5)Кислородсодержащие презентация

Химия
Для студентов I курса специальностей: 2080165 —
экология, 08040165 — товароведение и экспертиза
товаров, 260800 — технология, конструирование
изделий и материалы легкой промышленности
ИИИБС, кафедра ЭПП
к.х.н., доцент А. Н. Саверченко
КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ
ОРГАНИЧЕСКИЕ
СОЕДИНЕНИЯ
Кафедра ЭПП, к.х.н., доцент
Саверченко А.Н.
Студент должен:
знать
строение, номенклатуру, свойства, способы получения и
применение кислородсодержащих органических соединений
уметь
составлять названия и химические уравнения реакций
кислородсодержащих органических соединений
К кислородсодержащим органическим соединениям
относят многочисленные органические соединения,
как природного происхождения, так и синтетические,
являющиеся производными углеводородов, в
молекулах которых содержатся углеродные атомы,
непосредственно связанные с кислородом.
В органических кислородсодержащих веществах
кислород в соединении с углеродом образует
различные группы, в которых углерод затрачивает на
соединении с атомами кислорода одну, две или три
валентные связи:
O
C OH
гидроксильная
группа
C O
карбонильная
группа
–С
OH
карбоксильная
группа
Остальные валентности углерода могут участвовать в
образовании связи либо с углеродными атомами,
либо с атомами водорода или других элементов.
Таким образом, приведённые кислородсодержащие
группы, можно представить как различные стадии
окисления углеродных атомов в органических
молекулах; эти группы связаны между собой так же,
как и соединения, в состав которых они входят,
взаимными окислительно-восстановительными
превращениями. Гидроксильная группа содержится в
спиртах, карбонильная – в альдегидах и кетонах,
карбоксильная – в карбоновых кислотах.
Спирты и их производные
Производные углеводородов, представляющие собой
продукты замещения атома водорода в
углеводородной молекуле водным остатком, т.е.
гидроксильной группой – OH, называют спиртами.
Эти вещества можно рассматривать и как
производные воды, в молекуле которой один атом
водорода замещён углеводородным радикалом R.
Это можно представить схемой:
R–H
углеводород
R–OH
спирт
Н–OH
вода
Спирты могут содержать и несколько гидроксильных
групп но при разных атомах углерода. Число их
характеризует атомность спирта. В соответствии с
этим спирты бывают одноатомные и многоатомные;
последние подразделяются на двухатомные,
трёхатомные и т.д. спирты.
Строение. Изомерия.
Изомерия предельных одноатомных спиртов, общая
формула которых CnH2n+1OH, обусловлена изомерией
углеродного скелета и изомерией положения
гидроксильной группы.
Спирту состава C3H7OH соответствует два изомера по
положению гидроксильной группы:
CH 3 CH 2 CH 2 OH
пропиловый спирт
(первичный)
CH 3 CH CH3
OH
вторичный пропиловый
спирт (изопропиловый)
Из бутана и изобутана могут быть произведены четыре
изомерных бутиловых спирта.
В зависимости от положения гидроксильной группы при
первичном, вторичном и третичном углеродном
атоме спирты могут быть первичными, вторичными и
третичными:
R/
R CH 2 OH
первичный спирт
R CH OH
вторичный спирт
R/
R C
OH
R //
третичный спирт
Химические свойства
Химические свойства спиртов обусловлены наличием
гидроксильной группы. В разнообразных химических
превращениях спиртов особая роль принадлежит
двум типам реакций:
R
CH2 O H
(1) (2)
разрыву связи между атомами C и O (1), O и H(2).
Положение гидроксильной группы существенно влияет
на её поведение в этих превращениях.
Кислотные свойства
спиртов.
