Характерные химические свойства кислородсодержащих органических соединений

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

Для проведения лекционного занятия

по дисциплине «Химия»

для курсантов 2 курса по специальности 280705.65 –

«Пожарная безопасность»

РАЗДЕЛ IV

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

ТЕМА 4.16

ЗАНЯТИЕ № 4.16.1-4.16.2

КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Обсуждена на заседании ПМК

протокол №____ от «___»________2015г.

Владивосток

I. Цели и задачи

Учебные: дать определение кислородсодержащих органических соединений, обратить внимание курсантов на их многообразие и распространённость. Показать зависимость физико-химических и пожароопасных свойств кислородсодержащих органических соединений от их химического строения.

Воспитательная: воспитывать у обучаемых ответственность за подготовку к практической деятельности.

II. Расчет учебного времени

III. Литература

1. Глинка Н.Л. Общая химия. – Учебное пособие для вузов/ Под ред. А.И. Ермакова. – изд.30-е, исправленное. – М.:Интеграл-Пресс, 2010. – 728 с.

2.Свидзинская Г.Б. Лабораторные работы по органической химии: Учебное пособие. – СПб,: СПбИ ГПС МЧС Росси, 2003. – 48с.

IV. Учебно-материальное обеспечение

1. Технические средства обучения: телевизор, графопроектор, видеомагнитофон,DVD-проигрыватель, компьютерная техника, интерактивная доска.

2. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева, демонстрационные плакаты, схемы.

V. Текст лекции

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ (5 мин.)

Преподаватель проверяет наличие слушателей (курсантов), объявляет тему, учебные цели и вопросы занятия.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ (170 мин)

Вопрос № 1. Классификация кислородсодержащих органических соединений (20 мин).

Все эти вещества (как и большинство органических веществ) в соответствии с Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности.Федеральный закон № 123-ФЗ относятся к веществам, которые могут образовывать взрывоопасную смесь (смесь воздуха и окислителя с горючими газами или парами ЛВЖ), которая при определенной концентрации способна взрываться (статья 2. П.4). Именно этим и определяется пожаровзрывоопасность веществ и материалов, т.е. их способность к образованию горючей среды, характеризуемая их физико-химическими свойствами и (или) поведением в условиях пожара (П.29) .

Свойства данного типа соединений обусловлены наличием функциональных групп.

Несложно заметить, что все классы кислородсодержащих соединений можно рассматривать как продукты окисления углеводородов. У спиртов только одна валентность углеродного атома из четырех использована на соединение с атомом кислорода, и поэтому спирты – наименее окисленные соединения. Более окисленные соединения – альдегиды и кетоны: у них углеродный атом имеет две связи с кислородом. Наиболее окислены карбоновые кислоты, т.к. в их молекулах атом углерода использовал три своих валентности на соединение с атомом кислорода.

На карбоновых кислотах завершается процесс окисления, приводящий к образованию устойчивых к действию окислителей органических веществ:

спирт D альдегид D карбоновая кислота ® СО 2

Вопрос № 2. Спирты (40 мин)

Спирты - органические соединения, молекулы которых содержат одну или несколько гидроксильных групп (–ОН), соединенных с углеводородными радикалами.

Классификация спиртов

I. В зависимости от числа гидроксильных групп:

II. По насыщенности углеводородного радикала:

III. По характеру углеводородного радикала, связанного с ОН- группой:

Одноатомные спирты

Общая формула предельных одноатомных спиртов: С n H 2 n +1 OH .

Номенклатура

Используются два возможных названия класса спиртов: “спирты” (от лат. “ спиритус” – дух) и “алкоголи” (арабск.).

По международной номенклатуре название спиртов образуется от названия соответствующего углеводорода с добавлением суффикса ол :

СН 3 ОН метанол

С 2 Н 5 ОН этанол и т.д.

Главная цепь углеродных атомов нумеруется с того конца, ближе всего к которому расположена гидроксильная группа:

5 СН 3 – 4 СН – 3 СН 2 – 2 СН 2 – 1 СН 2 -ОН

4-метилпентанол-2

Изомерия спиртов

Строение спиртов зависит от строения радикала и положения функциональной группы, т.е. в гомологическом ряду спиртов может быть два вида изомерии: изомерия углеродного скелета и изомерия положения функциональной группы.

Кроме этого, третьим видом изомерии спиртов является межклассовая изомерия с простыми эфирами.

Так, например, для пентанолов (общая формула С 5 Н 11 ОН) характерны все 3 указанных типа изомерии:

1. Изомерия скелета

пентанол-1

СН 3 – СН – СН 2 – СН 2 –ОН

3-метилбутанол-1

СН 3 – СН 2 – СН – СН 2 –ОН

2-метилбутанол-1

СН 3 – СН – СН 2 – ОН

2,2-диметилпропанол-1

Приведенные выше изомеры пентанола, или амилового спирта, носят тривиальное название “сивушные масла”.

2. Изомерия положения гидроксильной группы

СН 3 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – ОН

пентанол-1

СН 3 – СН – СН 2 – СН 2 –СН 2

пентанол-2

СН 3 – СН 2 – СН – СН 2 –СН 2

пентанол-3

3. Межклассовая изомерия

С 2 Н 5 – О – С 3 Н 7

этилпропиловый эфир

Число изомеров в ряду спиртов быстро растет: спирт с 5 атомами углерода имеет 8 изомеров, с 6 атомами углерода – 17, с 7 атомами углерода – 39, а с 10 атомами углерода – 507.

Способы получения спиртов

1. Получение метанола из синтез-газа

400 0 С, ZnO, Cr 2 O 3

СО + 2Н 2 ¾¾¾¾¾® СН 3 ОН

2. Гидролиз галогенуглеводородов (в водных растворах щелочей):

СН 3 – СН – СН 3 + КOН водный ® СН 3 – СН – СН 3 + КCl

2-хлорпропан пропанол-2

3. Гидратация алкенов. Реакция идет по правилу В.В. Марковникова. Катализатором является разбавленная Н 2 SO 4 .

СН 2 = СН 2 + НОН ® СН 3 – СН 2 - ОН

этилен этанол

СН 2 = СН – СН 3 + НОН ® СН 2 – СН – СН 3

пропен пропанол-2

4. Восстановление карбонильных соединений (альдегидов и кетонов).

При восстановлении альдегидов получаются первичные спирты:

СН 3 – СН 2 – С = О + Н 2 ® СН 3 – СН 2 – СН 2 – ОН

пропанол-1 пропаналь

При восстановлении кетонов получаются вторичные спирты:

CH 3 – C – CH 3 + Н 2 ® СН 3 – СН – СН 3

пропанон (ацетон) пропанол-2

5. Получение этанола брожением сахаристых веществ:

ферменты ферменты

С 12 Н 22 О 11 + Н 2 О ¾¾¾® 2С 6 Н 12 О 6 ¾¾¾® 4С 2 Н 5 ОН + 4СО 2

сахароза глюкоза этанол

ферменты ферменты

(С 6 Н 10 О 5) n + Н 2 О ¾¾¾® nС 6 Н 12 О 6 ¾¾¾® С 2 Н 5 ОН + СО 2

целлюлоза глюкоза этанол

Спирт, полученный брожением целлюлозы, называется гидролизным спиртом и применяется только для технических целей, т.к. содержит большое количество вредных примесей: метанола, уксусного альдегида и сивушных масел.

