется амид кислоты. Также амиды кислот образуются как побочный продукт при гидролизе нитрилов.

4. Нитрилы. Основным способом получения нитрилов является дегидратация амидов на кислотных катализаторах.
5. Сложные эфиры. Их получают этерификацией спиртов кислотами, ангидридами и галогенангидридами или взаимодействием кислот и алкенов.

№16.

Предельные одноосновные карбоновые кислоты. Высшие жирные кислоты, свойства. Мыла. Жиры. Гидрогенизация жиров. Синтетические жиры и их потенциальная опасность для организма человека (маргарин, фритюрные жиры и СПРЕДы).

Одноосновные предельные карбоновые кислоты — карбоновые кислоты, в которых насыщенный углеводородный радикал соединен с одной карбоксильной группой -COOH. Все они имеют общую формулу С_nH_2n+1COOH.

Высшие жирные кислоты (ВЖК) - натуральные (природные) и синтетические карбоновые кислоты алифатического ряда с числом атомов углерода в молекуле не менее 6.

Натуральные ВЖК - преимущественно одноосновные кислоты нормального строения с четным числом атомов углерода в молекуле. Могут быть насыщенными и ненасыщенными (с двойными связями, реже с тройными). Кроме карбоксильной группы, они могут содержать др. функциональных группы, например ОН. Содержатся в животных жирах и растительных маслах в виде сложных эфиров глицерина, а также в природные восках в виде эфиров высших жирных спиртов.

Синтетические ВЖК, получаемые в промышленности из нефтехимический сырья, представляют собой, как правило, смеси насыщенных, преимущественно монокарбоновых кислот нормального и изостроения с четным и нечетным числом атомов углерода в молекуле, содержащие примеси дикарбоновых, гидроксии кетокарбоновых кислот и др. соединений.

ВЖК нерастворимы в воде, т.к. их молекулы содержат большой неполярный углеводородный радикал, эта часть молекулы называется гидрофобной. Однако их натриевые, калиевые и аммониевые соли (мы­ла), будучи гидролизованы в воде, обладают хорошей раствори­мостью, т.к. содержат высокополярный гидрофильный анион карбок­сильной группы. Высшие жирные кислоты обладают химическими свойствами карбо­новых кислот, ненасыщенные к тому же и свойствами алкенов (реак­ции присоединения и окислительного расщепления по двойным свя­зям).

Жиры- органические соединения, входящие в состав животных и растительных тканей и состоящие в основном из триглицеридов (сложных эфиров глицерина и различных жирных кислот).

Мыло- это натриевые соли высших жирных кислот и глицерин, которые образуются в результате омыления ВЖК посредством щелочи, она же гидроксид натрия.

Гидрогенизация жиров — каталитическое присоединение водорода к сложным эфирам глицерина и ненасыщенных жирных кислот.

P.S. Каталитическое присоединение - ускорение одного из возможных направлений химической реакции под действием катализаторов.

Гидрогенизация жиров осуществляется с целью снижения ненасыщенности жирных кислот, входящих в состав триглицеридов растительных масел и жиров морских животных.

Маргарин.Воздействуя на клеточные стенки, молекулы трансжиров делают их твердыми. В свою очередь, отвердевание стенок клеток увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Кроме того трансжиры повышают уровень «плохого» холестерина в сыворотке крови, снижают защитные силы организма, а также отрицательно влияют на качество спермы у мужчин.

Фритюрные жиры.Уже при первом нагреве фритюрного жира в нем образуются продукты окисления, которые, попадая с пищей в организм человека, раздражают пищеварительный тракт и могут вызвать различные воспалительные заболевания.

Спред— род пищевых продуктов на основе смеси растительных и молочных жиров.

№17.