Диены с сопряженными двойными связями. Диеновые углеводороды (алкадиены). Общая характеристика алкадиенов
4. Получение этанола спиртовым брожением сахаристых веществ:
С 6 Н 12 О 6 2CH 3 –CH 2 –ОН + 2СО 2 .
(глюкоза)
5. Получение метанола из синтез-газа (смеси СО и Н 2):
СО + 2Н 2 CH 3 –ОН.
Многоатомные предельные спирты
Многоатомные спирты содержат несколько гидроксильных групп, присоединенных к разным атомам углерода. Присоединение нескольких гидроксильных групп к одному атому углерода невозможно, так как при этом происходит процесс дегидратации и образуется соответствующий альдегид или карбоновая кислота:
Примеры многоатомных спиртов:
Многоатомные спирты содержат асимметрические атомы углерода и обладают оптической изомерией.
В качестве примера циклических спиртов можно привести шестиатомные циклические спирты С 6 Н 6 (ОН) 6 – инозиты, один из изомеров которых (мезоинозит) входит в состав фосфолипидов:
Химические свойства многоатомных спиртов
1. Кислотные свойства
Многоатомные спирты обладают большими кислотными свойствами по сравнению с одноатомными спиртами, что объясняется взаимным влиянием функциональных групп:
гликолят натрия
2. Качественная реакция на многоатомные спирты – взаимодействие со свежеосажденным гидроксидом меди(II):
3. Образование полных и неполных эфиров с неорганическими и органическими кислотами:
;
(нитроглицерин);
.
4. Дегидратация многоатомных спиртов
Получение многоатомных спиртов
1. Гидролиз дигалогеноалканов:
Br–CH 2 –CH 2 –Br + 2KOH НО–CH 2 –CH 2 –ОН + 2KBr.
2. Окисление алкенов водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера):
3CH 2 =CH 2 +2KMnO 4 +4H 2 O®3HO–CH 2 –CH 2 –OH+2MnO 2 ¯+2KOH.
3. Получение глицерина:
(гидролиз жиров)
ФЕНОЛЫ
Фено́лы - органические соединения ароматического ряда, в молекулах которых гидроксильные группы связаны с атомами углерода ароматического кольца. По числу ОН-групп различают:
· одноатомные фенолы (аренолы): фенол (C 6 H 5 OH) и его гомологи:
фенол | орто -крезол | мета -крезол | пара -крезол | |
Еще один изомер состава С 7 Н 7 ОН, бензиловый спирт, не относится к фенолам, так как функциональная группа не присоединена непосредственно к ароматической системе. Гидроксильная группа может быть присоединена и к более сложным ароматическим системам, например, | ||||
бензиловый спирт | a-нафтол | b-нафтол | ||
- двухатомные фенолы (арендиолы):
- трехатомные фенолы (арентриолы):
Для фенола и его гомологов возможны два типа изомерии: изомерия положения заместителей в бензольном кольце и изомерия боковой цепи (строения алкильного радикала и числа радикалов).
Физические свойства.
Фенол – бесцветное кристаллическое вещество, розовеющее на воздухе. Обладает характерным запахом. Хорошо растворяется в воде, этаноле, ацетоне и других органических растворителях. Раствор фенола в воде – карболовая кислота. Другие фенолы – бесцветные кристаллические вещества или жидкости, температуры кипения которых выше температур кипения предельных спиртов с такими же молярными массами. Фенолы малорастворимы в воде, хорошо растворяются в органических растворителях, токсичны.
Химические свойства.
Для структуры фенола характерно взаимодействие неподеленной пары электронов атома кислорода и p-электронов ароматического кольца. Результатом этого является смещение электронной плотности с гидроксильной группы на кольцо, при этом связь О–Н становится более полярной, а значит, менее прочной (фенолы проявляют свойства слабых кислот).
Гидроксильная группа по отношению к бензольному кольцу является заместителем I рода, ориентируя реакции замещения в орто- и пара-положения.
Реакции фенола можно разделить на две группы: реакции с участием функциональной группы и реакции с участием ароматического кольца.