6. Гидролиз сложных эфиров

Н + или ОН –

СН 3 – С – О– СН 2 – СН 2 –СН 3 + Н 2 О ¾¾® СН 3 – С – ОН + ОН – СН 2 – СН 2 –СН 3

пропиловый эфир уксусной кислоты уксусная пропанол-1

(пропилэтаноат) кислота

7. Восстановление сложных эфиров

СН 3 – С – О– СН 2 – СН 2 –СН 3 ¾¾® СН 3 – СH 2 – ОН + ОН – СН 2 – СН 2 –СН 3

пропиловый эфир уксусной кислоты этанол пропанол-1

(пропилэтаноат)

Физические свойства спиртов

Предельные спирты, содержащие от 1 до 12 атомов углерода, представляют собой жидкости; от 13 до 20 атомов углерода – маслообразные (мазеобразные) вещества; более 21 атома унлерода – твердые вещества.

Низшие спирты (метанол, этанол и пропанол) имеют специфический алкогольный запах, бутанол и пентанол – сладкий удушливый запах. Спирты, содержащие более 6 атомов углерода, запаха не имеют.

В воде хорошо растворяются метиловый, этиловый и пропиловый спирты. С увеличением молекулярной массы растворимость спиртов в воде падает.

Существенно более высокая температура кипения спиртов по сравнению с углеводородами, содержащими такое же число атомов углерода (например, t кип (СН 4) = – 161 0 С, а t кип (СН 3 ОН) = 64,7 0 С) связана со способностью спиртов образовывать водородные связи, а следовательно, и способностью молекул к ассоциации.

××× Н – О ×××Н – О ×××Н – О ×××R – радикал спирта

При растворении спирта в воде также возникают водородные связи между молекулами спирта и воды. В результате этого процесса происходит выделение энергии и уменьшение объема. Так, при смешении 52 мл этанола и 48 мл воды общий объем образующегося раствора будет не 100 мл, а лишь 96,3 мл.

Пожарную опасность представляют как чистые спирты (особенно низшие), пары которых могут образовывать взрывоопасные смеси, так и водные растворы спиртов. Водные растворы этанола в воде с концентрацией спирта более 25 % и более являются легковоспламеняющимися жидкостями.

Химические свойства спиртов

Химические свойства спиртов определяются реакционной способностью гидроксильной группы и строением радикала, связанного с гидроксильной группой.

1. Реакции гидроксильного водорода R – О – Н

За счет электроотрицательности атома кислорода в молекулах спиртов имеет место частичное распределение зарядов:

Водород обладает определенной подвижностью и способен вступать в реакции замещения.

1.1. Взаимодействие со щелочными металлами – образование алкоголятов:

2СН 3 – СН – СН 3 + 2Na ® 2СН 3 – СН – СН 3 + Н 2

пропанол-2 изопропилат натрия

(натриевая соль пропанола-2)

Соли спиртов (алкоголяты) представляют собой твердые вещества. При их образовании спирты выступают как очень слабые кислоты.

Алкоголяты легко подвергаются гидролизу:

С 2 Н 5 ОNa + НОН ® С 2 Н 5 ОН + NaОН

этилат натрия

1.2. Взаимодействие с карбоновыми кислотами (реакция этерификации) - образование сложных эфиров:

Н 2 SO 4 конц.

СН 3 – СН – ОН + НО – С – СН 3 ¾¾® СН 3 – СН – О – С – СН 3 + Н 2 О

СН 3 О СН 3 О

уксусная кислота изопропилацетат

(изопропиловый эфир

уксусной кислоты)

1.3. Взаимодействие с неорганическими кислотами:

СН 3 – СН – ОН + НО –SO 2 OH ® СН 3 – СН – О – SO 2 OH + H 2 O

серная кислота изопропилсерная кислота

(изопропиловый эфир

серной ксилоты)

1.4. Межмолекулярная дегидратация – образование простых эфиров:

Н 2 SO 4 конц., t<140 0 C

СН 3 – СН – ОН + НО – СН – СН 3 ¾¾¾® СН 3 – СН – О – СН – СН 3 + Н 2 О

СН 3 СН 3 СН 3 СН 3

диизопропиловый эфир

2. Реакции гидроксильной группы R – ОН

2.1. Взаимодействие с галогеноводородами:

Н 2 SO 4 конц.

СН 3 – СН – СН 3 + HCl ¾¾® СН 3 – СН – СН 3 + H 2 O

2-хлорпропан

2.2. Взаимодействие с галогенпроизводными фосфора:

СН 3 – СН – СН 3 + РCl 5 ¾® СН 3 – СН – СН 3 + РОCl 3 + НCl

2-хлорпропан

2.3. Внутримолекулярная дегидратация – получение алкенов:

Н 2 SO 4 конц.,t>140 0 C

СН 3 – СН – СН 2 ¾¾¾® СН 3 – СН = СН 2 + Н 2 О

½ ½ пропен

При дегидратации несимметричной молекулы отщепление водорода идет преимущественно от наименее гидрогенизированного атома углерода (правило А.М. Зайцева) .

3. Реакции окисления.

3.1. Полное окисление – горение:

С 3 Н 7 ОН + 4,5О 2 ® 3СО 2 + 4Н 2 О

Частичное (неполное) окисление.

Окислителями могут быть перманганат калия КMnO 4 , смесь бихромата калия с серной кислоты K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 , медный или платиновый катализаторы.

При окислении первичных спиртов образуются альдегиды:

СН 3 – СН 2 – СН 2 – ОН + [O] ® [СН 3 – С – ОН] ® СН 3 – СН 2 – С = О + Н 2 О

пропанол-1 пропаналь

Реакция окисления метанола при попадании этого спирта в организм – пример так называемого “ летального синтеза”. Сам метиловый спирт является относительно безвредным веществом, но в организме в результате окисления он превращается в чрезвычайно ядовитые вещества: метаналь (формальдегид) и муравьиную кислоту. В результате попадание в организм уже 10 г метанола приводит к потере зрения, а 30 г – к смерти.

Реакция спирта с оксидом меди (II) может использоваться как качественная реакция на спирты, т.к. в результате реакции меняется окраска раствора.

СН 3 – СН 2 – СН 2 – ОН + CuO ® СН 3 – СН 2 – С = О + Cu¯ + Н 2 О

пропанол-1 пропаналь

В результате частичного окисления вторичных спиртов образуются кетоны:

СН 3 – СН – СН 3 + [O] ® СН 3 – С – СН 3 + Н 2 О

пропанол-2 пропанон

Третичные спирты при таких условиях не окисляются, а при окислении в более жестких условиях происходит расщепление молекулы, и при этом образуется смесь карбоновых кислот.

Применение спиртов

Спирты используют в качестве прекрасных органических растворителей.

Метанол получают в большом объеме и используют для приготовления красителей, незамерзающих смесей, как источник для производства различных полимерных материалов (получение формальдегида). Следует помнить, что метанол сильно токсичен.

Этиловый спирт – первое органическое вещество, которое было выделено в чистом виде в 900 г. в Египте.

В настоящее время этанол – многотоннажный продукт химической промышленности. Он применяется для получения синтетического каучука, органических красителей, изготовления фармацевтических препаратов. Кроме этого, этиловый спирт используется как экологически чистое горючее. Этанол употребляется при изготовлении алкогольных напитков.

Этанол – наркотик, возбуждающе действующий на организм; его длительное и неумеренное употребление приводит к алкоголизму.

Бутиловые и амиловые спирты (пентанолы) используются в промышленности как растворители, а также для синтеза сложных эфиров. Все они обладают значительной токсичностью.