Атомы водорода гидроксильных групп в спиртах
проявляют определённую подвижность. Подобно
воде, спирты реагируют со щелочными металлами,
которые замещают водород спиртовых
гидроксильных групп; при этом образуются
алкоголяты и выделяется водород:
2R
OH + 2Na
2R ONa + H2
алкоголят
натрия
2CH 3 CH2 OH + 2Na
этиловый
спирт
2CH 3 CH2
этилат
натрия
ONa + H2
По мере увеличения числа углеродных атомов в
углеводородных радикалах спиртов активность
последних в этой реакции всё более уменьшается.
Высшие спирты реагируют с натрием лишь при
нагревании. Первичные спирты значительно активнее
в реакциях со щелочными металлами, чем
изомерные им вторичные и особенно третичные.
В реакции со щелочными металлами спирты проявляют
свойства кислот; но в результате влияния,
оказываемого на гидроксильную группу алкильным
радикалом, спирты – ещё более слабые кислоты, чем
вода. Практически спирты – нейтральные вещества:
они не показывают ни кислой, ни щелочной реакции
на лакмус, не проводят электрический ток.
Окисление спиртов.
Кислород воздуха окисляет спирты только при высокой
температуре; при этом они горят. В результате
происходит полное разрушение молекул с
образованием оксида углерода(IV) и воды.Возможно
и умеренное окисление спиртов: при этом они
окисляются легче, чем соответствующие предельные
углеводороды. Углеводороды на холоду не
взаимодействуют с раствором перманганата калия
или хромовой смесью, спирты же окисляются
ими.Внешне реакция проявляется в том, что в случае
перманганата калия (KMnO4) исчезает его
фиолетовая окраска, а в случае хромовой смеси
(K2Cr2O7+H2SO4) её оранжевый цвет переходит в
зеленый.
Большая склонность спиртов к окислению по
сравнению с углеводородами объясняется влиянием
имеющейся в их молекулах гидроксильной группы.
Молекулы спиртов содержат углеродные атомы, как
бы уже подвергшиеся окислению, т.е. связанные с
кислородом гидроксида, и поэтому действие
окислителя прежде всего направляется на спиртовую
группу. При этом окислению легче подвергаются
спирты, в которых при углероде спиртовой группы
имеется водород, - первичные и вторичные.
При окислении первичных спиртов образуются
альдегиды, вторичных – кетоны, окисление
третичных спиртов сопровождается разрывом
углеродной цепи.
Н
R
C
O
H
O H
+O
R
H
первичный спирт
C
+ H2 O
альдегид
R/
R
C
R/
H
+O
O H
вторичный спирт
R
C + H2O
O
кетон
Дегидратация спиртов.
Дегидратация (отнятие воды от молекулы спирта)
приводит к образованию этиленовых углеводородов
или простых эфиров. При избытке спирта
дегидратация протекает межмолекулярно, что
приводит к образованию простого эфира:
130 o
CH3 CH2 OH + HO CH2 CH3 H SO C2H5 – О – С2Н5 + Н2О
2 4
Внутримолекулярная дегидратация, т.е. за счёт одной
молекулы спирта, приводит к образованию
этиленового углеводорода:
o
CH 2 H
160
CH2 OH
H SO
2 4
CH2
CH2
+ H2O
Образование сложных
эфиров.
Взаимодействие спиртов с кислотами (органическими и
неорганическими) приводит к образованию
производных кислот, называемых сложными
эфирами:
O
CH3 CH 2 OH + CH3
этиловый
спирт
C
OH
уксусная
кислота
O
-Н2 О
CH3
C
O C2 H5
этиловый эфир
уксусной кислоты
Эта реакция называется реакцией этерификации.
Способы получения
Гидролиз галогеналканов.
При действии на галогеналкилы воды в присутствии
щелочей происходит реакция гидролиза, в
результате которой галоген замещается гидроксилом
с образованием спирта и галогеноводородной
кислоты.
R
Cl + HOH
ROH + HCl
Реакция протекает при каталитическом участии
образуемых щелочами ионов OH - . В присутствии
щелочей галогеноводородная кислота связывается,
образуя соответствующую соль. Взаимодействие
галогеналкилов с водными растворами щелочей может
быть представлено и как реакция обмена
R Cl + Na OH
ROH + NaCl
Таким образом, при действии водного раствора щелочи
на галогеналкилы образуются спирты. Например:
CH3 CH2 Cl
NaOH водн. р− р
CH3 CH2 OH + NaCl
Гидратация алкенов.