Реакции по гидроксильной группе
1. Кислотные свойства:
2C 6 H 5 OH + 2Na ® H 2 + 2C 6 H 5 ONa (фенолят натрия);
C 6 H 5 OH + NaOH ® C 6 H 5 ONa + H 2 O;
C 6 H 5 ONa + H 2 O + CO 2 ® C 6 H 5 OH + NaHCO 3
(кислотные свойства фенола слабее, чем угольной кислоты);
Фиолетовое окрашивание растворов в присутствии хлорида железа(III) – качественная реакция на фенолы.
В том случае, когда гидроксильная группа не связана непосредственно с ароматическим циклом, а находится в составе заместителя, влияние бензольного кольца на функциональную группу ослабевает и кислотные свойства не проявляются (класс ароматических спиртов). Например, бензиловый спирт реагирует с натрием и не реагирует с NaOH.
2. Образование сложных и простых эфиров (в отличие от спиртов фенолы не реагируют с карбоновыми кислотами, сложные эфиры получают косвенным путем – из хлорангидридов кислот и фенолятов): С 6 Н 5 ОН + СН 3 СООН ¹
C 6 H 5 ONa + R–Br ® C 6 H 5 OR + NaBr
3. Окисление (фенолы легко окисляются даже под действием кислорода воздуха, поэтому при стоянии постепенно окрашиваются в розовый цвет):
бензохинон |
Реакции по бензольному кольцу.
1. Галогенирование:
(в отличие от бензола и его гомологов фенол обесцвечивает бромную воду).
2. Нитрование:
Тринитрофенол (пикриновая кислота) – кристаллическое вещество желтого цвета, по силе приближается к неорганическим кислотам).
3. Поликонденсация (взаимодействие с формальдегидом и образование фенолформальдегидных смол):
Получение фенола
3. Перегонка каменноугольной смолы.
4. Получение фенола из галогенбензолов:
С 6 Н 5 Сl + 2NaOH C 6 H 5 ONa + NaCl + H 2 O;
C 6 H 5 ONa + HCl ® C 6 H 5 OH + NaCl.
5. Каталитическое окисление изопропилбензола (кумола) – кумольный метод:
АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ
Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным соединениям и содержат карбонильную группу . В альдегидах карбонильная группа обязательно связана с атомом водорода (находится в положении 1 углеродной цепи), в кетонах она расположена в середине цепи и связана с двумя атомами углерода. Общая формула альдегидов и кетонов С 2 H 2 n O (межклассовые изомеры). Для альдегидов существует только изомерия углеродного скелета, для кетонов – изомерия углеродного скелета и изомерия положения функциональной группы.
Номенклатура альдегидов и кетонов:
метаналь (формальдегид или муравьиный альдегид) | этаналь (ацетальдегид или уксусный альдегид) | пропаналь (пропионовый альдегид) | |
бутаналь (масляный альдегид) | метилпропаналь (изомасляный альдегид) | пропеналь (акролеин) | |
пропанон (диметилкетон или ацетон) | бутанон (метилэтилкетон) | пентанон-1 (метилпропилкетон) | |
пентанон-2 (диэтилкетон) | метилбутанон (метилизопропил кетон) | метилфенилкетон (ацетофенон) | |
бензойный альдегид | дифенилкетон (бензофенон) | ||
Физические свойства
Формальдегид при комнатной температуре – газ, температура кипения ацетальдегида +20°С. Температуры кипения альдегидов ниже, чем температуры кипения соответствующих спиртов (отсутствуют водородные связи между молекулами). Ацетон и его ближайшие гомологи – жидкости, легче воды. Альдегиды и кетоны легко летучи и имеют резкий запах. Раствор формальдегида в воде – формалин.
Химические свойства
Атом углерода карбонильной группы находится в состоянии sp 2 -гибридизации (плоский фрагмент). Электроны двойной связи сильно смещены в сторону более электроотрицательного атома кислорода (связь С=О полярная). Перераспределение зарядов в карбонильной группе оказывает влияние на полярность С–Н связей соседнего с карбонильной группой атома углерода (a-положение):
Для альдегидов и кетонов характерны реакции присоединения по двойной связи карбонильной группы и реакции замещения атома водорода у a-атома углерода на галоген. Кроме того, альдегиды способны окисляться по атому водорода при карбонильной группе.