Многоатомные спирты

Многоатомные спирты содержат в своем составе две или более гидроксильных групп у разных углеродных атомов.

СН 2 – СН 2 СН 2 – СН – СН 2 СН 2 – СН – СН – СН – СН 2

ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç

ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН

этандиол-1,2 пропантриол-1,2,3 пентанпентол-1,2,3,4,5

(этиленгликоль) (глицерин) (ксилит)

Физические свойства многоатомных спиртов

Этиленгликоль (“гликоли” – общее название двухатомных спиртов) представляет собой бесцветную вязкую жидкость, хорошо растворяется в воде и во многих органических растворителях.

Глицерин – важнейший трехатомный спирт – бесцветная, густая, хорошо растворимая в воде жидкость. Глицерин известен с 1779 года после открытия его шведским химиком К Шееле.

Многоатомные спирты, содержащие 4 и более атомов углерода, представляют собой твердые вещества.

Чем больше в молекуле гидроксильных групп, тем лучше оно растворяется в воде и тем выше его температура кипения. Кроме этого, появляется сладкий вкус, причем, чем больше гидроксильных групп в веществе, тем более сладким оно является.

В качестве заменителей сахара используются такие вещества как ксилит и сорбит:

СН 2 – СН – СН – СН – СН 2 СН 2 – СН – СН – СН – СН – СН 2

ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç

ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН

ксилит сорбит

Шестиатомный спирт “инозит” также сладкий на вкус. Инозит содержится в бобовых, почках, печени, мышцах. Инозит имеет общую формулу с глюкозой:

НО –НС СН – ОН

НО –НС СН – ОН С 6 Н 12 О 6 .

циклогексангексол

Способы получения многоатомных спиртов

1. Неполное окисление алкенов

Частичное окисление раствором перманганата калия КMnО 4 .

1.1. Окисление этилена

СН 2 = СН 2 + [O]+ НОН ® СН 2 – СН 2

этилен ½ ½

этандиол-1,2

(этиленгликоль)

1.2. Окисление пропена

СН 2 = СН – СН 3 + [O]+ НОН ® СН 2 – СН – СН 2

пропен ½ ½ ½

пропантриол-1,2,3,

(глицерин)

2. Омыление растительных и животных жиров

Глицерин получают в качестве побочного продукта в мыловаренной промышленности при переработке жиров.

СН – О – ОС – С 17 Н 35 + 3NaOH® СН – ОН + 3 С 17 Н 35 СООNa

СН 2 – О – ОС – С 17 Н 35 СН 2 – ОН

триглицерид глицерин стеарат натрия

стеариновой кислоты (мыло)

Химические свойства многоатомных спиртов

Химические свойства многоатомных спиртов во многом аналогичны свойствам одноатомных спиртов.

1. Взаимодействие с активными металлами

СН 2 – ОН СН 2 – ОNa

ç + 2Na®ç + H 2

СН 2 – ОН СН 2 – ОNa

этиленгликоль натриевая соль этиленгликоля

2. Образование сложных эфиров с минеральными кислотами

СН 2 – ОН + НО – NО 2 СН 2 – О– NО 2

СН – ОH + НО – NО 2 ® СН – О– NО 2 + 3Н 2 О

СН 2 – ОH + НО – NО 2 СН 2 – О– NО 2

глицерин азотная тринитроглицерин

Тринитроглицерин – одно из сильнейших взрывчатых веществ, взрывается от удара, сотрясения, запала, в результате саморазложения. Для практического применения с целью повышения безопасности при работе с тринитроглицерином его переводят в динамит (пропитанные тринитроглицерином пористые материалы – инфузорная земля, древесная мука и т.п.).

3. Взаимодействие с гидроксидом меди (II) – качественная реакция на глицерин

СН 2 – ОН СН 2 – О m Н / О – СН 2

2 СН – ОН + Cu(ОН) 2 ® СН – О / НО – С Н

СН 2 – ОН СН 2 – ОН НО – СН 2

диглицерат меди

(ярко-синяя окраска)

4. Дегидратация глицерина с образованием акролеина

С 3 Н 8 О 3 ® СН 2 = СН – С = О + 2Н 2 О

глицерин ç

акролеин (удушливый запах при прокаливании жиров)

5. Реакции окисления

Этиленгликоль и глицерин при взаимодействии с сильными окислителями (перманганатом калия КMnО 4 , оксидом хрома (VI) CrO 3) склонны к самовозгоранию.

5С 3 Н 8 О 3 + 14КMnО 4 + 21H 2 SO 4 ® 15CO 2 + 14MnSO 4 + 7K 2 SO 4 + 41H 2 O

Применение многоатомных спиртов

Этиленгликоль и глицерин используют для изготовления незамерзающих жидкостей – антифризов. Так, водный 50 %-ный раствор глицерина замерзает только при – 34 0 С, а раствор, составленный из 6 частей этиленгликоля и 1 части воды замерзает при температуре – 49 0 С.

Пропиленгликоль СН 3 – СН(ОН) – СН 2 – СН 2 ОН используется для получения не содержащих воду пен (такие пены более стабильны), а также является составной частью кремов для загара.

Этиленгликоль используется для получения волокна “лавсан”, а глицерин – для получения глифталевых смол.

В большом количестве глицерин используется в парфюмерной, медицинской и пищевой промышленности.

Фенолы

Фенолы – производные ароматических углеводородов, у которых гидроксильная группа ОН- присоединена непосредственно к углеродному атому бензольного кольца.

Гидроксильная группа связана с ароматическим радикалом (фенилом). p-электроны бензольного кольца вовлекают неподеленные электроны атома кислорода ОН-группы в свою систему, в результате чего водород гидроксильной группы становится более подвижным, чем в алифатических спиртах.

Физические свойства

Простейший представитель – фенол – представляет собой бесцветное кристаллическое вещество (температура плавления 42 0 С) с характерным запахом. Тривиальное название фенола – карболовая кислота.

Одноатомные фенолы в воде труднорастворимы, с увеличением числа гидроксильных групп растворимость в воде увеличивается. Фенол при температуре 60 0 С в воде растворяется неограниченно.

Все фенолы сильно ядовиты. Фенол при попадании на кожу вызывает ожоги.

Способы получения фенола

1. Получение из каменноугольной смолы

Это важнейший технический способ получения фенола. Он состоит в том, что фракции каменноугольной смолы, полученные при коксовании каменного угля, обрабатываются щелочами, а затем для нейтрализации – кислотами.

2. Получение из галогенпроизводных бензола

С 6 Н 5 Cl + NaOH конц. водн. р-р ® С 6 Н 5 ОН + NaCl

хлорбензолфенол

Химические свойства фенолов

1. Реакции с участием гидроксильного водорода С 6 Н 5 – О – Н

1.1. Взаимодействие с активными металлами

2С 6 Н 5 ОН + 2Na® 2C 6 H 5 ONa + H 2

фенол фенолят

натрия (соль)

1.2. Взаимодействие с щелочами

Фенол является более сильной кислотой, чем одноатомные спирты и поэтому в отличие от последних фенол реагирует с растворами щелочей:

С 6 Н 5 ОН + NaОН ® C 6 H 5 ONa + H 2 О

фенол фенолят

Фенол является более слабой кислотой, чем угольная кислота Н 2 СО 3 (примерно в 300 раз) или сероводородная кислота Н 2 S, поэтому феноляты разлагаются слабыми кислотами:

C 6 H 5 ONa + H 2 О + СО 2 ® С 6 Н 5 ОН + NaНСО 3

1.3. Образование простых и сложных эфиров

Н 2 SO 4 конц.

