Спирты, альдегиды, кетоны

Спирты, альдегиды, кетоны
Теоретическое введение
Спирты – это производные углеводородов, у которых один или несколько
атомов водорода замещены на гидроксильные группы −ОН.
Химические свойства спиртов определяются гидроксильной группой −ОН.
Химические реакции спиртов могут протекать с участием всей группы
(с разрывом связи С−О) или идти по водороду гидроксильной группы
(с разрывом связи О−Н), например реакция этерификации.
Фенолы – это органические соединения, в которых гидроксильная группа
соединена непосредственно с атомом углерода бензольного кольца.
Простейшим представителем фенолов является гидроксибензол или фенол,
имеющий одну гидроксильную группу в бензольном кольце (С6Н5−ОН).
Фенол – твердое кристаллическое вещество с характерным запахом, плохо
растворяющееся в воде. Химические свойства фенолов определяются
гидроксильной группой и связанным с ней бензольным кольцом.
Кислотные свойства. Фенолы проявляют кислотные свойства и
взаимодействуют со щелочными металлами и щелочами:
2C6H5OH + 2Na → 2C6H5ONa + H2;
C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O.
Реакции замещения в бензольном кольце. Гидроксильная группа оказывает
очень большое влияние на бензольное кольцо, увеличивая его реакционную
способность. Поэтому фенол легко вступает в реакции электрофильного
замещения (с ориентацией заместителей в о- и п-положения). Например, он
легко бромируется бромной водой с образованием 2,4,6- трибромфенола.
Качественная реакция на фенол. Фенол образует с FeCl3 комплексную соль,
окрашенную в фиолетовый цвет.
Под действием окислителей (K2Cr2O7, KMnO4) в присутствии H2SO4
спирты окисляются с образованием альдегидов и кетонов, например:
3С2H5OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → Cr2(SO)3 + K2SO4 + 3СН3 – СОН + 7Н2О
уксусный альдегид
Альдегиды и кетоны содержат в молекуле карбонильную группу С = О
В молекулах альдегидов карбонильная группа соединена с
углеводородным радикалом и атомом водорода. Первым членом
гомологического ряда аль- дегидов является метаналь НСОН
(формальдегид), 40 %-ный водный раствор формальдегида называется
формалином.
В молекулах кетонов карбонильная группа соединена с двумя разными
R−CO−R′ или одинаковыми радикалами. Например, Н3С-С-СН3
║
О
ацетон
По своим химическим свойствам альдегиды являются восстановителями,
которые легко окисляются в кислоты. Например, при окислении альдегидов
аммиачным раствором оксида серебра образуется карбоновая кислота и
происходит выделение металлического серебра («реакция серебряного
зеркала») и является качественной на альдегиды:
СН3-СН2-СОН + 2[Ag(NH3)2]OH → СН3-СН2-СООН + 2Ag↓ + 4NH3 + H2O.
пропаналь
пропановая кислота
Кетоны окисляются значительно труднее альдегидов и только сильными
окислителями. При этом происходит разрыв углеродной цепи и образование
смеси продуктов. Кетоны не вступают в реакцию серебряного зеркала.
Примеры решения задач
Пример 1. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно
осуществить следующие превращения:
С2Н4 → Х → Y → С2Н5−О−С2Н5.
Указать условия протекания реакций. Назвать вещества Х и Y.
Решение. Конечный продукт – диэтиловый эфир – получается из этилового
спирта, следовательно, вещество Y – этанол. Перейти от этилена к этанолу
можно через промежуточное соединение – галогенопроизводное этана
(вещество Х).
При взаимодействии этилена с бромоводородом образуется бромэтан:
C2H4 + HBr → C2H5Br.
Бромэтан гидролизуется до спирта действием водного раствора NaOH:
C2H5Br + NaOH → C2H5OH + NaBr.
При нагревании этанола до 140 °С в присутствии серной кислоты в качестве
катализатора образуется диэтиловый эфир:
C2H5OH → С2Н5−О−С2Н5 + H2O. (t ,Н+)
Пример 2. Какая масса пропилата натрия может быть получена при
взаимодействии 15 г пропанола-1 с 9,2 г натрия?
Решение. Записываем уравнение реакции между пропанолом-1 и
металлическим натрием:
2CH3−СH2−СН2−OH + 2Na → 2CH3−СH2−СН2−ONa + H2.
Определяем количества вещества пропанола-1 и натрия:
υ (С3Н7ОН) = m/ M = 15/60 = 0,25моль;
υ (Na) =m/M=9,2/23 = 0,4 моль (Na)
Из уравнения реакции следует, что число моль спирта и натрия должны быть
равны, следовательно, натрий взят в избытке.
На основании уравнения реакции записываем:
υ (C3H7ONa) = υ(C3H7OH); υ (C3H7ONa) = 0,25 моль.