Реакции присоединения по двойной связи С=О группы (нуклеофильное присоединение S N)
В связи с тем, что связь С=О альдегидов и кетонов имеет полярный характер, она легко разрывается под действием полярных молекул типа Н–Х. В общем виде реакцию можно представить в виде:
1. Присоединение водорода (восстановление альдегидов и кетонов до первичных и вторичных спиртов):
2. Присоединение воды (гидратация) – обратимый процесс (гидраты устойчивы только в водных растворах):
Метаналь в водных растворах гидратирован на 100%, этаналь – на 50%, ацетон практически не гидратирован.
3. Присоединение спиртов:
(полуацеталь); (ацеталь).
4. Присоединение гидросульфита натрия (реакция служит для выделения альдегидов и кетонов из смесей с другими органическими веществами):
.
5. Присоединение аммиака (H–NH 2) и аминов (H–NHR):
Особым образом происходит присоединение аммиака к уксусному и муравьиному альдегидам:
(гексаметилентетрамин – уротропин, дезинфицирующее средство в урологии при воспалении мочевых путей)
5. Присоединение гидразина (H 2 N–NH 2) и фенилгидразина (H 2 N–NH–С 6 H 5).
Важнейшие из многоатомных спиртов — этиленгликоль и глицерин:
Этиленгликоль глицерин
Это - вязкие жидкости, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде и плохо растворимые в органических растворителях.
Получение. />
1. Гидролиз алкилгалогенидов (аналогично одноатомным спиртам):
ClCH 2 — CH 2 Cl + 2 NaOH → НОСН 2 -СН 2 ОН + 2 NaCl .
2. Этиленгликоль образуется при окислении этилена водным раствором перманганата калия:
СН 2 =СН 2 + [О] + Н 2 О → Н O СН 2 -СН 2 ОН.
3. Глицерин получают гидролизом жиров.
Химические свойства. />Для двух- и трехатомных спиртов характерны основные реакции одноатомных спиртов. В реакциях могут участвовать одна или две гидроксильные группы. Взаимное влияние гидроксильных групп проявляется в том, что многоатомные спирты - более сильные кислоты, чем одноатомныеспирты. Поэтому многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют со щелочами, образуя соли. По аналогии с алкоголятями соли двухатомных спиртов называют гликолятами, а трехатомных - глицератами.
Качественной реакцией на многоатомные спирты, содержащие группы ОН при соседних атомах углерода, является ярко, синее окрашивание при действии свежеосажденного гидроксида меди ( II ). Цвет раствора обусловлен образованием комплексного гликолята меди:
Для многоатомных спиртов характерно образование сложных эфиров. В частности, при реакции глицерина с азотной кислотой в присутствии каталитических количеств серной кислоты образуется тринитрат глицерина, известный под названием нитроглицерин (последнее название неверно с химической точки зрения, поскольку в нитросоединениях группа — NO 2 непосредственно связана с атомом углерода):
Применение . Этиленгликоль применяют для синтеза полимерных материалов и в качестве антифриза. В больших количествах он используется также для получения диоксана, важного (хотя и токсичного) лабораторного растворителя. Диоксан получают межмолекулярной дегидратацией этиленгликоля:
диоксан
Глицерин находит широкое применение в косметике, пищевой промышленности, фармакологии, производстве взрывчатых веществ. Чистый нитроглицерин взрывается даже при слабом ударе; он служит сырьем для получения бездымных порохов и динамита ― взрывчатого вещества, которое в отличие от нитроглицерина можно безопасно бросать. Динамит был изобретен Нобелем, который основал известную всему миру Нобелевскую премию за выдающиеся научные достижения в области физики, химии, медицины и экономики. Нитроглицерин токсичен, но в малых количествах служит лекарством, так как расширяет сердечные сосуды и тем самым улучшает кровоснабжение сердечной мышцы.
Органические углеводороды, в молекулярной структуре которых находится две и более группы -ОН, называются многоатомными спиртами. По-другому соединения называются полиспиртами или полиолами.