С 6 Н 5 ОН + НО – С 2 Н 5 ¾¾¾®C 6 H 5 O – С 2 Н 5 + H 2 О

2. Реакции с участием бензольного кольца

Фенол без нагревания и без катализаторов энергично вступает в реакции замещения атомов водорода, при этом почти всегда образуются тризамещенные производные

2.1. Взаимодействие с бромной водой – качественная реакция на фенол

2.2. Взаимодействие с азотной кислотой

Пикриновая кислота – желтое кристаллическое вещество. При осторожном нагревании плавится при температуре 122 0 С, а при быстром нагревании – взрывается. Соли пикриновой кислоты (пикраты) взрываются при ударе и трении.

3. Реакция поликонденсации с формальдегидом

Взаимодействие фенола с формальдегидом с образованием смолообразных продуктов было изучено еще в 1872 г. Байером. Широкое практическое применение эта реакция получила значительно позже – в 20 – 30-х годах 20 века, когда во многих странах из фенола и формальдегида стали готовить так называемые бакелиты.

4. Реакция окрашивания с хлорным железом

Все фенолы при взаимодействии с хлорным железом FeCl 3 образуют окрашенные соединения; одноатомные фенолы дают окрашивание фиолетового или синего цвета. Эта реакция может служить качественной реакцией на фенол.

Применение фенолов

Фенолы убивают многие микроорганизмы, чем пользуются в медицине, применяя фенолы и их производные как дезинфицирующие и антисептические средства. Фенол (карболовая кислота) был первым антисептическим средством, введенным в хирургию Листером в 1867 году. Антисептические свойства фенолов основаны на их способности свертывать белки.

“Фенольный коэффициент” – число, показывающее, во сколько раз антисептическое действие данного вещества больше (или меньше) действия фенола, принимаемого за единицу. Гомологи бензола – крезолы – обладают более сильным бактерицидным действием, чем сам фенол.

Фенол используют для получения фенолформальдегидных смол, красителей, пикриновой кислоты, а также из него получают лекарственные препараты, такие как салицилаты, аспирин и другие.

Одним из наиболее известных производных двухатомных фенолов является адреналин. Адреналин является гормоном, образующимся в надпочечниках, и обладает способностью сужать кровеносные сосуды. Его часто применяют в качестве кровоостанавливающего средства

Вопрос № 3. Простые эфиры спиртов (20мин)

Простыми эфирами называются органические соединения, в которых два углеводородных радикала связаны между собой атомом кислорода. Простые эфиры можно рассматривать как продукты замещения атома водорода в гидроксиле спирта радикалом:

R – O – H ® R – O – R /

Общая формула простых эфиров С n H 2 n +2 O .

Радикалы в молекуле простого эфира могут быть одинаковыми, например, в эфире СН 3 – О – СН 3 , или же разными, например, в эфире СН 3 – О – С 3 Н 7 . Эфир, имеющий различные радикалы, называется смешанным.

Номенклатура простых эфиров

Обычно эфиры называются по тем радикалам, которые входят в их состав (рациональная номенклатура).

По международной номенклатуре простые эфиры обозначают как производные углеводородов, в которых атом водорода замещен алкоксигруппой (RO –), например, метоксигруппой СН 3 О –, этоксигруппой С 2 Н 5 О – и т.д.

Изомерия простых эфиров

1. Изомерия простых эфиров определяется изомерией радикалов, связанных с кислородом.

СН 3 – О – СН 2 – СН 2 – СН 3 метилпропиловый эфир

С 2 Н 5 – О – С 2 Н 5 диэтиловый эфир

СН 3 - О – СН – СН 3 метилизопропиловый эфир

2. Межклассовыми изомерами простых эфиров являются одноатомные спирты.

СН 3 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – ОН

бутанол-1

Физические свойства простых эфиров

Диметиловый и метилэтиловый эфиры представляют собой при обычных условиях газообразные вещества.

Начиная с диэтилового эфира, вещества этого класса представляют собой бесцветные, легкоподвижные жидкости с характерным запахом.

Простые эфиры легче воды и почти не растворяются в ней. Из-за отсутствия водородных связей между молекулами, простые эфиры кипят при более низкой температуре, чем соответствующие спирты.

В органических растворителях простые эфиры растворяются легко и сами растворяют многие вещества.

Наиболее распространенным соединением этого класса является диэтиловый эфир С 2 Н 5 – О – С 2 Н 5 , впервые полученный в XVI веке Кордусом. Очень часто его называют “серный эфир”. Это название, полученное в XVIII веке, связано со способом получения эфира: взаимодействием этилового спирта с серной кислотой.

Диэтиловый эфир – бесцветная, очень подвижная жидкость с сильным характерным запахом. Это вещество чрезвычайно взрывопожароопасно. Температура кипения диэтилового эфира 34,6 0 С, температура замерзания 117 0 С. Эфир плохо растворим в воде (1 объем эфира растворяется в 10 объемах воды). Эфир легче воды (плотность 714 г/л). Диэтиловый эфир склонен к электризации: разряды статического электричества могут возникнуть в момент переливания эфира и послужить причиной его воспламенения. Пары диэтилового эфира в 2,5 раза тяжелее воздуха и образует с ним взрывоопасные смеси. Концентрационные пределы распространения пламени (КПР) 1,7 – 49 %.

Пары эфира могут распространяться на значительные расстояния, сохраняя при этом способность к горению. Основная мера предосторожности при работе с эфиром – это удаление от открытого огня и сильно нагретых приборов и поверхностей, включенных электрических плиток.

Температура вспышки эфира – 45 0 С, температура самовоспламенения 164 0 С. При горении эфир горит синеватым пламенем с выделением большого количества тепла. Пламя эфира быстро увеличивается, т.к. верхний слой его быстро нагревается до температуры кипения. При горении эфир нагревается в глубину. Скорость роста нагретого слоя составляет 45 см/час, а скорость выгорания его со свободной поверхности 30 см/час.

При контакте с сильными окислителями (KMnO 4 , CrO 3 , галогены) диэтиловый эфир самовозгорается. Кроме этого, при контакте с кислородом воздуха диэтиловый эфир может образовывать перекисные соединения, которые являются чрезвычайно взрывоопасными веществами.

Способы получения простых эфиров

1. Межмолекулярная дегидратация спиртов

H 2 SO 4 конц.

С 2 Н 5 – ОН + НО – С 2 Н 5 ¾¾¾® С 2 Н 5 – О – С 2 Н 5 + Н 2 О

этанол диэтиловый эфир

Химические свойства простых эфиров

1. Простые эфиры – довольно инертные вещества, не склонные к химическим реакциям. Однако при действии концентрированных кислот они разлагаются

С 2 Н 5 – О – С 2 Н 5 + НI конц. ® С 2 Н 5 ОН + С 2 Н 5 I

диэтиловый этанол иодэтан

2. Реакции окисления

2.1.Полное окисление - горение:

С 4 Н 10 О + 6(О 2 + 3,76N 2) ® 4СО 2 + 5Н 2 О + 6 × 3,76N 2

2.2. Неполное окисление

При стоянии, особенно на свету, эфир под влиянием кислорода окисляется и разлагается с образованием ядовитых и взрывоопасных продуктов– перекисных соединений и продуктов их дальнейшего разложения.