CH2 = CH2 + HOH t кат CH3 CH2 OH
1
С гомологоми этилена реакция протекает по правилу
Марковникова.
Например:
CH 2 = CH CH3 + HOH CH3 CH CH3
OH
пропен
2 - пропанол
Восстановление
альдегидов
и
кетонов.
При действии водорода в момент выделения (H) на
карбонильные соединения альдегиды
восстанавливаются в первичные спирты, а кетоны –
во вторичные:
R‫׀‬
R‫׀‬
R
CH 2 [ H ] R
CH2
O
OH
R
C 2 [H ] R
CH
O
OH
альдегид
кетон
первичный спирт
вторичный спирт
Специфические способы
получения
спиртов.
Некоторые спирты получают характерными только для
них способами. Так, метанол в промышленности
получают при взаимодействии водорода с оксидом
углерода (II) при повышенном давлении и высокой
температуре на поверхности катализатора:
CO + H2
t 1 P 1 ZnO
синтез газ - метанол
CH3
OH
Синтез газ получают при пропускании паров воды над
раскаленным углем:
C + H2O
t
CO + H2
Этанол (этиловый спирт) в промышленности получают
при спиртовом брожении глюкозы
C6H12O6
дрожжи
2C2H5OH + 2CO2
Многоатомные спирты
Многоатомные спирты
этиленгликоль
CH 2 CH 2
OH OH
двухатомный спирт
глицерин
CH
2
CH CH 2
OH OH OH
трехатомный спирт
Химические свойства.
CH2 OH
CH
2
+ 2 Na
CH2 OH
CH2
CH2 OH
CH
2
ONa
+H
ONa
Cl
+ 2 HCl
CH2 OH
+ 2H
CH2
2
Cl
2
O
3. Реагируют с кислотами, образуя сложные эфиры:
CH2 OH
CH
+ 2 HNO
CH2 OH
3
O NO 2
H 2 SO4
+ 2H 2 O
CH2 O NO2
2
4. Реагируют с гидроксидом меди (II) – качественная
реакция на многоатомные спирты (ярко-синее
окрашивание раствора)
H 2C OH
HO H 2 C
HC OH + HO Cu OH + HO
H2 C OH
HC
HO H2 C
H2 C O
Cu
HC O
HO H 2C
H
H
O CH 2
O
CH
+2H2 O
CH 2OH
Рекомендуемая литература
30
Коровин Николай Васильевич. Общая химия: Учебник. - 2-е изд., испр. и доп.
- М.: Высш. шк., 2000. - 558с.: ил.
Павлов Н.Н. Общая и неорганическая химия: Учеб. для вузов. – 2-е изд.,
перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2002. – 448 с.: ил.
Ахметов Наиль Сибгатович. Общая и неорганическая химия: Учебник для студ.
химико-технологических спец. вузов / Н.С.Ахметов. - 4-е изд., исп. М.:Высш. шк.: Академия, 2001. - 743с.: ил.
Глинка Николай Леонидович. Общая химия: Учебное пособие для вузов /
Н.Л.Глинка; Ермаков Л.И (ред.) – 29–е изд.; исп. – М.: Интеграл Пресс, 2002 –
727с.: ил.
Писаренко А.П., Хавин З.Я. Курс органической химии – М.: Высшая
школа,1975,1985.
Альбицкая В.М., Серкова В.И. Задачи и упражнения по
органической химии. – М.: Высш. шк., 1983.
Грандберг И.И. Органическая химия – М.: Дрофа, 2001.
Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия М.: Высш. Шк.,
1981
Иванов В.Г., Гева О.Н., Гаверова Ю.Г. Практикум по
органической химии – М.: Академия., 2000.