Представители
В зависимости от строения выделяют двухатомные, трёхатомные, четырёхатомные и т.д. спирты. Они отличаются на одну гидроксильную группу -ОН. Общую формулу многоатомных спиртов можно записать как C n H 2 n+2 (OH) n . Однако количество атомов углерода не всегда соответствует количеству гидроксильных групп. Такое несоответствие объясняется разной структурой углеродного скелета. Например, пентаэритрит содержит пять атомов углерода и четыре группы -ОН (один углерод посередине), а сорбит - по шесть атомов углерода и групп -ОН.
Рис. 1. Структурные формулы пентаэритрита и сорбита.
В таблице описаны наиболее известные представители полиолов.
Вид спирта |
Название |
Формула |
Физические свойства |
Двухатомные (диолы) |
Этиленгликоль |
HO-CH 2 -CH 2 -OH |
Прозрачная маслянистая сильно токсичная жидкость без запаха, со сладким привкусом |
Трёхатомные (триолы) |
Глицерин |
Вязкая прозрачная жидкость. Смешивается с водой в любых пропорциях. Имеет сладкий вкус |
|
Четырёхатомные |
Пентаэритрит |
Кристаллический белый порошок со сладким вкусом. Растворяется в воде и органических растворителях |
|
Пятиатомные |
CH 2 OH(CHOH) 3 CH 2 OH |
Кристаллическое бесцветное вещество сладкое на вкус. Хорошо растворяется в воде, спиртах, органических кислотах |
|
Шестиатомные |
Сорбит (глюцит) |
Сладкое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, но плохо растворимое в этаноле |
Некоторые кристаллические многоатомные спирты, например, ксилит, сорбит, используют в качестве сахарозаменителя и пищевой добавки.
Рис. 2. Ксилит.
Получение
Полиолы получают лабораторным и промышленным путём:
- гидратацией оксида этилена (получение этиленгликоля):
С 2 Н 4 О + Н 2 О → HO-CH 2 -CH 2 -OH;
- взаимодействием галогеналканов с раствором щелочей:
R-CHCl-CH 2 Cl + 2NaOH → R-CHOH-CH 2 OH + 2NaCl;
- окислением алкенов:
R-CH=CH 2 + H 2 O + KMnO 4 → R-CHOH-CH 2 OH + MnO 2 + KOH;
- омылением жиров (получение глицерина):
C 3 H 5 (COO) 3 -R + 3NaOH → C 3 H 5 (OH) 3 + 3R-COONa
Рис. 3. Молекула глицерина.
Свойства
Химические свойства многоатомных спиртов обусловлены нахождением в молекуле нескольких гидроксильных групп. Их близкое положение способствует более лёгким разрывам водородных связей, чем у одноатомных спиртов. Многоатомные спирты проявляют кислотные и основные свойства.
Основные химические свойства описаны в таблице.
Реакция |
Описание |
Уравнение |
Со щелочными металлами |
Замещая атом водорода в группе -ОН атомом металла, образуют соли с активными металлами и их щелочами |
|
С галогеноводородами |
Одна из групп -ОН замещается на галоген |
HO-CH 2 -CH 2 -OH + HCl → Cl-CH 2 -CH 2 -OH (этиленхлоргидрин) + H 2 O |
Этерификация |
Реагируют с органическими и минеральными кислотами с образованием жиров - сложных эфиров |
C 3 H 8 O 3 + 3HNO 3 → C 3 H 5 O 3 (NO 2) 3 (нитроглицерин) + 3H 2 O |
Качественная реакция |
При взаимодействии с гидроксидом меди (II) в щелочной среде образуется тёмно-синий раствор |
HO-CH 2 -CH 2 -OH + Cu(OH) 2 → C 4 H 10 O 4 + 2H 2 O |
Соли двухатомных спиртов называются гликолятами, трёхатомных - глицератами.
Что мы узнали?
Из урока химии узнали, что такое многоатомные спирты или полиолы. Это углеводороды, содержащие несколько гидроксильных групп. В зависимости от количества -ОН различают двухатомные, трёхатомные, четырёхатомные, пятиатомные и т.д. спирты. Наиболее простой двухатомный спирт - этиленгликоль. Полиолы обладают сладким вкусом и хорошо растворяются в воде. Диолы и триолы - вязкие жидкости. Высшие спирты - кристаллические вещества.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 129.