О – С – СН 3

С 2 Н 5 – О – С 2 Н 5 + 3[О] ® ½

О – С – СН 3

гидроперекись оксиэтила

Применение простых эфиров

Диэтиловый эфир является хорошим органическим растворителем. Его применяют для извлечения различных полезных веществ из растений, для чистки тканей, при изготовлении порохов и искусственного волокна.

В медицине эфир применяется для общего наркоза. Впервые с этой целью при проведении хирургической операции эфир был использован американским врачом Джексоном в 1842 году. За введение этого метода горячо боролся русский хирург Н.И. Пирогов.

Вопрос № 4. Карбонильные соединения (30 мин)

Альдегиды и кетоны – производные углеводородов, в молекулах которых содержится одна или более карбонильных групп С = O.

Вопрос № 5. Карбоновые кислоты (30 мин)

Карбоновыми кислотами называются производные углеводородов, которые содержат одну или несколько карбоксильных групп – С = О.

Карбоксильная группа представляет собой сочетание карбонильной и гидроксильной групп: – С = О + – С – ® – С = О.

карбо нил + гидроксил ® карбоксил.

Карбоновые кислоты – продукты окисления альдегидов, которые, в свою очередь, являются продуктами окисления спиртов. На кислотах завершается процесс окисления (с сохранением углеродного скелета) в следующем ряду:

углеводород ® спирт ® альдегид ® карбоновая кислота.

Похожая информация.

В материале рассмотрена класиификация кислородсодержащих органических веществ. Разобрны вопросы гомологии, изомерии и номенклатуры веществ. Презнтация насыщена заданиями по данным вопросам. Закрепление материала предлагается в тестового упражнения на соответствие.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Задачи урока: познакомиться с классификацией кислородсодержащих органических соединений; построение гомологических рядов веществ; выявление возможных видов изомерии; построение структурных формул изомеров веществ, номенклатура веществ.

Классификация веществ С х Н у О z карбоновые кислоты альдегиды кетоны эфиры спирты фенолы одно- атомные -много R – OH R–(OH) n простые сложные OH = R – C - O OH = R – C - O H - овая кислота -аль R – C – R || O -он R – O – R = R – C - O O – R - ол - n ол

Гомологический ряд СН 3 – ОН С 2 Н 5 – ОН С 3 Н 7 – ОН С 4 Н 9 – ОН С 5 Н 11 – ОН метан ол этан ол пропан ол-1 бутан ол-1 пентан ол-1 Спирты С n H 2n+2 O

Карбоновые кислоты = Н – C - O OH = СН 3 – C - O OH = СН 3 – СН 2 – C - O OH метан овая кислота (муравьиная) этан овая кислота (уксусная) пропан овая кислота (пропионовая) С n H 2n O 2

Альдегиды = Н – C - O H = СН 3 – C - O H = СН 3 – СН 2 – C - O H метан аль муравьиный альдегид (формальдегид) этан аль уксусный альдегид (ацетальдегид) пропан аль пропионовый альдегид С n H 2n O

Кетоны СН 3 – C – СН 3 || O СН 3 – СН 2 – C – СН 3 || O СН 3 – СН 2 – СН 2 – C – СН 3 || O пропан он (ацетон) бутан он пентан он-2 С n H 2n O

Простые эфиры СН 3 – О –СН 3 С 2 Н 5 – О –СН 3 С 2 Н 5 – О –С 2 Н 5 С 3 Н 7 – О –С 2 Н 5 С 3 Н 7 – О –С 3 Н 7 диметил овый эфир метиэтил овый эфир диэтил овый эфир этилпропил овый эфир дипропил овый эфир С n H 2n+2 O Вывод: простые эфиры – производные предельных одноатомных спиртов.

Сложные эфиры = Н – C - O O – СН 3 = СН 3 – C - O O – С Н 3 = СН 3 – СН 2 – C - O O – СН 3 метиловый эфир муравьиной кислоты (метил формиат) метиловый эфир уксусной кислоты (метил ацетат) метиловый эфир пропионовой кислоты С n H 2n O 2 Вывод: сложные эфиры – производные карбоновых кислот и спиртов.

спирты эфиры кетоны альдегиды карбоновые кислоты Изомерия и номенклатура изомерия углеродного скелета межклассовая (сложные эфиры) углеродного скелета межклассовая (кетоны) углеродного скелета положения f- группы (-С =О) межклассовая (альдегиды) углеродного скелета положения f- группы (-ОН) межклассовая (простые эфиры) углеродного скелета межклассовая

Составление формул изомеров. Номенклатура веществ. Задание: составьте структурные формулы возможных изомеров для веществ состава С 4 Н 10 О; С 4 Н 8 О 2 ; С 4 Н 8 О. К каким классам они принадлежат? Назовите все вещества по систематической номенклатуре. С 4 Н 10 О С 4 Н 8 О 2 С 4 Н 8 О С n H 2n+2 O С n H 2n O 2 С n H 2n O спирты и простые эфиры карбоновые кислоты и сложные эфиры альдегиды и кетоны

СН 3 – СН 2 – СН – СН 3 | ОН СН 3 | СН 3 – С – СН 3 | ОН СН 3 – О – СН 2 – СН 2 – СН 3 СН 3 – СН 2 – О – СН 2 – СН 3 бутанол-1 2-метилпропанол-1 бутанол-2 2-метилпропанол-2 метилпропиловый эфир диэтиловый эфир I спирты II спирт III спирт

СН 3 – СН 2 – СН 2 – C - O OH = СН 3 – СН – C - O OH | СН3 = СН 3 – СН 2 – C - O O – СН 3 = СН 3 – C - O O – СН 2 – СН 3 бутановая кислота 2-метилпропановая кислота метиловый эфир пропионовой к-ты этиловый эфир уксусной кислоты

СН 3 – СН 2 – СН 2 – C - O H = СН 3 – СН – C - O H | СН3 СН 3 – СН 2 – C – СН 3 || O бутаналь 2-метилпропаналь бутанон-2

Проверь себя! 1. Установите соответствие: общая формула класс вещество R – COOH R – O – R R – COH R – OH R – COOR 1 R – C – R || O сл. эфиры спирты карб. к-ты кетоны альдегиды пр. эфиры а) С 5 Н 11 –ОН б) С 6 Н 13 –СОН в) С 4 Н 9 –О–СН 3 г) С 5 Н 11 –СООН д) СН 3 –СО–СН 3 е) СН 3 –СООС 2 Н 5 2. Назовите вещества по систематической номенклатуре.

Проверь себя! I II III IV V VI 3 6 5 2 1 4 Г В Б А Е Д

Домашнее задание Параграф (17-21) – 1 и 2 части упр. 1,2,4,5 стр. 153-154 2 стр. 174 Урок окончен!

1.

2. Спирты.

А) Классификация. Определение.

Б) Изомерия и номенклатура

В) Получение спиртов

Г) Физические и химические свойства. Качественные реакции спиртов.

Д) Применение. Влияние на окружающую среду и здоровье человека.

Классификация кислородсодержащих органических соединений

1. Спирты – это кислородсодержащие органические соединения, содержащие в своем составе гидроксильную группу.

2. Альдегиды характеризуются наличием альдегидной группы:

4. Карбоновые кислоты отличает от других кислородсодержащих органических соединений карбоксильная группа.

5. Эфиры: а) простые R-O-R` б) сложные

Химические свойства этих соединений определяются наличием в их молекулах различных функциональных групп.

Спирты – это кислородсодержащие производные углеводородов, в которых гидроксигруппа присоединяется к углеводородному радикалу.