Определяем массу пропилата натрия, которую можно получить:
m (C3H7ONa) = υ(C3H7ONa) ∙ M(C3H7ONa);
m (C3H7ONa) = 0,25 ∙ 82 = 20,5 г.
Пример 3. Формалин представляет собой 40 %-ный водный раствор
формальдегида. Рассчитать массу метанола, которую необходимо окислить
для получения 600 г формалина.
Решение. Вычисляем массу формальдегида, который потребуется для
приготовления формалина:
m (CH2O) = 40*600/100 = 240 г.
Количество вещества требуемого формальдегида равно
υ (CH2O) = 240/30 = 8 моль.
Составляем уравнение реакции окисления метанола:
CH3OH + [O] → CH2O + H2O.
Из уравнения реакции следует, что υ (CH3OH) = υ(CH2O); υ(CH2O) = 8 моль.
Масса требуемого метанола равна
m (CH3OH) = υ(CH3OH) ∙ M (CH3OH);
m (CH3OH) = 8 ∙ 32 = 256 г.
Задачи и упражнения для самостоятельного решения
1. При взаимодействии бутанола-1 с избытком металлического натрия
выделился водород, занимающий при нормальных условиях объем2,8 л.
Определить количество вещества бутанола-1, которое вступило в реакцию.
(Ответ: 0,25 моль).
2. Назвать вещества Х и Y и написать уравнения реакций, с помощью
которых можно осуществить следующие превращения:
а) пропанол-1 → Х → пропанол-2;
б) этанол → Y → 1,2-дихлорэтан.
Указать условия протекания реакций.
3. Для получения метанола использовали 2 м3 оксида углерода (II) и 5 м3
водорода при нормальных условиях. Получено 2,04 кг спирта. Определить
выход спирта. (Ответ: 71,4 %).
4. Составить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить
следующие превращения:
С → СН4 → С2Н6 → С2Н4 → С2Н5ОН → С2Н5ОNa.
5. Определить массу фенолята натрия, который может быть получен при
взаимодействии 4,7 г фенола с 4,97 мл 35 %-го раствора NaОН (ρ = 1,38
г/мл). (Ответ: 5,8 г).
6. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить
следующие превращения:
хлорэтан → этанол → этилен → пропаналь.
7. При окислении 13,8 г этанола избытком оксида меди (II) получен альдегид,
масса которого составила 9,24 г. Определить выход продукта реакции.
(Ответ: 70 %).
8. Определить массу серебра, которая будет получена, если к избытку
аммиачного раствора оксида серебра прибавить 50 г 11,6 %-го водного
раствора пропаналя. (Ответ: 21,6 г).
9. Какое количество вещества НСНО содержится в его 30 %-м водном
растворе объемом 3 л и плотностью 1,06 г/мл? (Ответ: 31,8 моль).
10. 280 мл ацетилена было использовано для получения ацетальдегида,
выход которого составил 80 %. Какая масса серебра может образоваться при
добавлении всего полученного альдегида к избытку аммиачного раствора
оксида серебра? (Ответ: 1,08 г).
11. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить
следующие превращения:
С → СаС2 → С2Н2 → С2Н4 → С2Н6 → С2Н5Cl → С2Н5ОН.
12. При окислении 6 г технического препарата этаналя аммиачным раствором
оксида серебра образовалось 20 г металла. Определить массовую долю (%)
этаналя в техническом препарате. (Ответ: 67,9 %). С О OН C O
13. Составить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить
следующие превращения: метан → ацетилен → уксусный альдегид →
этиловый спирт → уксусный альдегид.
14. Составить уравнения реакций, при помощи каких реакций можно
осуществить следующие превращения:
С → СН4 → С2Н2 → С6Н6 → С6Н5Cl → С6Н5ОН.
15. Рассчитать массу фенолята калия, которая может быть получена из 3,29 г
фенола. (Ответ: 4,62 г).
16. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить
следующие превращения:
уксусный альдегид → этанол → этилен → ацетилен → уксусный альдегид.
17. Написать уравнения реакций, которые надо провести для осуществления
следующих превращений:
а) СН4 → Х → СН3ОН → СН3−О−СН3;
б) этанол → этилен → Y → этанол.
Назвать вещества Х и Y.
18. При дегидратации пропанола-2 получили пропилен, который обесцветил
бромную воду массой 200 г. Массовая доля брома в бромной воде равна 3,2
%. Определить массу пропанола-2, взятого для реакции. (Ответ: 2,4 г).
19. Рассчитать массу фенола, который можно получить гидролизом
бромбензола массой 47,1 г, если массовая доля выхода продукта равна 40 %.
(Ответ: 11,28 г).
20. Составить уравнения реакций, которые необходимо провести для
осуществления следующих превращений: пропин → Х → ацетон.
Назвать вещество Х, указать условия протекания реакций.