Спирты классифицируются:

Ø по характеру углеродного атома, связанного с гидроксигруппой

а) первичные спирты – ОН-группа в таких соединениях связана с первичным атомом углерода

б) вторичные спирты – гидроксигруппа связана с вторичным атомом углерода

в) третичные спирты – гидроксигруппа в третичных спиртах связана с третичным углеродным атомом.

Ø по числу гидроксигрупп в молекуле спирта

а) одноатомные спирты содержат в молекуле одну ОН-группу, все представленные выше соединения являются одноатомными.

б) двухатомные – в состав таких спиртов входит две гидроксигруппы, например этиленгликоль (входит в состав незамерзающих растворов – антифризов)

https://pandia.ru/text/78/359/images/image009_3.gif" width="118" height="48 src=">

Ø по строению радикала, связанного с функциональной группой

а) насыщенные СН3-СН2-ОН (этанол)

б) ненасыщенные СН2=СН-СН2-ОН (2-пропен-1-ол)

в) ароматические Водород" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">водорода в метаноле, по их старшинству с прибавлением слова-основы карбинол.

Номенклатура ИЮПАК

Согласно номенклатуре ИЮПАК:

В качестве главной цепи выбирают ту, в которой содержится наибольшее число гидроксигрупп и радикалов.

Нумерацию цепи начинают с того конца, ближе к которому находится старший заместитель – в нашем случае ОН-группа.

Название спирта строится от названия соответствующего алкана, с которым связана гидроксигруппа. Чтобы показать, что соединение относится к классу спиртов добавляется окончание –ол.

Т. к. спиртам характерна изомерия положения гидроксигруппы, то она обозначается цифрой.

Если в молекуле несколько гидроксигрупп, то их число обозначается греческими приставками (ди-, три-) Эта приставка ставится перед окончанием –ол цифрой показывается их расположение.

Например, спирты состава С4Н9ОН имеют следующее строение и названия по номенклатуре ИЮПАК.

1) соединения с нормальной цепью

2) соединения с разветвленной цепью

Таким способом называют и более сложные соединения:

Эту реакцию и ее механизм мы подробно изучили в I модуле.

Следующий промышленный способ получения спиртов – гидрирование СО.

Смесь оксида углерода (II) с водородом подвергается нагреванию. При использовании разных катализаторов продукты отличаются по составу, это иллюстрирует схема представленная ниже.

Гидролиз галогенпроизводных алканов.

Гидролиз осуществляется действием воды или водным раствором щелочей, при нагревании. Легче всего реакция проходит для первичных галогенпроизводных.

Восстановление карбонильных соединений

Альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные (сложные эфиры) легко восстанавливаются до спиртов.

Восстановителем альдегидов и кетонов служит молекулярный водород, катализатором – никель, платина или палладий. Для восстановления эфиров используется атомарный водород, который получается при непосредственном взаимодействии натрия со спиртом.

Из уравнений видно, что из альдегидов и карбоновых кислот получаются первичные спирты, кетоны являются исходными веществами для вторичных спиртов. Так получают спирты в лабораторных условиях. Однако получить третичные спирты таким способом нельзя. Их получают способом, представленным ниже.

Взаимодействие реактивов Гриньяра с карбонильными соединениями.

Синтезы на основе реактивов Гриньяра являются надежным лабораторным способом получения спиртов.

При использовании в качестве карбонильного соединения муравьиного альдегида продуктом реакции будет первичный спирт.

Другие альдегиды приводят к образованию вторичных спиртов.

Из кетонов в таких синтезах получаются третичные спирты.

Чтобы понять, как осуществляются подобные превращения, необходимо рассмотреть электронные эффекты в реагирующих молекулах: за счет высокой электроотрицательности атома кислорода, электронная плотность смещается в сторону кислорода от углеродного атома карбонильной группы (-М-эффект). В молекуле реактива Гриньяра частично отрицательный заряд оказывается на атоме углерода, положительный – на магнии за счет положительного индуктивного эффекта (+I-эффект).

Ферментативный способ

Это сбраживание сахаристых веществ. Этанол получают брожением в присутствии дрожжей. Сущность брожения заключается том, что получаемая из крахмала глюкоза под действием ферментов распадается на спирт и СО2. результат этого процесса выражается схемой:

Физические свойства

Низкомолекулярные спирты (С1-С3) являются жидкостями с характерными запахом и вкусом и смешиваются с водой в любых соотношениях.

Температуры кипения спиртов не превышают 100°С, однако они выше чем температуры кипения эфиров или углеводородов, с такой же молекулярной массой.

Причиной этого являются межмолекулярные водородные связи, возникающие между водородными и кислородными атомами гидроксильных групп различных молекул спирта (происходит с участием неподеленных пар электронов кислорода).

Хорошая растворимость спиртов в воде объясняется образованием водородных связей между молекулами спирта и воды.

Спирты с С11 и выше – твердые вещества.

Химические свойства спиртов.

Химические свойства спиртов обусловлены присутствием гидроксигруппы. Поэтому для спиртов характерны реакции:

1) с разрывом связи –СО-Н

2) с разрывом связи С-ОН

3) реакции окисления

1. Кислотно-основные свойства спиртов.

Спирты являются амфотерными соединениями. Они способны выступать в роли как кислот, так и оснований.

Они проявляют кислотные свойства при взаимодействии со щелочными металлами и щелочами. Водород гидроксила замещается на металл с образованием алкоголятов (которые легко разлагаются водой).

2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2

этилат натрия

Спирты более слабые кислоты, чем вода. Их кислотные свойства в убывают в следующем порядке: СН3ОН < СН3СН2ОН < (СН3)2СНОН < (СН3)3СОН. Т. е. разветвление углеродного скелета снижает кислотные свойства.

Свойства оснований спирт проявляют по отношению к кислотам. Сильнее минеральные кислоты протонируют атом кислорода ОН-группы:

Спирты – нуклеофильные реагенты.

Реакции с карбонильными соединениями.

Спирты легко реагируют с карбоновыми кислотами, с образованием сложного эфира, такая реакция называется реакцией этерификации. Эта реакция обратима. Молекула воды образуется за счет отщепления ОН-группы от карбоновой кислоты и протона от молекулы спирта. Катализатором служит сильная минеральная кислота.

метиловый эфир уксусной кислоты

Реакции с неорганическими кислотами.

Взаимодействие спиртов с неорганическими кислотами также приводит к образованию сложных эфиров (но уже неорганических кислот).

серноэтиловый эфир

Нуклеофильное замещение гидроксигруппы .

Дегидратация спиртов.

Дегидратация спиртов протекает под действием сильных минеральных кислот (серной, ортофосфорной), при нагревании.

Отщепление может проходить внутримолекулярно . Рассмотрим механизм на примере бутанола-2: сначала происходит протонирование молекулы спирта водородом кислоты, затем отщепление воды от оксониевого иона с образованием алкил-катиона и быстрое отщепление протона с образованием алкена .

В случае отщепления Н2О применяется правило Марковникова. Это дает возможность переходить от одних спиртов к другим. Например, возможен переход от изобутилового спирта к трет-бутиловому (напишите самостоятельно)

Межмолекулярная дегидратация .

В случае межмолекулярной дегидратации продуктами реакции являются простые эфиры. Реакция протекает в тех же условиях, но отличается температурным режимом.

Окисление

Окислению подвергаются все спирт, но легче всего первичные.

Первичные спирты окисляются до альдегидов и далее до карбоновых кислот (на этой реакции основан метаболизм в организме).

Вторичные спирты в таких реакциях дают кетоны, третичные окисляются с расщеплением С-С-связи и образованием смеси кетонов и кислот.

Качественные реакции на спирты.

Как было сказано ранее, спирты могут реагировать с разрывом связей

–С –ОН и СО – Н. В качественном анализе используются и те и другие реакции.

1. Ксантогеновая проба – это наиболее чувствительная реакция на спиртовую группу. Спирт смешивают с сероуглеродом, добавляют кусочек КОН, слегка нагревают и приливают раствор CuSO4 голубого цвета. При положительной реакции возникает коричневая окраска ксантогената меди.

2 Проба Льюиса .

В реакции используется смесь концентрированной соляной кислоты и хлорида цинка. Эта реакция используется как аналитический метод установления типа спирта: является ли он первичным, вторичным или третичным.

Третичные спирты реагируют почти мгновенно с выделением тепла и образованием маслянистого слоя галогеналкана.

Вторичные реагируют в течение 5 мин (также образуется маслянистый слой).

Первичные спирты при комнатной температуре не реагируют, но вступают в реакцию при нагревании.

Применение спиртов.

Метанол применяют для производства формальдегида, уксусной кислоты, растворителя в производстве лаков и красок, служит полупродуктом для синтеза красителей, фармацевтических препаратов, душистых веществ. Сильный яд.

Этанол – сильный антисептик (в хирургии для мытья рук хирурга и инструментов) и хороший растворитель. Используется для производства дивинила (компонент каучука), хлороформа, этилового эфира (используется в медицине). Некоторое количество спирта идет на употребление в пищевой промышленности (изготовление пропитки, ликеров).

н-Пропанол применяют для производства пестицидов, лекарств, растворителя для восков, смол различной природы.

Влияние на здоровье человека. Механизм действия спиртов.

Одноатомные спирты – наркотики. Их токсичность возрастает с увеличением числа атомов углерода.

Метиловый спирт – сильный нервный и сосудистый яд, снижает насыщаемость крови кислородом. Метанол принятый внутрь взывает опьянение и тяжелое отравление сопровождаемое потерей зрения.

Метанол в пищеварительном тракте окисляется в токсичнее продукт – формальдегид и муравьиную кислоту, которые в небольших количествах взывают тяжелые отравления организма и смерть:

Этиловый спирт – наркотик, взывает паралич нервной системы.

Попадая в организм человека, спирт действует сначала возбуждающе, а затем угнетающе на ЦНС, притупляет чувствительность, ослабляет функцию головного мозга, значительно ухудшает реакцию.

Главной причиной поражения организма этанолом является образование ацетальдегида, который оказывает токсическое воздействие и взаимодействует со многими метаболитами. Ацетальдегид образуется в результате действия фермента алкогольдегидрогеназы (содержится в печени).

Пропиловый спирт действует на организм аналогично этиловому, но сильнее последнего.

Фенолы

Фенолами называются производные ароматических углеводородов, молекулы которых содержат одну или несколько гидроксильных групп, непосредственно соединенных с бензольным кольцом.

Простейший представитель этого класса С 6 Н 5 ОН – фенол.

Строение фенола. Одна из двух неподеленных электронных пар атома кислорода втягивается в - электронную систему бензольного кольца. Это приводит к двум эффектам: а) увеличивается электронная плотность в бензольном кольце, причем максимумы электронной плотности находятся в орто – и пара – положениях по отношению к группе ОН;

б) электронная плотность на атоме кислорода напротив, уменьшается, что приводит к ослаблению связи О-Н. Первый эффект проявляется в высокой активности фенола в реакциях электрофильного замещения, а второй – в повышенной кислотности фенола по сравнению с предельными спиртами.

Монозамещенные производные фенола, например метилфенол (крезол), могут существовать в виде трех структурных изомеров орто - , мета - , пара - крезолов:

ОН ОН ОН

о – крезол м – крезол п – крезол

Получение . Фенолы и крезолы содержатся в каменноугольной смоле, а также в нефти. Кроме того, образуются при крекинге нефти.

В промышленности фенол получают:

1) из галогенбензолов . При нагревании хлорбензола и гидроксида натрия под давлением получают фенолят натрия, при дальнейшей обработке которого кислотой образуется фенол: С 6 Н 5 Сl + 2NaOH → С 6 Н 5 ONa + NaCl + H 2 O;

С 6 Н 5 Сl + H 2 SO 4 → С 6 Н 5 OH + NaHSO 4 ;

2) при каталитическом окислении изопропилбензола (кумола) кислородом воздуха, при этом образуются фенол и ацетон.

СН 3 ―СН―СН 3 ОН

О 2 + СН 3 ―С―СН 3 .

Это основной промышленный способ получения фенола.

3)фенол получают из ароматических сульфокислот . Реакция проводится при сплавлении сульфокислот со щелочами. Первоначально образующиеся феноксиды обрабатывают сильными кислотами для получения свободных фенолов.

SO 3 H ONa

3NaOH → + Na 2 SO 3 + 2H 2 O.

феноксид натрия

Физические свойства . Простейшие фенолы – вязкие жидкости или низкоплавкие твердые вещества с характерным карболовым запахом. Фенол растворим в воде (особенно в горячей), другие фенолы – мало растворимы. Большинство фенолов – бесцветные вещества, однако при хранении на воздухе темнеют за счет продуктов окисления.

Химические свойства .

1. Кислотность фенола выше, чем у предельных спиртов; он реагирует как со щелочными металлами

2С 6 Н 5 ОН + 2Na → 2С 6 Н 5 ОNa + Н 2 ,

так и с их гидроксидами:

С 6 Н 5 ОН + NaОН → С 6 Н 5 ОNa + Н 2 О.

Фенол, однако, является очень слабой кислотой. При пропускании через раствор фенолятов углекислого или сернистого газов выделяется фенол. Это доказывает, что фенол – более слабая кислота, чем угольная или сернистая.

С 6 Н 5 ОNa + СО 2 + Н 2 О → С 6 Н 5 ОН + NaНСО 3 .

2. Образование сложных эфиров . Они образуются при действии на фенол хлорангидридов карбоновых кислот (а не самих кислот, как в случае спиртов). O

С 6 Н 5 ОН + СН 3 СОСl → C 6 H 5 ―C―CH 3 + HCl.

фенилацетат

3. Образование простых эфиров происходит при взаимодействии фенола с галогеналканами.

С 6 Н 5 ОН + С 2 Н 5 Сl → С 6 Н 5 ―О― С 2 Н 5.

фенилэтиловый эфир

5. Реакции электрофильного замещения с фенолом протекают значительно легче, чем с ароматическими углеводородами. Поскольку ОН группа является ориентантом I рода, то в молекуле фенола увеличивается реакционная способность бензольного кольца в орто – и пара – положениях.

а) бромирование. При действии бромной воды на фенол три атома водорода замещаются на бром и образуется осадок 2, 4, 6 – трибромфенола: ОН

ОН Br Br

3Вr 2 → + 3HBr.

Это качественная реакция на фенол.

б) нитрование. ОН

ОН

Цели. Познакомить с большой группой органических веществ, генетически связанных между собой (строением, изомерией, номенклатурой, физическими свойствами, классификацией); сформировать общее представление о спиртах, альдегидах, карбоновых кислотах; продолжить развитие общеучебных навыков; воспитывать потребности в знаниях о тех веществах, с которыми мы соприкасаемся в быту – они находятся в пищевых продуктах, лекарствах.

Демонстрационный материал. Коллекция карбоновых кислот, спиртов, фенола, формалина.

Демонстрационный эксперимент. Изучение растворимости в воде спиртов (этанола, н -пропанола и н -бутанола), кислот (муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной, стеариновой и пальмитиновой), альдегидов (40%-й раствор муравьиного альдегида – формалин).

Наглядное обеспечение. Таблицы «Образование водородной связи», «Спирты и альдегиды»; модели молекул; рисунки с формулами наиболее часто встречаемых кислот.

Раздаточный материал. Информационная карта к занятию.

Межпредметные и внутрипредметные связи. Неорганическая химия: минеральные кислоты, водородные связи между молекулами; органическая химия: углеводороды (общие формулы, строение, номенклатура, изомерия); математика: функция; физика: физические свойства веществ, константы.

ХОД УРОКА

П р и м е р ы: муравьиная кислота, щавелевая кислота, лимонная, яблочная, молочная кислоты, «винный спирт» (этанол), формалин (40%-й раствор муравьиного альдегида в воде), глицерин, ацетон, эфир для наркоза (диэтиловый эфир), фенол.

Задание 1. Распределите следующие вещества на три группы – спирты, альдегиды, карбоновые кислоты:

Задание 2. По каким признакам классифицируют кислородсодержащие соединения? Назовите функциональные группы спиртов, альдегидов и карбоновых кислот.

Функциональные группы веществ разных классов

Альдегиды

Карбоновые кислоты

ОН

гидроксильная

Задание 3. Как называют углеводородный фрагмент в формулах органических кислородсодержащих соединений? Например, в задании 1 (см. выше) – это фрагменты: СН 3 , С 4 Н 9 , С 5 Н 11 , С 2 Н 5 , С 7 Н 15 , С 3 Н 7 .

Обозначая углеводородный радикал буквой R, получаем общие формулы:

спиртов – ………………………. ;

альдегидов – ……………….. ;

органических кислот – …………………. .

Классификацию спиртов, альдегидов и кислот можно проводить по числу функциональных групп в молекулах. Различают одно-, двух- и трехатомные спирты:

Альдегиды с двумя альдегидными группами СНО в молекуле называют следующим образом:

Карбоновые кислоты в зависимости от числа карбоксильных групп в молекуле бывают одно-, двух- и трехосновные:

Кислородсодержащие соединения различаются по строению углеводородного радикала. Они бывают предельные (насыщенные), непредельные (ненасыщенные), циклические, ароматические.

Примеры спиртов:

Примеры альдегидов:

Примеры карбоновых кислот:

Мы будем изучать только предельные одноосновые карбоновые кислоты, одноатомные спирты и альдегиды.

Задание 4. Дайте определение насыщенных спиртов, альдегидов, карбоновых кислот.

Спирты бывают первичные, вторичные и третичные. В первичных спиртах при атоме С, связанном с гидроксильной группой ОН, один углеродный сосед; во вторичных спиртах при атоме С наряду с группой ОН два углеродных заместителя (соседа), а в третичных спиртах – три углеродных заместителя. Например:

Номенклатура
кислородсодержащих соединений

По международной номенклатуре ИЮПАК названия спиртов производят из названий соответствующих алканов с добавлением суффикса «ол».

Особенность названий альдегидов – суффикс «аль».

Задание 6. Впишите в таблицу формулы и названия по ИЮПАК следующих четырех альдегидов.

Задание 7. Впишите в таблицу формулы и названия по ИЮПАК четырех следующих кислот.

Физические свойства.
Водородная связь

1) А г р е г а т н о е с о с т о я н и е линейных соединений разных классов.

2) Т е м п е р а т у р ы к и п е н и я (°С) первых пяти гомологов веществ четырех классов.

3) В о д о р о д н а я с в я з ь в ряду рассматриваемых соединений – это межмолекулярная связь между кислородом одной молекулы и гидроксильным водородом другой молекулы.

Справочная информация – электроотрицательность атомов: С – 2,5; Н – 2,1; О – 3,5.

Распределение электронной плотности в молекулах спиртов и карбоновых кислот неравномерное:

Водородную связь в спиртах и кислотах изображают так:

В ы в о д. В гомологических рядах спиртов и карбоновых кислот отсутствуют газообразные вещества и температуры кипения веществ высокие. Это связано с наличием водородных связей между молекулами. За счет водородных связей молекулы оказываются ассоциированными (как бы сшитыми), поэтому, чтобы молекулы стали свободными и приобрели летучесть, необходимо затратить дополнительную энергию на разрыв этих связей.

4) Р а с т в о р и м о с т ь в в о д е демонстрируется экспериментально на примере растворимости в воде спиртов – этилового, пропилового, бутилового и кислот – муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной и стеариновой. Демонстрируется также раствор муравьиного альдегида в воде.

Задание 11. Что можно сказать о растворимости спиртов, альдегидов и карбоновых кислот в воде? Чем объясняется растворимость этих веществ?

При ответе используйте схему образования водородных связей между молекулами кислоты и воды:

Необходимо отметить, что с увеличением молекулярной массы растворимость в воде спиртов и кислот уменьшается. Чем больше углеводородный радикал в молекуле спирта или кислоты, тем труднее группе ОН держать молекулу в растворе за счет образования слабых водородных связей.

Строение спиртов, альдегидов,
карбоновых кислот

Изомерии спиртов, альдегидов
и карбоновых кислот

1) И з о м е р и я с п и р т о в на примере пентанола С 5 Н 11 ОН (приведены углеродные цепи изомеров):

Задание 13. По углеродным цепям назовите разветвленные изомеры спиртов состава С 5 Н 11 ОН:

Задание 14. Являются ли данные вещества изомерами:

Задание 15. Какие виды изомерии характерны для спиртов?

2) И з о м е р и я а л ь д е г и д о в на примере н -пентаналя, или валерианового альдегида н -С 4 Н 9 СНО:

Задание 16. Какие виды изомерии характерны для альдегидов?

3) И з о м е р и я к а р б о н о в ы х к и с л о т на примере н -пентановой, или валериановой, кислоты н -С 4 Н 9 СООН:

Задание 17. Какие виды изомерии характерны для карбоновых кислот?

Задание 18. Напишите структурные формулы следующих веществ:

а) 2,4-диметил-3-этилгексаналь;

б) 2,2,4-триметил-3-изопропилпентаналь;

в) 2,3,4-триметил-3-этилпентандиол-1,2;

г) 2,3,4-триметил-3-изопропилгексантриол-1,2,4;

д) 3,4,5,5-тетраметил-3,4-диэтилгептановая кислота;

е) 2,4-диметилгексен-3-овая кислота.

Домашнее задание

Выучить тривиальные названия пяти первых альдегидов и карбоновых кислот.

Заполнить таблицу «Строение спиртов, альдегидов, карбоновых кислот» для вторых членов данных гомологических рядов (см. задание 12).

Написать все возможные изомеры для бутанола С 4 Н 10 О, бутаналя С 4 Н 8 О и бутановой кислоты С 4 Н 8 О 2 , назвать их по ИЮПАК.

Р е ш и т ь з а д а ч у. Один из многоатомных спиртов используют для приготовления антифризов – жидкостей, замерзающих при низкой температуре. Антифризы используют в зимних условиях для охлаждения автомобильных двигателей. Найдите молекулярную формулу этого спирта, если массовая доля углерода в нем составляет 38,7%, водорода – 9,7%, кислорода – 51,6%. Относительная плотность его паров по водороду равна 31. Напишите структурную формулу спирта и назовите его.